分形维数估计:盒计数法

通过盒计数法交互式探索分形维数估计,实时可视化

ε = 20
4

分形与网格覆盖

当前盒子尺寸: ε = 20
包含分形的盒子数: N(ε) = 0
维数估计: D = —

双对数图:log(N(ε)) vs log(1/ε)

斜率(维数D):
R²:
理论D值:

盒计数数据

ε (盒子尺寸) N(ε) (计数) log(1/ε) log(N(ε)) log(N)/log(1/ε)

盒计数算法

1

选择盒子尺寸

选择盒子尺寸ε以创建网格覆盖

2

覆盖网格

用ε×ε的盒子网格覆盖分形

3

计数盒子

计算N(ε):包含分形任何部分的盒子数量

4

记录点

在双对数图上绘制点(log(1/ε), log N(ε))

5

重复

对不同的ε值重复此过程

6

拟合直线

线性回归斜率 = 分形维数D

数学基础

分形维数D计算为当ε趋近于零时对数比率的极限:

  • ε (epsilon): 盒子尺寸
  • N(ε): 包含分形部分的盒子数量
  • D: 分形维数(双对数图中的斜率)

练习题

问题1:维数预测

在计数之前,预测Sierpinski三角形的分形维数。提示:每次迭代分为3个副本,缩放比例为1/2。

问题2:盒计数练习

对于ε为总长度1/3的Koch曲线,需要多少个盒子?ε为1/9时呢?