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牛顿分形——数值计算的艺术(牛顿数学方法)

qiguaw 2025-04-01 21:44:09 资源文章 7 ℃ 0 评论

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什么是分形?

分形是一个数学概念。一个分形可以理解为欧几里得空间中一个自相似的子集。

什么又是自相似?

自相似,顾名思义便是和自身相似——局部放大便可得到整体,整体缩小便可得到局部。以下就是一些分形的图片。






分形的图片固然有一定审美价值,可是研究分形仅仅是为了好看吗?

其实分形可以应用在诸多实践问题当中。比如海岸线就可以看作分形,我们可以使用分形的数学理论来计算海岸线长度。又,多孔介质可以使用分形来建模,因此有多孔介质的地方便可用上分形,比如油气开采,现代医药等领域。

那到底什么是牛顿分形?

牛顿分形,则是使用牛顿迭代法求方程的数值解时产生的分形。具体说来,牛顿迭代法的计算公式为


其中 f(x)=0 便是待求解的方程。

在使用牛顿迭代法进行计算时,不同的初始值有可能使计算过程收敛于不同的解。我们按照在复平面上不同位置迭代计算所需次数进行渲染,便可以得到牛顿分形的图案。以下便是一些具体的例子。




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