IFS fraktály
|
Na rozdíl fraktálů diskutovaných v předchozích dvou odděleních se nejedná o polynomické fraktály. Zatímco polynomické fraktály jsou definovány jednou rovnicí (pravidlem), IFS mohou vznikat na základě více pravidel. Přesto se jedná mnohdy o velice jednoduché útvary. Jejich konstrukce, která se provádí stochastickou cestou, se dá obecně popsat tak, že na nějaký počáteční bod aplikujeme transformační pravidla w1,w2, … wns určitou pravděpodobností. Součet pravděpodobností se rovná 1. Po jedné iteraci získáme nový počáteční bod či jejich soustavu a iterativně na nich aplikujeme onen soubor pravidel. Tento způsob se někdy nazývá chaotická hra. Pro dosažení kýženého výsledku musíme provést několik tisíc iterací, ale u některých fraktálů vidíme hrubý obrys výsledku už od prvních iterací. Příkladem může být Cantorovo mračno. Cantorovo mračno (diskontinuum) Jedná se patrně o nejjednodušší fraktál vůbec a asi pro vás nebude
těžké uhádnout, že je to iterační funkční systém. Vychází z
úsečky. Na ni iterativně aplikujeme jen jedno pravidlo - rozdělíme úsečku
na tři části a vyjmeme tu prostřední. Díky Cantorovu mračnu prý B. Mandelbrot odstranil šum na telekomunikačních linkách firmy IBM. Tehdy patrně ještě netušil že DH=log(2)/log(3)=0.6309. Sierpinského trojúhelník
Jeden můj kamarád vlastnící programovatelnou kalkulačku úspěšně
implementoval chaotickou hru. Na tom není nic divného, ale podobný výsledek
dostal i tehdy, když bod vykreslil na třetině, čtvrtině,pětině...
úsečky. Podobný obrázek dostal dokonce i tehdy, když vykreslil bod úplně
mimo úsečku (ale podle neměnných pravidel)! Počáteční bod nemusel
dokonce ležet ani na obvodu trojúhelníka, mohl se nacházet úplně mimo! Pak
se prvních pár bodů sice vykreslilo jinde, ale pak systém rychle
konvergoval. Podobné experimenty dokazují, že ač je tento postup hrou na
chaos, je neobyčejně stabilní, i když do něj kopeme kanadama.Dále se
nabízí možnost aplikovat chaotickou hru na čtverec či n-úhelníky. |
|
|
1 | |||||||||||||||||||||||
| 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | 1 | ||||||||||||||||||||||
| 1 | 3 | 3 | 1 | |||||||||||||||||||||
| 1 | 4 | 6 | 4 | 1 | ||||||||||||||||||||
| 1 | 5 | 10 | 10 | 5 | 1 | |||||||||||||||||||
| 1 | 6 | 15 | 20 | 15 | 6 | 1 | ||||||||||||||||||
| 1 | 7 | 21 | 35 | 35 | 21 | 7 | 1 | |||||||||||||||||
| 1 | 8 | 28 | 56 | 70 | 56 | 28 | 8 | 1 | ||||||||||||||||
| 1 | 9 | 36 | 84 | 126 | 126 | 84 | 36 | 9 | 1 | |||||||||||||||
| 1 | 10 | 45 | 120 | 210 | 252 | 210 | 120 | 45 | 10 | 1 | ||||||||||||||
| 1 | 11 | 55 | 165 | 330 | 462 | 462 | 330 | 165 | 55 | 11 | 1 | |||||||||||||
| 1 | 12 | 66 | 220 | 495 | 792 | 924 | 792 | 495 | 220 | 66 | 12 | 1 | ||||||||||||
|
DH = log(3) / log(2) = 1.5850 Sierpinského kobereček Sierpinsky se neomezil jenom na trojúhelník, ale experimentoval i s jinými útvary. V tomto případě se čtvercem. Způsob generování tohoto fraktálu je také velice jednoduchý. Jako počáteční bod si zvolíme čtverec. Na každé jeho straně vyznačíme jejich třetiny. Protilehlé body spojíme. Uprostřed původního čtverce tak vznikne nový čtverec - délka jeho strany se rovná třetině délky strany původního čtverce a nachází se uprostřed původní čtvercové plochy. Vyjmeme jej, zůstane nám tedy 8 těchto třetinových čtverců. Na ty aplikujeme stejné pravidlo. DH= log(8) / log(3) = 1.8928
Kapradí IFS fraktály se neomezují jen na jednoduché geometrické útvary. IFS fraktál můžete vytvořit prakticky z čeho chcete. Například z kapradí. Konečně se dostáváme k dvěma afinním transformacím. Jsou definovány jako parametrické rovnice: xi + 1 = axi + byi + e kde parametry a,b,c,d,e,f,p jsou definovány takto:
Parametr p určuje pravděpodobnost jednotlivých transformací
Poznámka autora: Ve zdrojovém materiálu je u parametru p evidentně chyba či není dostatečně vystvětlen. Na odstranění tohoto nedostatku se pracuje. Kochova vločka Další dobře známý fraktál je také vzniká pomocí velmi jednoduchých transformací. Počáteční bod tvoří rovnostranný trojúhelník. Doprostřed každé stany přidáme další rovnostranný trojúhelník a tak pořád dokola.Výsledek vidíte na obrázku.
Závěr IFS fraktály jsou velice user-friendly skupinou fraktálů - lehce se generují (samozžejmě existují i složité IFS), dobře vypadají a každý si může vymyslet ten svůj. V tomto textu jsou uvedeny čtyři druhy, ale lepší by bylo říci čtyři třídy fraktálů. Na většinu útvarů lze vymyslet nějakou tu afinní transformaci. Těžko ale vytvoříte IFS na základě kruhu. Jediná možnost je iterativně zmenšovat kruh, ale tím fraktál neuděláte. Z kruhu těžko vytvoříte kopie jeho samého. Dalším taktovýmto nevděčným objektem jsou křivky (např sinusoida). Tam ale toto tvrzení neplatí zcela a u některých křivek "bez rovných ploch" se vám může podařit vymyslet a aplikovat nějakou tu transformaci byť třeba složitou a nemusí být sama. Také většinu fraktálů (např přírodních objektů) nepůjde použít jako výchozí bod pro IFS. I když vyjímka potvrzuje pravidlo (a v matematice vyvrací). Nejjednoduší IFS vznikají z n(1 až nekonečno) rozměrných geometrických útvarů. Takže sedněte ke compu, vemte nadkrychli a vytvořte IFS (nadkrychle-4D objekt s krychlovou základnou). |




DH= log(8) / log(3) = 1.8928

Tisk
Fraktály