|曼德尔球:分形几何最伟大的突破之一,视觉盛宴


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在之前的文章中 , 我介绍了为了生成分形而迭代复数的历史和基础知识 。 从朱莉娅集合开始 , 我们通过定义和绘制曼德布罗特集合到达分形几何的心脏 。
我们最初的好奇心确实得到了满足 , 就像数学中的许多发现一样 , 曼德尔布罗特集合的发现只会把我们带到一个新的问题领域 , 分形是否存在于不同的数系中?更具体地说 , 曼德尔布罗特集的三维对等物是什么?
序言【|曼德尔球:分形几何最伟大的突破之一,视觉盛宴】

  • 鲁迪·洛克
一个叫鲁迪·洛克是一位杰出的数学家、计算机科学家和科幻小说作家 , 也是赛博朋克文化运动的创始人之一 , 他一直走在STEM世界的前沿(STEM是一门课程 , 其思想是通过跨学科和应用的方法对四个特定学科(科学 , 技术 , 工程和数学)的学生进行教育) 。 因此 , 在伯努瓦最初发表之后 , 他就敏锐地意识到了曼德尔布罗特集 。 富有创造力的洛克欣赏曼德尔布罗特集合 , 但是他的小说想象力将他推进到下一个步骤:存在一个数学上等价的曼德尔布罗特集合的3D结构 。
不幸的是 , 洛克了解硬件的计算极限(80年代) , 知道所需的数十亿次计算可能是不可能的 。 受当时技术的限制 , 洛克做了他最擅长的事:他把它写下来 。 1987年 , 洛克以一篇题为《如上所述 , 如下所述》的短篇小说首次以3D的形式写出了寻找圣杯(数学上等价的曼德尔布罗特集合的3D结构)的证据 , 这是理所当然的 。 在这篇小说中 , 他想象了曼德尔布罗特的发现 , 并将其命名为:曼德尔球 。
早期的尝试寻找三维等价物的关键在于数字系统中的不确定性 。 曼德尔布罗特集适合二维空间 , 因为复数有两个分量 。 我们能在三维空间中找到类似的数字系统吗?
数字系统问题
遍历的曼德尔布罗特公式 (Z^2 + C)涉及两个操作:求和和复数的平方 。 创建一个可以进行加法运算的n元数组是很简单的 , 这就是线性代数中的向量空间 。
但是 , 由于曼德尔布罗特公式还涉及到对数字进行平方 , 这需要在向量空间上使用乘法运算符(向量积) , 因此就产生了复杂性 。 具有向量乘积的向量空间称为域上的代数 。 为了了解为什么三维数字系统会有问题 , 让我们尝试创建一个 。
我们从复数开始并引入第三个分量j 。 接下来 , 我们需要保证复数和实数的某些性质也适用于我们的新数字系统;因为我们需要加法和乘法 , 所以我们特别关注保持结合律(a?(b+c)=(a?b)+(a?c))和交换律(a?b=b?a)不变 。