Python 分形算法

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Python 分形算法

2024-04-06 05:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

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1. 前言

分形几何是几何数学中的一个分支,也称大自然几何学,由著名数学家本华曼德勃罗( 法语:BenoitB.Mandelbrot)在 1975 年构思和发展出来的一种新的几何学。

分形几何是对大自然中微观与宏观和谐统一之美的发现,分形几何最大的特点:

整体与局部的相似性: 一个完整的图形是由诸多相似的微图形组成,而整体图形又是微图形的放大。

局部是整体的缩影,整体是局部的放大。

具有自我叠加性: 整体图形是由微图形不断重复叠加构成,且具有无限叠加能力。

在这里插入图片描述

什么是分形算法?

所谓分形算法就是使用计算机程序模拟出大自然界的分形几何图案,是分形几何数学与计算机科学相融合的艺术。

由于分形图形相似性的特点,分形算法多采用递归实现。

2. 分形算法 2.1 科赫雪花

科赫雪花是由瑞典数学家科赫在 1904 年提出的一种不规则几何图形,也称为雪花曲线。

在这里插入图片描述

分形图形的特点是整体几何图形是由一个微图形结构自我复制、反复叠加形成,且最终形成的整体图案和微图形结构一样。在编写分形算法时,需要先理解微图案的生成过程。

在这里插入图片描述

科赫雪花的微图案生成过程:

先画一条直线。科赫雪花本质就由一条直线演化而成。 三等分画好的直线。 取中间线段,然后用夹角为 60° 的两条等长线段替代。 可在每一条线段上都采用如上方式进行迭代操作,便会构造出多层次的科赫雪花。

科赫微图形算法实现:

使用 Python 自带小海龟模块绘制,科赫雪花递归算法的出口的是画直线。

import turtle ''' size:直线的长度 level: 科赫雪花的层次 ''' def koch(size, level): if n == 1: turtle.fd(size) else: for i in [0, 60, -120, 60]: turtle.left(i) # 旋转后,再绘制 koch(size // 3, level - 1)

参数说明:

size: 要绘制的直线长度。


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