Anar al contingut

Desenroll de fractales per mig del método de Mandelbrot

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

El método de Mandelbrot : este método per a desenrollar "objectes fractales" va ser creat per Benoît Mandelbrot en la década dels anys 70, mentres treballava en IBM. Consistix en construir, per a cada punt c del pla complex, una successió d'número complejo zn. Partint del punt z0 = 0, es calcula la successió de forma iterativa per mig de la fòrmula zn+1=F(zn)+c, a on F és una funció arbitrària prèviament elegida. Quan la successió iterativa està acotada, s'assigna al punt c del pla complex un color sòlit (per eixemple, el color negre). Si la successió divergix llavors s'assigna al punt c un color progressivament distint, depenent de quantes iteraciones hagen segut necessàries per a detectar la divergència de la successió.

El fractal derivat per este método quan es pren la funció F(z)=z2 es diu conjunt de Mandelbrot.

En lo que seguix, en lloc de zn+1=F(zn)+c s'utilisarà la notació Z=F(Z)+C, com si es tractara d'una assignació en algun llenguage de programació.


Z = Zm + C

A continuació es mostra una série de fractales iterando les diferents potències de Z = Zm + C, segons el método de Mandelbrot.

Eixemples de fractales del tipo Mandelbrot: Z = Zm + C

Tal i com es pot vore en els eixemples representats, el número de lòbuls és L = m - 1

Un breu viage a les profunditats del fractal de Mandelbrot Z = Z2 + C

A continuació anem a adinsar-nos en el fractal clàssic de Mandelbrot, utilisant el microscopi d'altíssima resolució que nos proporciona el càlcul iterativo. Totes les ampliacions vénen precedides d'una image del fractal a escala 1:1 en a on podem apreciar la zona ampliada.[1]

Ampliació zona 1

Centre de coordenades : Cx = 0.291811 , Cy = 0.0144686

Ampliació zona 2

Centre de coordenades : Cx = -0.165643411 , Cy = 0.656685704

Ampliació zona 3

Centre de coordenades : Cx = -0.755625 , Cy = 0.06328125

Ampliació zona 4

Centre de coordenades : Cx = -0,1758752481899, Cy = 1,075392007
A continuació baixarem a gran profunditat, en una ampliació de més de 2 millons i en un número màxim de 6000 iteraciones per pixel !

Ampliació zona XX

Centre de coordenades : Cx = 0,02816835288421, Cy = 0,63790834667330
Ara nos adinsarem en un lloc en estranyes formes i colors, pero a on poden apreciar-se perfectament les formes del fractal de Mandelbrot...


Z = Z-m + C

Eixemples de fractales del tipo Mandelbrot, en potències negatives de Z.

Z = Zp / (1 + Zq) + C

Z = Zm + Cp

Pero, ¿ qué passa quan fem Z = Zm + Cp ?. Tal i com es pot vore en els següents eixemples, el número de lòbuls és L = (m - 1) * p

Z = Zm + Z + C

A continuació es mostra una série de fractales iterando les diferents potències de Z = Zm + Z + C, segons el método de Mandelbrot.

Z = Zm - Z + C

A continuació es mostra una série de fractales iterando les diferents potències de Z = Zm - Z + C, segons el método de Mandelbrot.

Z = Zm + 1 / Cp

També es pot transformar cada punt del pla complex, d'acort a una funció arbitrària, abans de ser sumat a la funció iterativa, segons la següent equació Z = Zm + F(C) . Vejam que passa quan la transformació és del tipo:F(C) = 1 / C

Eixemples de fractales del tipo Mandelbrot: Z = Zm + 1/C, a on cada punt C del pla complex es transforma en 1 / C, abans d'entrar en la iteración de la potència de Z.
Zo = (0,0i). El número de vèrtiços és V = (m - 1)


Pero, qué passa quàn Z = Zm + (1 / C2) ?. Puix alguna cosa molt semblat a lo que véem abans, ara el número de vèrtiços és V = (m - 1) * p




Integrant en el mateix fractal una funció de C i la seua inversa Z = Zm + C i Z = Zm + 1/C

La zona en color BLANCO intens és l'àrea de l'intersecció dels 2 sets.

Z = ( Zm / Cm ) + C

Z = Zm + C + Cp + 1/ C + 1/ Cq

També podem afegir més sumants a la funció Zm, combinant C, Cp, 1/C i 1/Cq en grups de 2, 3 o 4, vejam que succeïx si agrupem C2, 1/C i 1/C2 de 2,3 o 4 formes ..:


A continuació més combinacions en atres exponents:

Z = Zm + polinomis de C

Podem combinar diferents potències de C i/o Z sumant-les a Zm , vejam qué succeïx:

El cas de la funció: Z=Z2 + 1 /(Cm-1)

Z = Zm + polinomis mixts de C i Z

Podem sumar a Zm polinomis mixts de C i Z , vejam qué succeïx:

Z = Z2 + C/ (Z2 + k)

Z = Zm + Cp/Zq + C

Z= [(Zm+C-1) / (m*Zm-1+C- m)]2

Z= [(Z + Cm-1) / Cm]2

Z= [(Z + Cm-1) / Cm]3

Z= [(Z + Cm+1) / (Cm - 1)]2

Z= [(Z + Cm-1) / (Cm + 1)]2

Atres combinacions de Z i C

Més funcions de variable complexa

Pero existix una àmplia varietat de funcions, en el domini dels número complejo, que poden ser iteradas segons el método de Mandelbrot.
Vaig a citar ací alguns eixemples, explicitant la part real i l'imaginària:

Exp(Z) = [ Exp(x) * Cos(x), Exp(x) * Sense(i)i ]
Sense(Z) = [ Sense(x) * ((Exp(i) + Exp(-i)) / 2), Cos(x) * ((Exp(i) - Exp(-i)) / 2)i ]
Cos(Z) = [ Cos(x) * ((Exp(i) + Exp(-i)) / 2) , -Sense(x) * ((Exp(i) - Exp(-i)) / 2)i ]
SinH(Z) = [ Cos(i) * ((Exp(x) - Exp(-x)) / 2) , Sense(I) * ((Exp(x) + Exp(-x)) / 2)i ]
CosH(Z) = [ Cos(i) * ((Exp(x) + Exp(-x)) / 2) , Sense(i) * ((Exp(x) - Exp(-x)) / 2)i ]
LN(Z) = [ 0.5 * Log(x * x + i * i) , Atn(i / x)i ]
SQR(Z) = [ (x * x + i * i)^0.25 * Cos(0.5 * Atn(i/x)) , (x * x + i * i)^0.25 * Sense(0.5 * Atn(i/x)) i ]
ATN(Z) = [PI / 4 - (1 / 2) * Atn((1 - x^2 - i^2) / (2 * x)), -(1 / 4) * Log((1 - x^2 - i^2) ^2 + 4 * x^2) + (1 / 2) * Log((1 + i) ^2 + x^2) i]


Z = Zm + F(C)

A continuació alguns eixemples de fractales per iteración de Z2, pero transformant C segons les funcions descrites anteriorment:

Fractales per iteración de Exp(Z)

Esta funció es descompon en una part real i una atra imaginària: Exp(Z) = [ Exp(x) * Cos(i), Exp(x) * Sense(i)i ]
Pot ser utilisada com a funció iterativa o com a funció transformadora de C = (Cx,Cyi), o simultàneament:

Com a funció iterativa

Com a funció transformadora de C

Com a funció iterativa i transformadora de C, simultàneament

El cas de la funció Z = Exp[(Z2 + k * Z) / F(Cm)]

Esta funció és molt sensible a Zo, i també al coeficient (k) que multiplica a Z. Vejam alguns eixemples interessants:

El cas de la funció Zn+1 = Exp(Zn / C m)


El cas de la funció Zn+1 = Exp(Zn / C m) + C p

El cas de la funció Zn+1 = Exp(Znp / C p)


El cas de la funció Zn+1 = Znq * Exp(Zn / C p) + C

El cas de la funció Zn+1 = Exp[ Zn2 / (C m + C p) ]

Apareix un número de lòbuls centrals = m, i un número d'arestes exteriors = p, sent m<p.


El cas de la funció Zn+1 = Znm * Exp[ Cos(Zn)] + 1/C

Apareixen un número d'arestes = m.

Fractales per iteración de Sense(Z)

Esta funció es descompon en una part real i una atra imaginària: Sense(Z) = [ Sense(x) * ((Exp(i) + Exp(-i)) / 2), Cos(x) * ((Exp(i) - Exp(-i)) / 2)i ]
Pot ser utilisada com a funció iterativa o com a funció transformadora dels punts C = (Cx,Cyi), simultàneament:

Com a funció iterativa

Com a funció transformadora de C


Com a funció iterativa i transformadora de C, simultàneament

El cas de la funció Zn+1 = Sense(Zn * C m)

El cas de la funció Zn+1 = Sense(Zn / C m)

Fractales per iteración de Cos(Z)

Esta funció es descompon en una part real i una atra imaginària: ' Cos(Z) = [ Cos(x)*((Exp(i)+Exp(-i)) / 2), -Sense(x)*((Exp(i)-Exp(-i))/2)i ]
Pot ser utilisada com a funció iterativa o com a funció transformadora de C = (Cx,Cyi), o simultàneament

Com a funció iterativa

Com a funció transformadora de C

Com a funció iterativa i transformadora de C, simultàneament

El cas de la funció Zn+1 = Cos(Zn * C m)


El cas de la funció Zn+1 = Cos(Zn/C m)


Fractales per iteración de SinH(Z)

Esta funció es descompon en una part real i una atra imaginària: SinH(Z) = [ Cos(i) * ((Exp(x) - Exp(-x)) / 2) , Sense(I) * ((Exp(x) + Exp(-x)) / 2)i ]
Pot ser utilisada com a funció iterativa o com a funció transformadora de C = (Cx,Cyi), o simultàneament:

Com a funció iterativa

Com a funció transformadora de C


Com a funció iterativa i transformadora de C, simultàneament



Fractales per iteración de CosH(Z)

Esta funció es descompon en una part real i una atra imaginària: CosH(Z) = [ Cos(i) * ((Exp(x) + Exp(-x)) / 2) , Sense(i) * ((Exp(x) - Exp(-x)) / 2)i ]
Pot ser utilisada com a funció iterativa o com a funció transformadora de C = (Cx,Cyi), o simultàneament:

Com a funció iterativa

Fractales per iteración de combinacions de diferents funcions de Z

Més fractales segons el método de Mandelbrot

Ací es mostra un eixemple de iteración de dos funciones F(X) i F(I), per adició de cada u dels punts del pla C(X,I), i l'introducció d'una tercera funció F(Z) que desequilibra el punt de convergència.
Xn+1 = Xn - Sense(Yn) + C(X) .. Yn+1 = Yn - Sense( Xn) + C(I) .. Zn+1 = Zn - Cos( Xn + Yn)


Referències

  1. ↑ Barnsley, M. Fractals everywhere.Academic Press Inc, 1988. ISBN 0-12-079062-9. (Cap 5)