分形理論之自相似規律

Kevin

用舊的科技知識去反詰中醫思維是可笑的。

分形理論是當今世界十分風靡和活躍的新理論、新學科。分形的概念是美籍數學家曼德布羅特(B.B.Mandelbort)首先提出的。1967年他在美國權威的《科學》雜志上發表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。海岸線作為曲線,其特征是極不規則、極不光滑的,呈現極其蜿蜒復雜的變化。我們不能從形狀和結構上區分這部分海岸與那部分海岸有什麼本質的不同,這種幾乎同樣程度的不規則性和復雜性,說明海岸線在形貌上是自相似的,也就是局部形態和整體形態的相似。在沒有建築物或其他東西作為參照物時,在空中拍攝的100公里長的海岸線與放大了的10公里長海岸線的兩張照片,看上去會十分相似。事實上,具有自相似性的形態廣泛存在於自然界中,如:連綿的山川、飄浮的雲朵、岩石的斷裂口、布朗粒子運動的軌跡、樹冠、花菜、大腦皮層……曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。1975年,他創立了分形幾何學(fractalgeometry)。在此基礎上,形成了研究分形性質及其應用的科學,稱為分形理論(fractaltheory)。
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自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。它表征分形在通常的幾何變換下具有不變性,即標度無關性。由自相似性是從不同尺度的對稱出發,也就意味著遞歸。分形形體中的自相似性可以是完全相同,也可以是統計意義上的相似。標準的自相似分形是數學上的抽象,迭代生成無限精細的結構,如科契(Koch)雪花曲線、謝爾賓斯基(Sierpinski)地毯曲線等。這種有規分形只是少數,絕大部分分形是統計意義上的無規分形。
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分維,作為分形的定量表征和基本參數,是分形理論的又一重要原則。分維,又稱分形維或分數維,通常用分數或帶小數點的數表示。長期以來人們習慣於將點定義為零維,直線為一維,平面為二維,空間為三維,愛因斯坦在相對論中引入時間維,就形成四維時空。對某一問題給予多方面的考慮,可建立高維空間,但都是整數維。在數學上,把歐氏空間的幾何對象連續地拉伸、壓縮、扭曲,維數也不變,這就是拓扑維數。然而,這種傳統的維數觀受到了挑戰。曼德布羅特曾描述過一個繩球的維數:從很遠的距離觀察這個繩球,可看作一點(零維);從較近的距離觀察,它充滿了一個球形空間(三維);再近一些,就看到了繩子(一維);再向微觀深入,繩子又變成了三維的柱,三維的柱又可分解成一維的縴維。那麼,介於這些觀察點之間的中間狀態又如何呢?
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顯然,並沒有繩球從三維對象變成一維對象的確切界限。數學家豪斯道夫(Hausdoff)在1919年提出了連續空間的概念,也就是空間維數是可以連續變化的,它可以是整數也可以是分數,稱為豪斯道夫維數。記作Df,一般的表達式為:K=LDf,也作K=(1/L)-Df,取對數並整理得Df=lnK/lnL,其中L為某客體沿其每個獨立方向皆擴大的倍數,K為得到的新客體是原客體的倍數。顯然,Df在一般情況下是一個分數。因此,曼德布羅特也把分形定義為豪斯道夫維數大於或等於拓扑維數的集合。英國的海岸線為什麼測不準?因為歐氏一維測度與海岸線的維數不一致。根據曼德布羅特的計算,英國海岸線的維數為1.26。有了分維,海岸線的長度就確定了。
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分形理論既是非線性科學的前沿和重要分支,又是一門新興的橫斷學科。作為一種方法論和認識論,其啟示是多方面的:一是分形整體與局部形態的相似,啟發人們通過認識部分來認識整體,從有限中認識無限;二是分形揭示了介於整體與部分、有序與無序、復雜與簡單之間的新形態、新秩序;三是分形從一特定層面揭示了世界普遍聯系和統一的圖景；解釋了存在的自相似與不斷分形的構架，世界的分形與自相似全息的動力存在。

在生物學方面，目前此理論的成果已經可以描述一般植物的外形分形模型了，目前在其他領域也成果頗豐：例如利用分形建模的分形枝節圖：解釋了生物體自相似全息的數理分形基礎，中醫中的局部與整體的自相似。

基本上，就是中醫學的天人合一理論、同身寸理論，全息論理論。