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什麼是分維數

分維數,也稱為分形維數或簡稱分維,是一種用來描述分形集合的幾何特性的數值。分形是指滿足自相似性和標度不變性的圖形,它們在歐幾里得空間中無法用傳統的整數維數來描述,因為它們的維度可以是分數。分形維數可以用來度量信號的不規則度,或者描述分形集合的組成部分與整體之間的相似性。

分形維數的計算可以通過Hausdorff維數來確定,當這個維數是分數時,物體被稱為分形。例如,一個線度為X的圖形由K個線度為x的相同圖形組成,那麼該分形的分形維數D可以通過公式 \( D = \frac{\ln K}{\ln(X/x)} \) 來計算。這個公式表明,分形維數不僅限於圖形由幾個圖形拼湊而成的情況,而是基於圖形本身的特徵。例如,線度為2的直線由2個線度為1的直線構成,其分形維數為1;線度為2的正方形由4個線度為1的正方形構成,其分形維數為2;線度為2的正方體由8個線度為1的正方體構成,其分形維數為3。對於標準圖形,其分形維數就是它的歐幾里得維度。

分形維數的概念在信號處理、圖像分析、物理和自然科學的多個領域中都有套用,它能夠提供一種方法來描述和度量那些不能用傳統幾何維度描述的複雜系統的結構。