计算曼德尔布罗集合迭代时遇到问题

2023-11-22

所以我读了这篇文章:http://www.wikihow.com/Plot-the-Mandelbrot-Set-By-Hand但我被困在第 7 步。我正在 javascript 画布中绘制集合。

我所需要的基本上就是我猜测的C值。

for (var y = 0; y < ImageHeight; y++) {
    for (var x = 0; x < ImageWidth; x++) {

        // Pixel-Position for ImageObject
        var xy = (x + y * image.width) * 4;

        // Convert Image-Dimension to a radius of 2
        var xi = ((x / ImageWidth) * 4) - 2;
        var yi = ((y / ImageHeight) * 4) - 2;

        for (var n = 0; n < MaxIterations; n++) {

            // Complex number stuff..?
            z = (xi*xi) + (yi*yi) + c;
            c = 0; // Somethig with z ..?

            if (z < 4) {

                image.data[xy] = inner_color[0];
                image.data[xy+1] = inner_color[1];
                image.data[xy+2] = inner_color[2];
                image.data[xy+3] = Math.round(n * cdiff);

            } else {

                image.data[xy] = outer_color[0];
                image.data[xy+1] = outer_color[1];
                image.data[xy+2] = outer_color[2];
                image.data[xy+3] = Math.round(n * cdiff);

                break;
            }
        }
    }
}

我还阅读了很多有关虚数之类的内容,但我不太明白如何用它们进行计算。它们对我来说似乎毫无用处,因为无论如何你都必须将它们转换回实数才能在 JavaScript 中进行逻辑运算。

这是它的样子:[已删除]
如果删除 url 末尾的 2,您会看到另一个版本,我刚刚重写了一些 c++ 代码片段。 但缩放有点奇怪,这就是为什么我想自己写这一切。

我理解曼德尔布罗特集创建的基本概念,但正如我所说,复杂的部分让我感到困扰。也许有更简单的解释吗?


你必须先明白这一点:

z = z^2 + c

让我们来分解一下。

Both z and c是复数(最近的一个问题教会我强调这一点,它们have小数位,可以如下所示:c=-0.70176-0.3842i)。复数可以有“非实数”的部分,正确的术语是假想部分,然后你写一个single复数的形式:

(a + bi)与以下内容相同:(a + b*i)

如果 b 为 0,则有 aa + 0i这就是简单的a所以没有假想部分你有一个真实的号码。

您的链接没有提到复数最重要的属性,尤其是其属性假想部分那i == sqrt(-1)。在实数领域,不存在负数的平方根,这就是复数的用武之地,它可以让你得到 -1 的平方根。让我们举起i2 次方:i^2 == -1,魔法!

虚部(i) 必须由您处理(特殊平方),或者您使用的编程语言将提供一个 Complex 类型来为您处理它。

现在回到扩展z^2:

z == (a+bi), 所以z^2 == (a+bi)^2 so z^2 == (a^2 + bi^2 + 2*a*bi).

我们也来分解一下:

  • a^2=> 这很简单,它是一个实数
  • bi^2=> 棘手的部分。这真的是b^2*i^2。我们来到这里i^2,即-1这使得它b^2*-1 or : -b^2。所以这也是一个real number.
  • 2*a*b*i=> 这将是假想 part

Result: z^2 = (a^2-b^2+2*a*bi)

示例(有点过于详细。您可以将其视为循环中的第一次迭代):

z = (5 + 3i)
z^2 = (5 + 3i)^2
    = (5^2 + 3^2*i^2 + 2*5*3i)
    = (25 + 9i^2 + 30i)
    = (25 + 9*-1 + 30i)
    = (25 - 9 + 30i)
    = (16 + 30i)

现在,如果您了解复数的迭代和乘法,请了解曼德尔布罗特(以及关于c value):

当您想要创建 Mandelbrot 集时,您实际上是在复杂平面上寻找点,如果使用上面讨论的迭代进行迭代(例如 50 次),则这些点永远不会达到无穷大。曼德尔布罗特集是black通常看到的“Mandelbrot”图片的一部分,而不是闪亮的彩色部分。

Mandelbort set, taken from Wikipedia

通常的工作流程是这样的:

  • 在复平面上选择一个点,例如 (1.01312 + 0.8324i) => 这将是以下值c !
  • 在第一次迭代之前将 (0, 0i) 放入z然后按照前面所述迭代多次=>z = z^2 + c。是的,你正在计算一个点的平方并将相同的点添加到它上,这是一个非常重要的属性曼德尔布罗特集。对于初学者来说,这样做 50 次。这将为您提供一个复数结果。
  • 如果所得复数的任何部分(实数或虚数)等于或大于 2,那么我们假设该点将趋于无穷大,并且我们考虑该点不存在曼德尔布罗特集*的一部分。当您需要为点着色时就会出现这种情况(这是曼德尔布罗集的彩色部分)。如果复数的两个部分都小于 2,我们假设该点永远不会达到无穷大(即使迭代无数次),并将该点视为 Mandelbrot 集的一部分,并且其颜色将为黑色。
  • 重复(选择下一个点,将其值放入c,将零放入z并计算)

*实际上,验证一个点是否是集合的一部分有点复杂,但这对于原型来说效果很好

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