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分形/复平面上的迭代/法图集

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法图集被称为

  • 正规性域
  • 等度连续性域

法图集、域和分量 那么存在有限数量的开集 ,它们被 保持不变,并且

  1. 集合 的并集在平面上稠密,并且
  2. 在每个集合 上以规律和相等的方式表现。

最后一句话意味着由 的点生成的迭代序列的终止点

  • 要么完全相同,在这种情况下它是一个有限循环
  • 要么它们是同心排列的圆形或环形集合的有限循环。

在第一种情况下,循环是吸引的,在第二种情况下它是中性的

这些集合 法图域,它们的并集是 ,即 法图集

法图集中的每个域可以归类为四种不同的类别之一。[1]


每个法图域至少包含一个 临界点,即

  • 满足 的一个(有限)点z
    • 如果分子 的次数至少比分母 的次数大 2。
    • 如果存在某个 c 和满足此条件的有理函数 ,使得

的补集是 ,即 的Julia集。

如果所有临界点都是前周期点,也就是说它们不是周期点,但最终会落入一个周期循环中,那么 将是整个球体;否则, 是一个无处稠密的集合(它没有内点)并且是一个 不可数 的集合(与实数具有相同的 基数)。像 一样, 不变于 ,并且在这个集合上迭代是排斥的,这意味着对于 z 的邻域 [在 内] 的所有 w ,都有 。这意味着 在Julia集上表现出混沌行为。尽管Julia集中的某些点的迭代序列是有限的,但这样的点只有 可数 个(它们构成Julia集的无穷小部分)。由这些集合之外的点生成的序列表现出混沌行为,这种现象被称为 确定性混沌


关于 有理映射动态平面的分量 ,Fatou集的分量个数:[2]

  • 0(Fatou集为空,整个黎曼球面都是Julia集)[3]
  • 1 ( 例如 ,这里只有一个 Fatou 域,它包含一个分量 = 完整的 Fatou 集)
  • 2 ( 例如 ,这里有两个 Fatou 域,两者都包含一个分量)
  • 无限多个 ( 例如 ,这里有两个 Fatou 域,一个 ( 外部 ) 包含一个分量,另一个 ( 内部 ) 包含无限多个分量)


The Samuel Lattes 函数的 Julia 集 包含整个复球面 = Fatou 集为空[4][5]

在基于复二次多项式的离散动力系统的情况下,Fatou 集可以由域 ( 盆 ) 组成 

  • 吸引 ( 吸引不动点的盆 / 周期 )
    • 超吸引 ( Boettcher 坐标 )
      • 无穷远处的盆 [6]
    • 吸引但不是超吸引 (
  • 抛物线 (Leau-Fatou) 盆 ( Fatou 坐标 ) 附近有理无差异不动点 / 周期的局部动力学 ;
  • 椭圆盆 = Siegel 圆盘 ( 附近无理无差异不动点 / 周期的局部动力学 )

坐标

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局部动力学类型 ( 速度)
坐标
坐标 接近不动点的速度
超吸引 Boettcher
吸引 Koenigs 中等
抛物线 Fatou
Siegel 圆盘 无理旋转,所以轨道是闭合曲线 点围绕不动点旋转,永远不会接近它
Herman 环 无理旋转,所以轨道是闭合曲线 点围绕不动点旋转,永远不会接近它


排斥盆是另一个名字

  • 多项式的超吸引盆

局部离散复动力学

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动力学类型

Julia 集是连通的 ( 2 个吸引盆)

  • 吸引 : 双曲动力学
    • 超吸引 : 非常快 ( = 指数 ) 收敛到周期循环 ( 不动点 )
  • 抛物线分量 = 慢 ( 懒惰 ) 动力学 = 慢 ( 指数减速 ) 收敛到抛物线不动点 ( 周期循环)
  • Siegel 圆盘分量 = 围绕不动点旋转,永远不会到达不动点

当 Julia 集不连通时,Julia 集没有内部 ( 临界不动点是排斥的 ( 或吸引到无穷大 ) - 只有一个吸引盆

沿逃逸路径 0 的动力学演化 ( 抛物线内爆)
参数 c c 的位置 Julia 集 内部 临界轨道动力学类型 临界点 不动点 alfa 的稳定性
c = 0 中心,内部 连通 存在 超吸引 吸引到 alfa 不动点 临界不动点等于 alfa 不动点,alfa 是超吸引的,beta 是排斥的 r = 0
0<c<1/4 内部射线 0,内部 连通 存在 吸引 吸引到 alfa 不动点 alfa 是吸引的,beta 是排斥的 0 < r < 1.0
c = 1/4 尖点,边界 连通 存在 抛物线 吸引到 alfa 不动点 alfa 不动点等于 beta 不动点,两者都是抛物线的 r = 1
c>1/4 外部射线 0,外部 不连通 消失 排斥 排斥到无穷大 两个有限不动点都是排斥的 r > 1


稳定性 r 是不动点 alfa 处的乘子的绝对值



c = 0.0000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.0000000000000000+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.0000000000000000 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.0513167019494862+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.0513167019494862 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.1055728090000841+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.1055728090000841 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.0750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.1633399734659244+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.1633399734659244 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.2254033307585166+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.2254033307585166 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.2928932188134524+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.2928932188134524 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.3675444679663241+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.3675444679663241 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.1750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.4522774424948338+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.4522774424948338 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.5527864045000419+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.5527864045000419 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.6837722339831620+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.6837722339831620 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 0.9999999894632878+0.0000000000000000*I 	 r(m) = 0.9999999894632878 	 t(m) = 0.0000000000000000 	period = 1
 c = 0.2750000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.3162277660168377*I 	 r(m) = 1.0488088481701514 	 t(m) = 0.0487455572605341 	period = 1
 c = 0.3000000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.4472135954999579*I 	 r(m) = 1.0954451150103321 	 t(m) = 0.0669301182003075 	period = 1
 c = 0.3250000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.5477225575051662*I 	 r(m) = 1.1401754250991381 	 t(m) = 0.0797514300099943 	period = 1
 c = 0.3500000000000000+0.0000000000000000*I 	 m(c) = 1.0000000000000000+0.6324555320336760*I 	 r(m) = 1.1832159566199232 	 t(m) = 0.0897542589928440 	period = 1

测试

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局部动力学分析 

  • 绘制临界轨道
  • 查找周期点
  • 将复数移动划分为简单的路径
  • 拓扑图,[7]
  • 绘制网格 ( 极坐标或矩形 )
方法 测试 描述 结果集 真实集
二进制逃逸时间 保释 abs(zn)>ER 逃逸和不逃逸 逃逸集包含快速逃逸像素,是真正的外部。

不逃逸集被视为填充的 Julia 集 ( 内部和边界 ),但它包含 

  • 来自外部的缓慢逃逸点,
  • Julia 集
  • 内部点
离散逃逸时间 = 等级集方法 = LSM 保释 最后一次迭代或 final_n = n : abs(zn)>ER 逃逸集被划分为具有相同 n ( 最后一次迭代 ) 的子集。这些子集称为等级集,并创建围绕 Julia 集并逼近它的带。等级集的边界称为停留带
连续逃逸时间 示例 示例 示例

测试

  • 对于有限吸引子 ( 半径 = AR)
  • 对于无穷大 ( 使用逃逸半径 ( ER ) 进行逃逸测试

目标

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目标集:

  • 向前轨道的陷阱
  • 它是一个捕获任何趋向于不动点 / 周期点\ 的轨道的集合
  • 始终位于包含不动点的分量内

参考文献

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  1. Beardon, Iteration of Rational Functions, Theorem 7.1.1.
  2. Beardon, Iteration of Rational Functions, Theorem 5.6.2.
  3. Campbell, J.T., Collins, J.T. Blowup Points and Baby Mandelbrot Sets for a Family of Singularly Perturbed Rational Maps. Qual. Theory Dyn. Syst. 16, 31–52 (2017). https://doi.org/10.1007/s12346-015-0169-5
  4. Maru Sarazola : On the cardinalities of the Fatou and Julia sets
  5. Complex Dynamics by Fionn´an Howard
  6. THE CLASSIFICATION OF POLYNOMIAL BASINS OF INFINITY by LAURA DEMARCO AND KEVIN PILGRIM
  7. Xavier Tricoche、Gerik Scheuermann 和 Hans Hagen 撰写的《二维矢量场拓扑简化方法》
华夏公益教科书