枝分かれ樹(Branching Tree)

枝分かれ樹の完成図(カオスゲーム法で描画)

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ステップ 0〜5 の変化

完成図をちょうど囲む長方形(Step 0)に、3 個の写像をまとめて当てはめる操作(ハッチソン作用素 )を繰り返した図です。色は最初に当てはめた写像を表します。

枝分かれ樹の Step 0
Step 0(1 個)
枝分かれ樹の Step 1
Step 1(3 個)
枝分かれ樹の Step 2
Step 2(9 個)
枝分かれ樹の Step 3
Step 3(27 個)
枝分かれ樹の Step 4
Step 4(81 個)
枝分かれ樹の Step 5
Step 5(243 個)

概要

1 本の茎から、片側へ弓なりに枝が伸びていく植物のような図形です。茎の先が少しずつ傾きながら伸び、その途中から横へ枝が出ます。3 つの写像だけでできています。

枝を作る 2 つの写像は相似変換ですが、茎を作る写像は図形を細い棒につぶすため、相似次元は計算できません。

アフィン変換の係数

各写像は で、 はカオスゲームで選ぶ確率です。

写像abcdefp種類
f10.1000.5000.05アフィン
f20.67-0.10.10.6700.50.475相似(0.677 倍)
f30.40.4-0.40.400.40.475相似(0.566 倍)

次元

理論値—(文献で確認できる値がないため記載していません)
相似次元—(相似変換でない写像を含むため算出対象外)
ボックスカウント次元(推定値)1.641(100万点・1 辺 16〜512 分割、決定係数 R² = 1.0000)

相似次元は、開集合条件を満たす場合にハウスドルフ次元と一致します。

6 8 10 12 14 16 456789 1 辺 16 分割: 箱 98 個 1 辺 32 分割: 箱 307 個 1 辺 64 分割: 箱 972 個 1 辺 128 分割: 箱 3,018 個 1 辺 256 分割: 箱 9,385 個 1 辺 512 分割: 箱 28,758 個 log₂(1辺の分割数) log₂(箱の数) 傾き ≈ 1.641
ボックスカウントの結果(両対数グラフの元データ)
1 辺の分割数点を含む箱の数
1698
32307
64972
1283,018
2569,385
51228,758

次元の求め方は「フラクタル次元の求め方」で解説しています。

作り方

カオスゲームの確率は、茎を 5%、残りの 2 つを 47.5% ずつにしています。

関連する図形

出典・参考文献