基于多个无标度区的多重分形分析方法

用计算机模拟生成了多重分形结构,通过对比分析结构的解析多重分形谱和配分函数法计算得到的多重分形谱,总结出多重分形谱可以描述结构在某一无标度区内生长规律的特性,发现结构的各个无标度区都具有研究价值,针对传统方法不能充分利用数据的缺陷,提出了基于多个无标度区的多重分形谱计算方法.     

薄膜生长的多重分形谱的计算

规则分形具有理想的标度不变性,而随机分形(如薄膜生长)概率分布曲线及标度不变性的范围与计算方法有关:以偏离平均高度的方差值求概率,标度不变性不好,多重分形谱也不光滑;而以薄膜平均底面为基准面求概率得到的标度不变性可延伸到3个数量级,多重分形谱光滑.采用外延的方法修正灰度设置的偏移可以对多重分形谱有所改善.另外,讨论了权重因子q取值范围的影响,确定了q的取值范围.     

任意阶标度分形格分抗与非正则格型标度方程

Carlson分形格电路是分抗的理想逼近情形,但仅具有负半阶运算性能,逼近效益随着电路节次数的增加逐渐降低.虽然可嵌套得到-1/2~n阶(n为大于或等于2的整数)分抗逼近电路,但结构复杂,无法实现任意分数阶运算.通过类比拓展Carlson分形格电路,获得具有高逼近效益的任意实数阶微积算子的分抗逼近电路——标度分形格分抗,并用非正则格型标度方程进行数学描述.分别探讨非正则格型标度方程的近似求解和真实解.通过调节电阻递进比α与电容递进比β的取值,可构造出具有任意运算阶的标度分形格分抗逼近电路.标度拓展极大地提高了标度分形格分抗电路的逼近效益.随着标度因子的增加,负半阶标度分形格分抗的逼近效益逐渐增大并明显高于Carlson分形格分抗.设计了基于五节Carlson分形格分抗与负半阶标度分形格分抗的半阶微分运算电路,并对周期三角波和周期方波信号进行半阶微分运算,实验测试结果与理论分析一致.     

多标度分形理论及其在语音质量客观评价中的应用

探讨了多标度分形理论在语音信号处理中的应用,提出了语音信号的多标度分形分析 MFASS（Multifractal Approachof Speech Signal）方法,并在 MFASS基础上提出了一种新的基于输出方式的语音质量客观评价方法——OMBFD（ObjectiveMeasures Based on Fractal Dimension）方法。该方法利用多标度分形维数来描述语音信号的质量特征。实验结果表明,OMBFD方法能够描述语音质量好坏程度,其评价结果与主观评价分的相关度达到0.75以上。     

任意阶高运算恒定性分抗逼近电路--标度格型级联双口网络

标度拓展经典负半阶分抗逼近电路,可实现具有任意分数阶微积算子运算功能的分抗逼近电路,但牺牲了运算恒定性.从电路网络的角度分析具有恒定运算性能的负半阶Carlson分形格分抗逼近电路.根据标度分形格分抗逼近电路的等效无源双口网络,探讨该双口网络右侧端口的运算有效性,设计具有高运算恒定性的任意阶标度分形格分抗逼近电路.结合负实零极点对基元系统的零极点分布及其局域化特性,阐述具有任意实数阶微积算子运算功能的标度分形格分抗逼近电路运算振荡现象的物理本质,并从理论上分析有效抑制频域运算振荡现象的方法.结合对称阻容T型节电路优化理论及方法,对任意阶对称格型级联双口网络的频域逼近性能进行优化,获得具有高逼近效益的任意阶标度分形格分抗逼近电路.具有低振荡幅度的任意阶对称格型级联双口网络为高运算恒定性的分抗逼近电路设计及应用提供了一种新方法及思路.     

脑电信号的标度分析及其在睡眠状态区分中的应用

脑电信号具有长程幂律相关性及多重分形的标度特性,并随生理病理状态改变.本文首次针对睡眠脑电信号应用单重分形去趋势波动分析(detrended fluctuation analysis,简记为DFA)方法与多重分形奇异谱对睡眠脑电信号的标度特征进行系统的对比研究.发现DFA标度指数α对于不同导联和样本组间的差异较为敏感,随睡眠状态的变化不规律;而多重分形奇异强度区间Δα随睡眠状态的变化更为规律,睡眠Ⅰ期至Ⅳ期不断增大,并且导联间差异和样本组间差异均较小.多重分形Δα参数更适合作为判定睡眠状态的定量参数.     

自仿射分形在高能碰撞多重产生中的应用

当分形体在不同方向的标度规律不同时，它就是自仿射而不是自相似．本文指出，高能多重产生中的分形属于这种情况，并建议了一种用实验检验自仿射性和测量自仿射的特征量──赫斯特指数的方法     

燃烧过程中煤焦颗粒的逾渗特性变化

本论文根据分形理论及测定得到的准格尔褐煤在燃烧过程中颗粒的物性参数建立表征煤焦颗粒的分形体模型。 通过分形体上突入逾渗和普通逾渗模拟,研究在燃烧过程中由于颗粒内部分形体结构的改变造成的传输特性和反应特性 的变化情况。结果表明,建立的分形体模型能够很好的表征煤焦颗粒结构特征,逾渗模拟的结果与实际情况基本相符。     

多重分形及其描述

近年来在分形学及其应用的研究中逐渐发现,要想准确反映千姿百态的分形及其丰富多彩的特征,仅仅用单一取决于整体特征的标度指数即分维是远远不够的。于是研究工作者们提出了多重分形(multifractals)即分形测度(多分形,复分形,多标度     

时空中的分形

分形过去经常是在几何空间中进行研究，因为它具有几何空间内的标度不变性，即在空间中收缩或放大空间尺度时，其几何形态保持自相似特性，最近西班牙马德里数学与基础物理研究所的C．Escudero博士着重研究在时间中的分形结构，即在不同的时间尺度内，被测量的样本同样存存着标度不变性,分形本身是一种复杂的几何结构，例如一条一维的曲线，让它不断地自相似地弯曲，它就可以成为一个处于一维与二维之间的几何结构，也就是具有“面”的特性，     

高能非线性现象研究的新进展

经典色动力学有混沌解,但是量子混沌是一个困难的理论问题,因而高能物理中的非线性目前还只能用唯象方法进行研究.80年代末,实验观察到多粒子未态相空间中有局域大起伏,激发了对高能非线性现象——间歇与分形研究的热潮.实验发现,一维阶乘矩有饱和现象,这被解释为高维间歇投影到低维的结果;但是,三维阶乘矩也并没有严格的反常标度性.这一困难在一段时间里曾使得间歇(分形)的研究陷于停顿.以后发现,其原因在于高能多粒子未态相空问高度各向异性,因而相应的分形是自仿射分形.只有对相空间进行正确的各向异性分割,才能观察到反常标度性.这一预言已在NA22和NA27的实验数据中得到证实,成功地观察到了反常标度性,从而使高能非线性的研究取得突破性进展.本文介绍这一进展,并作一些讨论.     

多标度分形上的输运方程

 利用质量守恒定律,得到在三维情况下多标度无序分形介质中的一般输运方程,并在讨论布朗运动和分数布朗运动以及在分形介质上的标准扩散方程的基础上,得到多标度无序分形介质中的分数阶输运方程。     

一类多标度分形介质膜系的反射率

应用鲁阳德（Ｒｏｕａｒｄ）递推方法计算光在垂直入射时二标度和三标度分形介质膜系的反射率。结果表明,多标分形介质膜系的反射率具有分形的自相似特征。     

基于多重分形去趋势波动分析法的交通流多重分形无标度区间自动识别方法

无标度区间是时间序列在统计意义上存在分形自相似性的尺度范围,是交通流多重分形特征研究中的重要组成部分.为解决交通流多重分形研究中多重分形去趋势波动分析法(multi-fractal detrended fluctuation analysis,MF-DFA)缺乏有效识别无标度区间方法的问题,本文在分析算法过程中交通流波动函数对数曲线突变点性质的基础上,结合传统无标度区间识别方法的构建思想,建立基于MF-DFA算法的无标度区间自动识别方法.以北京市二环快速路外环方向的部分道路为例开展实例研究,通过与传统无标度区间识别方法的结果对比,验证新方法的有效性.研究结果表明:本文方法能自动识别交通流多重分形无标度区间,且稳定性好;案例研究可知交通流短时间内波动较小、自相似性较强,随着研究时间段变长、交通流波动逐渐变大,自相似性逐渐消失,进一步解释了交通流无标度区间的有限性.     

分形在物理学中的应用

 一、分形理论的基本内容分形是对没有特征长度但有某种意义下的自相似性的形体和结构的总称。分形体系是具有无标度性的自相似结构。自相似结构可用分形维数来表示,这个维数可以是分数,或是一个连续变化的数。分形维数是描述分形的重要参数,有多种定义和计算方法。一般地,如把一个Ｄ维几何物体的尺寸放大Ｌ倍,就得到ＬＤ个原来的几何图像。令ＬＤ=Ｋ,则有Ｄ=ｌｎＫｌｎＬ上式可作为豪斯道夫维数的定义,并且能毫无困难地推广到非整数的范围。分形几何中的主要角色是由传统数学中的“病态”结构所扮演的,如科契曲线、谢尔品斯基海绵等,它们都具有严格的自相似结构,属于有规分形。     

受限分枝无规分形的分维度

提出了受限分枝无规分形的概念．用无规分枝生长的统计方法计算了它的分维．从理论上证明了理想无规分形的分维应在2与4之间．讨论了无规分形的线性度问题，并说明了无规分形体的线性度与物理体系中相互作用的各向异性有关 关键词：     

分形基底上刻蚀模型动力学标度行为的 数值模拟研究

为探讨分形基底结构对生长表面标度行为的影响, 本文采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法模拟了刻蚀模型(etching model)在谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上刻蚀表面的动力学行为. 研究表明,在两种分形基底上的刻蚀模型都表现出很好的动力学标度行为, 并且满足Family-Vicsek标度规律. 虽然谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底的分形维数相同, 但模拟得到的标度指数却不同, 并且粗糙度指数 α与动力学指数z也不满足在欧几里得基底上成立的标度关系α+z=2. 由此可以看出, 标度指数不仅与基底的分形维数有关, 而且和分形基底的具体结构有关.     

分形多孔介质的粒子扩散特点(Ⅱ)

本文进一步讨论了粒子在分形结构中的扩散,首先计算测定了各分形结构的谱维数,然后对其布朗运动特点进 行了分析讨论,最后模拟得到了粒子扩散概率分布,它们表现出很多有趣的特征:不均匀性,内含空洞和标度性等.这些 结果可以更好地了解气体在分形结构中的扩散。     

随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。     

基于小波的雷暴强放电前地面电场的多重分形分析

根据远离平衡的复杂系统演化的雪崩性和自相似倍增串级性，强调了多重分形工具的重要；利用青藏高原中部地区雷暴放电的地面电场仪资料，基于多重分形谱的小波估计方法，对强放电前雷电活动的多重分形特征进行了分析，发现多重分形谱可用推广的多重分形二项倍增串级模式描述，强放电前放电过程具有强烈的奇异性和明显的多重分形性，谱宽度Δα＞1.6，最小标度指数α_min＜-0.3；随着放电的活跃，Δα表现出明显的增加，而强的放电则发生在随后Δα的高值区或下降区，并对相关的原因进行了讨论. 关键词： 多重分形 雪崩 倍增串级 小波 闪电放电