Новый взгляд на мир. Фрактальная геометрия - [36]

Существует множество программ для создания фрактальной музыки (MusiNum, LMUSe, Gingerbread, The Well Tempered Fractal), которые позволяют автоматически генерировать приятные мелодии. Фил Томпсон, британский программист и музыкант-любитель, начал заниматься фрактальной музыкой как хобби и в 1998 г. выпустил первый альбом Organized Chaos. Его композиции, которые он сам считает открытиями, основаны на множестве Мандельброта. Томпсон создал программу Gingerbread, которая работает следующим образом. Выбирается начальная точка z, затем к ее орбите, получаемой с помощью квадратичной функции, применяются определенные преобразования, в результате чего координаты точек превращаются в ноты. Когда орбита выходит за границы окружности радиуса 2, мелодия начинается снова. Программа предлагает невероятное множество вариантов. Таким образом, с ее помощью можно создать огромное число разнообразных композиций. Без знаний математики и музыки можно создавать классические композиции и поп-музыку, начиная от саундтреков к фильмам и заканчивая фоновой музыкой для сайтов. Создатель программы гарантирует, что количество исходных данных бесконечно велико. Он определяет фрактальную музыку как особую форму композиции, при которой пользователь не «изобретает», а «открывает» музыку.

В поисках определения

Существует ли точное определение фрактала? Мандельброт в книге «Фрактальные объекты» утверждает, что существует только эмпирическое определение и что ни одно теоретическое определение не является полностью удовлетворительным. Иногда говорят, что фракталы — это объекты с дробной размерностью, но это утверждение вдвойне ошибочно, так как размерность фракталов может быть иррациональным (как, например, для треугольника Серпинского) или целым числом (для кривых, покрывающих плоскость, или для границы множества Мандельброта).

Возможно, точнее всего можно определить фрактал через его свойства: фрактал — это фигура, обладающая самоподобием (составные части подобны всей фигуре целиком), которая строится посредством итеративного процесса, зависит от начальных условий и имеет сложную структуру, несмотря на простоту алгоритма построения. Британский математик Кеннет Фальконер в своей книге Fractal Geometry. Mathematical Foundations and Applications («Фрактальная геометрия. Математические основы и приложения», 1990), определяет фрактальную структуру как структуру, обладающую одним из нижеперечисленных свойств:

1. Она слишком неравномерна, поэтому ее нельзя описать в терминах классической геометрии.

2. Ее детали заметны при любом масштабе наблюдений.

3. Она обладает самоподобием в некотором смысле (точным, примерным или статистическим).

4. Ее размерность Хаусдорфа-Безиковича строго больше ее топологической размерности.

5. Она строится с помощью простого рекурсивного алгоритма.

В 1975 г. Мандельброт дал фракталам такое определение: фракталы — это фигуры, которые являются результатом повторяющихся математических процессов, описываются не дифференцируемыми функциями, обладают самоподобием в любом масштабе и имеют фрактальную размерность.

Его не полностью устраивало это определение, и в 1982 г. Мандельброт определил фрактал как множество, у которого размерность Хаусдорфа строго больше, чем топологическая размерность. Тем не менее он сам признавал, что это определение недостаточно общее и не описывает отдельные объекты, которые являются фракталами, в частности кривые, покрывающие плоскость, к которым относятся кривая Пеано и кривая Гильберта (о них подробно рассказывается в первой части второй главы)[25].

Можно принять точку зрения Барнсли, который понимал фракталы как аттракторы систем итерируемых функций, а можно придерживаться определения, которое приводит Джудит Седерберг в книге A Course in Modern Geometries («Курс современной геометрии», 2001). Оно звучит так: фрактал — это множество точек, обладающее самоподобием в строго детерминированном или строго стохастическом (случайном) смысле. Множество Мандельброта не удовлетворяет ни одному из этих определений, что может представлять некоторые неудобства (или наоборот). Седерберг пишет по этому поводу:

«Природа (или математическое описание?) множества Мандельброта — это наглядная аналогия того, что в музыке называется «тема с вариациями»: одни и те же шаблоны повторяются повсюду, но всякий раз несколько по-разному… Рассматривая его, мы постоянно будем видеть что-то новое, но при этом снова и снова будут появляться знакомые очертания. Благодаря этой неизменной новизне, множество Мандельброта можно назвать предельным фракталом, так как оно содержит другие фракталы внутри себя. По сравнению с обычными фракталами оно содержит больше элементов, обладает большей гармоничностью, а его неожиданные свойства еще более неожиданны».

САМООПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ФРАКТАЛЫ

Существуют различные классификации фракталов по их свойствам. В зависимости от степени самоподобия все фракталы можно разделить на пять больших категорий:

1. Самоповторяющиеся. Эта категория накладывает наиболее строгие ограничения, так как необходимо, чтобы фрактал не изменялся в зависимости от масштаба наблюдений. К этой группе относятся канторово множество, треугольник Серпинского, кривая Пеано, снежинка Коха, кривая дракона, губка Менгера и так далее.