اشکال فراکتالی
معماری آنلاین
هندسه فراکتال سبکهای معماری، فراکتال، معماری فراکتال واژه فراکتال مشتق از واژه لاتینی فراکتوس- به معنی سنگی که به شکل نامنظم شکسته خرد شده است- در سال ۱۹۷۵ برای اولین بار توسط بنوت مندل بروت مطرح شد. فراکتال ها شکل هایی هستند که بر خلاف شکل های هندسی اقلیدسی به هیچ وجه منظم نیستند. این شکل ها اولاً سر تاسر نامنظم اند، ثانیاً میزان بی نظمی آنها در همه مقیاسها یکسان است. با ملاحظه اشکال موجود در طبیعت، مشخص می شود که هندسه اقلیدسی قادر به تبیین و تشریح اشکال پیچیده و ظاهراً بی نظم طبیعی نیست. مندل بروت در سال ۱۹۷۵ اعلام کرده که ابرها به صورت کره نیستند، کوهها همانند مخروط نمی باشند، سواحل دریا دایره شکل نیستند، پوست درخت صاف نیست و صاعقه بصورت خط مستقیم حرکت نمی کند. جسم فراکتال از دور ونزدیک یکسان دیده می شود. به تعبییر دیگر خودمتشابه است. وقتی که به یک جسم فراکتال نزدیک می شویم، می بینیم که تکه های کوچکی از آن که از دور همچون دانه ها بی شکلی به نظر می رسید، بصورت جسم مشخص در می آید که شکلش کم و بیش مثل همان شکلی است که از دور دیده می شود. در طبیعت نمونه های فراوانی از فراکتال ها دیده می شود. درختان ، ابرها، کوهها، رودها، لبه سواحل دریا، و گل کلم ها اجسام فراکتال هستند بخش کوچکی از یک درخت که شاخه آن باشد شباهت به کل درخت دارد. این مثال را می توان در مورد ابرها، گل کلم، صاعقه و سایر اجسام فراکتال عنوان نمود. بسیاری از عناصر مصنوع دست بشر نیز بصورت فراکتال می باشند. تراشه های سلیکان، منحنی نوسانات بازار بورس، رشد و گسترش شهرها و بالاخره مثلث سرپینسکی را می توان در این مورد مثال زد. در علم ریاضی فراکتال یک شکل مهندسی است که پیچیده است ودارای جزئیات مشابه در ساختار خود در هر مقیاسی است. میزان بی نظمی در آن از دور و نزدیک به یک میزان است. مثلث سرپینسکی یک مثلث متساوی الاضلاع است که نقاط وسط سرضلع آن به یکدیگر متصل شده اند. اگر این عمل در داخل مثلث های متساوی الاضلاع جدید تا بی نهایت ادامه یابد، همواره مثلث هایی حاصل می شوند که مشابه مثلث اول هستند. ( وحید قبادیان، مبانی و مفاهیم در معماری معاصر غرب صص ۱۶۶-۱۶۷) تعریف فراکتال هندسه ی اقلیدسی – احجام کامل کره ها و هرم ها و مکعب ها واستوانه ها- بهترین راه نشان دادن عناصر طبیعی نیستند . ابرها و کوه ها و خط ساحلی و تنه ی درختان همه با احجام اقلیدسی در تضاد هستند و نه صاف بلکه ناهموار هستند و این بی نظمی را در مقیاس های کوچک نیز به ارمغان می آورند که یکی از مهمترین خصوصیات فراکتال ها همین است . این بدین معناست که هندسه ی فراکتال بر خلاف هندسه ی اقلیدسی روش بهتری را برای توضیح و ایجاد پدیده هایی همانند طبیعت است .زبانی که این هندسه به وسیله ی آن بیان می شود الگوریتم نام دارد که با اشیا مرکب می توانند به فرمولها و قوانین ساده تری ترجمه و خلاصه شوند. فرکتال از کلمه ی لاتین فراکتوس به معنی سنگی نامنظم شکسته و خرد شده است، گرفته شده است . اولین بار فرکتال را دکتر ماندلبروت طی نظریه ای که برای مسائل جهان هستی ارائه کرد و در این اشکال فراکتالی نظریه عنوان کرد که جهان هستی بعدی مابین ۲۳/۱-۳۴/۱۱ دارد و تمامی پدیده های طبیعی به نوعی فرکتالهایی می باشند در جهان هستی که برای ما ناشناخته اند. فراکتال ها انواع عناصری هستند که فرم فضایی آنها صاف نیست .بنابراین “نامرتب ” نامیده شده اند و این نامنظمی آنها به طور هندسی در راستای مقیاسهای گوناگون در داخل هرم تکرار می شوند .هر چیز طبیعی در اطراف ما در اصل نوعی فراکتال است . به این سبب که خطوط صاف و پلانها فقط در دنیای ایده آل ریاضی وجود دارد .در کنار این تئوری هر سیستم که بتواند به صورت هندسی متصور و تحلیل شود می تواند یک فرکتال باشد .جهان در فرم فیزیکی ( مادی ) کلی خود پر هرج و مرج ،ناممتد و نامنظم است اما در پس این اولین ذهنیت و گمان یک نوع دستوری نهفته است که منظم و دارای ترکیبی واضح است . بهترین راه برای تعریف یک فرکتال توجه به صفتها و نشانه های آن است یک فرکتال ” نامنظم ” است . این بدان معنی است که در آن هیچ قسمتی صاف نیست . فرکتال ” خود مشابه ” است و این بدین معنی است که ” اجزا ” شبیه کل هستند . فراکتال ها به وسیله ی ” تکرار ” توسعه می یابند که به این معنی است که تغییرشکل مکرراً ایجاد شده و وابسته به موقعیت شروع است . خصوصیت دیگر آن این است که فراکتال ” مرکب ” است . اما با این حال می توان آن را به وسیله ی الگوریتم های ساده نشان داد و همچنین بدون معنی نیز نیست که در پس عناصر نامرتب طبیعی یک رشته قوانین موجود است . Benoît B. Mandelbrot (born 20 November 1924) is a French mathematician, bestknown as the father of fractal geometry. He is Sterling Professor ofMathematical Sciences, Emeritus at Yale University; IBM Fellow Emeritus at theThomas J. Watson Research Center; and Battelle Fellow at the Pacific NorthwestNational Laboratory. He was born in Poland. His family moved to France when hewas a child, and he was educated in France. He is a dual French and Americancitizen. Mandelbrot now lives and works in the United States. موزه گوگنهایم در بیلبائو فرکتال (برخال) چیست؟ ما فرکتال‌ها را هر روز می‌بینیم: درختها ، کوهها، پراکنده شدن برگهای پاییزی روی زمین ، ساحل دریا و … حالا به این تعریف دقت کنید: فراکتال تصویر هندسی چند جزیی است که میتوان آن را به تکه هایی تقسیم کرد که انگار هر تکه یک کپی از ” کل ” تصویر است . به سختی بتوان باور کرد که چیزی مانند فراکتالها بتواند اینقدر پیچیده و سخت باشد و در عالی ترین سطوح ریاضی به کار رود و در عین حال بتوان به تصویر یک سرگرمی خوب به آن نگاه کرد. اگر بخواهیم بترسانیمتان می‌توانیم بگوییم که هندسه فراکتالی حرکت اشکال در فضا را ثبت می‌کند و یا ناهمواری دنیا و انرژی و تغییرات دینامیک آن را نشان میدهد ! اما راستش را بخواهید فراکتال چیز ساده ای است به سادگی ابرها یا شعله های آتش. واژه فرکتال از ریشه ای یونانی به معنای ” تکه تکه شده ” و”بخش بخش” آمده است و به نحوی تعریف ریاضی اش را در خود دارد. اگر بخواهیم از دید کلی به بحث فرکتال نگاه کنیم آن را می توان به ۳ دسته تقسیم بندی کرد : ۱- هندسه فرکتال : در این قسمت از دید ریاضی به فرکتال نگاه می شود که بیشتر مورد توجه ریاضی دان ها قرار گرفته اما پایه های قسمت های بعدی نیز می باشد ، و تا با عناصر اصلی فرکتال و چگونگی ایجاد این فرم آشنا نشویم نمی توان فرم های مختلف و حجم های مختلف را شناسایی کرد. ۲- فرم فرکتال : قسمت دوم این مقاله است ، با توجه به اینکه ،محصول هندسه فرکتال فرمی است که دقیقاً آن مشخصه های هندسی مربوطه را دارد . در این بخش فرم هایی همچون فرم های درخت ، فرم های مندلبرت ، فرمهای موجود در طبیعت ، ایجاد فرم های رندوم (Randomfractal) ، خود متشابهی (self similarity) ، فرکتال در نقاشی ( آثار نقاشانی چون جکسون پالاک ) و … مورد بررسی قرار خواهد گرفت . ۳- حجم فرکتال (فرکتال در معماری): نتیجه فرم های مختلف می تواند به یک اثر معماری منتج شود لذا در این بخش حجم های فرکتالی و آثار معماری مطرح می شود . اشکال فرکتالی چنان با زندگی روزمره ما گره خورده که بسیار جالب است. با کمی دقت به اطراف خود، می توان بسیاری از این اشکال را یافت. از گل فرش زیر پای شما و گل کلم درون مغازه های میوه فروشی گرفته تا شکل کوه ها، ابرها، دانه برف و باران، شکل ریشه، تنه و برگ درختان و بالاخره شکل سرخس ها، سیاهرگ و حتی می توان از این هم فراتر رفت : سطح کره ماه ، منظومه شمسی و ستارگان . البته در بخش فرم های فرکتال این موضوع بیشتر مشهود است به طوری که بسیاری از فرمهای خلقت دارای ساختاری فرکتال هستند . این روزها از فراکتالها به عنوان یکی از ابزارهای مهم در گرافیک رایانه ای نیز نام می برند، اما هنگام پیدایش این مفهوم جدید بیشترین نقش را در فشرده سازی فایلهای تصویری بازی می کنند. فرکتال از منظر هندسی هندسه فرکتالی یا هندسه فرکتال ها پدیده ایست که چندی پیش پا به دنیای ریاضیات گذاشت. واژه فرکتال در سال ۱۹۷۶ توسط ریاضیدان لهستانی به نام بنوئیت مندلبرات وارد دنیای ریاضیات شد. او در سال ۱۹۸۷ پرفسوری خود را در رشته ریاضیات گرفت. مندلبرات وقتی که بر روی تحقیقی پیرامون طول سواحل انگلیس مطالعه می نمود به این نتیجه رسید که هر گاه با مقیاس بزرگ این طول اندازه گرفته شود بیشتر از زمانی است که مقیاس کوچکتر باشد. از لحاظ واژه مندلبرات انتخاب اصطلاح فرکتال (fractal) را از واژه لاتین fractus یا fractum (به معنی شکسته ) گرفت تا بر ماهیت قطعه قطعه شونده که یکی از مشخصه های اصلی این فرم است ،تاکید داشته باشد . فرهنگستان زبان هم واژه برخال را تصویب کرده و همچنین برای واژه فرکتالی واژه برخالی را تصویب کرده است. واژه فرکتال به معنای سنگی است که به شکل نامنظم شکسته شده باشد. اما در هندسه : فرکتال از دید هندسی به شیئی گویند که دارای سه ویژگی زیر باشد: ۱-اول اینکه دارای خاصیت خود متشابهی باشد یا به تعبیر دیگر self-similar باشد. ۲-در مقیاس خرد بسیار پیچیده باشد. ۳-بعد آن یک عدد صحیح نباشد (مثلاً ۱٫۵). برای درک بهتر نسبت به مشخصات بالا در فرم هندسی ، بد نیست نمونه ای که شاید تا کنون با آن برخورد کرده باشید مطرح شود : تصویر بالا ( یک کبوتر ) یک فرم هندسی است که دقیقاً با تعاریفی که در تعریف فرکتال بیان شد، منطبق است یعنی هم دارای خاصیت خود متشابهی و پیچیدگی در مقیاس خرد و نیز عدم داشتن بعد صحیح . تصویر بالا دارای بعدی بین عدد ۲ و ۳ است. حال به بررسی هر یک در زیر پرداخته شده : خاصیت خود متشابهی فرکتا لها شیئی را دارای خاصیت خود متشابهی می گوییم: هر گاه قسمت هایی از آن با یک مقیاس معلوم ، یک نمونه از کل شیئی باشد. ساده ترین مثال برای یک شیئ خود متشابه در طبیعت گل کلم است که هر قطعه‌ی کوچک گل کلم متشابه قطعه بزرگی از آن است . همین طور درخت کاج یک شیئ خود متشابه است ،چرا که هر یک از شاخه های آن خیلی شبیه یک درخت کاج است ولی در مقیاس بسیار کوچکتر .همچنین در مورد برگ سرخس نیز چنین خاصیتی وجود دارد. رشته کوه ها ، پشته های ابر ، مسیر رودخانه ها و خطوط ساحلی نیز همگی مثال‌ها‌یی از یک ساختمان خود متشابه هستند. نمونه ای از خود متشابهی در شکل زیر نیز دیده می شود. فراکتال شکل هندسی پیچیده است که دارای جزییات مشابه در ساختار خود در مقیاسهای متفاوت می باشد و بی نظمی در آن از دور و نزدیک به یک اندازه است . واژه فراکتال مشتق گرفته شده از واژه لاتینی فراکتوس به معنای سنگ است که به شکل نا منظم شکسته و خرد شده .این واژه برای اولین بار توسط بنوت مندل بروت مطرح شد . جسم فراکتال از دوز و نزدیک یکسان دیده می شود .مثلا وقتی به یک کوه نگاه می کنیم شکلی شبیه به یک مخروط می بینیم که روی آن مخروطهای کوچکتر و بی نظمی دیده می شود ولی وقتی نزدیک می شویم همین مخروطهای کوچک شبیه کوه هستند و یا شاخه های یک درخت شبیه خود درخت هستند .البته در طبیعت نمونه های اجسام فراکتال فراوان است مثلا ابرها -رودها -سرخس ها و حتی گل کلم از اجسام فراکتال است .و اگر به ساخته های دست بشر هم نگاه کنیم تراشه های سیلیکان و یا مثلث سرپینسکی نیز فراکتال هستند . و در معماری همیشه نباید نیاز بشر را هندسه اقلیدسی تامین کند .گسترش شهرها نمونه آشکاری از فراکتال است. خصوصیات اشکال فرکتال - اشکال اقلیدسی با استفاده از توابع ایستا تولید می شوند ولی اشکال فرکتال با فرآیندهای پویا تولید می شوند.( فرآیندهای پویا, فرآیندهایی هستند که دارای حافظه می باشند و رفتار آنها به گذشته بستگی دارد.) - اشکال فرکتال دارای خاصیت خود همانندی است. طول این اشیا بی نهایت است که در فضای محدود, محصور شده اند. - مجموعه های فرکتال, از زیر مجموعه هایی تشکیل شده اند که این زیر مجموعه ها شبیه مجموعه های بزرگتر هستند. - هندسه فرکتال دارای ساختارهای ظرفیتی بالاست ولی ظرفیت اطلاعاتی اشیای اقلیدسی بسیار محدود و حاوی اطلاعات تکراری است. - هندسه فرکتال, بیان ریاضی از معماری طبیعت است. - هر فرآیند تکراری و پویا باعث ایجاد ساختارهای پیچیده فرکتال نمی شود. مکانیزم تولید چنین ساختارهای پویایی, آشوب است. در حقیقت, فرکتال تصویر ریاضی از آشوب است. رابطه فراکتال و معماری مطالعه هندسه باید به طراح کمک کند به درک بهتری از جریان جزئیات در پیرامون ما و جهان طبیعی دست یابد. خصوصیت فراکتالی یک ترکیب معماری در تسلسل جالب جزئیات است. این تسلسل برای حفظ جذابیت معماری لازم است. هنگامی که شخص به یک ساختمان نزدیک و سپس به آن وارد می شود اشکال فراکتالی همیشه باید مقیاس کوچکتر دیگری همراه با جزئیات جذاب وجود داشته باشد تا معنای کلی ترکیب را بیان کند که این یک ایده فراکتال است. انسانها در روزگار قدیم که در طبیعت می زیستند و مانند انسان دوره مدرن, با طبیعت بیگانه نبودند, معماریشان با نظم طبیعت بود. آنها به این دلیل که در طبیعت رشد میافتند, ضمیر ناخودآگاهشان نیز با نظم طبیعت- یعنی با نظم فراکتال- رشد میافت, در نتیجه مصنوعاتش نیز دارای نطم فراکتال می بود. فراکتال در معماری معاصر به دنبال بیگانگی انسان معاصر با طبیعت و دور شدن ساخته هایش از تشابه با ساختارهای طبیعت, معماران معاصر به دنبال نمود دادن ساختار فراکتال طبیعت در آثارشان هستند. هر چند که این هنوز آغاز راه است ولی ارتباطی جدیدی در زمینه طبیعت و معماری معاصر را نشان میدهد. ارتباطی که انسان مدرن آن را فراموش کرده بود.
عاشق بهترین ها نباش. بهترین باش. تا بهترین ها عاشق تو باشند
اشکال فراکتالی
گربه‌ها ، قناری‌ها و کانگوروها به نحوی به هم شبیه هستند. اما در هندسه، تشابه معنای خاصی دارد که حتماً آن را در کتاب ریاضی خود دیده اید و می‌دانید که تشابه، یکسانی اشکال در عین متفاوت بودن اندازه هاست. به زبان ساده تر اگر بتوانید با بزرگ یا کوچک کردن دو شکل، آن ها را دقیقاً همانند هم کنید، آن دو شکل متشابه اند. اما شکل های خود متشابه کدام‌ها هستند؟ اشکال زیادی وجود دارند که فراکتالی نیستند اما خود متشابه اند.
به این شکل دقت کنید!
شکل کلی یک ذوزنقه است و خود از ذوزنقه های اشکال فراکتالی کوچک تر کنار هم پدید آمده است. این مورد یک مثال از تشابه به خود است.
حال به این مثلث خاص نگاه کنید.
این مثلث بزرگ که مثلث سیرپینسکی نام دارد، از مثلث های مشابه کوچک تر تشکیل شده است که همین طور کوچک تر و کوچک تر هم میشوند.
چند سایز مثلث وجود دارد و آیا همه باهم و با مثلث بزرگ تشابه دارند؟
اگر شکل قرمز را شکل پایه در نظر بگیریم ، در شکل آبی چند نمونه از آن وجود دارد؟
آیا مربع‌ها خود متشابه اند؟ یعنی میتوان با مربع های کوچک تر، مربع بزرگی ساخت. شش ضلعی‌ها چه طور؟
آیا همه ی دایره‌ها متشابه اند؟ آیا خود متشابه هم هستند؟
تشکیل از راه تکرار Iterative formation
مقصود از تشکیل از راه تکرار چیست؟ یعنی برای درست کردن یک فراکتال می‌توانیم یک شکل معمولی هندسی ( مثلاً یک خط ) را انتخاب کنیم و با آن یک شکل بسازیم. سپس با شکل به دست آمده، شکل پیچیده تری مانند شکل های قبلی بسازیم، و همین طور به این کار ادامه دهیم. اشکال فراکتالی به این طریق به وجود می‌آیند و برنامه های کامپیوتری متعددی برای ایجاد آن ها نوشته شده است که هر کدام نام و روشی خاص دارند. مثلاً مثلث سیرپنسکی که قبلاً مشاهده کردید و یا :
ابعاد کسری fractional dimension
همان طور که می‌دانید، یک نقطه بعد ندارد.
یک خط، شکلی یک بعدی است
یک صفحه، دو بعد دارد.
و شکل های حجیم، سه بعد دارند.
اما فراکتالها می‌توانند بعد کسری داشته باشند! مثلاً یا . چه طور چنین چیزی امکان دارد؟
اگر یک پاره خط را نصف کنیم، چه پیش می‌آید؟
حال دو خط داریم که همانند هم هستند.
اگر هر دو بعد یک مربع را نصف کنیم، چه طور؟ حال چهار مربع هم اندازه داریم.
با نصف کردن هر سه بعد یک مکعب به هشت مکعب کوچک تر می‌رسیم.
به جدول زیر دقت کنید:
| شکل | بعد | تعداد اشکال متشابه حاصله |
| پاره خط | 1 | 2 1 =2 |
| مربع | 2 | 2 2 =4 |
| مکعب | 3 | 2 3 =8 |
چه الگویی وجود دارد؟ به نظر می‌رسد که بعد، همان " توان " است. یعنی برای پیدا کردن تعداد اشکال حاصل باید 2 را به توان بعد آن شکل برسانیم.
پس می‌توانیم مورد زیر را نیز به این جدول اضافه کنیم:
| هر شکل خود متشابه | d | 2 d =n |
این بار به سراغ مثلث خودمان می رویم.
برای دیدن محیط تعاملی، نرم افزار جاوا را از اینجا دریافت کنید.
اگر هر ضلع را نصف کنیم، چند مثلث تشکیل می‌شود؟ به خاطر داشته باشید که مثلث های سفید جزء مثلث سیرپینسکی نیستند. با نصف کردن هر ضلع، به سه مثلث می‌رسیم، یعنی: 3=2 d
3 عددی است بین 2 1 و2 2 . کسانی که با لگاریتم آشنایی داشته باشند، به راحتی این مسأله را حل می‌کنند. برای مطالعه ی بیش تر می‌توانید به سایت های زیر مراجعه کنید:
زمانی که صحبت از تعادل در ژئومورفولوژی می شود، بی شک قبل از هر چیز، چرخه فرسایشی دیویس در ذهن نقش می بندد. در برابر نگاه ایستایی به تحولات لندفرم ها، تفکر تعادل پویا یا تعادل دینامیکی که ریشه در پژوهش های جیلبرت دارد، قرار گرفته است. سوال اصلی اینجاست که آیا همه سیستم های باز نظیر ژئوسیستم ها در هر مکان و زمان، حالت تعادل را جستجو می کنند؟ فارغ از اینکه به تفکر دیویس و اصل ایستایی تحولات اعتقاد داشته باشیم یا به تعادل پویا در نگاه جیلبرت باور ذهنی خود را پرورش داده باشیم، پاسخ به این سوال را باید در قوانین ترمودینامیک غیرخطی کنکاش کرد. در اینجا دیگر قوانین مکانیک نیوتنی که براحتی کلید نظریه دیویس است قادر نخواهد بود تا بر شکل گیری و فروپاشی الگوها، تغییرات لحظه ای ژئوسیستم ها، پاسخ ها و اشکال کاتاستروفی و وجود الگوهای فراکتالی پاسخ دهد. تئوری پایداری لیاپانوف درک دقیقی از بازخوردهای مثبت و منفی ژئوسیستم ها ارائه می دهد. لیاپانوف نشان داد که واگرایی در زمان، پیدایش الگوهای آشوب را به همراه دارد. دینامیک الگوهای مکانی شکل گرفته در ژئوسیستم ها، علاوه بر وجود شرایط نامتعادل، بیانگر وقوع نقاط تعادلی جدید در طی زمان است. اگر بر پایه اصل انتروپی پذیرفته ایم که همه سیستم های باز تعادل خود را در حداکثر انتروپی کنکاش می کنند، می بایست متصور شد که زمین به عنوان یک ژئوسیستم ماکرو و سایر ژئوسیستم ها و اکوسیستم های موجود در آن هنوز به نقطه محتوم ماکزیمم انتروپی دست نیافته اند. لذا دینامیکی از تحولات و تغییرات چشم انداز را در ژئوسیستم های زمین و تمامی سیستم های باز موجود در آن شاهد هستیم. این دینامیک با بروز الگوهای دوره ای، آشوب و اشکال فراکتالی در ژئوسیستم ها همراه است. در این مقاله سعی شده است تا قوانین پایداری حاکم در شرایط ناتعادلی در ژئوسیستم ها بر پایه نظریه لیاپانوف و ترمودینامیک غیرخطی مورد بررسی قرار گیرد. نتایج پژوهش نشان می-دهد که خودتنظیمی حاصل از اتلاف انرژی در سیستم، الگوهای مکانی و رفتارهای آشوب گونه را در محدوده ناتعادلی رقم می زند که دینامیک این رفتارها، می تواند به مثابه کلیدی در پیش بینی پاسخ های ژئوسیستم به اغتشاشات محیطی ملاک عمل قرار گیرد.
الگوی فراکتال در طبیعت
الگوی فراکتال مارپیچ
حتمأ تا کنون در طبیعت با اشکال پیچیده نظیر خطوط ساحلی ، یک برگ درخت، برف و غیره مواجه شده اید. اشکالی که به ظاهر خالی از نظم هستند. در این مطلب با معرفی الگوی فراکتال در طبیعت خواهیم دانست که در دل هر بی نظمی، نظمی نهفته است.
فراکتال چیست؟
فراکتال الگوی هندسی است که در مقیاسهای کوچکتر یا بزرگتر تکرار می شود تا اشکال و سطحی نامنظم شبیه به خود ایجاد کند.. فراکتالها بخصوص در مدل سازی کامپیوتری از الگوها و ساختارهای نامنظم موجود در طبیعت بوجود می آیند.
به زبان ساده ، یک فراکتال نمایشی گرافیکی از یک معادله ریاضی است. فرمول مورد استفاده برای یک تصویر خاص ، نحوه شکل گیری و رنگ آمیزی هر پیکسل را تعیین می کند. یک تصویر معمولی فراکتال حاوی میلیون ها پیکسل است!
این تصاویر پیچیده و خارق العاده زیبا می تواند ناشی از فرمولهای ریاضی نسبتاً ساده باشد. با اصلاح انتخابی این فرمولها ، تغییر الگوریتم های رنگ آمیزی و غیره می توان ترکیبات منحصر به فردی را ایجاد کرد که قبلاً دیده نشده است.
اشکال فراکتالی در طبیعت
فراکتالها اساساً اشکال هندسی یا اشکالی هستند که در اشیاء طبیعی ، از یک برگ درخت ، تا یک تار عنکبوتی گرفته تا پدیده های بزرگتر مانند ابرها ، توفان ها یا حتی کهکشان نمایان می شوند. کشف فراکتال اجازه تعریف اشکال نامنظم را که نمی تواند تعریف شود ، یا قبلاً توسط ریاضیات نشان داده می شد ، فراهم آورد. می توان یک مربع ، مستطیل ، مثلث و غیره را تعریف کرد (یا از لحاظ ریاضی مدل کرد) ، اما نمی توانست تعریف کند.
از اشکال فراکتالی بسیار متداول که در تمام طبیعت یافت می شود ، مارپیچ است. این یکی از رایج ترین اشکال است که در فراکتال ها مشاهده می شود که اغلب در اینترنت مشاهده می شود ، و این شکل ریاضی در سراسر طبیعت نیز فراگیر است. آیا بین ریاضیات و علم و خلقت ارتباطی وجود اشکال فراکتالی دارد؟ فراکتال ها “اثر انگشت خدا” خوانده شده اند ، شاید اینگونه باشند! مثالهای زیر نمایانگر این فرم مارپیچ ، در چندین سطح مقیاس ، از میکروسکوپی تا کهکشانهای جهان است.
چه چیزی در مورد فراکتال ها بی نظیر است؟
یکی از جنبه های شگفت انگیز و مشخصه فراکتال ها این است که آنها بی نهایت هستند! یک فراکتال در سطح کلان و سطح خرد نامتناهی است. فراکتالها به مقادیر بی نهایت بزرگی از مختصات خود ، به بیرون و در تمام جهات از مرکز گسترش می یابند. این مانند شروع در مرکز جهان و سپس حرکت به بیرون برای تلاش و یافتن پایان جهان است!
خصوصیات فراکتال ها
فراکتال ها نیز دارای جزئیات نامتناهی هستند ، به این ترتیب که می توان بدون محدودیت (حداقل در تئوری) آنها را بزرگنمایی کرد تا جزئیات در تصویر دیده شود. این ویژگی یکی از جنبه های اصلی فراکتال ها است ، خواه به کاوش در فراکتال ها به عنوان یک شکل هنری ، یا به صورت طبیعت یافت شود.
یکی دیگر از ویژگیهای بارز فراکتالها ، این خاصیت شباهت به خود است. یک ناحیه دلخواه از یک فراکتال کاملاً شبیه (اما نه لزوماً یکسان) با کل فراکتال است. درست همانطور که در DNA تمام اطلاعات مربوط به هریک از ما وجود دارد ، تمام اطلاعات مربوط به یک فراکتال را در تصویر “والدین” آن درج می کند.
فراکتالها ، در هنر و طبیعت ، می توانند از تقارن زیبا تا هرج و مرج ، از یک برف کاملاً متقارن تا یک ابر و یک رعد و برق هرج و مرج عظیم ، متغیر باشند. اما فارغ از تقارن آنها ، یا سطح هرج و مرج ، فراکتالها همه جا به نظر می رسند.
ساختار فراکتالی بازار های مالی
این واژه Fractal از کلمه لاتین Fractus (یعنی تکه تکه و بخش بخش) گرفته شده یکی از مهمترین خصوصیات فراکتالها خود متشابه بودن (self similarity)آنهاست به این معنی که فراکتالها از اجزایی تشکیل شده اند که هر جزء در آن شبیه به کل شکل میباشد و به عبارتی اشکال پیچیده از طریق تکرار اشکال ساده […]
این واژه Fractal از کلمه لاتین Fractus (یعنی تکه تکه و بخش بخش) گرفته شده یکی از مهمترین خصوصیات فراکتالها خود متشابه بودن (self similarity)آنهاست به این معنی که فراکتالها از اجزایی تشکیل شده اند که هر جزء در آن شبیه به کل شکل میباشد و به عبارتی اشکال پیچیده از طریق تکرار اشکال ساده بدست می ایند.
تشکیل از راه تکرار (Iterative formation)
مقصود از تشکیل از راه تکرار چیست؟ یعنی برای درست کردن یک فراکتال می‌توانیم یک شکل معمولی هندسی ( مثلاً یک خط ) را انتخاب کنیم و با آن یک شکل بسازیم. سپس با شکل به دست آمده، شکل پیچیده تری مانند شکل های قبلی بسازیم، و همین طور به این کار ادامه دهیم. اگر شکل قرمز را شکل پایه در نظر بگیریم ، در شکل آبی چند نمونه از آن وجود دارد؟
اشکال فراکتالی به این طریق به وجود می‌آیند و برنامه های کامپیوتری متعددی برای ایجاد آن ها نوشته شده است که هر کدام نام و روشی خاص دارند در زیر به چند نمونه از آن اشاره می کنیم:
– مثلث سیرپینسکی :
به این مثلث خاص در شکل زیر نگاه کنید. این مثلث بزرگ (که با نام لاتی ierpinski triangle معروف است)، از مثلث های مشابه کوچک تر تشکیل شده است که همین طور کوچک تر و کوچک تر هم میشوند. چند سایز مثلث وجود دارد و آیا همه باهم و با مثلث بزرگ تشابه دارند؟ در واقع مثلث بزرگ از چیدمان چندین مثلث دیگر بوجود آمده اند که هر کدام از آنها نیز به نوبه خود از مثلثهای کوچتکر و هر کدام از آن مثلث های کوچکتر نیز از مثلثهای کوچکتر از خود و … بوجود آمده است
دانه برف کخ:
این دانه برف تنها از یک مثلث و بصورت زیر ساخته می شود. (این نام از نام آن ریاضیدان، نیلز فابین هلگ وان کُخ Niels Fabian Helge Von Koch گرفته شده است.) برای ملموس تر شدن موضوع اجازه دهید کمی از این هندسه زیبا را در اطرافمان بیابیم: ساختارهای فراکتالی در بسیاری از ساختارهای طبیعی مثل ساختمان دانه های برف، شکل کوه ها، ابرها و شکل ریشه، تنه و برگ درختان، رویش بلورها در سنگهای آذرین، شبکه آبراه ها و رودخانه ها، رسوبگذاری الکتروشیمیایی، رویش توده باکتریها و سیستم عروق خونی وغیره دیده میشوند و با آنها میتوان پدیده های طبیعی بسیاری را تشریح، تفسیر و پیش بینی کرد
– فراکتال طبیعی گیاه آلوئه پلی فیلا
شکل زیر از دوران یک تک برگ حول محور مرکز (به گونه ای که شعاع دوران دائمآ در حال کاهش است) بوجود آمده است.لذا میتوان بجای مطالعه کل شکل, تنها به مطالعه همان تک برگ پرداخت زیرا کل شکل فوق چیزی به جز قرار گیری هدفمند تعداد زیادی از این تک برگها در کنار یکدیگر نیست.
کلم بروکلی رومانسکو
کلم بروکلی رومانسکو، یکی از کلم های عجیب در جهان به حساب می آید، چرا که ترتیب قرارگیری و شکل هندسی برگ ها و دانه های آن از معادلات و اشکال هندسی کاملا متقارن و هندسی تبعیت می کند
– دانه برف طبیعی:
در عکس میکروسکوپی زیر می بینید که دانه های برف با چه زیبایی وصف ناپذیری بصورت فرکتالی ساخته شده اند موارد کاربرد فراکتالها آنچنان زیاد است که حتی نمیتوان لیستی از آن ارائه داد. چند مورد از کاربرد های روزمره با فراکتال ها: مثلآ در کامپیوتر (برای فشرده کردن تصاویر یا پردازش تصاویر)، فیزیک (آنتن های گوشی موبایل)، پزشکی (برای تفسیر نوار قلبی و پیش بینی رفتار بدن)، معماری و شهرسازی، اقتصاد، شیمی، پیش بینی وضع هوا، زمین شناسی و حرکت گسل ها و بسیاری از مواد دیگر؛ همچنین میتوان رد پای فراکتال ها را در خلق آثار هنری جست و با استفاده از آنها ایده های بدیع و زیبایی خلق نمود.
ارتباط فراکتال با بازار های مالی
در بازار های مالی نیز مانند سایر بخشهای کتاب خلقت، سیستم فراکتالی نیز صادق است. اگر تایم فریم را مانند یک طیف در نظر بگیریم، و جهت حرکت از سمت چپ به راست باشد، در سمت چپ و در نقطه آغاز این طیف، تیک چارت را بعنوان کوچکترین آجر و سنگ بنای تایم فریم های دیگر خواهیم داشت. در واقع تیک چارت حکم اتم (به معنای غیر قابل تجزیه به عوامل کوچکتر) را دارد در هر زمانی که قیمت جدیدی برای یک جفت ارز (Ask) اعلام شود، تیک چارت تغییر خواهد کرد. در مرحله بعدی تایم فریم یک دقیقه را داریم که اطلاعات تیک چارت را به مدت یک دقیقه خلاصه کرده و در یک کندل حاوی: قیمت شروع یک دقیقه مورد بررسی (open)، قیمت در پایان یک دقیقه مورد بررسی (close)، قیمت حد اکثر در یک دقیقه مورد بررسی (high) ، و قیمت حداقل در یک دقیقه مورد بررسی (low) قرار می گیرد. تایم فریم بعدی در طیف می تواند تایم فریم 5 دقیقه باشد که اطلاعات 5 کندل یک دقیقه ائی را در خود جا داده و در یک کندل نمایش می دهد: قیمت شروع پنج دقیقه مورد بررسی (open)، قیمت در پایان پنج دقیقه مورد بررسی (close)، قیمت حداکثر در پنج دقیقه مورد بررسی (high) ، و قیمت حداقل در پنج دقیقه مورد بررسی (low) همینطور که از سمت چپ این طیف به سمت راست طیف حرکت می کنیم تایم فریم بزرگتر و بزرگتر می شود اما جزء غیر قابل تجزیه در تمام آنها (مانند تمام ساختارهای فراکتالی) فقط یک چیز است که در این مورد (تایم فریمها) همان تیک چارت می باشد.
نکته اساسی که در ساختار فراکتالی تایم فریمها وجود دارد آنست که تمام تکنیکها، روشها ، اندیکاتورها، استراتژی ها و … که برای اشکال فراکتالی یک تایم فریم قابل استفاده است، برای تمام تایم فریمهای دیگر با همان دقت قابل بکارگیری می باشد. یعنی استراتژی شما در تایم فریم یک دقیقه به همان نحوه ائی عمل می کند که در تایم فریم ماهانه و یا سایر تایم فریم ها بکار گرفته شود.
این اعجاز بزرگ ساختار فراکتالی در بازار سرمایه است. البته بدیهی است که تایم های پایین تر میکروسکوپیک و حرکتها دارای برد های کمتر و تایم های بالاتر ماکروسکوپیک بوده و در نتیجه حرکتها با برد های بیشتر اتفاق می افتند. (دید فرکتالی به بازار می تواتند تحلیل تکنیکال شما را بهبود ببخشد)
