Multifractais José Garcia Vivas Miranda. Que são multifractais; Métodos de caracterização;...
Transcript of Multifractais José Garcia Vivas Miranda. Que são multifractais; Métodos de caracterização;...
Multifractais
José Garcia Vivas Miranda
Que são multifractais;
Métodos de caracterização;
autosimilaridade;
autoafinidade.
Transformada Wavelets
Aplicações;
Porosimetria;
Catalizadores;
T. Wavelets generalizada
Multifractais
Se pensava que os fractais dariam conta da heterogeneidade na natureza.
Conceitos
0 200 400 600 800 1000
30
60
90
120
150
180
Substrato Partículas depositadas
Altu
ra
Largura
Multifractais
Conceitos
Os multifractais são fractais cujas partes são outros fractais.
Os multifractais são fractais que exibem diferentes dimensões a diferentes escalas.
OU
Multifractais
Como caracterizá-lo (Autosimilaridares)Consideremos um conjunto de dados cuja a medida sobre eles englobe o intervalo de
escalas J=[a,a+L].
1) Se divide o intervalo em sucessivos subintervalos de tamanho definido por:=1/2k, onde k=1,2,3,... (ex. =1/2,1/4,1/8...)
2) Para cada escala teremos um conjunto de medidas i(), onde o índice i representa a i-ésima partição de tamnaho .
3) O número de partições de tamanho será N()= 2k = -1. Ou seja, para uma escala =1/2 teremos 2 partições, para =1/4 teremos 4 e assim sucessivamente.
4) Se define o expoente de singularidade ou de Hölder para cada partição i como:
i()= i
i = log[i()]/ log()
Multifractais
Como caracterizá-lo (Autosimilaridares)
5) O expoente representa a concentração da medida . Quanto maior menor a concentração da medida.
6) No caso da medida sobre o sistema apresentar heterogenidade, para cada partição i teremos um i diferente.
7) Se define o número de partições, para uma ecala , cujos respectivos i entejam em um intervalo entre e +d como N().
8) A medida terá um comportamento multifractal se no limite de 0 o scaling seja do tipo:
N() -f().onde f() representa a abumdância de partições com expoentes . Para um sistema
monofractal teremos sempre o mesmo para todas as partições, ou seja, N()= N()= -1, e assim f()=1.
Multifractais
Exemplos de espectros f()
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
f()
Multifractais
O método de Chhabra e Jensen (1989) 9) Os valores de f() e podem ser computados parametricamente atravéz do
parâmetro q:
(q) [i=1N() i(q,) log(i())]/log() (1)
f((q)) [i=1N() i(q,) log(i(q,))]/log() (2)
onde i(q,) = i()q/i=1N i()q, representando a probabilidade de que determinada
medida , em uma escala e para um determinado q, ocorra no conjunto de N partições.
O parâmetro q funciona como um filtro que selecionas regiões mais o menos "densas" de medida. Para valores de q >> 1 as medidas com maior magnitude serão ampliadas, e para q<<-1 serão ampliadas as grandezas menores.
O algoritmo consiste em, para cada valor de q, ajustar gráficos (1) e (2) ondeAssim temos para cada valor de q um e um f().
Relacionando o f() e o para um mesmo q, PARABIN PARABUM !!! temos o espectro de singularidade.
Multifractais
Dimensões generalizadas.
ln
lnlim
1
10
iqi
q
p
qD
pi é a probabilidade de encontrar um ponto na i-ésima caixa.
q=0 Dimensão de contagem de caixasq=1 Dimensão de informação
q=2 Dimensão de correlaçãoq pode variar entre + e – infinito, continuamente.
Multifractais
Como caracterizá-lo
quando q +infinito, apenas o subconjunto de maior probabilidade é levado em contaquando q -infinito, o subconjunto de menor probabilidade.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 70000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Y
X
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 70000,0
0,2
0,4
0,6
Y
X
Multifractais
Como caracterizá-lo (Multiafinidade)
.)(),( qqM
A soma dos momentos M
.~),( )(qqM
Sendo o sistema multifractal
ln
ln)(
i
qi
q
Multifractais
Como caracterizá-lo (Multiafinidade)
Comparando com o obtido anteriormente.
ln
ln)(
i
qi
q
ln
lnlim
1
10
iqi
q
p
qD
qDqq )1()( Nos leva a:
Multifractais
Transformada ondaletas (TO)
Primeira referência no apêndice da tese de A.Haar (1909) .
Primeira aplicação a processamento de sinais Stephane Mallat (1985).
Primeira aplicação a fractais A. Arneodo (1995).
Multifractais
Transformada ondaletas
O que é a TO?
,)()(1
),( dxxfa
bxg
afbaTg
Multifractais
Transformada ondaletas
...sim mais... o que é a TO?
Transformada ondaleta.
Multifractais
Transformada ondaletas
TO e Fractais o MMTO
ln (T) x ln(a) local
Módulo Máximo da Transformada de Ondaletas (MMTO)
Multifractais
Transformada ondaletas
Relação entre a TO e as dimensões generalizadas.
)( )',(|)]()[),((|sup),(
aLl
qlg
laxxfaabTaqM
.)(),( qqM
Transformada ondaleta.
200 220 240 260 280 300 3200.0
0.5
1.0
1.5
2.0
b
log 1
0a
WTMM
600 800
0.0
0.6
1.2
q=0.6
z ´=log(abs(Wt)+1)
Location b
Sc
ale
a
Multifractais
Transformada ondaletas
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2 d=1/3
f()
Multifractais
TO Generalizadas
t
ii P
)(P)(p
t
ii R
)(R)(r
p)(pi
r)(ri
rp),(f
rprp ddL/~dd),(N rp
0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.200.80
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
P
H Arcilla
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.0
Multifractal conjunto (Joint Multifractal) (Charles et al, 1990, PRA)