欢迎您:登录 | 注册
科普之友首页
※您现在的位置: 科普之友 >> 数学 >> 趣味数学 >> 正文  

奇妙的黄金分割

来源:不详       更新时间:2011-7-22 9:54:04
 

  把一条线段分割为两部分,使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其比值是一个无理数,取其前六位数字的近似值是0.618034。由于按此比例设计的造型十分美丽,因此称为黄金分割,也称为中外比。这是一个十分有趣的数字,我们以0.618来近似,通过简单的计算就可以发现:
  
  1/0.618=1.618
  
  (1-0.618)/0.618=0.618
  
  这个数值的作用不仅仅体现在诸如绘画、雕塑、音乐、建筑等艺术领域,而且在管理、工程设计等方面也有着不可忽视的作用。
  
  让我们看一个运筹学方面的例子。假设有一个原料配方设计任务,已知某种添加剂的使用量只有一个最佳值,为了清楚,我们用图来表示,横坐标代表添加剂用量,纵坐标是效果,假设实际情况如红色曲线所示。如何通过试验尽快找到这个数值呢?若以克为最小计量单位,我们绝不能从1克开始,每次增加1克,一次一次地做试验,因为一般说来这样做的效率太低。
  


  利用黄金分割比可以设计这样的算法:首先确定一个添加剂使用量的搜索范围,在这个范围内仅有一个值是最好的,例如选取1克和100克为搜索范围(对应于图中的A和B)。然后在此区间内再选两个试验用量,这两个试验量是C=(1-0.618)х(B-A)=0.382х(B-A)和D=0.618х(B-A)。
  
  由于以克为最小计量单位,所以C和D都要取整数,C和D两个量进行试验的结果可能有三种情况:甲、C比D好,乙、D比C好,丙、C、D一样好。对于这三种情况,我们分别讨论如下:
  
  甲情况:由于C比D好,所以可以断定最好值不应比D还大。也就是说下一步只需在A到D的范围内寻找就可以了,这意味着第二次的搜索范围大约是第一次的0.618。若以A和D为新一轮搜索的A和B,则上一阶段搜索的试验点C根据前述的关系可知,恰好位于新区间的0.618的位置,即相当于新搜索区间的D。我们只需按上面的公式再求一个新的试验点C,就可以重复上述过程了。
  
  乙情况:和甲情况相反,舍弃比C小的部分,新一轮的搜索范围为从C到B,其长度仍是第一次的0.618。以C和B为新一轮搜索区间的A和B,由于上一次的试验点D正好位于1-0.618=0.382的位置,所以是新一轮的试验点C。我们只需按上述公式再求一个新的试验点D,就可以重复上述过程。对于甲、乙两种情况,新一轮的搜索都只需做一次试验即可。
  
  丙情况:由于C、D一样好,所以可以断定最好值在C和D之间,即下一步的搜索区间是从C到D,此时的搜索区间只有上一次的0.236。此时可将原来的C和D看作新的A和B,再按前法求出新的C和D即可重复前面的过程了。
  
  如此重复寻找,直到新的搜索区间小于或等于1时,就可以结束了。
  
  这个算法的好处是能按至少0.618的速度缩小搜索区间,而且一般情况下前一次的试验结果对于下一次是有用的。因而可能使用最少的试验次数尽快找到最佳结果。这样的方法常常用于最优化设计,特别是当待确定的参数只有一个的情况。黄金分割比的用途早已超出了艺术范畴,这也是时至今日仍然有许多人还在热心于他的研究的原因。
  
  

  • 上一个数学:

  • 下一个数学:

  • 商品调价中的数学问题

    Riemann 猜想漫谈(八)

    拓扑学简介(六)——结语

    美妙的分形

    运算律与速算

    四个点,七座桥,健身路径上的数

    初二数学期末考试备考详细指导与

    中学趣味数学之没有放上的数字

    利用证明勾股定理的“总统法”证

    Riemann 猜想漫谈(一)

    探究对称不等式的不对称

    f(x)=1与g(x)=cos2x+sin2x  相等
    趣味数学
    自然地理
    普通自然地理[世界地理]我国探测大城市地震断层 八十条
    普通自然地理[世界地理]探险穆鲁山国家公园洞穴 深邃溶
    普通自然地理[自然生物]黑白照片展示非洲卡拉哈里沙漠
    普通自然地理[自然生物]卧龙大熊猫“妃妃”深秋产仔
    宇宙奥秘
    [航空航天]美航天局确认获得撞月数据
    [航空航天]伊朗下月送猴子上太空 昨试射1
    [航空航天]人类首次获小行星微粒与地球陨
    [航空航天]紫金山天文台公布12月天象 月全
    未解之谜
    [未解之谜新闻]英国发现2010年首个麦田怪圈(组
    [未解之谜新闻]揭开菊科“土三七”伤肝奥秘 含
    [UFO飞碟]昆明市民拍摄夜景照片出现碟状
    [UFO飞碟]视频显示俄陨石爆炸或遭不明物
    生命科学
    [生物*医学]计算天气条件分析预测 可提前三
    [生物*医学]蔬菜水果无明显防癌效果
    [生物*医学]美男童或成全球第二例艾滋治愈
    [生物*医学]全球首例女儿移植母亲子宫
    动物世界
    [动物趣味知识]聚香阁蛙蛙叫干锅味道怎么样?
    [动物世界]英国谢菲尔德上空出现诡异十字
    [动物世界]中华鲟全人工繁殖成功 再获10万
    [动物世界]1/5无脊椎动物或面临灭绝 蝴蝶
    科普文章
    [趣味数学]相同的数据,不同的答案
    [化学学科信息]2013年高考化学复习重要知识点
    [化学科学]CO低温氧化机理研究取得新进展
    [前沿科学]弧形酒杯让人喝酒更快
    [化学学科信息]高考弃考族频现 家长请放下“嘴
    [趣味数学]商品调价中的数学问题
    设为首页 | 加入收藏 | 联系我们 | 友情链接 | 使用本站前必读
    Copyright © 2007 - 2011 科普之友( www.kepu365.com ) Corporation, All Rights Reserved