我们现在讨论是某个图形的维数,而不是某个图形所在空间的维数。为了让讨论有意义,首先这个维数要是一个确实的数字。
如果按照你(暗示的)方法,三维空间中的直线是三维图形。那我们可以考虑一个普通三维欧式坐标空间中的 xOy 平面中的 x 轴。
x 轴是 1 维的;
因为 x 轴在 xOy 平面中,所以 x 轴是 2 维的;
因为 x 轴在三维坐标空间中,所以 x 轴是 3 维的。
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这样 x 轴就同时是 1d, 2d, 3d 图形,其维数可以是 1 或 2 或 3。类似的,可以把整个三维坐标空间看成某个高维空间的子集,这样 x 轴的维数可以是任意自然数,甚至无穷。
这样的情形,暗示了 LZ (暗示的)维数定义的局限性。
维数也有很多种定义的方式。我首先限制为讨论一个子集的 S 维数,不管是曲面、曲线、etc,都可以看作是其所在全集 X 的一个子集。
如果讨论的全集 X 是一个向量空间,可以定义 S 的维数为 S 的 Affine hull 的维数。由于 Affine hull 是一个被平移的向量空间 (translation of a vector subspace) 其维数是良定义的。
我更喜欢使用闵可夫斯基维数,这是全集 X 不需要是一个向量空间,只要 X 上定义了距离就行。(为了说明闵可夫斯基维数,我们暂时之考虑有界的子集 S。)请先去 WIKI 看闵可夫斯基维数的定义。
考虑一个典型的一维图形,长度为 1 的线段,假如用半径为 r 的球覆盖这个线段,大概需要 const / r 个球;考虑一个典型的二维图形,1 x 1 的正方形的内部,假如用半径为 r 的球覆盖之,大概需要 const / r^2 个球;考虑一个典型的三维图形,单位立方体的内部,假如用半径为 r 的球覆盖之,大概需要 const / r^3 个球。闵可夫斯基维数便是这样的分析的推广,如果用半径为 r 的球覆盖 S,随着 r 趋近于 0,需要大概 const / r^d 个球能覆盖 S,则定义 S 的闵可夫斯基维数为 d。