Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Күрделі функцияларды визуализациялау техникасы Күрделі талдауда доменді бояу немесе түстер доңғалағының графигі - күрделі жазықтықтың әр нүктесіне түс беру арқылы күрделі функцияларды визуализациялау техникасы. Комплекстік жазықтықтағы нүктелерді әр түрлі түстерге және жарықтылыққа тағайындау арқылы доменді бояу күрделі жазықтықтың өзіне функциясын жасауға мүмкіндік береді, оның графигі әдетте төрт кеңістіктік өлшемді қажет етеді оңай бейнелеу және түсіну үшін. Бұл күрделі функциялардың сұйықлығын көрсетеді және нақты функциялардың табиғи геометриялық кеңейтулерін көрсетеді.
Technique for visualizing complex functions
In complex analysis, domain coloring or a color wheel graph is a technique for visualizing complex functions by assigning a color to each point of the complex plane. By assigning points on the complex plane to different colors and brightness, domain coloring allows for a function from the complex plane to itself — whose graph would normally require four space dimensions — to be easily represented and understood. This provides insight to the fluidity of complex functions and shows natural geometric extensions of real functions.
Мотивация
Нақты функцияның графигі екі өлшемде тартылуы мүмкін, өйткені екі ұсынылған айнымалы бар, ал күрделі сандар екі айнымалымен және сондықтан екі өлшеммен бейнеленеді; бұл күрделі функцияны бейнелеу (дәл жағы, бір күрделі айнымалының күрделі бағаланған функциясы) төрт өлшемді визуализациялауды қажет етеді дегенді білдіреді. Мұны жүзеге асырудың бір жолы - Риманның беткі бетпен, ал екінші әдіс - доменді бояу.
A graph of a real function can be drawn in two dimensions because there are two represented variables, and However, complex numbers are represented by two variables and therefore two dimensions; this means that representing a complex function (more precisely, a complex valued function of one complex variable ) requires the visualization of four dimensions. One way to achieve that is with a Riemann surface, but another method is by domain coloring.
Тарих
"Домэн бояу" термині Фрэнк Фарриспен, мүмкін 1998 жылы айтылған. Түсті күрделі функцияларды бейнелеу үшін бұрын көп қолданған, әдетте аргументтерді (фазаларды) реңкке сәйкестендіру. Ларри Кроун бұл әдісті 1980-ші жылдардың соңында қолданды. Дан Куцеровский оны 1990 жылы қолданған. Топтық түстерді доменнен кодоменге немесе кескін жазықтығына карталау үшін үздіксіз түсті пайдалану әдісін 1999 жылы Джордж Абдо мен Пол Годфри қолданды, ал түсті торларды 1997 жылы Даг Арнольд графикада қолданды.
The term "domain coloring" was coined by Frank Farris, possibly around 1998. There were many earlier uses of color to visualize complex functions, typically mapping argument (phase) to hue. Larry Crone used the method in the late 1980s. Dan Kucerovsky used it in 1990. The technique of using continuous color to map points from domain to codomain or image plane was used in 1999 by George Abdo and Paul Godfrey and colored grids were used in graphics by Doug Arnold that he dates to 1997.
Әдіс
Тек екі айнымалысы бар төрт өлшемді күрделі картаны бейнелеу қажет емес, өйткені проекция сияқты әдістер ақпарат жоғалуына әкелуі мүмкін. Алайда, төрт өлшемді визуализациялауды талап етпей, төрт өлшемді процесті сақтайтын айнымалыларды қосуға болады. Бұл жағдайда қосқан екі айнымалы - түс және жарық сияқты визуалды кіріс, өйткені олар табиғи түрде екі айнымалы, оларды адам көзі оңай өңдейді және ажыратады. Бұл тапсырма "түсті функция" деп аталады. Көп түрлі түстер функциялары қолданылады. Жалпы тәжірибе - күрделі аргументті , , (сонымен қатар "фаза" немесе "бұрышты" деп аталады) түстер доңғалағына сәйкес түстермен және жарық немесе қанығу сияқты басқа тәсілдермен шамамен бейнелеу.
Representing a four dimensional complex mapping with only two variables is undesirable, as methods like projections can result in a loss of information. However, it is possible to add variables that keep the four dimensional process without requiring a visualization of four dimensions. In this case, the two added variables are visual inputs such as color and brightness because they are naturally two variables easily processed and distinguished by the human eye. This assignment is called a "color function". There are many different color functions used. A common practice is to represent the complex argument, , (also known as "phase" or "angle") with a hue following the color wheel, and the magnitude by other means, such as brightness or saturation.
Түсі үздіксіз өзгерісі
Көптеген түстер графиктерінде үздіксіздіктер бар, онда жарық пен түс біркелкі өзгерудің орнына, ол кенеттен өзгереді, тіпті функция өзі әлі тегіс болған кезде де. Бұл әр түрлі себептермен жасалады, мысалы, егжей-тегжейлірек көрсету немесе деңгей жиынтығы сияқты функцияның белгілі бір аспектілерін атап көрсету.
Many color graphs have discontinuities, where instead of evenly changing brightness and color, it suddenly changes, even when the function itself is still smooth. This is done for a variety of reasons such as showing more detail or highlighting certain aspects of a function, like level sets.
Үлкендіктің өсуі
Аргументке қарағанда, оның шекті ауқымы бар, күрделі санның шамасы 0-ден ∞-ға дейін болуы мүмкін. Сондықтан, шамасының үлкен диапазоны бар функцияларда, шамадағы өзгерістерді кейде графта өте үлкен өзгеріс бейнеленген кезде ажырату қиын болуы мүмкін. Бұл жағдайды берілген теңдеуге негізделген шама үшін қайталанатын жарық үлгісін көрсететін үздіксіз түсті функциямен түзетуге болады. Бұл кішігірім өзгерістерді, сондай-ақ "бірте-бірте жоғарылайтын" үлкен өзгерістерді оңай көруге мүмкіндік береді. Оң жақтағы графикте бұл үздіксіздіктер ортада дөңгелектерде пайда болады, және графиктің күңгірттенуін көрсетеді, содан кейін ол қайтадан жарық бола бастайды. Мақаланың жоғарғы жағындағы график үшін ұқсас түсті функция қолданылды. Тоқтамаларды анықтайтын теңдеулер сызықтық болуы мүмкін, мысалы, әр бүтін санның шамасы, экспоненциалдық теңдеулер, мысалы, n бүтін сан болатын әрбір шама немесе кез келген басқа теңдеу.
Unlike the argument, which has finite range, the magnitude of a complex number can range from 0 to ∞. Therefore, in functions that have large ranges of magnitude, changes in magnitude can sometimes be hard to differentiate when a very large change is also pictured in the graph. This can be remedied with a discontinuous color function which shows a repeating brightness pattern for the magnitude based on a given equation. This allows smaller changes to be easily seen as well as larger changes that "discontinuously jump" to a higher magnitude. In the graph on the right, these discontinuities occur in circles around the center, and show a dimming of the graph that can then start becoming brighter again. A similar color function has been used for the graph on top of the article. Equations that determine the discontinuities may be linear, such as for every integer magnitude, exponential equations such as every magnitude where n is an integer, or any other equation.
Белгілеу қасиеттері
Шығыстар белгілі бір қасиетке ие болған жерде графиктің қай бөліктеріне осы қасиет бар екенін көрсету үшін үздіксіздіктер орналастырылуы мүмкін. Мысалы, графқа көк түс орнына жасыл түс ауысып көк түспен ауысуы мүмкін. Бұл байқауға оңай үздіксіздікке әкеледі және аргумент нөлге тең болатын сызықтарды ерекшелендіре алады. Тоқтамалық графтың үлкен бөліктеріне де әсер етуі мүмкін, мысалы, түстер доңғалағы графты квадранттарға бөлетін граф. Осылайша, әр квадранттың басқалармен қарым-қатынасы қайда аяқталатынын көрсету оңай.
Discontinuities may be placed where outputs have a certain property to highlight which parts of the graph have that property. For instance, a graph may instead of showing the color cyan jump from green to blue. This causes a discontinuity that is easy to spot, and can highlight lines such as where the argument is zero. Discontinuities may also affect large portions of a graph, such as a graph where the color wheel divides the graph into quadrants. In this way, it is easy to show where each quadrant ends up with relations to others.
Шектеулер
Түс соқырлығы бар адамдар стандартты түсті карталармен жасалған кезде мұндай графиктерді түсіндіруде қиындыққа ұшырауы мүмкін. Бұл мәселені түстерге соқыр адамдар түсінетін түстер кеңістігіне сәйкес келетін түстер карталарын пайдалана отырып, баламалы нұсқаларды жасау арқылы жақсартуға болады. Мысалы, толық деутеранопиясы бар адамдар үшін көк / сұр / сары түске негізделген түстер картасы көк / жасыл / қызыл түске негізделген әдеттегі картаға қарағанда оқуға ыңғайлы болуы мүмкін.
People who experience color blindness may have trouble interpreting such graphs when they are made with standard color maps. This issue can possibly be ameliorated by creating alternate versions using color maps that fit within the color space discernible to those with color blindness. For example, for use by those with total deuteranopia, a color map based on blue/grey/yellow may be more readable than the conventional map based on blue/green/red.