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sebadorn | blog

1/7 – EinfInf

Studenthood
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Die Aufgaben in Einführung in die Informatik waren sehr machbar, aber viele. Verschiedene Zahlensysteme umwandeln oder darin rechnen, Codieren, Code-Bäume basteln, Aussagenlogik, Eigenschaften zweier Relationen herausfinden, ein sehr simples Schaltnetz zeichnen und – der fiese Brocken – ein Assemblerprogramm schreiben. Letzteres ist bei mir recht waghalsig ausgefallen.

(Klingt vermutlich alles gibberish, wenn man es nicht gelernt hat.)

Bestanden sein dürfte es. :fine:

Gelernt

Studenthood
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Okay, ich habe meine Lektion gelernt. Im nächsten Semester werde ich das Booklet nicht ewig vor mir herschieben und nur kleckerweise – mal hier mal da – etwas daran machen. Nein. Von Anfang an werde ich Vorlesungen zusammenfassen und Grafiken dazu heraussuchen. Praktikumsaufgaben bis spätestens Ende der darauffolgenden Woche erledigen. Mir frühzeitig überlegen, wie das Booklet gestaltet sein soll.

Pfff, also wenn ich das durchziehe bin ich wohl ein anderer Mensch geworden.

Wort des Tages

Studenthood
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… kann man sich das als infinitesimal kleine Scheiben vorstellen.

I don’t like Mondays

Studenthood
4

? I don’t like Mondays. – Tell me why! – I don’t like Mondays. ?

Morgen geht das Studium weiter. Also wieder raus in die Arschkälte. Dummerweise beginnt es gleich mit einer Präsentation in Englisch. Und ich mag keine Präsentationen oder freies Reden. Nicht wenn es erzwungen ist, sagen wir es mal so. Da Themenfreiheit herrschte, wählte ich zumindest ein ansprechendes Thema: Light painting. Ich halte auch nicht alleine, sondern habe noch jemanden mit an Bord, und das Ganze dauert ohnehin nicht länger als fünf bis zehn Minuten. Trotzdem … *frötzel*

Mandelbrot-Menge b/w

Studenthood
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Mandelbrot-Menge mit 16 Iterationen xmin: -2.0 | ymin: -2.0 | length: 4 | dimension: 450 | maxIt: 16

Mwahaha! Es läuft!

Ohne online nachzuschlagen hätte ich es aber vermutlich auch nicht geschafft. Den mathematischen Weg habe ich von Wikipedia. Aber was nützt mir das Ergebnis, wenn ich nicht verstehe, warum das so ist? Ja, einige Zeit des Pen-and-Paper-Grübelns waren die Folge.

Um zu prüfen, ob ein Programmabschnitt das macht, was er sollte, habe ich auch Fremdcode eingesetzt und geschaut, ob immernoch der gleiche Murks rauskommt. War dies der Fall, hat es nicht an diesem Abschnitt gelegen und ich konnte den Fehler woanders suchen.

Die schönste Suche waren eineinhalb Stunden nur um dann festzustellen, dass da lediglich ein „=“ zu viel war.

Matheteil

Ausgangspunkt ist diese rekursive Folge:
zn+1 = zn2 + c, z0 = 0

c ist eine komplexe Zahl und besteht aus einem Realteil Re(c) und Imaginärteil Im(c).
c = Re(c) + Im(c)
c = a + ib
i = sqrt(-1)

Betrachtet man nun z2 sieht das wie folgt aus:
z0 = 0 ? c0 = 0
z1 = 0 * 0 + c1
z2 = c1 * c1 + c2

Dies wollen wir nun aufteilen in den Realteil und Imaginärteil.
Schauen wir erst einmal auf die Rechenregeln für komplexe Zahlen:
c1 * c2 = (a1a2 - b1b2) + i(a1b2 + b1a2)
c1 + c2 = (a1 + a2) + i(b1 + b2)

Dann machen wir mal. Erst die Multiplikation:
c1 * c1 = (a1a1 - b1b1) + i(a1b1 + b1a1)
c1 * c1 = (a12 - b12) + i(2 * a1b1)

Nun noch die Addition:
c12 + c2 = (a12 - b12 + a2) + i(2 * a1b1 + b2)

Die 1. Klammer beinhaltet den Realteil, die 2. Klammer den Imaginärteil.
Re(z2) = a12 - b12 + a2
Im(z2) = 2 * a1b1 + b2

Wisst ihr was? Das formulieren wir mal allgemein:
Re(zn) = an-12 - bn-12 + an
Im(zn) = 2 * an-1bn-1 + bn

Warum haben wir das gemacht?

Im Programm müssen wir an einer wichtigen Stelle überprüfen, ob der Betrag von zn kleiner Zwei ist. Ach, wo ich ohnehin gerade dabei bin …

Formel allgemein:
|c| = sqrt(a2 + b2)
c2 = a2 + b2

Unsere Bedingung:
Gilt |zn| < 2 bzw. gilt zn2 < 4?

Zu überprüfen gilt also folgendes:
Re(zn) * Re(zn) + Im(zn) * Im(zn) < 4

Java

Der eben beschriebene Teil kann dann so aussehen:

public static int pixelValue(
	double coordX, double coordY, int maxIt) {

	int stepsGone = -1;
	double	OldReZ = 0,
		OldImZ = 0,
		NewReZ = 0,
		NewImZ = 0;

	while(NewReZ*NewReZ + NewImZ*NewImZ < 4
	&& stepsGone < maxIt) {

		OldReZ = NewReZ;
		OldImZ = NewImZ;

		NewReZ = OldReZ*OldReZ - OldImZ*OldImZ + coordX;

		NewImZ = 2*OldReZ*OldImZ + coordY;

		stepsGone++;
	}
	return maxIt - stepsGone;
}

coordX und coordY sind die aktuelle Position im Koordinatensystem. (Diese Methode wird in einer Schleife aufgerufen, die alle Koordinaten nach und nach abklappert.)

maxIt (= Iterationen) ist die Beschränkung, wie oft die Schleife durchlaufen werden soll. Da das Ergebnis in einem Graustufenbild gespeichert wird, wirkt sich diese Zahl auch auf die Anzahl verschiedener Grautöne und somit die Detailgenauigkeit aus.

Zurückgegeben wird der Grauwert des Pixels für die aktuelle Koordinate.

Zum Schluss gesagt …

So, ich hoffe, es hilft jedem mit dieser Aufgabe. Und lasst euch Eines gesagt sein: Mal eben aus dem Ärmel schütteln kann ich so etwas auch nicht. Die Formeln nachzuvollziehen hat mich mit am längsten aufgehalten. Eine große Hilfe beim Programmieren war mir dann der fertige Fremdquellcode (siehe nächster Punkt), den ich zu Vergleichs- und Testzwecken heranziehen konnte.

Hilfen für mich – Hilfen für dich

Java-Code: easy-coding.de/java-mandelbrot-menge-t464.html
Wiki: de.wikipedia.org/wiki/Mandelbrot-Menge#Iteration_eines_Bildpunktes