Клеточные автоматы

Клеточные автоматы — замечательная модель, которая может дать прямые и наглядные ответы на многие «вечные» вопросы:

  • Как появились различные объекты и структура в нашей Вселенной?
  • Как из неживой материи возникла жизнь?
  • Почему формы существования материи (особенно биологические) столь разнообразны?

Не буду излагать здесь теорию и приводить многочисленные примеры алгоритмов и реализаций (самый известный — игра «Жизнь»).
Отмечу только пару полезных программ и приведу примеры.

Одной из лучших программных реализаций клеточных автоматов (СА) считаю проект Golly (коллективный, открытый и мульти-платформенный). Быстрые алгоритмы, удобный интерфейс, много справочной информации. Немножко расстроило, что их приложение для Android слишком продвинутое для моего старенького Android 2.4. Есть неплохая альтернатива.

Найдено и опробовано невероятное количество алгоритмов («правил») для СА. С их помощью можно реализовать:

  • Эволюцию с мутациями и отбором
  • Работу нейронных сетей
  • Элементы исскусственного интеллекта
  • Фракталы и все остальные удивительные структуры нашей Вселенной
  • Распространение инфекций, модели социальных сетей
  • Универсальную машину Тьюринга

Я «играюсь» с довольно простыми примерами и тем не менее постоянно открываю что-то интересное.

Типичный клеточный автомат — квадратное поле с достаточным количеством клеток. Левый край предполагается соединённым с правым, а верх с низом (т.е. топологически получается тор; возможны и другие варианты замыкания, и открытый вариант).
У каждой клетки — 8 соседей. Название алгоритма состоит из трёх частей:
варианты количества соседей, при которых заполненная клетка выживает;
количества соседей, при которых пустая клетка становится заполненной;
число поколений — столько ходов «умершая» клетка продолжает оставаться на поле
(но не учавствует в рождении новых).

Начинается «эволюция» со случайно разбросанных клеток.

Меня заинтересовало правило 345|234|n с чилом поколений n от 1 до 120. Вот видео экспериментов на Golly:

Особенно интересен вариант 345/234/10.  Появление периодических волновых режимов — интереснейший эффект в теории самоорганизации. Особенно впечатляют спиральные волны. Они появляются и в атмосфере, и в нашем сердце, и в коре головного мозга…

gif
Все модели таких режимов, которые я встречал до этого, были достаточно сложными. (См., напр., Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. «Введение в синергетику», модель Винера-Розенблюта).
В данном случае мы видим появление аналогичных волн при итерациях элементарного СА-алгоритма.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s