[发明专利]元胞自动机实验平台

说明书

本发明公开了一种元胞自动机实验平台，包括参数设置单元、演化处理单元、存储单元、统计分析单元和显示单元；其中，参数设置单元用于用户输入包含元胞自动机类别的元胞自动机信息，演化处理单元基于用户输入的信息执行元当前元胞自动机的演化处理，并将演化过程信息保存到存储单元中；统计分析单元用于统计分析动态演化过程，获取演化规则的类型、元胞周期、涌现现象的判决结果和元胞状态统计结果并在显示单元中进行显示。本发明能够支持一维和二维元胞自动机系统在不同参数下的稳定演化，并对演化过程进行实时显示处理，以及演化规则的分类统计和涌现现象的准确判断和显示等。

技术领域

本发明属于元胞自动机技术邻域，具体涉及一种元胞自动机实验平台。

背景技术

复杂性科学是在复杂系统理论研究的基础之上，通过复杂系统的演化规律和涌现机理，来认识世界和改造世界的多个领域交叉的新兴科学。

元胞自动机模型是研究复杂系统的基本模型，同时也是复杂系统中应用的最广泛的模型之一。元胞自动机的完全离散化、“自上而下”的演化模式、以元胞为基本单元以及不依赖具体的比例尺寸等特点，使得元胞自动机模型是研究复杂系统最常用的模型。元胞自动机模型可以使用计算机来实现，用计算机实验去仿真其演化过程，这对研究复杂系统的演化与涌现机理的研究很有用。基于元胞自动机模型的复杂系统最重要的两个研究内容为：演化规律的研究和涌现机理的研究。在元胞自动机演化行为方面，Stephen Wolfram将初等元胞自动机定性分为四类，通过演化性态和形式法方法来研究复杂的演化行为。但是他未用定量方法刻画其演化性态，并且对于二维元胞自动机，也没有对具体规则进行分类。朗顿(Langton)用参数λ来衡量元胞自动机的活动的规律性，然而并不是所有元胞自动机都适用。复杂系统的最根本的特征是涌现，而基于元胞自动机的复杂系统的涌现机理研究，目前还没有显著的成果，大多数研究人员都是对元胞自动机涌现行为的应用进行研究。

元胞自动机模型被广泛运用到各个学科中如生态学、社会学、物理学、计算机科学等。在计算机中，元胞自动机主要应用在并行计算、密码学、编码和图形学等方面。基于元胞自动机的复杂系统的演化与涌现机理研究，有助于揭示复杂系统的本质特征，有助于复杂系统研究带来新方法和新思想，为元胞自动机模型应用到其他领域打下基础和提供理论支撑，具有广泛的应用前景。

因此有必要开发元胞自动机实验平台，能够支持一维和二维元胞自动机系统在不同参数下的稳定演化，实时计算元胞自动机演化过程中的相关信息和分析这些信息的变化情况，且为实验提供数据。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种自动进行元胞自动机分类、涌现现象判别以及演化进程显示和统计分析的元胞自动机实验平台。

本发明的元胞自动机实验平台包括参数设置单元、演化处理单元、存储单元、统计分析单元和显示单元；

其中，参数设置单元用于用户输入元胞自动机信息，包括系统基本参数和元胞自动机的初始化条件，其中系统基本参数基于当前处理的元胞自动机类型而有所不同，例如对于一维元胞自动机，则对应的系统基本参数主要包括邻域半径、元胞状态数、演化规则编号、边界类型、系统规模和演化步数等等；而二维元胞自动机则包括邻域半径、邻居类型、演化规则编号、演化步数等。且所属参数设置单元设置元胞自动机类型确认单元，提示用户进行一维和二维元胞自动机的确认，并为用户输入的元胞自动机信息设置一维和二维的元胞类别标签，然后再将带有元胞类别标签的元胞自动机信息发送给演化处理单元；

演化处理单元基于用户输入的信息执行元当前元胞自动机的演化处理，并将演化过程信息保存到存储单元中，其中演化过程信息包括元胞类别标签、元胞状态数、邻域半径、演化步数、演化规则编号和不同演化时刻的元胞状态；同时，还可以在显示单元中实时对演化过程进行图像显示。