元胞自动机:一种新的建模环境 Cellular Automata Machines: A New Environment for Modeling

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内容简介

元胞自动机凭借着大小、速度、和灵活性,且对于一般的实验,成本更优,被科学界广泛应用。这些机器提供了一个实验室,可以对来自于文中的一些想法,在各种不同的系统中进行测试和应用。对于那些对建模和仿真感兴趣,以及从事数学建模的科学家来说,这篇关于元胞自动机的介绍非常适合,且新颖。元胞自动机对于计算机科学家来说,就像“场”对于物理学家来说一样重要。它们为物理学、组合数学和计算机科学家的许多研究提供了自然的模型,尤其是针对一些研究涉及到在空间上扩展,在时间上随着规则局部演化的系统。元胞自动机机器是一台专门针对元胞自动机仿真进行优化的机器。在同样的成本和任务量下,它的专用结构使其可以运行速度比通用计算机快成千上万倍。在实际应用中,这允许进行密集的交互实验,并开辟了分布式动力学研究的新领域,包括涉及并行计算和图像处理的实际应用。


基本信息

File:元胞自动机:一种新的建模环境.jpg
《元胞自动机:一种新的建模环境》




作者简介

  • 托玛索·托佛利 Tommaso Toffoli 美籍意裔科学家,1995年获得波士顿大学教职,并任电子和计算机工程教授。致力于研究元胞自动机与人工生命理论,也因托玛索门Toffoli gate被人熟知。
  • Norman Margolus美籍加拿大裔物理学家和计算机科学家,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室研究员,因其在细胞自动机和可逆计算方面的研究而闻名。



内容目录

目录大纲

  • 前言
  • 第一章:概述
  • 1 元胞自动机 1.1基础概念 1.2数字动画 1.3元胞自动机机器 1.4过往标注与参考
  • 2 CAM环境 2.1机器-CAM6 2.2硬件资源 2.2.1 存储器:比特平面 2.2.2展示:色彩导图 2.2.3 动力学:规则列表 2.2.4小几何学:“邻居” 2.2.5大几何学:环绕式处理技术 2.3 软件:CAM Forth
  • 3一个实况demo 3.1 生命游戏 3.2回声 3.3轨迹 3.4如何繁殖“滑翔机”
  • 4.“游戏”的规则 4.1生成物的选择 4.2语句的规则
  • 第二章:资源
  • 5 我们首要的规则 5.1 不受约束的生长状态 5.2受约束的生长状态 5.3 竞争的生长状态 5.4 支持的生长 5.6随机规则
  • 6 二阶动力学(没翻译好)6.1神经元的燃烧:三种形态的规则 6.2准备倒挡 6.3不可穿透的屏障 6.4其他示例
  • 7 “邻居”与“邻居群” 7.1一组弱耦合对 7.2神奇的数字:十二 7.3“邻居”的宣言 7.3.1主要任务 7.3.2次要任务 7.4 “邻居”的结局7.5 消费性“邻居” 7.6 制作列表 7.7 色彩导图与事件计数
  • 8 随机性与可能性规则 8.1 指数式衰变 8.2一个简单的“噪音制造器” 8.3重新审查表决规则 8.4 有关噪音的备注 8.5 物体生成,概不退换!8.6噪音匣
  • 9 技术取样器 9.1粒子守恒 9.2不同的影响 9.3 耦合这两半部分 9.4遗传漂变 9.5 泊松分布的更新 9.6 异步决定论计算 9.7一维元胞自动机9.8“邻居”扩张技巧
  • 10 同一性和运动 10.1 随机步行 10.2随机洗牌
  • 11 伪装的“邻居” 11.1 空间相位 11.2 时间相位与相位控制 11.3 二相规则 11.4增量相 11.5 运行循环 11.6 交替空间结构

12 Margolus“邻居” 12.1框内谷子额 12.2 运动的粒子 12.3 碰撞 12.4如何把框规则转化为细胞规则 12.5 Margolus“邻居” 12.6 Even/odd grid selection 12.7 A phase-sensitive gas 12.8例子 12.8.1 分型 12.8.2动物 12.8.3 异步计算 12.8.4数字逻辑

  • 第三章:物理模型
  • 13症状 VS 原因 13.1细粒度物理模型
  • 14可逆性 14.1可逆的元胞自动机 14.2 二阶技术 14.3 交替的子格 14.4 guarded-context技术 14.5 划分技术 14.6 可逆性与随机性
  • 15 扩散与平衡 15.1 噪声驱向的扩散 15.2 扩张与热化作用 15.3 自扩散 15.4平均自由程 15.5 “精彩的演出” 15.6 可调谐的噪音源 15.7 限制扩散的聚集
  • 16 流体动力学 16.1声浪 16.2 流体力学 16.3 追寻流动 16.4 穿越障碍物 16.5其他晶格气体 16.6 自相关 16.7波动光学
  • 17收集的现象 17.1临界参数与相变 17.2升压系统 17.3 只需要旋转! 17.4 能量库 17.5热裕 17.6 展现能量 17.7 bonds only
  • 18 弹道计算 18.1台球模型的计算 18.2 可逆的元胞自动机计算机 18,3 一些台球实验 18.3.1 魔法气体 18.3.2 世界的尽头
  • 总结
  • 参考书目
  • 后记

原文摘录

这本书的写作,就像这世界描述的一样,没有终点只奋力前行。我们希望的是这个故事的结尾会是由读者来完成的。 元胞自动机是程式化的,由简单规则来定义的合成宇宙,有一点像我们所了解的那些棋盘游戏。 他们有自己的载体,在他们自己的空间和时间里运转变化。人们可以想到各种各样的方法,实际上也可以构建它们,并观察它们的运动轨迹。作为初出茅庐的创造者,我们不太可能在第一次尝试时就得到一个非常有趣的宇宙; 但作为个体,我们可能对那些可以使宇宙变得有趣的东西有着不同的想法,或者对我们更可能想要用它做什么。在任何情况下,一旦我们已经展现了一个元胞自动机的宇宙,我们也会想要自己来创造一个; 而后我们已经创造了一个,我们会想要尝试另一个。 在做了几件之后,我们就能够满怀信心地为特殊用途定制这术语我们自己的元胞自动机了。 而这本书就是一本入门的曲谱,协调你的“元素”,徜徉于你的元胞自动机世界。

部分书评

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《一种新科学》 《元胞自动机与复杂性 论文集》

参考文献

wiki百科 MIT实验室 Google图书

英文书籍资料

1、[Google图书]

2、[[https://www.amazon.com/Cellular-Automata-Machines-Environment-Computation/dp/0262200600/ref=sr_1_1?keywords=Cellular+Automata+Machines%3A+A+New+Environment+for+Modeling&qid=1581580373&s=books&sr=1-1 亚马逊图书]]


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