簡介
細胞自動機,又稱格狀自動機、元胞自動機,是一種離散模型,在可算性理論、數學及理論生物學都有相關研究。
就形式而言,細胞自動機有三個特徵:
平行計算(parallelcomputation):每一個細胞個體都同時同步的改變
局部的(local):細胞的狀態變化只受周遭細胞的影響。
一致性的(homogeneous):所有細胞均受同樣的規則所支配
構成
一個標準的細胞自動機(A)由元胞、元胞狀態、鄰域和狀態更新規則構成。用數學表示為:
A=(L,d,S,N,f)
其中L為元胞空間;d為元胞自動機內元胞空間的維數;S是元胞有限的、離散的狀態集合;N為某個鄰域內所有元胞的集合;f為局部映射或局部規則。
元胞空間是元胞所分布的空間網點的集合。理論上元胞空間在各個維向上是無限延伸的,為了能夠在計算機上實現,而定義了邊界條件,包括周期型、反射型和定值型。
一個元胞通常在一個時刻只有取自一個有限集合的一種狀態,例如{0,1}。元胞狀態可以代表個體的態度,特徵,行為等。在空間上與元胞相鄰的細胞稱為鄰元,所有鄰元組成鄰域。
歷史
細胞自動機最早由馮·諾依曼在1950年代為模擬生物細胞的自我複製而提出的。但是並未受到學術界重視。直到1970年,劍橋大學的約翰·何頓·康威設計了一個電腦遊戲《生命遊戲》後才吸引了科學家們的注意。此後,S.Wolfram對初等元胞機256種規則所產生的模型進行了深入研究,並用熵來描述其演化行為,將細胞自動機分為平穩型、周期型、混沌型和複雜型。