元胞自动机应用概述 元胞自动机的应用概述 元胞自动机自产生以来，被广泛地应用到社会、经济、军事和科学研究的各个领域。到目前为止，其应用领域涉及生物学、生态学、物理学、化学、交通科学、计算机科学、信息科学、地理、环境、社会学、军事学以及复杂性科学等。下面我们将对元胞自动机在这些领域中的应用分别做简要介绍。 2.物理学领域：在元胞自动机根底上开展出来的格子自动机和格子—波尔兹曼方法在计算机流体领域获得了巨大的成功。其不仅能够解决传统流体力学计算方法所能解决的绝大多数问题，并且在多孔介质、多相流、微小尺度方面具有其独特的优越性。另外，元胞自动机还被用来模拟雪花等枝晶的形成。 3.生态学领域：元胞自动机被用于兔子—草、鲨鱼—小鱼等生态系统动态变化过程的模拟，展示出令人满意的动态效果，元胞自动机成功的应用于蚂蚁的行走路径，大雁、鱼类洄游等动物的群体行为的模拟，另外，基于元胞自动机模型的生物群落的扩散模拟也是当前的一个应用热点。 4.化学领域：通过模拟原子、分子等各种微观粒子在化学反响中的相互作用，进而研究化学反响的过程。 6.计算机科学和信息学领域：元胞自动机的逻辑思维方法为并行机的开展提供了另一个理论框架。20世纪80年代，制造出第一台通用元胞自动机计算机CAM6，其性能可与当时的巨型计算机相比较，并且其图形显示功能明显优于其他类型的计算机。元胞自动机还被用来研究信息的保存、传递、扩散的过程。除此之外，元胞自动机在图像处理和模式识别中也表达出了其独到的优势。图像处理中的许 多任务，如图像滤波或去噪、窗口操作、平滑、边缘检测、图像细化、手写体识别和图像分类等，都可以利用元胞自动机模型来研究。Preton提出了将元胞自动机应用于一些科学图像处理的元胞逻辑处理方法，Wongthanavau和adananda运用元胞自动机方法对二进制图像边缘进行检测，实现了图像的像素及检测，设计出了一个新的基于元胞自动机的二进制图像边缘检测模型可以提供二进制图像的最优边缘图，在一般情况下，这种模型好于针对灰度级图像的比较边缘算子。 7.环境科学领域：有人应用元胞自动机来模拟海上石油泄漏后的油污扩散、工厂周围废水、废弃的扩散等过程的模拟。 8.社会学领域：元胞自动机被用于研究经济危机的形成与爆发过程、个人行为的社会性，流行现象，如服装流行色的形成等。元胞自动机在社会领域的应用很广，不仅可以模拟城市空间和交通流的复杂性，还可以对流行病的传播过程进行建模，从而找到有效的途径控制其蔓延。 9.军事科学领域：用来进行战场的军事作战模拟，以提供对战争过程的理解。 10.经济学领域：经济学系统的非加和性以及元胞自动机在动态复杂系统描述中的根本特征为元胞自动机方法在非线性经济系统中的应用奠定了根底。非线性经济学研究中应用元胞自动机方法，首先要建立模拟该经济系统运作的元胞自动机模型。然后用计算机模拟出它的演化过程，画出其演化时空图，随之分析元胞自动机模型的演化行为。行为分析可从两方面进行：一是研究在各初始模式下，各个格点的一系列取值的统计特性；二是研究整个集合的统计特性。前者得到的是元胞自动机模型的局部特性，而后者得到的是其全局特性。两种方法的着眼点不同，但是相辅相成。通过对二者的深入研究，就能完全了解元胞自动机模型的整个演化行为特征，从而揭示复杂系统演化的规律性。目前，元胞自动机在经济学研究中应用的研究只限于理论探讨，距离实际应用还有较大距离。主要原因是：(a)元胞自动机在应用中，目前只限于一维和二维的形式，对于更高维的形式，还不具备数学解决方法，而许多经济系统的复杂行为更适合于在高维情况下得到解决；(b)在非线性经济学研究中，适合于元胞自动机研究的现有模型还很少；(c)元胞自动机研究中不仅涉及艰深的数学，而且更多地用到计算机模拟等知识，所以增加了研究的难度。但应该看到，复杂经济系统的根本特征和元胞自动机的时间、空间及状态的离散特性均决定了元胞自动机在非线性经济学领域大有用武之地。元胞自动机在经济学研究领域的应用研究可从两个方面进行，一方面需要对已有的经济学模型用元胞自动机的假设进行研究，另一方面需要以元胞自动机的根本思想为根底建立新的经济系统动力学模型。 总之，元胞自动机作为一种离散化动力学模型方法，其应用几乎涉及自然科学和社会科学的各个领域。在一些领域中已经取得了较大 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/fcb669c187254b35eefdc8d376eeaeaad1f31699.html