复杂系统及其仿真研究——为庆祝中国计算机用户协会仿真应用分会成立25周年而作

连续系统仿真、离散事件系统仿真、连续一离散混合系统仿真,其应用科学业已相当成熟.不过,它们仅属于简单系统仿真,而简单系统只是复杂系统的特例.复杂系统是客观存在的,它是具有复杂性的系统.复杂系统的理论是一般性的科学,其内容包括现代系统论、非线性科学和复杂性科学.现代系统论的理论体系包含一般系统论、控制论、信息论、耗散结构论、超循环理论、协同学、突变论;非线性科学的理论体系包含混沌、分形、孤立子、模式形成;复杂性科学的理论体系包含神经网络、Agent、进化计算、L-系统、元胞自动机.复杂系统仿真正在逐步掀起复杂系统的面纱,不断推动复杂系统理论向前发展.至于现代系统论,不难找到专著.这里只是着重阐述复杂性科学和非线性科学的仿真研究.     

治理雾霾的一条捷径

正生态现象文化是个复杂而又现实的问题,它直接影响着人类如何进一步发展,地球如何提供人类生存进化的环境和条件,它是全人类面临的大问题。生态问题理论上是一个非线性非平衡、在自然界普遍存在的突出问题。是当今科学理论迅速发展的耗散结构、协同学、系统化、混沌、分形、时间序列非线性吸引子等理论研究的对象。例如,当今迅速发展的协同学,是     

人工生命与人工生命计算

论文从人工生命的角度定义了人工生命计算的概念,提出了人工生命计算的一般框架。人工生命计算是一种以人工生命为形式、研究人工生命的信息表达和处理机制,提取相应的计算模型,嵌入相应的计算方法模拟自然界生物进化过程与信息处理机制来求解与优化问题的智能计算方法。同时对人工生命计算的理论基础包括遗传算法、人工神经网络、自动机理论、L-系统、智能体和多智能体系统和计算生态学等进行了概述;并对两种典型的人工生命计算方法进行了初步的研究。最后说明了人工生命计算的特点及目前的应用领域。人工生命计算具有非常显著的特点和优点,在科学和工程的诸多实际应用领域具有广泛的应用前景。     

人工生命在计算机图形学中的应用

首先介绍了细胞自动机和L-系统在计算机图形建模中的应用,然后重点综述三维物理模拟环境中虚拟生物形态和行为共进化的研究进展,并对不同的编码策略进行了比较;最后讨论了智能虚拟环境中的人工生命及其艺术化问题。     

复杂系统,非线性科学与智能控制理论

为了满足控制越来越复杂对象的需要,本文首先阐述了复杂系统与复杂性的基本概念。其次介绍了非线性科学,包括耗散结构论、协同学、突变论及混沌学的基本要点。最后,论述了智能控制理论的基本思想,并提出了基于非线性科学的复杂系统智能控制理论的新观点。     

复杂系统、非线性科学与智能控制理论

为了满足控制越来越复杂对象的需要 ,本文首先阐述了复杂系统与复杂性的基本概念。其次介绍了非线性科学 ,包括耗散结构论、协同学、突变论及混沌学的基本要点。最后 ,论述了智能控制理论的基本思想 ,并提出了基于非线性科学的复杂系统智能控制理论的新观点。     

人工植物的动态结构模型研究

首先回顾了人工植物形态结构模型中两种主要方法———L-系统与分形,并对其人工生命特征进行了分析。针对两种方法存在比较抽象,不易理解和使用等问题,该文提出了基于状态空间的人工植物结构模型。理论分析和仿真结果说明,该模型综合了L-系统并行生长与分形自相似特征,具有人工生命特征;能够连续、动态反映植物结构的生成,便捷易行;适合应用于诸如虚拟农业、虚拟植物科研与教学等领域。     

遗传算法在人工智能领域中的应用

该文介绍了遗传算法的基本概念、基本遗传算法的特点和基本遗传算法的求解步骤,同时也介绍了遗传算法在机器学习、并行处理、人工生命以及遗传算法与进化规则及进化策略的结合的发展动向,最后讨论了基于遗传算法的人工神经网络学习中的应用研究,具体论述了遗传算法在学习神经网络权重和学习神经网络拓扑结构的应用方法。     

基于多中心城市策略的分层元胞遗传算法

为提高分层元胞遗传算法在解决复杂函数优化问题时的求解精度、收敛速度和求解效率.在分层元胞遗传算法的基础上借鉴西方经济理论中中心城市思想提出了一种基于多中心城市策略的分层元胞遗传算法.该算法在进化初期选择适应度值高的多个个体作为种群进化过程中的中心城市,中心城市周围元胞空间的个体按照一定的迁移规则往中心城市迁移,全局最优...     

基于二维CA和混沌系统的图像加密新算法

基于二维元胞自动机和Logistic混沌映射,提出了一种新的图像加密算法.该算法主要思想是采用Logistic映射设计一种非线性耦合结构来对明文像素矩阵进行置乱,然后在分析元胞自动机的混沌和密码学性质的基础上构造一个二维伪随机数矩阵来进行图像加密.仿真实验结果表明,该算法具有较大的密钥空间,对密钥具有极高的敏感性,密文具有良好的扩散和统计特性,可以有效地抵御穷举攻击、敏感性攻击以及统计攻击等.     

基于同步元胞遗传算法的弹簧可靠性优化设计

基于可靠性准则建立了圆柱螺旋弹簧可靠性优化设计数学模型。提出了一种同步元胞遗传算法,将遗传算法和元胞自动机理论相结合,不仅继承了遗传算法的全局搜索的优势,而且结合了元胞自动机的优点,有效地避免了算法陷入早熟收敛。通过圆柱螺旋弹簧可靠性优化设计实例的优化结果对比验证了算法的可行性和有效性。     

用进化RBF神经网络控制Lorenz混沌

对镇定一嵌入在Lorenz混沌吸引子内的不稳定平衡点上的混沌轨道提出了一种利用进化RBF网控制混沌系统的新方法,采用了基于两层编码改进进化规划（IEP）的RBF网学习算法,要以同时确定网络的拓扑结构和参数,仿真结果表明本文控制Lorenz混沌响应速度快,控制精度高。     

交通元胞自动机计算机模拟模型的研究

主要介绍了元胞自动机的基本理论,分析了元胞变换的原则;详细探讨了元胞自动机在道路交通模拟中的应用,设计出了交通元胞自动机的结构,分析了交通元胞自动机所采取的状态变换原则,建立了一维（单车道）交通流模拟模型;论述了元胞自动机的发展及在道路交通模拟中的研究前景。     

用进化RBF神经网络控制Rossler混沌系统

本文提出一种基于改进进化规划 (IEP)的 RBF神经网络控制 Rossler混沌系统的新方法 .IEP采用两层编码的染色体结构 ,上层结构基因串是二进制编码 ,可进行交叉和变异的遗传操作 ,下层参数基因串是实数编码 ,只进行 EP的变异操作 ;此外 ,使用联赛选择法和遗忘策略 ,该学习算法能同时获得 RBF神经网络的拓扑结构和参数 .把 Rossler混沌系统控制到所需周期轨道上去的实验结果 ,证明了算法的有效性     

基于元胞自动机的交通流计算机模拟

元胞自动机是把复杂系统量化为简单的个体,在元胞自动机模型中.空间、时间都被离散化,每一个相互作用的单元仅为有限的状态.以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上交通流中运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟模型,标定了元胞长度和最大速度等参数,分析了元胞变换的原则;详细探讨了元胞自动机在道路交通模拟中的应用,设计出了交通元胞自动机的结构,分析了交通元胞自动机所采取的状态变换原则,建立了一维(单车道)交通流模拟模型;并利用C语言编程实现模拟.模拟结果符合实际交通流的特点.     

基于元胞自动机的P2P搜索算法研究

P2P搜索引擎的发展面临着文档分布和节点分布不一致、均衡负载难、健壮性差等技术难题。为了解决上述技术难题,本文充分利用复杂性研究领域中的处于混沌边缘的元胞自动机能够支持一定的人工生命的研究成果,结合P2P技术,首次提出了基于元胞自动机的P2P搜索算法,并通过实验证明了其可行性和优越性。     

基于神经网络的计算机网络安全评价研究

本文分析了计算机神经网络的特点及发展,研究神经网络在计算机网络安全评价中的应用.神经网络技术虽然发展较快,应用较广,但神经网络技术目前并不是完全成熟.智能技术的未来发展趋势,是神经网络与灰色系统、证据理论、分形、粗集、混沌、小波、遗传算法、专家系统、模糊逻辑等技术相互融合,共同发挥更大的作用.     

基于滤子混合协同进化算法的无功优化

混合整数非线性规划问题存在于大量工程和管理中,针对此问题提出一种滤子混合协同进化算法.利用滤子技术代替罚函数处理约束条件,采用混合编码和由差分进化算法与遗传算法异构的种群协同解决混合整数变量问题,引入基于平均熵和Logistic混沌初始化增加算法鲁棒性,利用自适应缩放因子和精英交流学习策略构成策略协同,与种群协同耦合,以提高算法搜索能力.以IEEE30节点测试系统进行无功优化为例,仿真结果表明所提出的算法具有全局搜索能力和有效性.     

元胞自动机可逆性研究

元胞自动机是对复杂适应系统建模的重要理论工具。可逆性是元胞自动机的一个重要属性,是模拟物理可逆空间的必要条件。本文介绍元胞自动机的基本概念、可逆性和可计算性,并介绍一维可逆元胞自动机可计算的证明思路。     

元胞自动机与软计算的集成及其应用

介绍了元胞自动机的思想来源和基本原理，对元胞自动机与敦计算的人工智能技术进行比较并加以集成，讨论了近年来它在混沌分形、图像处理、智能材料、机器学习、模拟复杂现象等领域中的应用成果，并对进一步研究进行展望。