初等元胞自动机的界面设计及稳定性分析

建立了所有规则下的初等元胞自动机的可视化模型及界面,设计了用于判断初等元胞自动机稳定性的应用程序,并可直接计算得到演化类型及周期.在此基础上,模拟得到了不同元胞数m,随机产生的不同的初始状态,不同规则数R以及各种边界条件下初等元胞自动机的演化结果,并分析了以上因素对稳定性的影响.结果表明:元胞数m,初始状态,规则数R以及边界条件,均对初等元胞自动机的演化类型,演化周期产生较大影响.充分反映了元胞自动机的复杂性.模型从模拟的角度出发,为元胞自动机的复杂性研究提供了一个简单的、可视的计算机仿真工具,并可为复杂的理论推导提供参考或验证.     

基于摩尔奇偶型的元胞自动机演化模型

由于元胞自动机的理论基础较为薄弱,对元胞自动机的演化规则的研究和分析是个倍受关注的挑战问题.在奇偶元胞自动机的基础上,提出了一种摩尔奇偶型的元胞自动机演化模型,通过大量的计算机仿真实验,证实PCA与MPCA在演化过程中均具有一定的演化基元、演化框架和演化周期规律.提供了研究元胞自动机演化规则的新思路,并进一步将提出的演...     

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.     

无线传感网络的非分簇拓扑控制方法研究

无线传感网络通常由能量受限、通信半径较小的传感器节点构成,其中拓扑控制是重要的工程问题。提出了一种基于元胞自动机的非分簇的拓扑控制算法,与传统分簇方法的区别在于本方法试图通过牺牲小部分拓扑连通度和覆盖度来换取更长的系统生存时间。基于元胞自动机模型的研究表明,节点的状态转移规则对系统整体性能起决定作用,在一些规则下系统拓扑呈现稳定变化,符合对无线传感网络拓扑控制的要求。进一步探讨了该机制在工程上的具体实现问题,并与LEACH算法进行了对比,验证了以拓扑性能换取生存时间的设想。     

元胞自动机在农村土地利用动态模拟中的应用研究

本文从元胞自动机的原理、特征出发探讨了元胞自动机(Cellular Automata))在模拟农村土地利用演化格局应用中的可能性,并对利用元胞自动机进行农村土地动态模拟的核心问题-转换规则进行了初步探讨.     

复杂网络上病毒传播的元胞自动机模拟

针对病毒在复杂网络拓扑结构中传播行为的多样性特点,运用元胞自动机模拟病毒传播过程,并采用"易染-感染-免疫"模型和"易染-感染-易染"模型构造元胞自动机模拟方法.实验结果表明,该自动机模型能较好地模拟复杂网络中病毒的传播过程.     

元胞自动机的演化行为研究*

基于元胞自动机演化行为研究与仿真系统,通过对元胞自动机的一、二、三维演化行为的研究,从统计和渐进的角度对元胞自动机进行了分类,将元胞自动机的演化行为动态统计图与沃尔弗拉姆对于元胞自动机的分类对应起来研究.这些从不同视角得到的结果有助于对元胞自动机的演化行为进行深入研究;但从统计和渐进的角度对元胞自动机进行分类是否具有普适性,是需要进一步研究探讨的问题.     

一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法

针对一维元胞自动机加密密钥空间小、扩散速度慢、安全性不高,以及有些二维元胞自动机需额外增加规则存储空间,加密后效果不理想等问题,提出一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法。该算法首先将明文图像像素值转换为二进制矩阵,再将二进制矩阵分成大小相同的2部分作为仿生元胞自动机的2个初始状态,然后选取一个仿生元胞自动机规则作为密钥,利用仿生元胞自动机的演化进行加密。实验结果表明,本文提出的图像加密方案具有较大的密钥空间,对明文和密钥敏感,可以更好地保障加密图像的安全。     

基于元胞自动机扩展模型的图的最短路径算法

利用元胞自动机在元胞空间上的并行特性，采用元胞动态邻居，时间段自适应调整的方法，构造出一种新的基于元胞自动机扩展模型的最短路径搜索算法，即通过简单规则的元胞状态演化，得到带权图的最短路径；该方法经过优化，能够达到Dijkstra算法的时间效率；并且为基于元胞自动机扩展模型解决图的问题的提供了新的思路。     

区域耦合状态转移概率化元胞自动机模型

针对多区域系统内部各个子区域属性的差异化,提出多区域耦合状态转移概率化元胞自动机模型。在该模型中,运用区域耦合原理和耦合区域信息交换规则来构造元胞自动机（CA）模型的演化规则,实现局部子区域之间的信息交换,运用不同类型的元胞自动机模型对子区域分别建立不同的CA模拟模型,并用概率化方法处理模拟模型中元胞状态的转化,实现各个子区域状态的演化。实验表明,子区域在保持自身演化形态相对独立的同时,通过边界区域耦合进行演化连接,各个子区域内的元胞能与其边界耦合区域内的元胞保持一种相对稳定的有序形态,且一个子区域的影响能在一定程度上传递到其他子区域内。该模型能很好地处理大规模复杂区域环境下的空间演化模拟。     

基于元胞自动机的无线传感器网络抗毁性分析

因能耗敏感与有效连通性特征等所造成的网络抗毁性能低下是制约无线传感器网络规模应用的主要技术瓶颈之一。针对该问题,利用二维元胞自动机考虑能耗失效、连通性失效等五种失效情形,建立无线传感器网络拓扑演化规则,并基于随机性失效策略与选择性失效策略对网络抗毁性能展开分析。研究表明,网络面临随机失效时抗毁性能明显优于选择性失效。通过失效节点构成分析,在随机失效策略下,能耗失效为造成网络失败主因,而在选择性失效策略下,连通性失效对性能影响更为显著。基于所得结论,为进一步研究网络抗毁性能提升方法提供有益借鉴。     

基于二维元胞自动机的图案设计方法研究

研究者们常常根据元胞自动机的演化机制,模拟人类的社会现象、自然界中的物质变化等。元胞自动机在绘制图案的应用研究中,通常是用于对自然界、人体器官等实体仿真。而文中则是根据元胞自动机演化的多样性和随机性,提出了一种基于二维元胞自动机的图案设计方法。该方法可以根据算法的描述,结合参数的可控、规则的研究和元胞的不同大小,并最终在VC＋＋6．0上编程实现。实验结果显示,可以绘制出更加美妙、精确的图案,这些图案可以用来装饰壁毯、地毯、窗帘等。     

基于元胞自动机的无线传感网拓扑控制算法

针对无线传感器网络的应用广泛及其自身的特点,在深入研究元胞自动机模型的基础上,提出了一种关于元胞自动机模型的拓扑控制算法。对非分簇拓扑控制方法进行了改进,提出了对节点的通信方式、剩余能量控制和提高覆盖度的拓扑控制算法,并对其扩展应用到三维空间。仿真结果表明,提出的改进算法在节点的剩余数目和网络的剩余能量等性能方面比非分簇的拓扑控制方法都有提高,从而延长了系统的生存时间。     

TCLAB: A New Topology Control Protocol in Cognitive MANETs Based on Learning Automata

The mobility of the nodes and their limited energy supply in mobile ad hoc networks (MANETs) complicates network conditions. Having an efficient topology control mechanism in the MANET is very important and can reduce the interference and energy consumption in the network. Indeed, since current networks are highly complex, an efficient topology control is expected to be able to adapt itself to the changes in the environment drawing upon a preventive approach and without human intervention. To accomplish this purpose, the present paper proposes a learning automata-based topology control method within a cognitive approach. This approach deals with adding cognition to the entire network protocol stack to achieve stack-wide and network-wide performance goals. In this protocol, two cognitive elements are embedded at each node: one for transmission power control, and the other for channel control. The first element estimates the probability of link connectivity, and then, in a non-cooperative game of learning automata, it sets the proper power for the corresponding node. Subsequently, the second element allocates efficient channel to the corresponding node, again using learning automata. Having a cognitive network perspective to control the topology of the network brings about many benefits, including a self-aware and self-adaptive topology control method and the ability of nodes to self-adjust dynamically. The experimental results of the study show that the proposed method yields more improvement in the quality of service (QoS) parameters of throughput and end-to-end delay more than do the other methods.     

势博弈与时变Log-linear分布式拓扑控制算法

针对UWSNs由网络拓扑控制不稳定、频繁变化引起网络的能耗不均衡、网络生存周期短等问题,从分析传感器节点受水下不确定性因素对UWSNs的拓扑结构演化入手,构建分布式水下传感器节点状态变量描述模型,归纳出节点之间和节点与环境之间多目标交互、协同、决策的UWSNs拓扑控制优化问题,将多目标优化问题映射成博弈论优化问题,再利用势博弈与Log-linear分布式学习规则实现博弈中节点策略行为的更新过程,采用非齐次马尔可夫链理论证明网络拓扑控制目标函数的优化问题收敛到最大化势博弈函数的解,从而达到保持网络均衡、延长网络生存周期的目的.     

面向复杂网络存储系统的元胞自动机动力学分析方法

大规模网络存储系统中复杂的数据传输行为隐藏着一定的动力学规律性.针对基于对象的大规模网络存储系统,结合存储对象的智能性和主动性特征,分别在宏观与微观两个层次上提出了用于复杂网络存储动态行为规律分析的存储元胞自动机模型SNCA和OSDCA.在SNCA模型中,对网格拓扑结构的存储网络,结合存储对象的生命周期属性,可在宏观上分析网络存储系统的数据流动规律,确定存储网络拥塞程度,仿真结果揭示数据对象流动和存储网络中的相变具有全局相关性;在OSDCA模型中,综合热点数据的迁移和复制机制,在微观上分析I/O负载动态分布特性和存储热点迁移规律,仿真结果表明对象存储系统中的数据分布具有一定的自组织特性.     

基于元胞自动机的地下水突出与漫延仿真方法

提出了基于元胞自动机模型的地下矿水灾发生时水灾在巷道网络系统中蔓延的可视化仿真方法。在该方法中，用元胞自动机模型描述地下矿巷道网络系统，用元胞来描述突水漫延能量单元，该单元用突水漫延速度和含水量等状态参数来描述。在仿真过程中，可以获得大量关于水灾蔓延、灾害动态、灾害严重程度的量化指标及其可行的调控方法。该方法将时间、空间和系统行为有机地结合起来，在形象、直观、真实的条件下完成水灾在巷道系统中蔓延的仿真。     

小世界效应的网络舆情演化迁移元胞模型

依据网民关系网络拓扑的小世界效应特性,提出网民观点的倾向度转换规则,在网络舆情网民关系小世界网络矩阵表示的基础上,构建基于小世界效应的网络舆情演化迁移元胞模型,运用该模型分析网络舆情演化,产生了倾向度转换图、粗细粒度倾向度曲线的仿真结果.通过对试验仿真结果的分析,揭示了网络舆情演化的观点极分化和观点漂移的现象,分析了“核心”区域漂移现象和倾向度曲线多波峰现象的成因,仿真结果表明该模型能较好拟合网络舆情演化的规律.本研究对网络监察部门和新闻管理部门的管理提供了一定的理论依据.     

基于元胞自动机的蜂群无人机故障影响模型

基于固定翼无人机飞行特性以及蜂群无人机控制策略,针对无人机控制器遭受恶意攻击的情形,采用时序网络与元胞自动机理论分析蜂群无人机故障影响机理.首先,通过时序网络分析蜂群无人机拓扑网络的变化情况,提出基于跳数的故障传播路径的确定方法;其次,考虑蜂群无人机状态信息,建立符合蜂群无人机特征的元胞对象,同时基于局部信息交互原则,确定元胞自动机的状态演变规则,并依据近邻信息对无人机控制律的影响,提出矢量投影法来确定故障影响权值,辨识出各无人机故障影响程度的动态变化情况;最后,建立仿真模型,利用预测与实际故障影响程度结果,基于DCG算法与模式距离验证所建故障影响模型的有效性.