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.     

改进元胞蚂蚁模型在路径规划中的应用

将地图离散化处理是移动机器人的摄像头传感器的通用方式。元胞自动机理论是一种适合复杂大系统模拟的工具,其时间、空间和状态都离散;而蚁群算法是解决离散优化问题的成熟理论。元胞蚁群模型是结合元胞理论和蚁群算法的一种新路径规划方法。实验表明：这种新方法可行且有效。     

一种基于元胞自动机的无向图剖分优化算法

运用元胞自动机理论,针对无向图剖分优化问题进行了分析和建模,提出了一种元胞自动机模型以及基于该模型的无向图剖分优化算法。在该元胞自动机模型中,元胞对应于无向图中的结点,元胞的邻居对应于邻接结点,元胞空间对应于无向图中的结点集,元胞的状态对应于所在的结点子集。实验及分析表明该算法不仅能找到无向图的近似最优剖分,而且有效地降低了空间复杂度和时间复杂度。     

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。     

元胞自动机生成城市空间影响区的方法

确定城市空间影响区是一项非常复杂的工作,在区域规划与城市规划中有着重要的理论与实际意义。该研究提出了一种新的基于元胞自动机模型的加权Voronoi图的生成算法,该方法通过元胞自动机演化中元胞状态的变换来标识其空间归属,以此确定城市的空间影响区,并以陕西省为例进行了实证研究。     

基于元胞自动机的洪泽湖洪水蔓延模型研究

分析了元胞自动机的基本原理和构成,利用元胞自动机原理建立了洪泽湖洪水蔓延模型。模型以栅格空间数据结构作为基础,采用二维元胞自动机模型,确定了元胞空间和元胞状态,建立了洪泽湖洪水蔓延的规则,并根据规则以9邻域方式进行元胞状态的更新。选择性地测试了洪水蔓延模型的计算结果,模型计算数据与实际数据的比较表明,二维元胞自动机模型能够更为简单、快速地模拟洪泽湖洪水的蔓延。     

新型一维偏移耦合映像格系统及其动态特性

混沌系统具有复杂的动力学行为,但在数字系统中运行时会出现动力学特性退化的问题。元胞自动机在时间、空间上都具有离散性,能够有效减弱混沌系统在有限精度下的动力学退化问题。基于元胞自动机,提出了一种一维偏移耦合映像格系统,利用初等元胞自动机每次更新的不同状态,动态产生每个格子的耦合索引偏移量,再根据偏移量对混沌序列施加不同的扰动,然后交替切换元胞自动机的迭代规则。最后,对混沌系统的动力学特性进行对比分析以及对该系统产生的时间序列进行量化和随机性检测,仿真实验结果表明,该混沌系统周期更长,遍历性更好,产生的序列随机性更佳,在序列密码算法中有很大的应用价值。     

基于空间数据挖掘的分区异步元胞自动机模型研究

传统的元胞自动机模型采用统一的转换规则和相同的演化速率进行演化,忽略了地理现象演变的时空差异性：演化规律的空间异质性和演化速率的空间差异性。针对这一问题,提出了基于空间数据挖掘的分区异步元胞自动机模型,采用双约束空间聚类的方法对元胞空间进行分区,用分区转换规则替代统一转换规则可以体现地理现象演化规律的空间差异性;采用标准格网划分的方法求取异步元胞演化速率,用异步演化速率替代同步演化速率可以体现地理现象演化速率的空间差异性。以杭州市土地利用变化为例对基于空间数据挖掘的分区异步元胞自动机模型进行了实证研究,结果表明：与传统的元胞自动机模型相比,基于空间数据挖掘的分区异步元胞自动机模型具有较高的模拟精度,并且适用于较大区域较长时间段地理现象的动态变化模拟。基于空间数据挖掘的分区异步元胞自动机模型是地理元胞自动机研究的新视角,它将地理现象演变的空间异质性和时间差异性引入到地理元胞自动机模型中,使模型对地理过程的模拟更接近实际地理过程。然而,由于有关分区异步的元胞自动机模型还处于尝试性研究阶段,在元胞空间分区方法、双约束空间聚类算法中权重的确定方法、元胞演化速率的获取方法、元胞转换规则的获取方法、模拟精度评估以及分区异步元胞自动机模型在较大区域较长时间的地理现象模拟中的应用等方面有待进一步的研究与探讨。     

基于元胞自动机的人员疏散模型设计与实验

元胞自动机作为一种动态模型与通用性建模的方法,其应用几乎涉及社会和自然科学的各个领域,在当前物联网技术、宽带通信技术时代得到了更加广泛的应用。利用元胞自动机原理建立人员疏散的数学模型,模型采用二维元胞自动机技术,确定元胞空间和元胞状态,根据实际情况建立人员移动行为规则并讨论元胞重复行进次数和危险物质扩散对人员行为的影响。实验结果表明,该模型具有一定的真实性和合理性。     

基于二维元胞自动机的双向触发并行加密模型*

根据二维触发元胞自动机的特性,提出了一种二维元胞自动机双触发并行加//解密模型。仿真实验表明:与一维耦合触发元胞自动机相比,二维元胞自动机双触发并行加密模型在适度减慢加/解密速度的情况下,大大提高了密钥空间,具有极高的时间换空间的效率,很好地提高了健壮性和实用性。     

求解非线性方程组的元胞自动机方法及其全局收敛性证明

为了求得非线性方程组所有精确解,根据元胞自动机的特点构造了求解非线性方程组的全局收敛算法。在该算法中,将非线性方程组解的理论搜索空间划分为离散搜索空间,将离散搜索空间定义为元胞空间;离散搜索空间的每个点就是一个元胞,而一个元胞对应着非线性方程组的一个试探解;元胞的状态由其空间位置及位置修正量构成。将元胞空间划分为若干个非空子集,所有元胞的状态从一个非空子集转移到另一个非空子集的状态演化过程实现了元胞空间对理论搜索空间的搜索。在元胞状态演化过程中,元胞从一个状态转移到另一个状态的状态转移概率可以计算出来;元胞演化过程中的每个状态对应于有限Markov链上的一个状态。利用可归约随机矩阵的稳定性条件证明了该算法具有全局收敛性。仿真实例表明该算法是高效的。     

记忆原理的元胞自动机优化算法及其收敛性证明

为了求解大规模优化问题,根据记忆原理与元胞自动机的特点构造了求解优化问题的全局收敛算法。在该算法中,将优化问题的理论搜索空间划分为离散搜索空间,该空间定义为元胞空间,其中的每个元胞对应着一个候选解。将记忆原理的记忆、遗忘规律用于控制每个元胞的状态转移;元胞的状态由其空间位置、位置修正量以及记忆残留值构成,该值分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆3种状态类型,并依据元胞接受刺激的强度被加强或衰减;记忆残留值低于某个阈值的元胞时被遗忘,不再被处理。在元胞演化过程中,元胞从一个状态转移到另一个状态实现了元胞空间对理论搜索空间的搜索。应用可归约随机矩阵的稳定性条件证明了本算法具有全局收敛性。测试结果表明本算法是高效的。     

采用元胞自动机的网络舆情传播模型研究

采用元胞自动机(CA)理论研究因特网舆情传播,设计了一个舆情传播元胞自动机模型结构,包括元胞状态取值、元胞空间和邻域。针对互联网元胞状态转换提出了考虑元胞坚定性的多数规则计算公式和元胞移动遍历算法。在讨论仿真结果时定义了倾向强度、倾向聚集度、元胞峰值和元胞倾向众值等四个参数,分别对不同坚定性和固定/移动元胞状态计算的迭代结果讨论其不同的演变过程、形态和意义,提出特别需要关注具有坚定性特点的元胞移动遍历的舆情传播过程,它们更加接近因特网网络舆情的真实传播过程。仿真结果说明了该方法和模型的有效性和合理性。     

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。     

二维触发元胞自动机加密算法的软件实现

一维触发元胞自动机加密系统的缺点是密钥空间小[1],二维触发元胞自动机在几乎不增加计算量及复杂度的同时,极大地扩张了密钥空间。简述二维触发元胞自动机的基本理论,应用其触发规则建立动态密码系统,完成加密解密,并根据程序的最终测试数据,进行性能分析。     

基于元胞自动机的人员疏散仿真研究

在人员聚集的大型场所,如果紧急事件发生则极有可能造成人员的大量伤亡,因此对人员疏散行为进行深入研究,具有极大的现实意义.通过分析已有的理论基础,利用元胞自动机原理建立了人员疏散数学模型.模型采用二维元胞自动机技术,确定了元胞空间和元胞状态,建立了人员疏散行为规则并着重探讨了从众行为和建筑结构不同对疏散时间的影响.试验结果表明,该疏散仿真模型更具真实性和合理性.     

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。     

基于空间信息多级网格的CA模型研究

具备时空计算特征的元胞自动机(CA)模型与GIS集成极大促进了GIS对地理过程的模拟能力。论文简要介绍了空间信息多级网格(SIMG)——一种既能适合网格计算环境又充分考虑到地球空间的自然特征和社会属性的差异性及经济发展不平衡的特点的空间信息表示新方法。充分研究了SIMG与CA之间的联系,分别讨论了在SIMG上CA元胞及状态的确定、元胞空间的确定、规则的定义、时间粒度确定等,提出了空间信息多级网格元胞自动机模型(SIMGCA),并提出了SIMGCA模型在土地利用/覆被变化中的应用框架。     

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。     

基于元胞自动机模型的新型二值图像压缩算法

不同于传统的去相关,去冗余的压缩方法,提出一种基于元胞自动机模型的二值图像压缩算法。该算法用遗传规划算法搜索出较优的元胞自动机规则后,对分块后的二值图像矢量进行元胞自动机变换,利用元胞自动机的变换状态多样性等特点,生成相邻矢量,将变换次数作为码本。实验表明：该算法经过4次以内的元胞自动机变换即可生成较优的相邻矢量,具有编码时间短、重建图像的质量好、压缩率高、适应性强等特点,并且与其它压缩算法结合性好。