基于蚁群算法的细胞自动机优化及其在电路测试中的应用

细胞自动机在电路设计、计算机安全等领域有广泛的应用.首先通过使用蚁群算法实现对细胞自动机结构的优化配置,从而产生具有较强随机性的伪随机数序列;其次,把细胞自动机应用于数字电路的测试,利用经优化后的二维细胞自动机来生成测试矢量.实验结果表明,经过蚁群算法优化之后得到的细胞自动机能够产生随机性较强的伪随机数序列,在数字电路测试的应用中能够提高故障覆盖率.     

元胞自动机中染色体端粒的动力学方程

通过引入染色体端粒的概念, 建立了一维元胞自动机中染色体端粒的具有齐次性动力学演化方程, 进一步给出染色体长度以及染色体长度变化率的动力学方程.     

基于细胞自动机的公钥密码体制研究

为了解决高速实时信息传输的瓶颈问题,该文提出了一种基于细胞自动机理论的公钥密码算法.该算法以n个一维可逆细胞自动机为私钥,由它们构造出的二维Moore型不可逆的细胞自动机为公钥组成公钥密码体制.该算法实现简单,易于VLSI(超大规模集成电路)实现,有效地解决了复杂密码算法在高速实时信息传输时带来的瓶颈现象.     

利用三维细胞自动机模拟地震活动性

在由弹簧—滑块—阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究的基础之上,对细胞自动机模型的演化规则进行了修改,并将其由二维拓广到三维。设计了100×100×40 网格的三维大型地震细胞自动机模型, 生成了 13540 个“地震”事件。结果表明, 三维空间“地震”事件的时空分布与天然地震有许多类似的特征,满足震级与频度的G－R关系,且有分形分布规律。由此可见,三维地震细胞自动机比二维模型更符合实际。     

在细胞图自动机上寻找图的基本回路

将细胞自动结构推广到任意图结构，并用它解决图论中的问题，是细胞自动机理论在图论领域中的一个应用．本文给出了用细胞图自动机求任意连通图的所有基本回路的并行算法     

基于元胞自动机的物流系统选址模型

元胞自动机是可模拟复杂结构和过程的模型.在分析现代物流发展特点的基础上,建立基于元胞自动机的物流系统选址模型.应用元胞自动机模拟技术及MATLAB,对物流系统的选址模型进行了仿真研究,并获得了合理和有益的结论,可为实际应用提供建模参考.     

基于细胞自动机理论的交通流模拟模型

以细胞自动机理论为基础,结合我国城市道路情况及交通流特性,把车辆在路段上运动的变化规律表述为细胞自动机的演变规则,建立了基于细胞自动机理论的交通流模型,标定了细胞长度和最大速度等参数,继而提出了反映车辆在路段上自由驶、跟驰行驶和减速行驶等交通行为的细胞自动机规则,并对各种规则进行了详细说明。     

地理数学方法:从计量地理到地理计算

论述地理学定量化和理论化的来龙去脉,澄清地理界关于计量地理学长期误会的若干问题．其一,广义的计量地理学包括数学地理学和统计地理学等分支,前者对应于理论地理学而后者对应于狭义的计量地理学;其二,广义的计量地理学革命包括“理论革命”和狭义的“计量革命”,前者一度遭受挫折,而后者在计量运动中期就已胜利结束,通常的“计量革命”失败是就广义而言的,指的是1970年代中期“理论革命”的失败;其三,1980年代以后,由于后现代数学方法的引入,地理学的定量化和理论化进入了全新的阶段,新的定量地理学与计算机科学汇流发展成为地理计算科学．其四,定量化不等于数学化,有些地理问题虽然不能定量化,但却可以建立数学模型;只要数学化和定量化双管齐下,地理学就可望从经验科学上升成为理论科学．     

基于自组织规则的热力耦合解析

为解决平面微小结构设计问题中的可变边界条件、多物理场耦合效应等解析难题,利用平面微小结构连续性单元同桁架单元应变能相等的机理,提出了基于元胞自动机的热力耦合解析方法.以发光二极管(LED)基板热力耦合现象为研究对象,通过LED基板温度、位移及热应力耦合的数值结果与有限元解析结果的比较,证明了方法的有效性.适用于平面微小结构的热力耦合规则的提出,为复杂多物理场条件下的微结构工程设计提供了一个具有灵活性的性能解析途径.     

基于细胞自动机规则198的单向散列函数

 基于周期边界一维三邻居细胞自动机规则的非线性特性, 结合细胞自动机与传统单向散列函数的优点, 提出一种基于细胞自动机动态参数的单向散列函数设计方法. 在以MD5算法为核心的迭代结构下, 将上一步迭代的输出寄存器值经过规则198演化一次后作为本步迭代的迭代参数, 从而实现了明文消息变化的二次扩散, 并最终输出128比特散列值. 实验结果表明, 该算法对明文的变化极其敏感, 具有强而稳定的混乱和扩散性质及较优的软硬件实现速度, 实用性较强.     

面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型

为模拟灾害蔓延而建立的元胞自动机模型种类繁多,但尚无一种通用的建模方法。基于此提出了一种面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型。首先,通过解析灾害蔓延机理和理论模型,根据灾害动态发展变化过程的相似性,将灾害蔓延分解为灾害量集、时空邻域集、判定规则集、更新规则集4个部分;其次,采用元胞自动机的建模方法将4个部分重新组合,构建灾害蔓延的元胞自动机参数计算仿真模型;最后,利用所提方法改进了A.Ohgai的城市火灾蔓延模型,并进行了实例验证分析。研究结果表明：所提模型只需输入环境数据和灾害起始扰动,就能得到灾害模型中的各项动态参数,可为多种灾害蔓延仿真提供通用建模方法和实现模式。     

基于模糊逻辑的元胞自动机用于图像处理

提出了一个基于模糊逻辑的元胞自动机模型用来处理图像处理中的图像分割问题。将元胞自动机原理中的元胞状态转化为模糊元胞状态,并将演化规则转化为模糊规则从而建立模糊元胞自动机模型,使图像中灰度水平介于目标和背景之间的像素得以较好地归类,从而得到一种新的图像分割方法。     

采用元胞自动机机理的针织电脑编织系统

针对针织电脑横机的编织原理,提出一维元胞自动机、二维元胞自动机用于针织横机编织系统的机理,给出一些元胞自动机初值和演化规则生成的新方法,并根据图案颜色的需要生成多彩色的图案,最后将上述结果应用于针织横机编织系统.     

基于元胞自动机的距离变换方法

借助元胞自动机模型，通过扩展状态记录元胞的归属状态，利用其动力学特性提出了一个删格空间上对点、线、面等复杂实体的加权距离变换方法．实证研究分析表明，基于元胞自动机的距离变换方法能够较好地实现删格空间上加权复杂实体图的距离变换．     

δ－网分形指纹及其在图像匹配中的应用

将随机机制引入元胞自动机，建立了若干自组织过程的随机元胞自动机模型；编制了Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的通用元胞自动机程序，成功模拟了粒子扩散、沙堆崩塌、分形凝聚、晶体生长等动态过程．     

基于元胞自动机的某装备供电系统脆性建模

装备供电系统中,由于某一个子系统或元器件的故障而导致整个系统连锁故障的事故时有发生,表现出很强的脆性。为了降低供电系统脆性事故发生率,实现简洁高效的保障,关键在于研究供电系统的脆性机理,实现针对性的保障。基于此,将元胞自动机理论应用到某型装备供电系统的脆性研究之中,提出并建立了应用元胞自动机来模拟供电系统脆性作用及其崩溃机理的元胞自动机模型。在本模型中,定义了元胞、元胞空间、元胞规则、元胞邻居及时间等的构成方法。利用装备供电系统脆性元胞自动机模型,仿真研究了供电系统在受到干扰或攻击情况下的脆性传播过程,探讨了供电系统不同子系统的脆性特性,证实了该模型是研究装备供电系统脆性的一种行之有效的方法。     

元胞自动机与人工生命研究进展

简要综述了元胞自动机的研究进展及取得的一些重要成果. 特别是由元胞自动机的自我繁衍导致的人工生命的概念、 特征及目前存在的问题.     

基于元胞自动机的启发式算法的改进

将元胞自动机应用于机器人路径规划,对移动机器人及其周围环境建立元胞自动机模型。机器人环境空间完全已知时,利用启发式算法与元胞自动机模型结合的方法,通过反复遍历具有最低耗费值的一系列元胞生成最优路径。并利用多层次的交互式元胞自动机,在方向有约束和地形耗费不同的环境中实现机器人的路径规划。     

耦合触发细胞自动机加密算法研究

该文提出了1种新的耦合触发细胞自动机加密模型。根据耦合和触发细胞自动机的性质，采用相互作用的n个细胞自动机作为一个整体，构造出耦合触发细胞自动机加密系统。计算机仿真结果表明：该算法极大地提高了密钥空间，有效地阻止了蛮力攻击；同时，加密时随机数的引入使得攻击者不可能获得唯一的明文密文对，从而有效地抵御了已知明文攻击和选择密文的攻击。     

Algorithm for repairing the damaged images of grain structures obtained from the cellular automata and measurement of grain size

Computational models are developed to create grain structures using mathematical algorithms based on the chaos theory such as cellular automaton, geometrical models, fractals, and stochastic methods. Because of the chaotic nature of grain structures, some of the most popular routines are based on the Monte Carlo method, statistical distributions, and random walk methods, which can be easily programmed and included in nested loops. Nevertheless, grain structures are not well defined as the results of computational errors and numerical inconsistencies on mathematical methods. Due to the finite definition of numbers or the numerical restrictions during the simulation of solidification, damaged images appear on the screen. These images must be repaired to obtain a good measurement of grain geometrical properties. Some mathematical algorithms were developed to repair, measure, and characterize grain structures obtained from cellular automata in the present work. An appropriate measurement of grain size and the corrected identification of interfaces and length are very important topics in materials science because they are the representation and validation of mathematical models with real samples. As a result, the developed algorithms are tested and proved to be appropriate and efficient to eliminate the errors and characterize the grain structures.