基于元胞自动机的复杂系统脆性仿真

复杂系统研究是当前的热点,脆性是复杂系统的一个基本属性．在一个复杂系统中,当一个子系统遭受足够大的打击而崩溃时,整个系统将会崩溃．元胞自动机是一个离散的动力学系统,它可以用来仿真复杂系统的行为．文章应用元胞自动机对复杂社会系统的脆性进行仿真．仿真结果说明传染病扩散对其它社会子系统具有很大的影响．作为复杂系统的一个子系统,传染病的大规模扩散会使社会混乱,进而得出它具有脆性的结论．     

计算的理念——从机械推理者到元胞自动机再到3D打印机

人们对数、算法或者计算的尊崇与信仰贯穿于科学与技术发展的整个历史过程中。从最初认为人们的思维推理是可以用数学表达、是可计算的,到后来元胞自动机理论提出复杂系统的关键核心是可计算的,再到现在认为当代技术的重大问题是可计算的,如第三次产业革命引领了大数据时代的到来、云计算以及3D打印机的出现,表明了产业中的可计算性。我们承认有一些符号运算是处理不了的,同时也主张世界是可以通过数学表达的。     

基于元胞自动机的自旋玻璃离散优化

对无序复杂系统的研究,自旋玻璃一直是科学界最具成功的尝试之一。在对复杂事物的认知上,认为真正的复杂性问题只可能以复杂资源进行趋近。基于自旋玻璃的离散特性,首先论证了可以采用元胞自动机来研究自旋玻璃问题;进一步,通过在对一组铁磁与反铁磁材料的实验中,证实了用元胞自动机来解决自旋玻璃问题的可行性;在与模拟退火算法的比较研究中,表明用元胞自动机这一复杂资源探求自旋玻璃问题更具优越性。     

股市演化的遗传元胞自动机模型

以复杂性科学的理论方法为指导,运用元胞自动机、遗传算法、系统仿真、分类器系统等研究工具,结合投资分析技术,在形成演化规则库的基础上,构建了股市系统演化的遗传元胞自动机模型。其中,分类器系统被用来学习演化模型的参数,它使演化市场的复杂性特征充分逼近现实市场。通过对兖州煤业的实证分析,表明该演化模型可以模拟现实市场的复杂性,可以通过具有学习功能的演化模型进一步分析股票市场,为股市的监管和调控提供依据。     

基于元胞自动机的股票市场投资行为模拟

将元胞自动机的建模理论与方法应用于股票市场的复杂性研究,并初步建立了基于元胞自动机的股票市场投资行为演化模型,通过对多种市场状态下、股票市场复杂系统的演化的模拟与分析,认为投资偏好和宏观因素是影响股票市场稳定的关键性因素,因此,建议投资者应该多一些自己的独立见解,少一些盲目从众行为,以促进股票市场的稳定和发展。     

区域市场连锁经营选址与布局的元胞自动机模拟

元胞自动机模拟技术是研究复杂社会经济系统的一种有效方法。在分析、总结区域市场零售业连锁经营发展特点的基础上,建立了连锁网点选址与布局的市场吸引力模型,运用元胞自动机模拟技术,并以Matlab中的结构体对象为演化变量,进行区域市场连锁网点选址与布局的仿真研究。通过对不同模拟结果的分析,验证了区域市场零售业连锁网络扩张的规律,为零售业的连锁发展提供参考。     

计算机之父冯·诺伊曼对复杂性问题研究方法的贡献及其影响

冯·诺伊曼提出了度量复杂性的——"逻辑深度"概念,倡导了复杂性分析法——数值方法,并用"自下而上"的方法构建了元胞自动机。元胞自动机是简单规则导致复杂性"涌现"的范例,其自动机理论对复杂性问题的研究具有重要影响。     

利用元胞自动机模拟滩角地形

滩角是滩面上的一种特征地形.本文利用改进的元胞自动机模型,对滩角地形进行了模拟.结果表明滩角的形成过程具有自组织特征,因此滩角可以通过海滩泥沙、地形与波、流的自组织过程形成.指出自组织理论为从不同的侧面认识和研究海岸带现象与过程提供了一扇窗口.     

冯·诺伊曼计算机理论中的生物目的论思想

冯·诺伊曼计算机理论是生物目的性自动机理论中最有代表性的理论之一,＂冯·诺伊曼计算机＂,一个为储存信息与控制系统特别设计的机器,是控制程序模拟人的目的性行为最有力的表现形式。冯.诺伊曼自繁殖自动机理论中构建的动力自动机系统体现了亚里士多德＂程序目的论＂思想,他的元胞自动机理论是现代目的论思想算法的实现。     

国际资本流动网络复杂性研究的总体框架

围绕国际资本流动网络复杂性的研究范式、研究方法和研究工具对现有学术文献进行了综述和展望。研究表明,基于离散空间网络的复杂性科学研究范式非常适合国际资本流动网络复杂性研究。"复杂离散网络构建——系统演化——输入输出关系分析——决策建议"这一流程可以很好地融合在研究流程之中。同属国际资金交互网络的国际贸易资金流动网络构建及其拓扑结构分析,可在数据可获得性越来越高的背景下应用于国际资本流动网络复杂性的研究中。经过对网络节点和邻居模式的拓展,新定义的广义元胞自动机模型可以作为承担国际资本流动网络演化及参数计算的有力工具。     

研发的双重效应和技术创新: 基于自动机模型的演化分析

新增长理论和实证研究表明,企业内部研发具有双重性它不仅直接促进了技术进步,同时也增强了对扩散技术的吸收和学习.基于研发的双重效应,建立一个技术创新扩散的随机元胞自动机模型,应用于技术创新扩散的复杂性研究.仿真实验结果表明,内部研发和网络外部性对技术创新率的作用表现为"S"型曲线的特征.企业内部研发的提高可以加速技术创新,缩短经济起飞的时间,并且增强了均衡状态下经济系统创新的稳定性.     

三车道元胞自动机交通流模型研究

在Nagel-Schrekenberg（NS）元胞自动机交通流模型的基础上，提出了一种高速公路三车道元胞自动机交通流模型．该模型中所有的车辆均遵循相同的演化规则，并允许车辆以一定概率换道．根据计算机数值模拟．研究了车辆减速概率、换道概率对车流量、车道利用率影响关系，结果表明，在相同情况下，此模型所得到的基本图显示出交通流量比单车道NS模型大，并且发现减少不必要的车辆换道行为可以使驾驶更安全．这些研究为管理三车道的道路系统提供了一定的参考依据．     

基于演化熵的一维二值元胞自动机行为度量

为实现计算机自动识别和搜索特定类型的一维二值元胞自动机,通过计算其演化熵,实现了对一维二值元胞自动机动力学行为描述的度量,并给出了演化熵平面类型域与其不同动力学行为之间的对应关系,最后结合演化熵分析了不同的Langton参数下一维二值元胞自动机动力学行为的分布情况,发现一维二值元胞自动机的Langton参数在刻画其动力学行为时与普适规律不符,而具有以参数0.5为中心的对称性。     

基于元胞自动机的短信网络病毒传播模拟

针对短信网络内病毒传播行为的多样性特点,在研究短信网络生长过程及其拓扑结构的基础上,采用SEIR模型构造元胞自动机模拟方法,对病毒在短信网络内的传播过程进行了模拟仿真,并在此基础上研究了用户反应时间、预免疫与病毒变异对短信病毒传播的影响.实验结果表明,该自动机模型能较好地模拟短信网络中病毒的传播过程.同时针对病毒的传播特点提出了有效的防治策略.     

粉末高速压制成形二维流动的元胞自动机模拟

根据粉末高速压制成形和元胞自动机在时间与空间上均离散的特点,分析能量分布与粉末颗粒的水平迁移与垂直迁移规律,建立粉末高速压制成形过程的元胞自动机模型.将高速压制粉末颗粒的迁移规则用矩阵表示,给出基于元胞自动机的高速压制成形粉末迁移过程模拟的算法.利用Matlab软件实现对高速压制成形粉末流动过程的模拟,得到高速压制粉末致密化过程的演化图和密度分布的变化过程.数值模拟的最终密度分布与实验研究的结果较吻合.     

基于BPSO的元胞自动机准周期三行为研究

为研究一维二值元胞自动机的一类重要的群体演化行为--准周期三行为,提出了基于离散粒子群的元胞自动机演化算法,并通过使用活性元胞迭代图的平均面积为适值函数,发现了具有准周期三行为的元胞规则.与遗传算法相比,基于离散粒子群的元胞演化算法的搜索效率更高.实验还进一步表明,准周期三行为是某些元胞规则的特定行为,一定条件下与元胞自动机的初始构型关系不大.     

复杂网络动力学框架的几个研究方向

简要介绍了3个复杂网络动力学框架的研究方向：第1个方向涉及布尔网络、信息距离及其动力学描述，可以看作“先分解、后综合”的传统物理学还原论和元胞自动机模型的延伸和发展；第2个方向涉及最小作用量原理在一些类型的复杂网络系统中的新形式和新应用，可以看作传统物理学中的“大自然自组织”观点的延伸和发展；第3个方向涉及演化图的网络矩阵谱描述，可以看作传统图论的延伸和发展。     

考虑公交车辆影响的城市交通流元胞自动机模型

城市道路上的车流主要是公交车和小汽车混合流,而一般交通流理论都是以小汽车流为对象进行研究和建模。在对现有经典交通流元胞自动机模型进行总体分析的基础上,提出了一种考虑公交车辆影响的多速混合车辆双车道元胞自动机模型,重新标定了元胞长度、运行车速、随机慢化机制,引入了公交车辆,设定了公交车停靠站、改进了车辆变换车道规则,小汽车与公交车不仅最大速度不同,而且车辆运行中占用元胞点数也不同。通过计算机对新模型进行模拟,再现了传统交通流三参数之间的关系,发现纯小车流与考虑公交车流相比阻塞项更为明显和规律,只要在车流中存在公交车,整个车流的流量和速度就会受到较大的影响。为进一步更好地描述城市混合交通流奠定了基础。     

基于元胞自动机的地下矿火灾蔓延仿真方法

提出了基于元胞自动机模型的地下矿火灾发生时火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,用元胞来描述火焰蔓延能量单元,该单元用火焰温度、蔓延速度、烟雾浓度和有毒气体浓度等状态参数来描述。在仿真过程中,可以获得大量关于火灾蔓延、灾害动态、灾害严重程度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、真实的条件下完成火灾在巷道系统中蔓延的仿真。     

一种新的混合车流下的元胞自动机交通流模型

在我国高等级公路上的车流主要是混合车流,而一般的交通流理论都是以小车流为对象进行研究和建模的。元胞自动机模型可以比较好地模拟交通流,新建立的混合车流下的元胞自动机交通流模型,除不同车型的车速上限不同外,而且车辆运行中所占元胞格点数也不同。通过计算机对新模型进行模拟,发现纯小车流、将大车按线形换算成小车流与混合车流的车流运行状态不尽相同,而且在车速方面差别更大。只要在车流中存在大车,整个车流的速度就会受到较大的影响,但车流密度较低时,车型比例对车速的影响又不是很明显,但平均速度低于大车的最大速度。另外,本模型为进一步更好地描述混合车流奠定了基础。