Применение клеточных автоматов в различных областях
В данной публикации [12] речь идёт о возможности использования метода клеточных автоматов в области криптографии, данный метод довольно хорошо себя зарекомендовал и скорее всего он привнесёт свои возможности и "плюсы" в данную область. Безопасность многих криптографических систем зависит от генерации случайных чисел. Число, которое будет сгенерировано должно быть довольно длинным и вероятность того, что именно конкретное значение будет сгенерировано - должна быть очень мала. Криптография довольна чувствительна к свойствам генераторов случайных чисел. Поведение клеточного автомата, как генератора, представляется как довольно случайный и следовательно имеет хороший результат. Однако, есть опасения, что данная область пока мало изучены и в таких генераторах имеются "дыры" для открытой атаки. Но всё же, работы в данном направлении ведутся и возможно в скором будущем в области криптографии будут достигнуты новые уровни, именно за счёт таких инновационных введений, как клеточные автоматы.
В статье [13] речь идёт о компонентах газовых турбин, которые в течение своего времени жизни подвергаются различным "стрессам", механическим повреждениям и влиянию окружающей среды. В то же время при высоких температурах происходит диссоциация молекул газа и в результате происходит распространение атомов по структуре металла. Для анализа всех этих процессов был выбран метод моделирования с применением клеточных автоматов.
В статье Аноприенко А.Я. и Коноплева А.П. [14] рассматривается опыт применения гиперкодов в моделировании клеточных автоматов. В данной работе идея гиперлогики и гиперкодов излагается, как одно из наиболее перспективных направлений развития алгоритмического базиса вычислительного моделирования. Одной из задач этого развития является разработка эффективных средств визуализации гиперкодов и соответствующих приложений. Для решений этой задачи в данной работе предлагается использование гиперлогики и гиперкодов применительно к клеточным автоматам, в частности к игре Дж. Конвея "Жизнь", что дает возможность наглядно представить и оценить возможность и необходимость дальнейшего развития идеи гиперлогики и гиперкодов.
В книге [15] представлены результаты передовых исследований в области клеточных автоматов для цифровой физики и моделирования в пространственно распределённых нелинейных системах. В книге представлены концепции и парадигмы, теории клеточных автоматов, предоставляемые ведущими мировыми экспертами. Так же проводимые исследования в могут привлечь внимание учёных в области естественных наук, за счёт более эффективных и выгодных методов моделирования с использованием клеточных автоматов и служить "маяком" для промышленников, как высокопотенциальный способ вычислительных архитектур.
Авторы статьи из Томского политехнического университета [16] исследуют возможность применения клеточных автоматов в продукционных экспертных системах. Для промышленных экспертных систем, имеющих базы знаний из нескольких тысяч правил, использование правил, использование клеточного автомата в качестве машины логического вывода открывает возможность повышения эффективности работы с базами знаний. Создание интеллектуального программного обеспечения, является актуальной задачей для специалистов в области информационных технологий.
Для использования же в клеточном автомате база знаний должна быть преобразована к числовому виду, для чего все факты, значения и правила базы следует заменить их числовыми идентификаторами. При такой замене любую базу можно смоделировать тремя множествами целых чисел. В одном из них числа являются числовыми идентификаторами правил, во втором – идентификаторами фактов и в третьем – идентификаторами значений фактов Правила в такой модели имеют вид:
:
если
,
то
,
где Nj; Mr, Mn и Lp, Lk - числа из множества идентификаторов соответственно: правил факторов и их значений.
Основная идея книги [17] - это поиски новых более действенных инновационных алгоритмов вычислений и их физических реализаций, а так же сравнение с классическими подходами к методам расчетов и исчислений.
Исходя из методов, описанных в данной книге, клеточные автоматы являются отличным инструментом для изучения логического поведения системы и для изучения геометрически ограниченных структур, зафиксированные в определённом пространстве. Но клеточные автоматы не являются довольно выгодным инструментом для изучения взаимодействий неподвижных структур. Условия, описанные в [17] книге для клеточных автоматов позволит расширить границы их применения, что обеспечит возможность использования КА для исследования свойств взаимодействия неподвижных структур.
В этой публикации [17] так же предлагается к рассмотрению КА основанные на алгоритме анизотропного распространения для индивидуальных форм поколений. Возможное состояние на каждом пикселе является двоичным и оно обновляется в зависимости от состояние прилегающих соседних пикселей. При использовании двухступенчатого обновления ячеек расширение распространения будет получено со временем, что приведёт к успешному распространению индивидуальных форм этого поколения. Для реализации данного поведения системы, была разработана цифровая схема из пикселей, снаряжённая логическим моделированием этой схемы.
Автор [18] статьи описывает четыре основных раздела - землепользование, динамика популяции, динамика передвижений и сетевых систем, а так же динамика социально-экономических систем. Моделирование каждой системы проводится с использованием клеточных автоматов.
Автор Karl Schramm в своей статье - "Digital Signal Processing, Cellular Automata, and Parallelism [19] проводит сравнение и поиски возможных связей между цифровыми сигналами и клеточными автоматами. Акцент подобия сделан на том, что оба этих устройства имеют подобную природу образования. Темы рассматриваемые в этом обзоре, включают в себя аналогово-цифровое преобразование сигнала, отбор образцов, суперпозиции, декомпозиция, преобразования Фурье, синусоидальная точность и линейность.
Существует популярная математическое приложение для визуализации - Mathematica, она является довольно мощным инструментом для создания софта на основе клеточных автоматов. Кроме того, существуют иные методы для воплощения клеточных автоматов, которые являются более натуральными, существующие на всём протяжении времени. В то же время цифровая обработка оснащена цифровыми процессорами, за счёт которых вся эта система работоспособна, и в данных теоретических механизмах так же можно представить естественные физические проявления. Именно в связи с этим автор и задаётся возможностью связи между клеточными автоматами и цифровой обработки сигнала. Автор проводит сравнения между аналогово-цифровыми преобразованиями и моделированием клеточных автоматов, и ищет в них подобия на основе исследований, называемых - параллелизм.
В [20] источнике идёт описание и трактовка фундаментальных работ и законов John von Neumann и Chris Langton, которые положили основу для дальнейшего использования клеточных автоматов в моделировании систем различных научных областей, таких как - робототехника, машиностроение, нейронные сети, биохимия. Так же затрагивается тема самораспрастраняющихся программ вирусов.
Рассматривается возможность использования модели клеточных автоматов для описания и анализа всего живого в мире [21], данная модель поможет проанализировать неприводимость и непредсказуемость природы. Автор рассматривает возможность моделирований вселенной на основе клеточных автоматов с определёнными простыми правилами. Клеточные автоматы представляют некоторые из этих явлений и делают это довольно качественно и подобно реальной системе. Но всё же, природа работает на уровне феноменов и явлений, которые не могут быть описаны человеческим восприятием. Несмотря на все эти неизвестные споры, неприводимость и непредсказуемость всё так же могут возникать в любых природных масштабах.
В данной работе автор проводит моделирование КА с использованием различных правил, полученные модели анализируются на различных ступенях эволюции. Так же затрагивается моделирование с использованием энтропии и концепций второго закона термодинамики.
Книга [22] о клеточных автоматах и их применении в различных системах, таких как - Автомат реактивных газовых структур и Средние передвижения клеточных автоматов. Для обоих классов определённых процедур, разработана определённая структура автомата, она может быть основана на механизмах реакций или на частных дифференциал уравнениях.
Так же представлен класс клеточных автоматов, используемых для расчетов и моделирования в среде диффузионных реакций. Такие автоматы основываются на локальности и распространяющейся динамике, помимо этого они тесно связаны с неоднородностью ограниченных структур.
Методы клеточных автоматов используются для изучения различных нелинейных диффузионных систем. Автомат реактивных газовых структур имеют свойственные колебания, которые имеют подобие колебаний натуральных систем. Эти колебания исследуются в бистабильных системах, и автор проводит взаимосвязь, сравнивая данные системы с теоретическими предсказаниями и подходами Ландау.