Cellular Automata pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Nishinari, Katsuhiro 编

出品人:

页数:577

译者:

出版时间:

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9783540799917

丛书系列:

图书标签:

元胞自动机
复杂系统
计算模型
自组织
非线性动力学
数学建模
算法
人工智能
计算机科学
模式形成

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具体描述

This book constitutes the refereed proceedings of the 8th International Conference on Cellular Automata for Research and Industry, ACRI 2008, held in Yokohama, Japan, in September 2008. The 43 revised full papers and 22 revised poster papers presented together with 4 invited lectures were carefully reviewed and selected from 78 submissions. The papers focus on challenging problems and new research not only in theoretical but application aspects of cellular automata, including cellular automata tools and computational sciences. The volume also contains 11 extended abstracts dealing with crowds and cellular automata, which were presented during the workshop CandCA 2008. The papers are organized in topical sections on CA theory and implementation, computational theory, physical modeling, urban, environmental and social modeling, pedestrian and traffic flow modeling, crypto and security, system biology, CA-based hardware, as well as crowds and cellular automata.

《元胞自动机：并行计算的艺术与科学》内容简介：《元胞自动机：并行计算的艺术与科学》是一部深入探索元胞自动机（Cellular Automata, CA）这一迷人领域的多学科著作。本书并非仅仅罗列数学公式或编程技巧，而是以一种系统性的、富有洞察力的方式，揭示元胞自动机作为一种强大的计算模型和可视化工具的潜力。它旨在为读者提供一个坚实的基础，理解元胞自动机的基本原理，并在此基础上展现其在科学研究、工程应用乃至艺术创作中的广泛影响。本书的开篇，我们将从元胞自动机的核心概念入手。我们将详细阐述什么是元胞自动机：一个由离散的单元（元胞）组成的网格，每个元胞在离散的时间步长内，根据一组预设的规则，根据其自身和邻居的状态进行更新。这种简单而又普适的模型，却能涌现出令人惊叹的复杂行为。我们将深入剖析构成元胞自动机的三个关键要素：元胞、状态和规则。元胞的组织形式——一维、二维、三维甚至更高维度，以及它们之间的邻域定义（如冯·诺依曼邻域、摩尔邻域）将被一一梳理。同时，我们还将探讨不同状态表示方式的含义，以及规则集的设计如何直接决定了系统的演化轨迹。接着，本书将聚焦于元胞自动机的数学基础。我们将从最基础的一维元胞自动机模型——Wolfram分类开始，详细解析每个规则的数学描述及其对应的模拟结果。这部分内容将帮助读者理解为何如此简单的规则能够产生如此丰富的模式，例如稳态、周期性振荡、混沌行为等。我们将引入有限状态自动机（Finite State Automata）和图灵机（Turing Machine）等概念，探讨元胞自动机与这些计算理论基石之间的联系，并论证其计算通用性。对于那些对理论深度感兴趣的读者，我们还将涉及一些概率元胞自动机（Probabilistic Cellular Automata）的初步介绍，以及它们在处理随机性和不确定性问题上的优势。然而，本书绝不仅仅止步于理论。我们深知，元胞自动机的强大之处在于其能够模拟和预测真实世界的现象。因此，本书将花费大量篇幅，详述元胞自动机在各个科学领域的典型应用。在物理学领域，我们将探讨元胞自动机如何被用来模拟相变（如晶体生长、液化）、流体动力学（如Lattice Gas Automata模拟Navier-Stokes方程）、扩散过程以及粒子物理学中的基本相互作用。例如，我们将深入分析Lattice Gas Automata如何通过模拟大量粒子在网格上的碰撞和迁移，来重现宏观流体行为的涌现。在生物学方面，元胞自动机展现了其在模拟生命现象的惊人能力。本书将详细介绍其在模拟细胞生长、疾病传播（如SIR模型）、生态系统动力学（如捕食者-猎物模型）、神经信号传递、以及生物形态发生（如图案形成）等方面的应用。例如，我们将探讨 Conway's Game of Life 如何简洁地展现生命体的诞生、生存和死亡的循环，并将其推广到更复杂的生物过程的模拟。在化学领域，元胞自动机被用于模拟化学反应扩散系统，例如Belousov-Zhabotinsky反应产生的复杂空间时间图案。我们将分析这些图案的形成机制，以及元胞自动机如何帮助理解化学振荡和空间组织的演化。地质学和环境科学也是元胞自动机的重要应用舞台。本书将介绍如何利用元胞自动机模拟地形地貌的演化（如侵蚀、沉积）、森林火灾的蔓延、地震的发生和传播、以及城市扩张等。例如，我们将展示元胞自动机如何在二维网格上模拟火种的传播，并考虑地形、风力等因素的影响。计算机科学与工程学领域，元胞自动机不仅是计算模型，也是并行计算的天然载体。我们将讨论其在并行算法设计、图像处理（如边缘检测、滤波）、网络通信（如路由算法）、以及安全领域（如密码学）的应用。同时，本书还将介绍一些实现元胞自动机的编程框架和技术，帮助读者将理论转化为实际的模拟。除了严谨的科学应用，本书还将触及元胞自动机的艺术与哲学层面。我们将探讨元胞自动机如何通过其涌现出的复杂模式，启发了数字艺术、生成艺术和音乐创作。一些著名的元胞自动机图案，如“宇宙之花”、“烟火”等，将被作为案例进行分析，揭示其内在的美学价值。同时，本书还将引发读者对“涌现”（Emergence）、“简单性与复杂性”、“确定性与随机性”等哲学问题的思考。本书的写作风格力求清晰、易懂，同时又不失深度。每一章节都设计有循序渐进的讲解，辅以大量的图示、模拟截图和代码片段（可选），以帮助读者更好地理解抽象的概念。书中将包含实际案例的研究，让读者能够直观地感受到元胞自动机在解决真实世界问题时的强大力量。《元胞自动机：并行计算的艺术与科学》面向的读者群体广泛，包括对计算模型、复杂系统、并行计算感兴趣的本科生和研究生，以及从事科学研究、工程开发、数据分析、甚至艺术创作的专业人士。对于希望拓展计算思维边界、探索跨学科知识的爱好者而言，本书同样是一份宝贵的资源。总而言之，本书致力于将元胞自动机这一看似简单的计算工具，展现为一种能够连接数学、物理、生物、化学、工程、计算机科学乃至于艺术的普适性语言。它不仅教授读者“是什么”和“怎么做”，更引导读者思考“为什么”——为什么如此简单的规则能够产生如此丰富的现象，以及这种涌现的复杂性对我们理解世界有何启示。通过阅读本书，读者将不仅掌握元胞自动机的理论与应用，更能领略到并行计算的艺术魅力，以及其蕴含的深刻科学哲理。