零边界条件下一维非线性细胞自动机可逆性的判定算法

可逆性的性质对于经典的计算机科学理论模型——细胞自动机(Cellular Automata,CA)具有重要意义。尽管CA在零边界条件下的线性规则的可逆性问题已经得到了大量的研究,但非线性规则目前还很少被探索。文中研究了在有限域Z_(p)上一般一维CA的可逆性问题,找到了一种优化Amoroso无限CA满射性判定算法的方法。基于此,文中还提出了在零边界条件下判定一维CA可逆性的算法,其中包括一种在零边界条件下判定一维CA严格可逆性的算法,以及一种基于桶链的在零边界条件下计算一维CA的可逆性函数的算法。这些判定算法不仅适用于线性规则,也适用于非线性规则。除此以外,还证实了可逆性函数总是有一个周期的,且其周期性与对应桶链的周期性有关。文中给出了一些可逆CA的实验结果,并通过实验结果对理论部分进行了补充验证,进一步支持了文章的研究结论。

一种与JPEG图像压缩编码结合的细胞自动机域盲水印算法

该文结合JPEG图像压缩编码和细胞自动机,提出一种用于JPEG压缩图像的数字盲水印算法。该算法先用Moore型细胞自动机对水印图像进行置乱;随后用2维正交细胞自动机变换将原始灰度图像进行分解,并在分解后得到的低频细胞自动机域系数中嵌入置乱后的水印信息。最后将嵌入了水印的图像按JPEG图像压缩标准进行编码。水印的提取是在解码过程中进行的。实验结果表明,该水印算法有较好的隐藏性;对常见的攻击如JPEG压缩、滤波、剪切、旋转以及加性噪声攻击等有较好的鲁棒性。

炼钢生产物流系统仿真的细胞自动机模型

基于细胞自动机建模思想提出了炼钢生产物流系统仿真的细胞自动机方法 ,并建立了相应的模型 ,用工位、作业以及作业规则来描述物流系统 ,以工位作为细胞自动机仿真模型的网络格点 ;按炼钢物流特点设定格点的属性值并抽象出模型的自组织演化机制。针对攀钢炼钢生产的建模与仿真实验表明 :根据微观动力学局域作用机制和自组织演化思想建立的细胞自动机动态仿真模型是有效的 。

基于多子带可逆细胞自动机的二值图像压缩算法

提出一种新颖的基于多子带可逆细胞自动机的二值图像压缩算法。该算法采用可逆细胞自动机可实现信号子带编码的思想,实现了一个四子带可逆细胞自动机,并用其将二值图像信号分解为一个低频子带和三个高频子带。然后用改进的跳白块算法对各子带分别进行压缩编码。实验结果表明,该算法计算复杂度低,且具有较高的压缩比。

城市细胞自动机模型研究的回顾与展望

细胞自动机(CA)固有的两个特征使之适于复杂的城市系统模拟研究。第一,它们本质上具有空间性;第二,利用非常简单的规则能产生复杂的行为,即局部的"不谐调"或个体的行为导致整体模式的有秩序性。通过选取五个典型事例回顾了20多年来城市CA发展历程,分析了该模型在当时的社会需要和技术水平条件下对城市研究所做的贡献及存在的问题,探讨了城市CA未来的发展趋势。

岩体破坏演化的物理细胞自动机(PCA)(Ⅱ)——模拟例证

利用作者所建立的二维物理细胞自动机(PCA)对岩石破坏的不同力学行为进行了模拟验证,结果表明,物理细胞自动机(PCA)能有效地模拟岩石的力-变形关系、声发射演化等典型的力学特征。该模型对进一步研究岩体破坏的混沌性和自组织演化特征具有重要的应用价值。

摩擦时间依从的地震活动性细胞自动机模型

设计了一个改进的单断层地震孕育过程细胞自动机（ＣＡ）模型，通过设计外界通过 施加应力与模型间进行的能量交换和模型的细胞之间存在的非线性力学作用，试图理解地震 活动特性的力学机制．与早期细胞自动机模型相比，改进了参数的取值方式，将摩擦时间依 从的理论引进模型，使该细胞自动机模型更接近实际的孕震系统．研究表明参数取值方式对 人工地震序列和各细胞破裂事件的非均匀时间特性有重要影响，较小震级和较大震级范围中 的事件分别遵从明显不同的累积频度一震级关系．

细胞自动机及MATLAB仿真

按照S.W o lfram对细胞自动机的分类规则,以M ATLAB为工具,实现了对所有初等细胞自动机演化规则的动态模拟,并针对奇偶规则、蚂蚁规则等典型细胞自动机的演化规则,提出相应的算法,以M ATLAB为工具开发了可视化的模型,刻化了细胞自动机在模拟复杂现象方面的优势.

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。

岩体破坏演化的物理细胞自动机(PCA)(Ⅰ)——基本模型

根据岩体的结构与破坏特征,建立了一种新的细胞自动机——二维物理细胞自动机(PCA)的基本模型,由于该模型考虑了岩体材料的非均质性、非连续性和各向异性等特征,因此,可以更有效地模拟岩体的破坏过程。该模型对进一步研究岩体的非线性特征具有重要的应用价值。

细胞自动机及在南京城市演化预测中的应用

细胞自动机 (CellularAutomata)是一种具有时空计算特征的动力学模型 ,其最主要的特点是复杂的系统可以由一些很简单的局部规则来产生 ,特别适合城市等空间复杂系统的时空动态模拟研究。本文利用地理信息系统 (GIS)和细胞自动机的有机集成而构筑的CA -Urban模型模拟南京市的土地利用的动态演化过程。对南京三个开发区的发展以及南京能否跨江发展等存在争议的问题作了预测和评估。通过设置不同的转换规则、参数 ,从一个侧面为我们展示了城市系统的宏观演化的可能模式 ,为城市规划等提供了辅助决策。最后提出了模型的缺点及其展望。

细胞自动机函数优化算法

细胞自动机广泛用于仿真、建模,提出用细胞自动机进行函数优化。该思想与演化算子结合的算法CAMGA在试验中取得了很好的效果。其中对BUMP问题的求解优于现今已经发表的结果。

多粒度可逆细胞自动机模型的数据加密方法

为了克服以往对细胞自动机的研究局限于单粒度细胞单元的问题,引入了多粒度细胞的概念,并结合可逆细胞自动机提出了一种基于多粒度可逆细胞自动机的加密算法。在该算法中,扩展的可逆细胞自动机具有足够多的规则,从而保证了安全的密钥空间;细胞单元通过"分裂-重组"实现自身粒度大小的动态调整,并依此来提高细胞自动机动力学特性的复杂性,实现了快速加、解密。同构的硬件结构使该算法具有很强的实用性,仿真实验表明,该加密算法具有较高的安全性。

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拟模型 .标定了细胞长度和最大速度等参数 ,继而提出反映车辆在路段上自由行驶、跟驰行驶和减速行驶等交通行为的细胞自动机规则 。

基于细胞自动机的安全图像加密算法

利用初等细胞自动机状态环性质进行加密后的密文图像仍可看出原图像的部分轮廓,且明文敏感性差。由此提出一种安全的图像加密算法,采用周期为2的二维细胞自动机对图像进行位平面加密,再通过状态环加密的方法使明文改变1 bit即可影响整个密文图像。仿真结果表明,改进算法敏感性更高,密钥空间更大,且加密速度较快。

混凝土桥梁氯离子侵蚀过程仿真的细胞自动机模型

为准确高效地模拟钢筋混凝土桥梁在运营期间氯离子的侵蚀过程,并获得梁截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度,提出基于细胞自动机理论的混凝土桥梁氯离子侵蚀过程模拟方法.首先,根据细胞自动机原理对氯离子侵蚀过程进行分析,利用简单的局部进化行为模拟复杂的扩散过程.然后,综合考虑时空变异性、水灰比、应力状态等因素对氯离子侵蚀过程的影响,建立多因素耦合作用下的混凝土桥梁的氯离子侵蚀模型.最后,以某T梁为例,分析桥梁服役期间氯离子扩散规律及混凝土水灰比和应力状态对氯离子扩散过程的影响.结果表明,钢筋表面的氯离子浓度值在侵蚀20年时开始趋于稳定,角部区域钢筋更易锈蚀;混凝土水灰比越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快;梁截面拉应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快,而压应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越缓慢.

基于细胞自动机与奇异值分解的零水印算法

针对常规水印算法对JPEG压缩与几何攻击鲁棒性较差的问题,提出了一种基于细胞自动机(CA)变换与奇异值分解(SVD)的零水印算法。首先对图像进行二维细胞自动机变换,分离出低频近似图像并保存作为密钥的变换参数;然后对低频图像分块并在每个子块上进行奇异值分解,通过细胞自动机变换规则在每个子块的奇异值矩阵上构造零水印;最后,图像认证时根据两个图像的水印相似度是否大于阈值来判断图像是否遭遇篡改。通过实验证明,该水印算法具有良好的不可见性和安全性,并且对于JPEG压缩与几何攻击表现出较强的鲁棒性。

入侵杂草化感作用的细胞自动机模拟研究

细胞自动机模型(Cellular Automata Model,简称CA模型)是一种能够表现系统复杂行为的模拟方法,适于研究植物群落时空动态过程.本文利用CA模型,模拟具有化感作用的外来种入侵原有物种所构成植被的过程.模型由产生化感物质的外来种和两个对化感物质敏感性不同的本地种组合成不同类型的群落,利用化感物质作用下受体物种生物活性响应模型及种子扩散负指数分布模型,模拟外来杂草和本地种分布格局的时空动态变化.结果表明,外来种可成功地完全入侵由两个对化感物质敏感的本地种构成的群落空间,但对于由对化感物质敏感的一个本地种及对化感物质具有抗性的另一个本地种构成的群落,外来种只能够与本地种共存.

二维可反向迭代细胞自动机在数据加密中的应用

针对一维触发细胞自动机加、解密速度慢,迭代次数多的问题,提出了一种基于二维触发细胞自动机的数据加密算法。通过邻居细胞间的相互作用与共同演化,反向迭代完成数据加密,正向演化完成数据解密。密钥空间,即反转规则表,随着细胞自动机邻居半径增大呈指数增长,且可以根据不同的安全性要求,通过调整细胞自动机的邻居半径及加密轮次来实现。分析结果表明,该算法可以抵抗蛮力攻击和已知明文、密文以及差分分析攻击,具有较高的安全性。加、解密共享同一硬件结构也使得本算法具有很强的实用性。

基于混沌与细胞自动机的数字水印模式

本文提出了基于混沌与细胞自动机的数字自动转化为灰度图像的方法.数字作为密钥,不同数字能产生不同的灰度图像,其实现过程为数字作为种子,使用混沌迭代产生随机序列,然后转化成二值图像,经细胞自动机处理,再使用平滑过程,这样就产生了灰度图像.灰度图像作为嵌人宿主信号的数字水印模式,该水印模式的能量集中在低频.实验结果显示该水印模式有好的特性,使用该水印模式的水印算法能抵抗一些常见的攻击.