基于三维宏观基本图的城市机非混行交通研究

为解决城市交通中机动车与非机动车混合行驶造成的交通拥堵,提出一种三维宏观基本图的理论分析方法,探究机动车与非机动车混行交通流的微观运行特征和宏观演化规律,揭示在非机动车干扰下交通拥堵的形成、传播和消散机理。先分别建立描述非机动车流的元胞自动机模型和机动车流的元胞传输模型,并借助非机动车越线次数函数将两个模型耦合;然后,在Simulink仿真平台上,运行该耦合模型以求得路网的三维宏观基本图,并以此分析非机动车驶入流量与路网平均流量、冲突次数三者间的相互关系;最后,提出提高路网硬隔离占比和加大非机动车道宽度的两种方法,借助三维宏观基本图来验证其缓解交通拥堵的效果。研究结果表明:三维宏观基本图的分析方法可量化机动车和非机动车冲突的影响,指导混行交通拥堵的治理,该结论为改善中国城市交通出行秩序和出行环境提供了参考。

高压脉冲电场处理果蔬元胞自动机模拟研究

研究旨在利用具有时空特征的元胞自动机动力学模型对高压脉冲电场处理的果蔬介质进行仿真,模拟果蔬介质计算过程,为高压脉冲电场技术在果蔬保鲜、干燥以及杀菌中的应用提供理论依据。在考虑高压脉冲电场处理果蔬产生细胞电击穿现象以及电击穿原理的基础上,通过元胞空间、状态和规则的制定,构建了元胞自动机果蔬介质击穿模型。结果表明,该试验的模拟结果符合高压脉冲处理果蔬介质的击穿特征,与实际情况对比拟合度高,误差较小。利用元胞自动机仿真高压脉冲电场处理果蔬介质模型,反映了果蔬介质的击穿过程,有利于高压脉冲电场技术在果蔬领域的应用及推广。

人工生命：计算机与生物学交叉的前沿学科

人工生命是具有生命特征的人工系统,是探索生命复杂性的一门新兴交叉性前沿学科。它试图在计算机或其他人工媒介上,以综合的方法研究具有生命本质特征的复杂系统的动态发展过程。本文详细介绍了人工生命的概念、产生过程、发展历史、基本思想以及目前主要的研究方向,指出人工生命为人们揭示自然生命的最本质特征和演化的最基本规律提供了新思路和新方法。

基于元胞自动机的莫莫格湿地土地覆被预测模拟

本文运用元胞自动机结合人工神经网络方法,利用1986年和2004年两时期的ETM遥感影像,对莫莫格国家级湿地自然保护区的土地覆被变化进行了动态的模拟和预测,探讨了元胞自动机模型在湿地土地覆被变化预测和湿地资源保护方面的重要作用,为湿地资源的动态监测与可持续发展提供参考和决策支持。在模型实现过程中,以正六边形元胞取代传统的四边形元胞,克服了传统四边形元胞各向异性的先天不足,减小了模型预测的误差。应用BP神经网络与元胞自动机相结合自动挖掘出元胞自动机模型的转换规则,不仅降低建立多种土地覆被类型预测模拟的难度,而且减少了人为的主观因素,提高了准确性。将模型应用到莫莫格湿地保护区,预测的结果与实际土地覆被类型比较得出预测精度达到约80%,通过对该地区未来34年土地覆被变化的预测,反映出了该地区耕地面积增大、湿地减少的生态环境变坏的趋势,为该保护区的管理和发展提供了参考。

基于自动机的知识化制造单元死锁控制策略研究

针对自动机理论用于制造系统建模时易受系统规模影响的问题,提出了一种构建分布式自动机死锁监控器的新方法,用于解决知识化制造单元死锁问题。该方法可有效地提高自动机建模和运算效率。引入知识化制造单元关联矩阵的概念,给出关联矩阵自相关操作定义,在此基础上,将知识化制造单元划分为若干个单元子模块,构建了相应的分布式自动机死锁监控器,并得到了知识化制造单元无死锁的控制策略,用于对知识化制造单元进行实时监控,保证知识化制造单元运行的安全性。实例研究表明了该策略的可行性和有效性。

地震复杂性成因的数值模拟

以最简单的弹簧滑块模型为理论基础,由完全确定性的动力学公式出发,采用细胞自动机技术,研究模拟地震序列时、空、强复杂性的成因。当模型中仅有非线性动力学因素时,模拟序列的时空强特征十分复杂,当引入弹性结构的不均匀性,模拟大事件的空间和强度特征明显受控于断层的不均匀性。由模拟结果推测认为地震的复杂性是由于地球的不均匀性和断层破裂的非线性动力学相互作用而引起的。

飞机乘员应急撤离可视化仿真方法研究

本文提出一种大型飞机应急撤离的三维可视化仿真方法。通过元胞自动机模型进行二维仿真,得到撤离路径,再结合数字化平台Delmia上建立的大型飞机客舱三维可视化仿真环境,进行飞机应急撤离的三维可视化仿真。通过仿真可以对飞机应急撤离的时间、撤离行为进行评估与分析。结果表明:该方法对于大型飞机总体初期方案设计中的应急撤离过程的评估和结构布局优化工作以及适航符合性研究具有周期短、费用低的优势,具有良好的工程应用价值。

基于神经网络的元胞自动机与土地利用演化模拟——以广州市白云区为例

城市发展过程中存在多种土地利用类型的相互转换,掌握其演化规律有助于制定出合理的土地利用规划。传统元胞自动机(CA)在模拟城市扩张过程时,多种土地利用类型间的转换十分复杂,往往难以获得转换规则。本文利用神经网络构建了多类型演化的CA模型;从城市演化的历史数据中进行学习,挖掘出控制土地利用方式转变的空间要素权重,利用广州市白云区2005—2007年间的土地利用历史演化数据训练神经网络后,对2009年研究区的土地利用结构进行了模拟。对比同期的真实土地利用格局,模拟结果的平均精度达到77.65%。

基于空间模拟的捕食-食饵模型种间抑制作用研究

在食饵具有种内竞争效应的Lotak-volterra模型中结合空间模拟方法研究捕食-食饵之间的关系动态变化,并与未引入空间迁移因素模拟结果进行比较.结果表明物种的相互作用较大时,由于斑块之间的迁移作用,降低了物种的灭绝风险.

基于CA的结构拓扑设计的研究——平面薄板加强筋拓扑形态创成的仿真

根据CA(CellularAutomata)算法的模型和过程 ,设计了它在结构拓扑形态设计中的应用步骤。以简单结构的力学模型为基础 ,分别用力学规则和神经网络方法进行归纳、整理、分类和学习 ,得到了进化规则 ,进行自下而上地自动创成结构形态。以平面薄板的加强筋设计为例 ,进行计算机仿真 ,得到的结果与实际依靠人的经验设计的结构拓扑形态较为吻合 。

基于元胞自动机的字符图像平滑

建立了字符平滑的元胞自动机模型,用于处理字符图像中常见的黑白噪声,通过分析元胞自动机的局部转换函数,编写了相应的演化规则和算法,最后利用MATLAB编程分别对不同的含黑白噪声图像进行了处理,平滑效果良好,并与传统中值滤波方法进行比较,说明将元胞自动机用于字符图像平滑是一种非常有效的方法,同时元胞自动机适合并行计算,该方法也为图像处理的VLSI电路实现提供了一种新的途径.

基于元胞自动机的普通超市火灾疏散模型的构建

通过分析已有的元胞自动机理论,结合人员疏散的特点,构建了考虑出口吸引力、火灾排斥力、摩擦力、排斥力和从众吸引力的普通超市火灾疏散模型。该模型充分考虑了多个因素对疏散过程的影响,对影响因素进行归一化处理,以综合影响因素建立的元胞转移强度作为行人移动规则。针对超市疏散人数、出口宽度及相隔距离、从众心理对疏散时间的影响进行了研究,并采用仿真疏散软件Pathfinder+FDS对模型进行验证,说明疏散模型具有一定可信性。研究表明行人疏散时间随人数呈线性正相关,人数存在临界值;出口宽度越宽或出口越多疏散时间相对越短,当达到出口阈值时对疏散时间影响不大;在陌生疏散环境或紧急情况下适当的从众行为会提高疏散效率。

基于智能生态细胞的遥感信息提取方法

提出了一种基于智能生态细胞的遥感信息提取方法。该方法综合了作物的物候特征、光谱演化特征和空间相关性的反馈信息,融合了元胞自动机、模糊推理和BP神经网络智能计算思想。以2009年多时相Landsat7 ETM遥感影像作为数据源,进行了基于智能生态细胞的烤烟种植面积监测。监测结果表明,该方法可以有效提高遥感信息提取精度,具有实际应用价值。

元胞自动机在模拟细胞行为方面的应用

在生物细胞生长机理以及莫诺德微分方程模型的基础上,推导出生物细胞生长以及底物消耗的微分方程,并基于此建立模拟生物细胞生长的元胞自动机模型(CABCGM)。CABCGM采用二维细胞自动机作为细胞的生长空间,采用Moore型邻域作为细胞的邻居规则,其演化规则根据细胞的生长机理和推导出的动力学微分方程设计。在建立元胞自动机模型的前提下,以Matlab为开发工具来实现模型编程,并进行仿真实验。仿真结果表明,利用元胞自动机建立的生物细胞的生长模型与实际微分方程细胞的生长曲线比较吻合(尤其在前期时间段),故元胞自动机能较好地描述细胞生长的演化行为。

基于元胞自动机的微观城市道路混合交通仿真

介绍了现有交通仿真软件相对于国内路况存在的很多不足,如缺少自行车、行人的模拟等,结合原有的交通仿真模型和我国自行车/行人交通特性建立了新的混合交通流微观仿真模型,并给出了混合交通流仿真的实现思想。新的仿真系统原型以元胞自动机模型为基础,同时定义了符合国内道路状况的元胞自动机规则。最后,给出了该交通仿真系统原型的实现结果和结论。

量子原胞自动机遗传模拟退火算法改进研究

针对量子原胞自动机遗传模拟退火算法仿真大型电路的效率低的不足,提出一种可以减小问题规模的局部遗传模拟退火算法。理论验证了可定态细胞的定态规则,对可定态细胞进行定义;采用定态规则计算可定态细胞极化状态与遗传模拟退火方法计算不可定态细胞极化状态相结合,从而有效地减小了问题的规模。通过仿真验证了基于定态规则的遗传模拟退火方法相比单纯遗传模拟退火方法更具优越性,不但加快了量子原胞自动机仿真的收敛速度而且提高了仿真的精确度。

QCA电路的缺陷研究

针对量子元胞自动机电路中出现的元胞移位等元胞缺陷,介绍了基于QCADesigner的元胞缺陷分析,得出了特定结构的容错范围。对于制造过程出现的单电子故障,分析了不同输入时单电子故障对传输线和反相器的影响。对于制造过程中出现的漂移电荷缺陷,分析了这些缺陷对传输线的影响。通过改变元胞与传输线之间的距离,研究了QCA传输线之间的串扰问题,得出了其容错范围。最后对RS触发器中出现的元胞缺陷采用测试序列进行了分析研究,从而为进一步研究QCA电路的缺陷提供了依据和方向。

基于元胞自动机的安全高速边缘路由器设计

高速边缘路由器是一种在边缘接入网使用的基于IPSec协议的高速路由器.作为接入网中重要的安全设备,高速边缘路由器必须提供高速的安全报文转发和大容量的安全信息(包括安全策略、证书、签名等)存储能力,满足边缘接入网在速度匹配和安全管理上的特殊需求.为了支持高速边缘路由器这些特性,有必要针对接入网中安全报文转发速度快、安全信息存储量大的应用特点,研究与之相适应的IPSec体系结构和相关实现的关键技术.本文在综合通用IPSec路由器体系结构模型特点的基础上,提出一种基于元胞自动机的体系结构模型,分析和研究了高性能安全高速边缘路由器的软、硬件体系结构,构造基于元胞自动机的高强度动力密码体系,设计基于分布式密钥管理的路由器安全构架.

基于单向点格自动机的UPG文法识别并行算法

UPG文法是一种特殊的生成文法,在分析的过程中可以没有回溯。该文法能够更好地描述自然语言中特殊的语法结构。单向点格自动机是进行语言并行识别的模型。通过对该文法和点格自动机深入的分析,提出了一种在并行环境下基于点格自动机的无回溯的语法分析和识别算法。文章通过实例详细描述了算法并行处理的过程,验证算法的正确性和可行性。