4.2. Клеточные автоматы.

Клеточный автомат – дискретная динамическая система, представляющая собой совокупность одинаковых клеток (локусов), одинаково соединенных между собой. Все клетки образуют решетку клеточного автомата. Решетки могут отличаться по размерности и форме клеток. Каждый момент времени представлен дискретным временным шагом или поколением.

Состояние каждой клетки определяется простыми правилами взаимодействия. Эти правила предписывают изменения состояния каждой клетки в следующем такте времени в ответ на текущее состояние соседних клеток. Множество клеток, влияющих на значение данной клетки, называется окрестностью клетки.

В результате взаимодействий каждое новое поколение формируется на основе предыдущей комбинации, и клеточные конфигурации развиваются с течением времени. Развитие клеточных автоматов называется эволюционной игрой. Нет другого способа узнать эволюцию начальной конфигурации, кроме как реализовать игру.

Свойства клеточных автоматов:

• изменения значений всех клеток происходят одновременно после вычисления нового состояния каждой клетки решетки;

• решетка автомата однородна: невозможно отличить какие-либо две области решетки по ландшафту;

• взаимодействия локальны, т.е. на каждую клетку влияют лишь клетки окрестности (как правило, соседние);

• множество состояний клетки конечно.

Типы клеточных автоматов:

• с клетками с памятью, когда новое состояние клетки зависит от её текущего состояния и с клетками без памяти – когда не зависит;

• статичные, у которых положение клетки во время эволюции остается постоянным и подвижные, у которых возможно изменение положения клетки в решетке;

• детерминированные, в которых состояние ячейки однозначно определяется состоянием этой ячейки и ее ближайших соседей в предыдущий момент времени и стохастические (вероятностные), у которых состояния ячеек определяются на основе некоторых вероятностей;

• одномерные, двумерные и автоматы больших размерностей;

• локальные и автоматы с глобальным параметром.

Главное отличие клеточной системы от других вычислительных систем в том, что здесь архитектурная часть и данные состоят из принципиально изоморфных, неотличимых друг от друга элементов. Поэтому клеточная вычислительная система может оперировать своей материальной частью, модифицировать, расширять себя и строить себе подобных.

Клеточные автоматы представляют альтернативный дифференциальным уравнениям путь анализа поведения сложных систем. С помощью клеточных автоматов, используя небольшой набор простых правил, удается моделировать сложное и разнообразное поведение.

5. Распознавание образов.

5.1. Понятие образа.

Образ – классификационная группировка в системе классификации, объединяющая (выделяющая) определенную группу объектов по некоторому признаку.

Образы обладают свойством, проявляющимся в том, что ознакомление с конечным числом явлений из одного и того же множества дает возможность узнавать сколь угодно большое число его представителей. В качестве образа можно рассматривать и некоторую совокупность состояний объекта управления, причем вся эта совокупность состояний характеризуется тем, что для достижения заданной цели требуется одинаковое воздействие на объект.

Образы обладают характерными объективными свойствами в том смысле, что разные люди, обучающиеся на различном материале наблюдений, в основном одинаково и независимо друг от друга классифицируют одни и те же объекты. Будучи отражением объективной реальности, понятие образа столь же объективно, как и сама реальность.