【正文】 智能體的生命特征集合為 L（可以是灰度值，RGB 值，紋理值的集合或是單一的某一個(gè)值）。他的演化規(guī)則近似地 第 27 頁 共 78 頁 描述了生物群體的生存繁殖規(guī)律 ： 在生命密度過小 (相鄰元胞數(shù) 2)時(shí)，由于孤單、缺乏配種繁殖機(jī)會、缺乏互助也會出現(xiàn)生命危機(jī)， 細(xì)胞 狀態(tài)值由 1 變?yōu)?0； 在生命密度過大 (相鄰 細(xì)胞 數(shù) 3)時(shí)，由于環(huán)境惡化、資源短缺以及相互競爭而出現(xiàn)生存危機(jī)， 細(xì)胞 狀態(tài)值由 1 變?yōu)?0； 只有處于個(gè)體適中 (相鄰元胞數(shù)為 2或 3)位置的生物才能生存 (保持 細(xì)胞 的狀態(tài)值為 1)和繁衍后代 (細(xì)胞 狀態(tài)值由 0變?yōu)?1)。其特點(diǎn)是時(shí)間、空間、狀態(tài)都離散，每個(gè)變量只取有限多個(gè)狀態(tài)，且其狀態(tài)改變的規(guī)則在時(shí)間和空間 上都是局部的。人工生命系統(tǒng)是一個(gè)自組織的復(fù)雜系統(tǒng) ,它由大量相似的成分或 Agent構(gòu)成 ， 系統(tǒng) 里大量低層次的 Agent的眾多交互作用唯一地導(dǎo)致系統(tǒng)全局層次的模式突現(xiàn)出來 。人工生命用于圖像分割將 有很好的應(yīng)用潛力和前景，需要進(jìn)一步深入研究下去。一些著名的公司，比如 Boeing 公司、 Coopersamp。 Brook 的研究工作得到了美國航天局的關(guān)注。進(jìn)化機(jī)器人提供了類似于生命系統(tǒng)的完全不同的途徑，它有很多性質(zhì)與生命相關(guān)，如復(fù)雜性、機(jī)體集成和受刺激可移動(dòng)。其中，行為者的遺傳特性在其生命期間是固定的。人工生命的研究對象是具有自然生命特征和生命現(xiàn)象的人造系統(tǒng)，研究的重點(diǎn)是人造系統(tǒng)的模型生成方法、關(guān)鍵算法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 對于不同的科學(xué)領(lǐng)域，甚至不同的研究者來說，突現(xiàn)的定義都可能不同。 人工生命的研究現(xiàn)狀 自人工生命概念首次提出以來，它受到了人們越來越多的關(guān)注，并吸引了包含系統(tǒng)科學(xué)、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物科學(xué)、機(jī)器人科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)和人類學(xué)等眾多領(lǐng)域的專家投入研究，其中美國、日本和歐洲的研究最為活躍。 馮雖然這些方法在原有的經(jīng)典方法上都有一定性能上的提升，但是也并沒有克服那些方法本質(zhì)上的缺陷。在實(shí)際中各種微分算子常用小區(qū)域模板來表示，微分運(yùn)算是利用模板與圖像卷積來實(shí)現(xiàn)。 生長準(zhǔn)則往往和具體問題有關(guān)，直接影響最后形成的區(qū)域，如果選取不當(dāng)，就會造成過分割和欠分割的現(xiàn)象。 n 當(dāng)? nF(i,j) D 時(shí) 。 常用的選取閾值的方法有灰度直方圖峰谷法、最大類間方差法（ Otsu 法）等等。 第三章是作者的基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的人工生命模型介紹部分。 本人經(jīng)過 閱讀大量相關(guān)資料、實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)等過程，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)人工生命模型：基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的人工生命模型和多粒度的人工生命模型。 圖像分割指將圖像分成各具特性的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。到目前雖然已經(jīng)有了許多各種類型的分割算法，但是這些方法普遍存在問題和缺陷，影響了性能和應(yīng)用，因此需要繼續(xù)探索新的途徑，對圖像分割繼續(xù)深入下去。該模型具有自底向上的，非全局受控等特點(diǎn)。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 人工生命是二十世紀(jì)八十年代末興起的一門交叉學(xué)科，是計(jì)算機(jī)科學(xué)新的發(fā)展方向之一，其研究內(nèi)容包括：物種進(jìn)化、遺傳算法、自組織、自適應(yīng)、智能體、生命現(xiàn)象模擬、生物與社會、基因工程、人工化學(xué)、生命動(dòng)力學(xué)、人工生命哲學(xué)、人工生命方法論、算法、人工智能等有關(guān)研究課題。 在已有的用于圖像處理的人工生命模型中，大多是以像素點(diǎn)作為生命個(gè)體，也有人提出了帶有形狀的生命個(gè)體但是關(guān)注的一般都是 單一粒度的 個(gè)體與個(gè)體之間的交互。圖像分割的數(shù)學(xué)描述如下： 令集合 R 代表整個(gè)圖像區(qū)域，對 R 的圖像分割可以看作是將 R 分成 n個(gè)滿足如下規(guī)則的非空子集： R1， R2， …..R n： （ 1）1Nii RR? ????????????????????? () （ 2）對于所有的 i 和 j ， ij? , ijRR?? （ 3）對于 1 , 2 , , ( )ii n P R TR U E??有 （ 4） , ( )iji j P R R F A L S E??對于 有 （ 5） 1 , 2 , , , ii n R?對于 是連通的區(qū)域 P(Ri)=TRUE 指出在分割結(jié)果中，每個(gè)區(qū)域的像素有著相同的特性。其中準(zhǔn)則定義為兩類的類間方差： 2 2 2 20 0 1 1 0 1 0 1( ) ( ) ( ) ( )t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????????? () 使 2()t? 取最大值的 t，就是分割目標(biāo)和背景的最佳閾值 T。一致性準(zhǔn)則可以是基于灰度，色彩，紋理等的標(biāo)準(zhǔn)。 圖 25 分列合并法演示圖 分裂合并法的關(guān)鍵是分裂合并準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)。它也是最簡單的一種邊緣檢測算子。諾依曼。諾伊曼的這項(xiàng)工作表明：一旦我們把自我繁衍看作是生命獨(dú)特的特征，機(jī)器也能做到這一點(diǎn) [23]。 人工生命的研究思想 隨著人工生命科學(xué)的發(fā)展，人工生命研究的主要思想不斷得到了豐富和發(fā)展。在底層定義許多小 第 20 頁 共 78 頁 的單元和幾條關(guān)系到它們內(nèi)部的、完全是局部的 相互作用的簡單規(guī)則，從這種相互作用中產(chǎn)生出連貫的“全體”行為，而這種行為不是根據(jù)特殊規(guī)則預(yù)先編好的。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)程來研究生命過程中的各種現(xiàn)象、規(guī)律以及復(fù)雜系統(tǒng)的突現(xiàn)行為，就形成了數(shù)字生命，其代表是 Ray T 的數(shù)字生命世界 Tierra。每條魚都是一個(gè)模擬的物理世界中的自主智能體，其算法不僅仿效了單個(gè)動(dòng)物的外貌、運(yùn)動(dòng)和行為，而且還模仿了許多水下生物系統(tǒng)復(fù)雜的群體行為。還有許多游戲包括“ SimCity”也使用人工生命作為它們的仿真開發(fā)技術(shù)?；谥悄荏w的人工生命模型應(yīng)用于交通流管理，它應(yīng)用多智能體方式，每個(gè)智能體代表 一個(gè)交通系統(tǒng)的用戶。例如， 1987年 Reynolds提出了一種名為 boids的、具有生命行 第 24 頁 共 78 頁 為特征的人工生命群體。實(shí)現(xiàn)類似于 MacGills的 Agents，它們朝一幅圖像里感興趣的點(diǎn)聚集，如邊緣 ,頂點(diǎn)甚至更復(fù)雜的如一張車牌里的字母或者一張臉里面的眼睛等更高級的特征。 第 26 頁 共 78 頁 第三章 基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的人工生命的模型 細(xì)胞自動(dòng)機(jī)簡介 細(xì) 胞自動(dòng)機(jī) [37， 38](Cellular Automata，簡稱 CA，也有人譯為 元 胞自動(dòng)機(jī)、點(diǎn)格自動(dòng)機(jī)、分子自動(dòng)機(jī)或單元自動(dòng)機(jī) )是由人工科學(xué)的先驅(qū) 馮如果一個(gè) 細(xì)胞 狀態(tài)為 “死” 。每個(gè)像素格可以容納一個(gè)智能體。 同種族的判定規(guī)則 1( ) 2N i li liiA B T????? …………… …………… () liA 為智能體 A的生命特征 i的值， liB 為智能體 B的生命特征 i的值， N 為生命體特征的個(gè)數(shù)， i? 為特征值在判斷同種族的過程中所占的比重， 2T 。智能體能夠根據(jù)行為規(guī)則集來自主選擇它們的行為。 ? 在當(dāng)前時(shí)刻，如果一個(gè) 細(xì)胞 狀態(tài)為 “生” ，且八個(gè)相鄰 細(xì)胞 中有兩個(gè)或三個(gè)的狀態(tài)為 “生” ，則在下 時(shí)刻該 細(xì)胞 繼續(xù)保持為，否則 “死” 去 。近幾年來，研究人員開始探索把人工生命應(yīng)用于圖像處理的途徑，提供了多方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如 Boids算法，表明一個(gè)顯然簡單，低層次和分散的系統(tǒng)可以產(chǎn)生復(fù)雜，合作的高層次行為。 （ 7）圖像處理 [29,30, 31,32,33]。這方面的比較著名的工作是美國卡內(nèi)基 — 梅隆大學(xué)的每年度計(jì)算經(jīng)濟(jì)模型研討會以及圣達(dá)菲研究所的每年度經(jīng)濟(jì)學(xué)研討會。下面闡述人工生命技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展前景情況： （ 1）娛樂 [28]。虛擬生物實(shí)際上是生命現(xiàn)象 的仿生系統(tǒng)，這種系統(tǒng)多以軟件形式出現(xiàn)，模擬生物形態(tài)變化過程的工具有細(xì)胞自動(dòng)機(jī)、 L系統(tǒng)等。 （ 2）數(shù)字生命。 （ 3）自下而上的建構(gòu)。我國于 1997 年 9月在北京舉行了“人工生命與進(jìn)化機(jī)器人研討班” (Seminar/Workshop on Artificial Life and Evolutionary Robotics)。諾伊曼證明，確實(shí)有一種能夠自我繁殖的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)存在，雖然它復(fù)雜到了當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)都不能模擬的程度。圖靈和約翰由于拉普拉斯算子沒有邊緣方向的信息，并且對噪音非常敏感，因此實(shí)際應(yīng)用中往往不直接用來獲取邊緣，而是先做圖像濾波后再使用拉普拉斯算子，這種方法就是拉普拉斯一高斯 (Laplacian of Gaussian)算子，此處不做過多介紹 。 2）對相鄰的兩個(gè)區(qū)域 Ri 和 Rj ，如果 P（ Ri U Rj） =TRUE 則將它們合并為一個(gè)區(qū)域。 基于區(qū)域的圖像分割方法 基于區(qū)域的分割方法 得到的分割結(jié)果 直接構(gòu)成區(qū)域，基本思想就是將圖像劃分成最大一致性的分區(qū)。兩類的概率為0 0tii P? ???和 101???? 。有兩種可能的選擇，如果只依據(jù)旁側(cè)相鄰的像素（上、下、左、右）來確定連通，叫做四連通；如果再加上 45度角方向的像素，則稱為八連通的。 在 該模型 中，使用了不同粒度的人工生命模型用于圖像分割的問題。到目前為止，在圖像分割領(lǐng)域還不存在一個(gè)通用的方法，也不存在一個(gè)判斷分割是否成功的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所 體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及 格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 第 2 頁 共 78 頁 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價(jià)： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問