【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 2)時，由于孤單、缺乏配種繁殖機會、缺乏互助也會出現生命危機， 細胞 狀態(tài)值由 1 變?yōu)?0； 在生命密度過大 (相鄰 細胞 數 3)時，由于環(huán)境惡化、資源短缺以及相互競爭而出現生存危機， 細胞 狀態(tài)值由 1 變?yōu)?0； 只有處于個體適中 (相鄰元胞數為 2或 3)位置的生物才能生存 (保持 細胞 的狀態(tài)值為 1)和繁衍后代 (細胞 狀態(tài)值由 0變?yōu)?1)。其特點是時間、空間、狀態(tài)都離散，每個變量只取有限多個狀態(tài)，且其狀態(tài)改變的規(guī)則在時間和空間 上都是局部的。人工生命系統(tǒng)是一個自組織的復雜系統(tǒng) ,它由大量相似的成分或 Agent構成 ， 系統(tǒng) 里大量低層次的 Agent的眾多交互作用唯一地導致系統(tǒng)全局層次的模式突現出來 。人工生命用于圖像分割將 有很好的應用潛力和前景，需要進一步深入研究下去。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注。進化機器人提供了類似于生命系統(tǒng)的完全不同的途徑，它有很多性質與生命相關，如復雜性、機體集成和受刺激可移動。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象的人造系統(tǒng)，研究的重點是人造系統(tǒng)的模型生成方法、關鍵算法和實現技術。 對于不同的科學領域，甚至不同的研究者來說，突現的定義都可能不同。 人工生命的研究現狀 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注，并吸引了包含系統(tǒng)科學、控制科學、計算機科學、人工智能、生物科學、機器人科學、經濟學、哲學和人類學等眾多領域的專家投入研究，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上的缺陷。在實際中各種微分算子常用小區(qū)域模板來表示，微分運算是利用模板與圖像卷積來實現。 生長準則往往和具體問題有關，直接影響最后形成的區(qū)域，如果選取不當，就會造成過分割和欠分割的現象。 n 當? nF(i,j) D 時 。 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胞自動機的人工生命模型介紹部分。 本人經過 閱讀大量相關資料、實際編程實現等過程，實現了兩個人工生命模型：基于細胞自動機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的技術和過程。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。到目前雖然已經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。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 人工生命是二十世紀八十年代末興起的一門交叉學科，是計算機科學新的發(fā)展方向之一，其研究內容包括：物種進化、遺傳算法、自組織、自適應、智能體、生命現象模擬、生物與社會、基因工程、人工化學、生命動力學、人工生命哲學、人工生命方法論、算法、人工智能等有關研究課題。 在已有的用于圖像處理的人工生命模型中，大多是以像素點作為生命個體，也有人提出了帶有形狀的生命個體但是關注的一般都是 單一粒度的 個體與個體之間的交互。圖像分割的數學描述如下： 令集合 R 代表整個圖像區(qū)域，對 R 的圖像分割可以看作是將 R 分成 n個滿足如下規(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 指出在分割結果中，每個區(qū)域的像素有著相同的特性。其中準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，就是分割目標和背景的最佳閾值 T。一致性準則可以是基于灰度，色彩，紋理等的標準。 圖 25 分列合并法演示圖 分裂合并法的關鍵是分裂合并準則的設計。它也是最簡單的一種邊緣檢測算子。諾依曼。諾伊曼的這項工作表明：一旦我們把自我繁衍看作是生命獨特的特征，機器也能做到這一點 [23]。 人工生命的研究思想 隨著人工生命科學的發(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 的單元和幾條關系到它們內部的、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生出連貫的“全體”行為，而這種行為不是根據特殊規(guī)則預先編好的。利用計算機進程來研究生命過程中的各種現象、規(guī)律以及復雜系統(tǒng)的突現行為，就形成了數字生命，其代表是 Ray T 的數字生命世界 Tierra。每條魚都是一個模擬的物理世界中的自主智能體，其算法不僅仿效了單個動物的外貌、運動和行為，而且還模仿了許多水下生物系統(tǒng)復雜的群體行為。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?；谥悄荏w的人工生命模型應用于交通流管理，它應用多智能體方式，每個智能體代表 一個交通系統(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。實現類似于 MacGills的 Agents，它們朝一幅圖像里感興趣的點聚集，如邊緣 ,頂點甚至更復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 基于細胞自動機的人工生命的模型 細胞自動機簡介 細 胞自動機 [37， 38](Cellular Automata，簡稱 CA，也有人譯為 元 胞自動機、點格自動機、分子自動機或單元自動機 )是由人工科學的先驅 馮如果一個 細胞 狀態(tài)為 “死” 。每個像素格可以容納一個智能體。 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 為生命體特征的個數， i? 為特征值在判斷同種族的過程中所占的比重， 2T 。智能體能夠根據行為規(guī)則集來自主選擇它們的行為。 ? 在當前時刻，如果一個 細胞 狀態(tài)為 “生” ，且八個相鄰 細胞 中有兩個或三個的狀態(tài)為 “生” ，則在下 時刻該 細胞 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用于圖像處理的途徑，提供了多方面的機遇和挑戰(zhàn)。如 Boids算法，表明一個顯然簡單，低層次和分散的系統(tǒng)可以產生復雜，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基 — 梅隆大學的每年度計算經濟模型研討會以及圣達菲研究所的每年度經濟學研討會。下面闡述人工生命技術在各個領域中的應用與發(fā)展前景情況： （ 1）娛樂 [28]。虛擬生物實際上是生命現象 的仿生系統(tǒng)，這種系統(tǒng)多以軟件形式出現，模擬生物形態(tài)變化過程的工具有細胞自動機、 L系統(tǒng)等。 （ 2）數字生命。 （ 3）自下而上的建構。我國于 1997 年 9月在北京舉行了“人工生命與進化機器人研討班” (Seminar/Workshop on Artificial Life and Evolutionary Robotics)。諾伊曼證明，確實有一種能夠自我繁殖的細胞自動機存在，雖然它復雜到了當時的計算機都不能模擬的程度。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，因此實際應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）對相鄰的兩個區(qū)域 Ri 和 Rj ，如果 P（ Ri U Rj） =TRUE 則將它們合并為一個區(qū)域。 基于區(qū)域的圖像分割方法 基于區(qū)域的分割方法 得到的分割結果 直接構成區(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，如果只依據旁側相鄰的像素（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，在圖像分割領域還不存在一個通用的方法，也不存在一個判斷分割是否成功的客觀標準。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設計）過程 學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）質量 論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設計）水平 論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設計說明書）所 體現的整體水平 □ 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□內畫“√”） 指導教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設計）質量 論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及 格 是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）水平 論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設計說明書）所體現的整體水平 □ 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）及教學系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問