【正文】 常之大，存在的時間也相對延長。混沌和秩序之間的平衡開始起變化。當(dāng)然，如果溫度一下子上升到超過轉(zhuǎn)變點，其作用就會被扭轉(zhuǎn)：物體的狀態(tài)就會從布滿島嶼的流體之海變?yōu)椴紳M流體之湖的固體大陸。但如果溫度恰好處在轉(zhuǎn)變點上，其平衡就會盡善盡美：有秩序的結(jié)構(gòu)之量與混沌的流體之量正好相等，秩序和混沌相互交織，呈現(xiàn)出復(fù)雜而永恒變化的狀態(tài)。最大的秩序結(jié)構(gòu)會在空間上傳播任第 26 頁 共 31 頁意長的距離，并且持續(xù)任意長的時間。沒有任何東西能夠真正安頓下來。能夠繁衍的、滑翔機(jī)式的“延長的瞬變值”、永不靜止的動力、能夠生長、分裂和重組的結(jié)構(gòu)之舞呈現(xiàn)出來的令人永恒驚奇的復(fù)雜。這與沃夫拉姆的第四等級正好相似。另外，在 λλc 或者是 λλc 的時候，不用需要太多的時間，我們就可以確定該種細(xì)胞自動機(jī)的最終結(jié)果，但是，對 λ 約等與 λc 的時候，我們沒有辦法判定它的最終結(jié)果。也就是說，對初始的輸入狀態(tài)，我們不能確定它的最終狀態(tài)，也就是說，沒有解。問題是不可計算的?；谝陨系奶攸c，蘭頓把沃夫拉姆所說的第四種類型的細(xì)胞自動機(jī)稱作 “混沌邊緣”的 CA。分析到這里，我們可以發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自動機(jī)的表面現(xiàn)象下的深層原理我們可以用相變來解釋。4 細(xì)胞自動機(jī)的現(xiàn)實應(yīng)用和長遠(yuǎn)意義上面的章節(jié)詳細(xì)論述了細(xì)胞自動機(jī)的歷史淵源、結(jié)構(gòu)以及它展現(xiàn)的各種現(xiàn)象和這些現(xiàn)象背后的意義。在后面還給出了各種細(xì)胞自動機(jī)的實現(xiàn)算法，并給出了詳細(xì)的注釋。值得注意的是,在程序的實現(xiàn)過程中，我構(gòu)造了一個通用的模塊，各類 CA 的實現(xiàn)正是建立在這個模塊的基礎(chǔ)之上。但是，單單論述這些實現(xiàn)的細(xì)節(jié)而不解釋它的應(yīng)用和長遠(yuǎn)意義，無疑會使細(xì)胞自動機(jī)成為無根之木、無源之水。故而在此給出它的應(yīng)用范圍并簡單介紹了 CA 的特征以及長遠(yuǎn)意義。 現(xiàn)實應(yīng)用細(xì)胞自動機(jī)可用來研究很多一般現(xiàn)象。其中包括通信、信息傳遞、計算、構(gòu)造、生長、復(fù)制、競爭與進(jìn)化等。同時。它為動力學(xué)系統(tǒng)理論中有關(guān)秩序、紊動、混沌、非對稱、分形等系統(tǒng)整體行為與復(fù)雜現(xiàn)象的研究提供了一個有效的模型工具。細(xì)胞自動機(jī)自產(chǎn)生以來，被廣泛地應(yīng)用到社會、經(jīng)濟(jì)、軍事和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域涉及社會學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地理、歹境、軍事學(xué)等。在社會學(xué)中，細(xì)胞自動機(jī)用于研究經(jīng)濟(jì)危機(jī)的形成與爆發(fā)過程、個人行為的社會性，流行現(xiàn)象，如服裝流行色的形成等。在生物學(xué)中，細(xì)胞自動機(jī)的設(shè)計思想本身就來源于生物學(xué)自繁殖的思想，因而它在生物學(xué)上的應(yīng)用更為自然而廣泛。例如細(xì)胞自動機(jī)朋于腫瘤細(xì)胞的增長機(jī)理和過程模擬、人類大腦的機(jī)理探索、愛滋病病毒 HIV 的感染過程、自組織、自繁殖等生命現(xiàn)象的研究以及最新流行的克隆技術(shù)的研究等。第 27 頁 共 31 頁在生態(tài)學(xué)中。細(xì)胞自動機(jī)用于兔子草，鯊魚小魚等生態(tài)動態(tài)變化過程的模擬，展示出令人滿意的動態(tài)效果。細(xì)胞自動機(jī)還成功地應(yīng)用于螞蟻、大雁、魚類洄游等動物的群體行為的模擬。另外，基于細(xì)胞自動機(jī)模型的生物群落的擴(kuò)散模擬也是當(dāng)前的一個應(yīng)用熱點。在信息學(xué)中。細(xì)胞自動機(jī)冉于研究信息的保存、傳遞、擴(kuò)散的過程。另外。Rosenfeld 等人還將二維細(xì)胞自動機(jī)應(yīng)用到圖像處理和模式識別中。在計算機(jī)科學(xué)中。細(xì)胞自動機(jī)可以被看作是并行計算機(jī)而用于并行計算的研究。另外。細(xì)胞自動機(jī)還應(yīng)用于計算機(jī)圖形學(xué)的研究中。在數(shù)學(xué)中，細(xì)胞自動機(jī)可用來研究數(shù)論和并行計算。例如 Fischer 設(shè)計的素數(shù)過濾器。在物理學(xué)中。除了格子氣細(xì)胞自動機(jī)在流體力學(xué)上的成功應(yīng)用。細(xì)胞自動機(jī)還應(yīng)用于磁場、電場等場的模擬，以及熱擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)和機(jī)械波的模擬。另外。細(xì)胞自動機(jī)還用來模擬雪花等枝晶的形成。在化學(xué)中，細(xì)胞自動機(jī)可用來通過模擬原子、分子等各種微觀粒子在化學(xué)反應(yīng)中的相互作用，而研究化學(xué)反應(yīng)的過程。例如李才偉應(yīng)用細(xì)胞自動機(jī)模型成功模擬了由耗散結(jié)構(gòu)創(chuàng)始人普里高津所領(lǐng)導(dǎo)的布魯塞爾學(xué)派提出的自催化模型模型，又稱為三分子模型。巴雅姆等人利用細(xì)胞自動機(jī)模型構(gòu)造了高分子的聚合過程模擬模型，在環(huán)境科學(xué)上，有人應(yīng)用細(xì)胞自動機(jī)來模擬海上石油泄露后的油污擴(kuò)散、工廠周圍廢水、廢氣的擴(kuò)散等過程的模擬。在軍事科學(xué)中，細(xì)胞自動機(jī)模型可用來進(jìn)行戰(zhàn)場的軍事作戰(zhàn)模擬提供對戰(zhàn)爭過程的 aq 理解。細(xì)胞自動機(jī)作為一種動態(tài)模型，更多的是作為一種通用性建模的方法，其應(yīng)用幾乎涉及社會和自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，在此我們不在一一介紹。 長遠(yuǎn)意義1) 綜合方法人工生命和通常的生物學(xué)的自上而下的分析式研究方法是不同，采取的是自下而上的綜合或者說是合成的研究方法，即將人工系統(tǒng)中我們認(rèn)為最基本的粒子組合在一起，然后輔以一定的規(guī)則約束，使之產(chǎn)生類生命現(xiàn)象。正如我們在二維細(xì)胞自動機(jī)中看到的那樣，這個粒子很明顯指的就是細(xì)胞個體，這個“一定的規(guī)則”無疑就是使得 λ 值等于 的那三條規(guī)則。由此，我們得到了處在“混沌邊緣”的復(fù)雜現(xiàn)象。如果按照傳統(tǒng)的研究模式，把生物體進(jìn)行分類整理，然后對每一類的生物體進(jìn)行部分分析解剖，然后是整體分析。這種研究對理解生命的構(gòu)成和現(xiàn)有生第 28 頁 共 31 頁命的規(guī)律必不可少。但是，綜合可以擴(kuò)展自然提供給我們的經(jīng)驗材料，使我們在更廣泛的經(jīng)驗事實上發(fā)現(xiàn)更多的自然規(guī)律。畢竟，很多生物體必須是被擴(kuò)展到超出了自然界提供的范圍才能展現(xiàn)出它的規(guī)律。這是人工生命的一個重要的目的之一。從第三章細(xì)胞自動機(jī)的分類的分析之中，我們得出了這么一個結(jié)論：現(xiàn)存的這么多的非線性的復(fù)雜生命系統(tǒng)，極有可能是在非常簡單的規(guī)則約束之下從一個特定的初始值演化而得來的。那么，地球上所發(fā)生的進(jìn)化軌跡就可能僅僅是眾多的進(jìn)化軌跡中的一個。如果讓進(jìn)化重新再來一次，我們來改變一下規(guī)則。會發(fā)生什么樣的情況？最終的情況還會和現(xiàn)在一樣嗎？什么樣的物種會消失，什么樣的物種會突現(xiàn)出來？顯然，傳統(tǒng)的研究模式不能回答這個問題。但是，有了細(xì)胞自動機(jī)以后，我們完全可以試一下。亞里士多德曾經(jīng)說了一句生物學(xué)上的名言：整體大于部分之和。也就是1+12。這是對復(fù)雜的非線性系統(tǒng)來說的。這并不難理解?？梢耘e兩個例子。其一，如果我們研究計算機(jī)組成原理，我們可以把計算機(jī)分割成很多部分，比如：輸入輸出系統(tǒng)，存儲系統(tǒng)，指令系統(tǒng)。如果我們熟悉了這各個組成部分，綜合起來研究，我們就能理解整個計算機(jī)系統(tǒng)是如何運(yùn)作的。因為我們的計算機(jī)是一個線性的系統(tǒng)，它是符合疊加原理的。第二，如果有人說人類社會僅僅是由人類本身加上人類創(chuàng)建的各種機(jī)構(gòu)以及財富組成的，相信很多人都不會贊成這個觀點。因為他忽略了最重要的人和人之間的關(guān)系。人之所以是社會上的人，區(qū)別于動物，是因為他能和其他的人有著千絲萬縷的社會關(guān)系。而這個社會關(guān)系也就是哲學(xué)中所說的生產(chǎn)關(guān)系。這才是人類社會的靈魂。而這也從一定的程度上驗證了我們在第四章中所說的觀點：生命的本質(zhì)不在物質(zhì)本身的性質(zhì)，而是它的組成形式！因此，我們得出這個結(jié)論：非線性系統(tǒng) = 組成系統(tǒng)的物質(zhì)系統(tǒng) + 各組成物質(zhì)之間的聯(lián)系和形式。非線性系統(tǒng)最主要的特征在于部分與部分之間的關(guān)系的性質(zhì)，而不是部分自身的性質(zhì)。當(dāng)非線性系統(tǒng)被分解成獨立的部分時，以部分間相互關(guān)系為基礎(chǔ)的那些性質(zhì)就不可避免的地消失了。核苷酸，氨基酸和其他以炭為基礎(chǔ)的分子本身都不是有生命的。然而，把他們以合適的方式放到一起，從它們的相互作用中突現(xiàn)出來的動態(tài)行為卻是有生命的。生命是一種行為，而不是一種事物。它是由簡單的行為組成的，而不是由簡單的事物組成的。人工生命就是要用綜合的方法，在其他媒介，比如計算機(jī)中，把生命行為從簡單的組成部分的簡單行為中合成出來。2) 局部和整體這個例子說明了，對一個復(fù)雜的系統(tǒng)來說，企圖在整體上用復(fù)雜的規(guī)則來第 29 頁 共 31 頁約束并使之正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至演化成更為復(fù)雜的系統(tǒng)是不現(xiàn)實的。我們采用的是自下而上的研究策略，這種策略的一個中心觀點是認(rèn)為：簡單的局部的非線性相互作用能產(chǎn)生異常復(fù)雜的整體行為。也就是說，在底層的簡單的規(guī)則的不斷作用下，隱含的全局行為就突現(xiàn)出來了。綜上所述，要產(chǎn)生類似生命的行為，就是模擬簡單的單位，而不是去模擬巨大而復(fù)雜的單位。是運(yùn)用局部控制，而不是全局控制。讓行為從底層突現(xiàn)出來。第 30 頁 共 31 頁結(jié)論由于眾多學(xué)者和專家歷經(jīng)多年的努力，細(xì)胞自動機(jī)的理論發(fā)展才得以不斷完善。它不是某個人出于某一刻的靈感而誕生的，而是凝結(jié)了人類智慧的結(jié)晶。作為一項交叉的邊緣學(xué)科，它的體系日臻完善。而且，它還從一定程度上有力地支持了計算主義的觀點，它極有可能成為未來計算機(jī)的雛形，甚至誕生出人工生命。從第四章的介紹來看，它有著廣泛的用途。對它的研究使我得以觀看到它的冰山一角，卻已使我深深著迷。這三個月的學(xué)習(xí)，使得我對細(xì)胞自動機(jī)有了一定程度的理解，也很欽佩先輩學(xué)者們豐富的想象力和專業(yè)的研究精神。論文的結(jié)束并不代表學(xué)習(xí)生涯的結(jié)束，而是意昧著一個新的開始。參考文獻(xiàn)[1] （美）米歇爾沃爾德羅著,―誕生于秩序與混沌邊緣的科學(xué)[M].北京:海淀區(qū)三聯(lián)書店,1997:29。[2] [J].(4):23。[3] 周成虎,孫戰(zhàn)利,[M].南京:科學(xué)出版社,1999:59。[4] ——數(shù)字時代人工創(chuàng)造生命的哲學(xué)[M].北京:中國書籍出版社, 2022:13。[5] [M].上海:科技教育出版社,2022:24。[6] Bastien[美][M].北京:清華大學(xué)出版,2022:78。[7] 彭羅斯[英]著,許明賢,[M].湖南:科學(xué)技術(shù)出版社,1996:54。[8] 約翰霍蘭[英]著,陳禹等譯,－從混沌到有序[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社,2022:23。[9] 約翰霍根[美][M].海南:遠(yuǎn)方出版社,1997:71。[10] Bastien[美][M].北京:第一版清華大學(xué)出版社,2022:58。第 31 頁 共 31 頁致謝當(dāng)我敲下這篇論文的結(jié)語的最后一個字時，我激動的心逐漸平靜了下來。這四年的學(xué)習(xí)生涯終于要劃上句號了。四年的學(xué)習(xí)生涯，彈指一揮間，如白駒過隙。縱然對母校有千般不舍，還是不得不奔赴未來的前程。今天的論文，是我留給母校唯一的東西。我要感謝我的導(dǎo)師金虎老師，他孜孜不倦的教誨和細(xì)心的指導(dǎo)，是我不斷前進(jìn)的動力。這幾個月來，多次蒙受金老師的指導(dǎo)，在我一次次萌生出一些幼稚想法的時候，他總是能夠點頭肯定我的想法，并給我積極的建議，這給了我極大的鼓勵，使我得以順利完成論文的撰寫。他不厭其煩、平易近人、寬厚仁慈、淵博學(xué)識和飽滿的工作熱情深刻地體現(xiàn)了“學(xué)為人師，行為師范”的準(zhǔn)則。感謝我的輔導(dǎo)員***老師。吳老師是個工作態(tài)度嚴(yán)肅但非常熱心的人。他非常關(guān)心我們的學(xué)習(xí)生活，還經(jīng)常抽空和我們談心。在我生病休息的時候，吳老師還打電話詢問了我的病情。這四年忙碌而快樂的學(xué)習(xí)生涯跟吳老師的關(guān)懷是分不開的。他的個人魅力和工作能力都深深令我折服。我要感謝我的父母兄弟，他們的辛勞和奉獻(xiàn)讓我體會到了家庭的溫暖和世界上最無私的親情之愛。沒有他們的辛勤勞作，就沒有一個在大學(xué)校園里中的我，遑論今天的畢業(yè)論文。我要感謝我的女朋友，她也一直關(guān)心著我的論文。因為她的存在，我永遠(yuǎn)都以一顆快樂的心去鍵入論文的每一個字。在我四年的學(xué)習(xí)生涯中，我都為擁有一群友善、上進(jìn)的同學(xué)而驕傲（包括已經(jīng)離校的師兄師姐和在校的師弟師妹） 。是他們，讓我感受到了友情的美妙。特別是在撰寫論文的時候，得到了很多同學(xué)，特別是室友的幫助。這種溫馨而平和的氣氛時時感動著我。最后向在百忙之中評審本文的各位專家、老師表示衷心的感謝！第 32 頁 共 31 頁聲明本論文的工作是 2022 年 2 月至 2022 年 6 月在成都信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系完成的。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。除非另有說明，本文的工作是原始性工作。關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識產(chǎn)權(quán)的說明：本人完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：（1）學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。（2）學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。（3）學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈送和交換學(xué)位論文。（4）學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱。（5）學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定） 。除非另有科研合同和其他法律文書的制約，本論文的科研成果屬于成都信息工程學(xué)院。特此聲明！ 作者簽名： 2022 年 06 月 日