Математичне та програмне забезпечення для дослідження властивостей тривимірних клітинних автоматів
Вантажиться...
Дата
2019-05
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Магістерська дисертація: 116 с., 51 рис., 18 табл., 2 додатоки, 19 джерел.
Актуальність. Клітинні автомати – це дискретні динамічні системи, поведінка яких повністю визначається в термінах локальних взаємозв’язків. Вперше був відкритий в 1940-х роках Станіславом Уламом і Джоном фон Нейманом. Хоча деякі автомати вивчалися протягом 1950-х і 1960-х років, вони не були популярними до 1970-х років і гри Конвея «Життя». Область застосування моделей такої системи безмежна: від найпростіших «хрестиків-нуликів» до штучного інтелекту. Інтерес до предмета розширився за межі академічної науки, що зумовлено підвищенням обчислювальної потужності комп'ютера і доступності. Найбільш дослідженими є двовимірні клітинні автомати, наприклад гра «Життя» та мураха Ленгтона.
Однак до цього часу залишаються мало дослідженими тривимірні клітинні автомати, хоча і мають величезний потенціал для застосування. Перша причина – складність дослідження автоматів та зберігання тривимірного стану автомату. Крім того, відсутні програмні засоби для проведення такого дослідження. Відображення тривимірних автоматів, їх задання та огляд процесу їх еволюції потребують спеціального функціоналу, який не надається засобами для роботи із двовимірними клітинними автоматами. Тому є необхідність в створенні програмного засобу для роботи із тривимірними клітинними автоматами та дослідження їх властивостей за допомогою створеного програмного забезпечення.
Перевагами використання тривимірних клітинних автоматів є їх універсальність в сфері застосування: від генерації тривимірних об’єктів до моделювання складних молекулярних процесів, фізичних, хімічних явищ та квантових ефектів. Така гнучкість досягається за допомогою дискретності розміру автомату та його часу еволюції, а також вільній можливості формулювати власні правила еволюції, залежно від контексту дослідження.
Метою дослідження є еволюція об’єктів за допомогою тривимірних клітинних автоматів.
Для досягнення поставленої мети необхідно виконати наступні завдання:
− проаналізувати існуючі класифікації, правила генерації та візуалізації двовимірних і тривимірних клітинних автоматів;
− визначити необхідний перелік функцій візуалізації для дослідження клітинних автоматів;
− спроектувати архітектуру та розробити програмне забезпечення для дослідження тривимірних клітинних автоматах.
Об’єктом дослідження є тривимірні клітинні автомати.
Предметом дослідження є процес еволюції та вплив зовнішніх збуджень на геометричну форму клітинного автомату та його властивості.
Методи дослідження: методи еволюції клітинних автоматів; обчислювальної математики та комп’ютерної і фрактальної графіки.
Наукова новизна:
− вдосконалено методи дослідження еволюції тривимірних клітинних автоматів під впливом зовнішніх факторів;
− визначення критеріїв присутності елементів регулярності в хаотичній структурі під час динамічного розвитку;
− запропоновані нові способи генерації тривимірних об’єктів та структур.
Практичне значення отриманих результатів:
− розроблено програмне забезпечення, що реалізує основні функції по реалізації еволюції тривимірних автоматів;
− розроблено засоби задання функції впливу під час розвитку динамічного об’єкту;
− розроблено засоби перегляду стану та структури об’єкту під час еволюції.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі автоматизованих систем обробки інформації та управління Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» в рамках теми №0117U000914 «Математичні моделі та технології в СППР»
Апробація: результати роботи доповідалися на науковій конференції «Інформатика та обчислювальна техніка – ІОТ-2018».
Публікації. Наукові положення опубліковані в тезах наукової конференції «Інформатика та обчислювальна техніка – ІОТ-2018» та в фаховому збірнику «Сучасні проблеми моделювання» – 2019. – Вип. 13. (прийнято до друку).
Опис
Ключові слова
клітинний автомат, еволюція, життя, гра, фрактальна геометрія, cellular automation, evolution, life, game, fractal geometry
Бібліографічний опис
Чередніченко, В. О. Математичне та програмне забезпечення для дослідження властивостей тривимірних клітинних автоматів : магістерська дис. : 121 Інженерія програмного забезпечення / Чередніченко Владислав Олександрович. – Київ, 2019. – 116 с.