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第一章 绪论 1

1.1元胞自动机的发展历史 1

1.2元胞自动机的主要应用 2

参考文献 5

第二章 元胞自动机基础 8

2.1元胞自动机概述 8

2.1. 1自动机 8

2.1.2元胞自动机及有关定义 10

2.1.3元胞自动机的组成 15

2.2元胞自动机的分类 19

2.2.1元胞自动机空间维数分类 19

2.2.2元胞自动机空间构型分类 20

2.2.3元胞自动机动力学演化行为分类 21

2.2.4元胞自动机其他分类 30

2.3元胞自动机的研究方向 31

2.3.1元胞自动机正问题研究 31

2.3.2元胞自动机反问题研究 32

2.4元胞自动机的特征及理解 33

参考文献 35

第三章 几种典型的元胞自动机 36

3. 1生命游戏 36

3.2蚂蚁规则 39

3.2.1 Langton蚂蚁 39

3.2.2普适蚂蚁规则 40

3.3自我复制元胞自动机 42

3.4概率元胞自动机 44

3.5随机行走模型 45

3.6沙堆模型 46

3.7传播模型 48

3.8退火模型 50

3.9格子气元胞自动机 51

参考文献 52

第四章GF（2）元胞自动机理论 53

4. 1 GF（2）元胞自动机 53

4. 1. 1 Galois域 53

4.1.2 GF（2）元胞自动机的定义 54

4.2 GF （2）元胞自动机矩阵模型及K环定理 55

4.2.1 GF（2）元胞自动机的矩阵模型 55

4.2.2 GF （2 ）元胞自动机的K环定理 58

4.3基于向量空间理论的线性元胞自动机分析 59

4.3.1计算特征矩阵的初等因子 59

4.3.2计算初等因子对应的环结构空间 61

4.3.3综合所有初等因子计算环结构空间 63

4.4多吸引域元胞自动机 65

4.4.1多吸引域元胞自动机 66

4.4.2基于多吸引域元胞自动机的模式分类 68

4.5小结 69

参考文献 69

第五章 元胞自动机行为复杂性研究 71

5.1元胞自动机与复杂性 71

5.1.1复杂性理论 71

5.1.2混沌的边缘与涌现 72

5.1.3来自混沌的边缘的思考 74

5.2元胞自动机演化行为复杂性度量 75

5.2.1熵 75

5.2.2元胞自动机与熵 76

5.2.3元胞自动机演化行为度量 77

5.3 Langton参数与元胞自动机复杂性 79

5.3.1 Langton参数 79

5.3.2 Langton参数与元胞自动机动力学行为研究 80

5.4组合规则熵与元胞自动机复杂性 85

5.4.1组合规则熵的定义及性质 85

5.4.2组合规则熵与Langton参数 88

5.4.3组合规则熵与元胞自动机动力学行为研究 91

5.5 δ参数与元胞自动机复杂性 95

5.5. 1 δ参数 95

5.5.2 δ参数与元胞自动机动力学行为研究 95

5.6元胞自动机混沌特性研究 98

5.6.1 Devaney意义下的混沌 98

5.6.2初等元胞自动机的混沌特性研究 99

5.6.3一类随机元胞自动机的混沌特性研究 100

5.7小结 105

参考文献 105

第六章 元胞自动机反问题研究及应用 107

6.1元胞自动机反问题研究介绍 107

6.2元胞自动机反问题研究工具 108

6.2.1遗传算法 108

6.2.2粒子群算法 111

6.2.3蚁群算法 114

6.3全局计算问题规则挖掘 117

6.3.1元胞自动机密度分类问题 117

6.3.2元胞自动机同步问题 121

6.4准周期三行为规则挖掘 123

6.4.1元胞自动机准周期三行为 123

6.4.2元胞自动机准周期三行为规则挖掘结果 123

6.5模式识别规则挖掘 126

6.5.1元胞自动机两阶段分类原理 127

6.5.2元胞自动机两阶段分类器演化 128

6.5.3元胞自动机两阶段分类器模式分类结果 131

6.6加密问题元胞规则挖掘 133

6.6.1基于元胞自动机的伪随机数发生器 133

6.6.2基于元胞自动机的伪随机数发生器实验结果 134

6.7城市元胞自动机规则挖掘 136

6.7.1城市元胞自动机 136

6.7.2基于蚁群算法的规则挖掘 137

6.7.3城市元胞自动机转换规则挖掘 140

6.8复杂元胞自动机规则挖掘 142

6.8.1基于组合规则熵的元胞自动机规则的挖掘算法 142

6.8.2复杂元胞规则挖掘结果 142

6.9小结 144

参考文献 144

第七章 元胞自动机在仿真领域的应用 146

7.1元胞自动机在网络数据传输模拟中的应用 146

7.1.1网络数据包传输的元胞自动机模型 149

7.1.2一种P2P网络流媒体服务模型的CA模拟 152

7.1.3使用元胞自动机对模型的模拟 155

7.2元胞自动机在模拟流行病传播中的应用 158

7.2.1禽流感传播的元胞自动机模拟 158

7.2.2基于元胞自动机的传染病传播模型 162

7.2.3使用元胞自动机模型对SARS疫情的模拟 170

7.3元胞自动机在音乐作曲中的应用 170

7.3.1元胞音符映射 171

7.3.2基于Java MIDI的音乐生成器实现 174

参考文献 175

附录 177

A.生命游戏的C语言代码 177

B.兰顿蚂蚁的C语言程序 178

C.传播模型的C语言程序 180

D. BPSO的元胞自动机准周期三行为 182

E.元胞自动机演化熵及组合规则熵 201