基于元胞自動(dòng)機(jī)的復(fù)雜生物系統(tǒng)演化模型研究.pdf

1、復(fù)雜系統(tǒng)（Complexity System）是指由一些相對(duì)簡單的個(gè)體部件由于相互之間錯(cuò)綜復(fù)雜的作用而形成的一個(gè)統(tǒng)一而復(fù)雜的整體。復(fù)雜系統(tǒng)涵蓋極廣，幾乎無處不在，包括經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、工程系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等。研究復(fù)雜系統(tǒng)的學(xué)科稱為復(fù)雜性科學(xué)（Complexity Science）。在人們對(duì)生命的研究過程中，生命向來都被認(rèn)為是非常復(fù)雜的。生物種類繁多，數(shù)量龐大，生命現(xiàn)象十分錯(cuò)綜復(fù)雜，所以生物復(fù)雜系統(tǒng)（Biocomplexity Syste

2、m）也是可以被譽(yù)為“復(fù)雜巨系統(tǒng)”，是所有復(fù)雜系統(tǒng)中復(fù)雜性最強(qiáng)的一類。當(dāng)前，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的研究不僅是系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的前沿，也是許多其他學(xué)科研究的前沿和熱點(diǎn)，被許多科學(xué)家譽(yù)為“21世紀(jì)的科學(xué)”。因此對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究有十分重要的意義，也對(duì)各交叉學(xué)科的共同發(fā)展有促進(jìn)作用。 本文采用系統(tǒng)仿真的方法來研究復(fù)雜生物系統(tǒng)，依據(jù)元胞自動(dòng)機(jī)原理建立了四個(gè)生物系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿真模型。在文中分別對(duì)細(xì)菌信息通訊中的群體感應(yīng)、介質(zhì)中激發(fā)波的傳播、魚群高度

3、趨向游動(dòng)和蟻群最短尋食路徑的動(dòng)力學(xué)行為建立了模型，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。我們發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)仿真的時(shí)序圖與系統(tǒng)真實(shí)的演化過程非常的相似，這就說明采用系統(tǒng)仿真的方法來研究復(fù)雜生物系統(tǒng)是具有可行性的。并且相比于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，它簡單易懂，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果清楚明白、生動(dòng)形象，非常具有說服力。通過觀察分析復(fù)雜生物系統(tǒng)仿真的時(shí)序圖，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)雜生物系統(tǒng)一般具有如下幾個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)行為特征：非線性性、多層次性、自組織性、開放性和動(dòng)態(tài)性。

4、 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：●在采用系統(tǒng)仿真的方法研究復(fù)雜生物系統(tǒng)時(shí)，我們運(yùn)用了元胞自動(dòng)機(jī)原理來建立復(fù)雜生物系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。元胞自動(dòng)機(jī)是一種時(shí)時(shí)間、空間、狀態(tài)均離散，具有時(shí)空計(jì)算特征的網(wǎng)格動(dòng)力學(xué)模型，非常適合用來研究具有時(shí)滯性的復(fù)雜系統(tǒng)，并且建模簡單，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。本文中元胞自動(dòng)機(jī)的這些特點(diǎn)得到了很好的體現(xiàn)和發(fā)揮?！駥?duì)四種有有代表性的復(fù)雜生物系統(tǒng)（細(xì)菌群、介質(zhì)中激發(fā)波、魚群和蟻群）的相關(guān)動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了建模研究，并在計(jì)算機(jī)上對(duì)其動(dòng)力學(xué)行為