Nové techniky návrhu celulárních automatů

Abstract

Cílem této diplomové práce je uvést novou techniku návrhu celulárních automatů, která poskytne lepší možnosti implementace a řešení zadaných problémů v prostředí neuniformních automatů. V rámci této práce byly položeny teoretické základy k problematice celulárních automatů a byly přezkoumány možnosti jejich návrhu pomocí dvou evolučních principů, které se běžně používají - genetický algoritmus a celulární programování. Byly vybrány dva principiálně výrazně odlišné problémy, na kterých byly možnosti a schopnosti těchto technik prověřeny: problém synchronizace a systém implementace logických hradel v prostředí celulárního automatu. Na základě přezkoumání implementačních vlastností a na základě prvních výsledků použití těchto metod byla vytvořena nová metoda návrhu celulárních automatů - celulární evoluce. Celulární evoluce se svojí metodou "predikce budoucího stavu okolních buněk" poskytuje nové možnosti v návrzích automatů, jelikož pracuje se strukturovanými geny, které umožňují, aby byl daný gen aktivní pro více různých celulárních okolí. V závěru práce byly na vybraných dvou problémech porovnané všechny tři metody a jejich schopnosti byly shrnuty v podrobném přehledu.The aim of this master thesis is to introduce a new technique for the design of cellular automata which will provide a better possibilities for the implementation and solving given problems in an environment of non-uniform automata. In this work, the theoretical foundations of cellular automata have been summarized and the possibilities of their design were examined using two evolutionary principles that have commonly been used - genetic algorithm and cellular programming. Two principally different issues were selected on which the possibilities and capabilities of these techniques were proven: the synchronization problem and the system of implementation of logic gates in an environment of cellular automata. Based on a review of the implementation properties and the initial results of usage of these methods a new design method for cellular automata was created - cellular evolution. The cellular evolution with its method of "prediction of the future state of surrounding cells" provides new possibilities in the design of cellular automata since it operates with structured genes which allow the gene to be active for a variety of cellular surroundings. In the conclusion of this work, all three methods were compared on two selected problems and their abilities were summarized in a detailed overview.