The Nature of Code閱讀心得與Python實作:7.3 Wolfram Classification

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基礎CA的規則集總共有256個,經由這些規則集所生成的圖案,大部分看起來都平平無奇;不過,還是有些圖案真的是會讓人驚嘆不已,因為實在是跟自然界中可以看到的圖案樣式很相像。根據這些圖案的樣式和特性,Wolfram把它們分成四大類,接下來就來看看,這四大類的圖案各有怎樣的樣式和特性。

Class 1: Uniformity

這類的CA在迭代至某個世代之後,細胞的狀態就不會再變動。規則222的CA就屬於此類CA,它的圖案長這樣:

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從圖案中可以看出來,在某一世代之後,所有細胞的狀態都變成黑色,而且在後續的世代中,都還是維持在黑色的狀態,不會改變。

Class 2: Repetition

這類的CA在迭代至某個世代之後,細胞的狀態就會呈現出簡單的樣式。在後續的世代中,這些樣式有可能就維持不變,或者不同的樣式會交替出現。規則190的CA就屬於此類CA,它的圖案長這樣:

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從圖案中可以看出來,有個樣式不斷重複出現,這個樣式就是由11101110111011101110這個具有特定樣式的細胞狀態序列所產生的。

Class 3: Random

這類CA的圖案完全是隨機的,看不出有任何特定樣式。規則30的CA就屬於此類CA;因此,由Wolfram所開發的著名符號運算軟體Mathematica,就把它拿來作為亂數產生器。下圖是規則30的圖案:

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Class 4: Complexity

這類的CA可以看成是前兩類CA的綜合體。在這類CA的圖案中,可以看到重複或交替出現的樣式;但是這些樣式會在哪裡或什麼時候出現,看起來卻是隨機的,完全無法預測。下圖是屬於此類CA的規則110 CA圖案:

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這類CA充分展現出複雜系統的特性,是模擬森林火災、交通模式以及疾病傳播等現象的關鍵。各式各樣CA的研究和應用也在在顯示出,作為CA和自然界之間的橋樑,這類CA的重要性是無庸置疑的。



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