پایان نامه آتاماتون سلولی، آتاماتون یادگیر، و کاربرد آنها

چکیده  

در این پایان نامه سعی بر این است که آتاماتون سلولی، آتاماتون یادگیر و نیز چند نمونه از کاربرد آنها مورد بررسی قرار گیرد. هر آتاماتون سلولی عبارت است از یک سیستم گسسته که بصورت شبکه ای منظم از سلولها بوده و هر سلول آن در بازه های زمانی گسسته برطبق رفتار همسایگانش، تغییر حالت می دهد. آتاماتون یادگیر نیز آتاماتونی است که طبق یک الگورتیم یادگیری و نیز تعامل با محیط، می تواند برداشتهای خود را از محیط بروز کند. در این پروژه سعی شده با معرفی مدل مخفی مارکوف، نوعی از الگوریتمهای تناظر بین دو گراف و نیز ارائه کد منبع تعدادی از برنامه های شبیه سازی، نمونه هایی از کاربردهای گوناگون این دو مفهوم (آتاماتون سلولی و آتاماتون یادگیر) معرفی شود.

مقدمه

بدون  شك گسترش روز افزون علم چه در تئوری و چه در كاربرد، انسانها را موظف كرده زمینه های مختلف علوم را چه در سطح و چه در عمق گسترش دهند. در مورد آتاماتون سلولی و نیز آتاماتون یادگیر و كاربردهای آنها در متون آكادمیك سخن بسیار گفته شده و در این مجموعه ناچیز سعی شده با معرفی آنها و چند نمونه از كاربردهایشان، كلید ورود به این زمینه بی انتها بدست آورده شود. آتاماتون سلولی مدلی است گسسته كه در تئوری شمارش پذیری، ریاضیات و علوم نظری كاربردهای زیادی دارد. شاید در سال 1940 كه STANISLAW ULAM در حال تحقیق در ازمایشگاه ملی LOS ALAMOS بود هرگز تصور نمی كرد كه روزگاری، مطالعه او روی شبكه هایی منظم با  عناصری تاثیر پذیر از یكدیگر تا حد بی حد گسترش یابد. چنانچه از این مباحث بگذریم، نخستین چیزی كه چارچوب آتاماتون سلولی را شكل میدهد عناصری سلولی شكل هستند كه رفتار هر یك از این سلولها متاثر از وضعیت فعلی خود و همسایگانش می باشد. اتاماتون سلولی میتوان چندین بعد داشته باشد و هر سلول می تواند پذیرای چندین حالت باشد. در فصل 2 این مجموعه سعی شده ضمن تعریف آتاماتون سلولی تعدادی اندك از انواع آنها و نیز كاربردهایشان ذكر شود. 

کلمات کلیدی

1- آتاماتون سلولی              2- آتاماتون یادگیر    3- تناظر گراف        

4- مدل مخفی مارکوف        5- آتاماتون قطعی     6- آتاماتون تصادفی

فهرست مطالب

عنوان..................................................................................................... صفحه 

1- مقدمه..................................................................................................................................................

1-1-مقدمه..............................................................................................................................

2- آتاماتون سلولی...............................................................................................................................

2-1- مقدمه.............................................................................................................................

2-2- تاریخچه آتاماتون سلولی.........................................................................................

2-3- ساده ترین آتاماتون سلولی.....................................................................................

2-4- آتاماتون سلولی معکوس پذیر.................................................................................

2-5- آتاماتون سلولی Totalistic.....................................................................................

2-6- استفاده از آتاماتون سلولی در علوم پنهان شناسی.............................................

2-7- آتاماتونهای وابسته....................................................................................................

2-8- آتاماتون سلولی در طبیعت.......................................................................................

2-9- خلاصه.......................................................................................................................................

3-آتاماتون یادگیر.................................................................................................................................

3-1- مقدمه.............................................................................................................................................

3-2-محیط..............................................................................................................................

3-2-1-تعریف محیط از دیدگاه منطقی.............................................................

3-2-1-1- موجودیتهای محیط منطقی.............................................

3-2-2- رده بندی محیط از دیدگاه خروجی آن...............................................

3-3- آتاماتون.......................................................................................................................

3-3-1- چگونگی عملکرد آتاماتون....................................................................

3-3-2- رده بندی آتاماتون بر اساس تابع گذار و تابع خروجی.................

3-3-2-1- آتاماتون قطعی..................................................................

3-3-2-2- آتاماتون تصادفی.............................................................

3-3-2-3- مثالی از آتاماتون قطعی..................................................

3-4- اتصال بازخوردی بین محیط و آتاماتون...............................................................

3-5- آتاماتون با ساختار ثابت و آتاماتون باساختار متغیر........................................

3-5-1- آتاماتون یادگیر با ساختار ثابت.........................................................

3-5-1-1- آتاماتون یادگیر دو حالته (L_2,2)....................................

3-5-1-2- آتاماتون حافظه دار – با دو عمل Testline))...............

3-5-1-3- آتاماتون حافظه دار-با بیش از دو عمل Testline))...

3-6- خلاصه..........................................................................................................................

4-تعریف مدل مخفی ماركوف............................................................................................................

4-1- مقدمه.............................................................................................................................

4-2- تعریف مدل مخفی ماركوف......................................................................................

4-3- فرضیات در تئوری HMM......................................................................................

4-4- سه مسأله مبنایی در HMM: .................................................................................

4-4-1 مساله تخمین و الگوریتم مورد استفاده .............................................

4-4-2- مسأله رمزگشایی و الگوریتم Viterbi:............................................

4-4-3- مسأله یادگیری.......................................................................................

4-5- معیار Maximum Likelihood (ML):................................................................

4-5-1- روش Baum-Welch .........................................................................

4-5-2- روش Gradient base.........................................................................

4-5-2-1- گذارهای احتمالاتی در Gradient..................................

4-6- احتمال مشاهدات در Gradient...............................................................................

4-6-1- معیار Maximum Mutual Information (MMI).....................

4-7- خلاصه..........................................................................................................................

5- حل مسائل تناظر گرافها و آتاماتون های یادگیر.........................................................................

5-1- مقدمه.............................................................................................................................

5-2- استفاده‌ از آتاماتون یادگیر برای تناظر بین دو گراف..........................................

5-2-1- ساختن گراف‌های تصادفی..................................................................

5-2-2- آتاماتون یادگیر و تناظر دو گراف.....................................................

5-2-2-1- استفاده‌ از اتصال‌های مشابه Tsetline

به عنوان آتاماتون مهاجرت اشیاء.......................................................

5-3- نتایج شبیه‌سازی‌های مختلف برای آتاماتون Tsetline...................................

5-4- خلاصه..........................................................................................................................

6- نمونه برنامه های کاربردی شبیه ساز آتاماتون های سلولی..................................................

6-1- مقدمه.............................................................................................................................

6-2- برنامه pattern matching.......................................................................................

6-2-1- ارائه source code برای  برنامه pattern matching...................

6-3- برنامه پیاده سازی game of life توسط conway ..........................................

6-3-1- ارائه source code برای برنامه conway ......................................

6-4- برنامه شبیه سازی آتاماتون سلولی.......................................................................

6-4-1- ارائه source code برای برنامه midi sampler ...........................

6-5- پیاده سازی conway بصورت trap door .........................................................

6-5-1- ارائه source code برای trap door ...............................................

6-6- پیاده سازی conway بصورت population ......................................................

6-6-1- ارائه source code برنامه population...........................................

6-7- پیاده سازی یك نمونه آتاماتون سلولی خاص یك بعدی و دو حالته ..............

6-7-1- ارائه source code برای آتاماتونی یك بعدی و دو حالته............

6-8- برنامه تجسم و creatur sampler..........................................................................

6-8-1- ارائه source code برای برنامه creatur sampler ......................

6-9- پیاده سازی دو بعدی Conway..............................................................................

6-9-1- ارائه  source code..............................................................................

6-10- پیاده سازی یك آتاماتون سلولی دو حالته و دو بعدی عمومی......................

6-10-1 ارائه  source code .............................................................................

6-11- برنامه شكار رنگهای Dave...................................................................................

6-11-1 ارائه source code برنامه dave.......................................................

6-12 خلاصه..........................................................................................................................

ضمیمه.....................................................................................................................................................

قسمت اول ..............................................................................................................................

قسمت دوم...............................................................................................................................

قسمت سوم.............................................................................................................................

قسمت چهارم...........................................................................................................................

منابع.......................................................................................................................................