Symulacje komputerowe w fizyce. Wykład 13: Cztery linijki kodu

Podobne dokumenty
Obliczenia inspirowane Naturą

Turing i jego maszyny

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

Modelowanie wieloskalowe. Automaty Komórkowe - podstawy

Modelowanie systemów biomedycznych

Katowice, plan miasta: Skala 1: = City map = Stadtplan (Polish Edition)

Struktura danych. Sposób uporządkowania informacji w komputerze.

MaPlan Sp. z O.O. Click here if your download doesn"t start automatically

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Stargard Szczecinski i okolice (Polish Edition)

Modelowanie wieloskalowe. Automaty Komórkowe - podstawy

Układy dynamiczne Chaos deterministyczny

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Automaty komórkowe. Katarzyna Sznajd-Weron

Obliczenia inspirowane Naturą

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Miedzy legenda a historia: Szlakiem piastowskim z Poznania do Gniezna (Biblioteka Kroniki Wielkopolski) (Polish Edition)

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

Elementy Teorii Obliczeń

Podręcznik. Model czy teoria

Angielski bezpłatne ćwiczenia - gramatyka i słownictwo. Ćwiczenie 4

Hard-Margin Support Vector Machines

DODATKOWE ĆWICZENIA EGZAMINACYJNE

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

Zdecyduj: Czy to jest rzeczywiście prześladowanie? Czasem coś WYDAJE SIĘ złośliwe, ale wcale takie nie jest.

O ALGORYTMACH I MASZYNACH TURINGA

EGZAMIN MATURALNY Z JĘZYKA ANGIELSKIEGO POZIOM ROZSZERZONY MAJ 2010 CZĘŚĆ I. Czas pracy: 120 minut. Liczba punktów do uzyskania: 23 WPISUJE ZDAJĄCY

ERASMUS + : Trail of extinct and active volcanoes, earthquakes through Europe. SURVEY TO STUDENTS.

Ruch drogowy, korki uliczne - czy fizyk może coś na to poradzić?

Miedzy legenda a historia: Szlakiem piastowskim z Poznania do Gniezna (Biblioteka Kroniki Wielkopolski) (Polish Edition)

Podstawy programowania w języku Visual Basic dla Aplikacji (VBA)

GRY EDUKACYJNE I ICH MOŻLIWOŚCI DZIĘKI INTERNETOWI DZIŚ I JUTRO. Internet Rzeczy w wyobraźni gracza komputerowego

y = The Chain Rule Show all work. No calculator unless otherwise stated. If asked to Explain your answer, write in complete sentences.

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

Revenue Maximization. Sept. 25, 2018

Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych.

Ankiety Nowe funkcje! Pomoc Twoje konto Wyloguj. BIODIVERSITY OF RIVERS: Survey to students

Alan M. TURING. Matematyk u progu współczesnej informatyki

The Lorenz System and Chaos in Nonlinear DEs

Dolny Slask 1: , mapa turystycznosamochodowa: Plan Wroclawia (Polish Edition)

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

ARNOLD. EDUKACJA KULTURYSTY (POLSKA WERSJA JEZYKOWA) BY DOUGLAS KENT HALL

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

TTIC 31210: Advanced Natural Language Processing. Kevin Gimpel Spring Lecture 8: Structured PredicCon 2

TEORIA CZASU FUTURE SIMPLE, PRESENT SIMPLE I CONTINOUS ODNOSZĄCYCH SIĘ DO PRZYSZŁOŚCI ORAZ WYRAŻEŃ BE GOING TO ORAZ BE TO DO SOMETHING

18. Przydatne zwroty podczas egzaminu ustnego. 19. Mo liwe pytania egzaminatora i przyk³adowe odpowiedzi egzaminowanego

Zestawienie czasów angielskich

Luty 2001 Algorytmy (7) 2000/2001

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Informacja w perspektywie obliczeniowej. Informacje, liczby i obliczenia

Jak zasada Pareto może pomóc Ci w nauce języków obcych?

Polska Szkoła Weekendowa, Arklow, Co. Wicklow KWESTIONRIUSZ OSOBOWY DZIECKA CHILD RECORD FORM

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)


EGZAMIN MATURALNY Z JĘZYKA ANGIELSKIEGO POZIOM ROZSZERZONY MAJ 2010 CZĘŚĆ I. Czas pracy: 120 minut. Liczba punktów do uzyskania: 23 WPISUJE ZDAJĄCY

Języki, automaty i obliczenia

Maszyna Turinga języki

Matematyka dyskretna - wykład - część Podstawowe algorytmy kombinatoryczne

SSW1.1, HFW Fry #20, Zeno #25 Benchmark: Qtr.1. Fry #65, Zeno #67. like


LIVE Gra w życie. LIVE w JavaScript krok po kroku. ANIMACJA Rozpoczynamy od podstawowego schematu stosowanego w animacji

Podręcznik. Przykład 1: Wyborcy

Symulacje komputerowe

Za pierwszy niebanalny algorytm uważa się algorytm Euklidesa wyszukiwanie NWD dwóch liczb (400 a 300 rok przed narodzeniem Chrystusa).

Analysis of Movie Profitability STAT 469 IN CLASS ANALYSIS #2

Matematyka Stosowana na Politechnice Wrocławskiej. Komitet Matematyki PAN, luty 2017 r.

PSB dla masazystow. Praca Zbiorowa. Click here if your download doesn"t start automatically

OpenPoland.net API Documentation

Pielgrzymka do Ojczyzny: Przemowienia i homilie Ojca Swietego Jana Pawla II (Jan Pawel II-- pierwszy Polak na Stolicy Piotrowej) (Polish Edition)

Wprowadzenie do środowiska MATLAB z zastosowaniami w modelowaniu i analizie danych

Matematyczne Podstawy Informatyki

Algorytmy sztucznej inteligencji

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 24. Differential Privacy and Re-useable Holdout

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

Klaps za karę. Wyniki badania dotyczącego postaw i stosowania kar fizycznych. Joanna Włodarczyk

Lesson 46 ZAIMKI. przymiotnik w funkcji dzierżawczej / zaimek dzierżawczy Liczba pojedyncza

DRODZY WOKALIŚCI. Pozdrawiam serdecznie. Do zobaczenia. Ola Królik 1. Selah Sue - This World

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Język angielski. Poziom rozszerzony Próbna Matura z OPERONEM i Gazetą Wyborczą CZĘŚĆ I KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI POZIOM ROZSZERZONY CZĘŚĆ I

Hierarchia Chomsky ego Maszyna Turinga

Wykład 6. Wyszukiwanie wzorca w tekście

PROBLEMY NIEROZSTRZYGALNE

Informatyka 1. Wyrażenia i instrukcje, złożoność obliczeniowa

Wybrzeze Baltyku, mapa turystyczna 1: (Polish Edition)

Egzamin maturalny z języka angielskiego na poziomie dwujęzycznym Rozmowa wstępna (wyłącznie dla egzaminującego)

ISBN

AUTOMATY KOMÓRKOWE. Symulacje komputerowe (11) Sławomir Kulesza

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

Obliczenia inspirowane Naturą

1 Wprowadzenie do algorytmiki

Bardzo formalny, odbiorca posiada specjalny tytuł, który jest używany zamiast nazwiska

Informatyka I. Klasy i obiekty. Podstawy programowania obiektowego. dr inż. Andrzej Czerepicki. Politechnika Warszawska Wydział Transportu 2018


Camspot 4.4 Camspot 4.5

Algorytm. a programowanie -

Elementy modelowania matematycznego

Transkrypt:

Symulacje komputerowe w fizyce Wykład 13: Cztery linijki kodu

Automaty komórkowe

Historia The general and logical theory of automata, 1948 (badania nad możliwością konstrukcji samo-powielającej się automatu) Stanisław Ulam, 1909-1984 pod koniec lat 40-tych prowadził w Los Alamos badania nad modelami sieciowymi wzrostu kryształów Ulam, S. M., Random processes and transformations, Proc. Int. Cong. Math., Cambridge, MA, 1950, Vol, 2, 264-275

Automaty komórkowe komórka stan pusty (0) stan pełny (1) Automat składa się z siatki komórek, z których każda może znajdować się w jednym ze skończonej liczby stanów

Ewolucja T=1 Automat komórkowy ewoluuje zmieniając stany swoich komórek zgodnie z regułami przejścia, które określają przyszły stan komórki w zależności od stanu obecnego jej i jej sąsiedztwa. T=2

Sąsiedztwo -określa stopień sprzężenia między komórkami wewnątrz _siatki - dwa najpopularniejsze sąsiedztwa (w 2 wymiarach): - w jednym wymiarze: r

Przykład (gra w życie) Rozpatrzmy następujące reguły przejścia : komórka pozostaje w stanie 1 (czarnym), jeśli ma dwóch lub trzech czarnych sąsiadów (Moore a) komórka zmienia się na czarną, jeśli ma dokładnie 3 czarnych sąsiadów w pozostałych przypadkach komórka będzie biała stan początkowy krok 1 krok 2

Ewolucja...

Cykl graniczny... istnienie cykli granicznych nieodwracalność!

Automaty jednowymiarowe Rozpatrzmy automaty jednowymiarowe z sąsiedztwem o promieniu 1 Sąsiedztwo takie może być w jednym z 8 stanów Reguła przejścia musi mówić, co zrobić w każdym z tych przypadków ci( t 1) ( ci 1( t), ci( t), ci 1( t))

Przykład 111 110 101 100 011 010 001 000 w sumie 256 różnych reguł! 1 0 0 1 0 1 1 0 (reguła 150) liczba 150 w układzie dwójkowym

Dalsze przykłady

Reguła 30 c ( t 1) c ( t) c ( t) c ( t) c ( t) c ( t) (mod2) i i 1 i i 1 i i 1 centralna kolumna: 1001110011... idealnie przypadkowa

Reguła 90 c ( t 1) c ( t) c ( t) (mod2) i i 1 i 1 dywan Sierpińskiego D=1.585 trójkąt Pascala: reguła 90 pokazuje nieparzyste współczynniki

Nieodwracalność ewolucji reguła 250 reguła 51 wszystko zamienia się w czerń - nieodwracalny każda komórka zmienia kolor w kolejnym kroku trywialnie odwracalny

Ogrody Edenu Jak ustalić, czy żyjemy w symulacji?

Klasyfikacja automatów jednowymiarowych Klasa I kończą ewolucję w stanie jednorodnym (same 0 lub 1) np. reguła 250: Klasa II kończą w stanie ustalonym lub okresowym

Klasa III Automaty wykazujące zachowanie chaotyczne (choć deterministyczne) Przykład: reguła 126 przypadkowe warunki początkowe

Czułość na warunki początkowe Ewolucja wg. reguły 126 z warunków początkowych różniących się o stan jednej komórki

Automaty klasy III na muszlach

Klasa IV Automaty na granicy chaosu, w których pojawiają się propagujące i oddziałujące ze sobą zlokalizowane struktury Przykład: reguła 110

Obliczenia na automatach stan początkowy input stan końcowy - output Przykład sprawdzanie parzystości liczb przez automat 132:

Podnoszenie do kwadratu... 2 3 4 5 4 9... (8 kolorów na komórkę)

Wyliczanie liczb pierwszych do 31...

Wyliczanie liczb pierwszych.. i do 821

Operacje logiczne OR: reguły (działają też dla innych operacji logicznych):

Uniwersalny komputer? _W powyższych przykładach do różnego rodzaju obliczeń używaliśmy różnych automatów. Chciałoby się mieć jednak automat uniwersalny do wszystkiego

Maszyna Turinga aparat obliczeniowy, składający się z głowicy (która może znajdować się w jednym z M stanów) i taśmy podzielonej na pola, które mogą znajdowac się w N stanach (np 0/1). Zależnie od kombinacji stanu maszyny i pola maszyna zapisuje nową wartość w polu, zmienia swój stan, a następnie może przesunąć się o jedno pole w prawo lub w lewo.

Problem stopu Określić, czy maszyna Turinga z danym programem zatrzyma się po skończonej liczbie operacji czy nie Przykład: x:=x0 repeat if x jest parzyste then x := x/2 else x := 3*x + 1 until x = 1 problem Collatza 27, 82, 41, 124, 62, 31, 94, 47, 142, 71, 214, 107, 322, 161, 484, 242, 121, 364, 182, 91, 274, 137, 412, 206, 103, 310, 155, 466, 233, 700, 350, 175, 526, 263, 790, 395, 1186, 593, 1780, 890, 445, 1336, 668, 334, 167, 502, 251, 754, 377, 1132, 566, 283, 850, 425, 1276, 638, 319, 958, 479, 1438, 719, 2158, 1079, 3238, 1619, 4858, 2429, 7288, 3644, 1822, 911, 2734, 1367, 4102, 2051, 6154, 3077, 9232, 4616, 2308, 1154, 577, 1732, 866, 433, 1300, 650, 325, 976, 488, 244, 122, 61, 184, 92, 46, 23, 70, 35, 106, 53, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1 Church i Turing pokazali, że w ogólności problem stopu nie jest rozstrzygalny, co oznacza, że nie istnieje uniwersalny algorytm rozstrzygający o innych algorytmach, czy mają własność stopu.

Uniwersalna maszyna Turinga to taka maszyna T., która jest w stanie emulować działanie dowolnej innej maszyny Turinga; można na niej obliczyć wszystko za pomocą odpowiednio długiego programu... "It is possible to invent a single machine which can be used to compute any computable sequence. If this machine U is supplied with a tape on the beginning of which is written the action table of some computing machine M, then U will compute the same sequence as M Turing, 1936

Automat 110 jest uniwersalną maszyną Turinga Matthew Cook i Stephen Wolfram (1985/1994/1998/2002/2004) http://web.mit.edu/cfox/www/knitting/f.html reguła 110 wykiełkowana z 11011

Ślizgacze obliczenia emulujące maszynę Turinga opierają się na oddziaływaniach między tymi strukturami typ 1 typ 2 typ 3 oddziaływanie: 1 2 1 2 2 1 3

Znaczenie uniwersalności (według Wolframa) -układy uniwersalne są w stanie emulować dowolne inne układy, łącznie z ich (dowolnie złożonymi) zachowaniami - dalsze komplikowanie ich własności nie prowadzi zatem do wzrostu złożoności -można zatem mówić o pewnym progu złożoności, w którym układ staje się uniwersalny - okazuje się, że ten próg może być osiągany przez układy o bardzo prostych regułach (automat 110, gra w życie etc.)

Życie w życiu

Inne przykłady automatów klasy IV 1815 (trójstanowy, sumacyjny) 54 niewykluczone, że też są uniwersalnymi maszynami T. 37R

Nowa nauka? Stephen Wolfram Wśród układów złożonych są takie, które choć są efektem prostych reguł pozostają jednak nieprzewidywalne. Co więcej, niemożność przewidzenia ich ewolucji może być jak w przypadku uniwersalnej maszyny Turinga ich własnością fundamentalną. Wolfram nazywa takie układy obliczeniowo nieredukowalnymi i twierdzi, że do ich opisu przydatne są tylko algorytmy, a nie równania.

Miraż teorii wszystkiego Hurra! Wygląda na to, że odkryłem Ogólną Teorię Oddziaływania Ślizgaczy Ale mamy ten dziwny efekt zderzeń trzech ślizgaczy, który wymyka się teorii Pełen opis dynamiki układu pozwalający na przewidywanie jego ewolucji jest niemożliwy (bo rozwiązywałby problem stopu!) Hmm, może będziemy musieli dodać człon rzędu φ 10 do rozwinięcia

Wszechświat to cztery linijki kodu? Edward Fredkin Wszechświat jest komputerem a informacja jest bardziej podstawowa niż materia i energia Richard Feynman So I have often made the hypothesis that ultimately physics will not require a mathematical statement, that in the end the machinery will be revealed, and the laws will turn out to be simple, like the chequerboard with all its apparent complexities Konrad Zuse "Rechnender Raum, 1967 Wszechświat to jedno, wielkie, nieustanne obliczenie..

Wszechświat to cztery linijki kodu? How long do you envision this rule of the universe to be?" "I'm guessing it's really very short." "Like how long?" "I don't know. In Mathematica, for example, perhaps three, four lines of code." "Four lines of code?" "That's what I'm guessing. (...) We're looking at a handful of lines of code." "So it's not like Windows?" "No. It's not like Windows. It's going to be something small, I think Stephen Wolfram, interview, 2002

Świadomość to cztery linijki kodu? Marvin Minsky What is commonly attributed to consciousness is mythical. In fact, some machines are potentially more conscious than are people Roger Penrose Conscious mind cannot work like a computer, even though much of what is actual involved in mental activity can do so

Dawno, dawno temu w odległej galaktyce... xkcd.com

cd.

Computer modeling of physical phenomena (wykład z ćwiczeniami w semestrze letnim, po angielsku, 4h/tyg, 6ects) Complex systems: cellular automata, self-organized criticality, genetic algorithms Cellular automata in physics: lattice gas and lattice-boltzmann methods; fluid flow simulations Nonlinear dynamics: chaotic systems, solitons Networks and interactions: neural networks and Hopfield model, network growth: from river networks to social interactions, game theory