Automaty komórkowe. Katarzyna Sznajd-Weron

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

Obliczenia inspirowane Naturą

Modelowanie systemów biomedycznych

Modelowanie wieloskalowe. Automaty Komórkowe - podstawy

Modelowanie wieloskalowe. Automaty Komórkowe - podstawy

Układy dynamiczne Chaos deterministyczny

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Potęga modeli agentowych

Turing i jego maszyny

Symulacje komputerowe

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Podręcznik. Model czy teoria

Powstanie gry Opis reguł gry Reguły według Conwaya Elementy występujące w grze Modyfikacje gry Charakterystyka automatu komórkowego Gra w Życie

Symulator do mikroskopowej analizy ruchu drogowego

MODELOWANIE RUCHU ULICZNEGO ZA POMOCĄ AUTOMATÓW KOMÓRKOWYCH

Podręcznik. Przykład 1: Wyborcy

Tworzenie gier na urządzenia mobilne

Elementy modelowania matematycznego

Obliczenia inspirowane Naturą

AUTOMATY KOMÓRKOWE. Symulacje komputerowe (11) Sławomir Kulesza

Ćwiczenia z przetwarzania tablic 2D

Symulacja ruchu pojazdów w mieście

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013)

W dowolnym kwadracie 3x3 ustawiamy komórki na palące się (stan 3). Program powinien pokazywać ewolucję pożaru lasu.

oności. Zastosowanie modelowania Agent-based Computational Economics w nauczaniu zdalnym

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Ruch drogowy a sztuczna inteligencja. Paweł Gora , LVI Szkoła Matematyki Poglądowej

Algorytmy mrówkowe. P. Oleksyk. Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Inteligentne systemy informatyczne

Metody SI w grach komputerowych Gra Policjanci i złodziej (Algorytmy przeszukiwania grafów)

Podręcznik. Wzór Shannona

Fraktale deterministyczne i stochastyczne. Katarzyna Weron Katedra Fizyki Teoretycznej

Dynamiki rynków oligopolistycznych oczami fizyka

Obliczenia inspirowane Naturą

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Zadania domowe. Ćwiczenie 2. Rysowanie obiektów 2-D przy pomocy tworów pierwotnych biblioteki graficznej OpenGL

MODELOWANIE STRUKTURY BIOFILMU PRZY UŻYCIU AUTOMATU KOMÓRKOWEGO MODELING OF BIOFILM STRUCTURE USING CELLULAR AUTOMATON

Stochastyczna dynamika z opóźnieniem czasowym w grach ewolucyjnych oraz modelach ekspresji i regulacji genów

Automaty komórkowe. Każdy węzeł siatki znajduje się w jednym z N dyskretnych stanów. Np. w modelu SIR moglibyśmy mieć

ŻYCIE I EWOLUCJA. w komputerze. czwartek, 23 maja 13

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki

Michał Cydzik. Promotor: Mgr inż. Waldemar Ptasznik-Kisieliński

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Modelowanie Wieloskalowe. Automaty Komórkowe w Inżynierii Materiałowej

A. Kowalska-Pyzalska, K. Maciejowska, P. Przybyła, K. Sznajd-Weron, R. Weron

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Algorytmy sztucznej inteligencji

Modelowanie i Animacja

pojawianie się na drodze - z prawdopodobieństwem alf a nowe auto pojawia się na początku ulicy z pewną prędkością początkową

Układy stochastyczne

Strumień pojazdów w modelach ruchu drogowego wykorzystujących automaty komórkowe

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Metody symulacji komputerowych Modelowanie systemów technicznych

Wstęp do rachunku prawdopodobieństwa. Cz. 1 / William Feller. wyd. 6, dodr. 4. Warszawa, Spis treści

Modelowanie komputerowe

Fizyka statystyczna ludzi i zwierząt. Andrzej Pawlak, 2006

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

Modelowanie i symulacja zagadnień biomedycznych PROJEKT BARTŁOMIEJ GRZEBYTA, JAKUB OTWOROWSKI

Lista zadań nr 7. Rys. 1. Rozmieszczenia elementów sygnalizacji na skrzyżowaniu

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Globalny Partner na rzecz bezpiecznego świata

Pong to dwuwymiarowy symulator tenisa sportowego. Gracz, poruszając prostokątem symulującym paletkę, stara się zdobyć punkt poprzez posłanie piłki

Ruch jednowymiarowy. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

SPB. dr Wojciech Palubicki

Pole wielokąta. Wejście. Wyjście. Przykład

Mateusz Żyliński Tadeusz Włodarkiewicz. WireWorld. Zebranie informacji dotyczących tematyki projektu oraz przedstawienie koncepcji realizacji projektu

Projekt METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH w programie COMSOL Multiphysics 3.4

Rozmycie pasma spektralnego

Wstęp do informatyki. Architektura co to jest? Architektura Model komputera. Od układów logicznych do CPU. Automat skończony. Maszyny Turinga (1936)

MODELOWANIE STRUKTURY BIOFILMU PRZY UŻYCIU AUTOMATU KOMÓRKOWEGO MODELING OF BIOFILM STRUCTURE USING CELLULAR AUTOMATON

Jak z ABM zrobić model analityczny? (Metoda pola średniego) Katarzyna Sznajd-Weron Physics of Complex System

Wykład FIZYKA I. 5. Energia, praca, moc. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Automat komórkowy w modelowaniu ruchu na małym skrzyżowaniu

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

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

Dokąd on zmierza? Przemieszczenie i prędkość jako wektory

3. Jaki jest numer alarmowy pogotowia ratunkowego? A. 997, B. 998, C Jaki jest numer alarmowy Policji? A. 997, B. 998, C. 999.

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

Ćwiczenie nr X ANALIZA DRGAŃ SAMOWZBUDNYCH TYPU TARCIOWEGO

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

Spis treści. Wstęp 13. Część I. UKŁADY REDUKCJI DRGAŃ Wykaz oznaczeń 18. Literatura Wprowadzenie do części I 22

Najkrótsza droga Maksymalny przepływ Najtańszy przepływ Analiza czynności (zdarzeń)

Złożoność obliczeniowa zadania, zestaw 2

1. Otwórz pozycję Piston.iam

Pathfinder porównanie czasów ewakuacji ludzi z budynku przy użyciu dwóch metod

Jednowymiarowa mechanika kwantowa Rozpraszanie na potencjale Na początek rozważmy najprostszy przypadek: próg potencjału

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Technologie Informacyjne

Jacek Oskarbski Michał Miszewski Joanna Durlik Sebastian Maciołek. Gdynia

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Prawdopodobieństwo geometryczne

Obliczenia inspirowane Naturą

Elementy fizyki relatywistycznej

Formowanie opinii w układach społecznych na przykładzie wyborów parlamentarnych

Scenariusz lekcji Ozobot w klasie: Spacer losowy po układzie współrzędnych

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek

Transkrypt:

Automaty komórkowe Katarzyna Sznajd-Weron

Trochę historii CA (Cellular Automata) Koniec lat 40-tych John von Neuman maszyna z mechanizmem samopowielania Sugestia Ulama 1952 dyskretny układ komórek dyskretne stany ewoluujące w dyskretnych odstępach czasu (synch) Pierwszy CA Neumana 2D, komórki o 29 stanach z regułą zależną od sąsiednich 4 komórek

Gra w życie John H. Conway 1970 dwa stany warunki brzegowe cykliczne sąsiedztwo Moore a reguła klasyczna komórka martwa, ożywa w jeśli jej 3 sąsiedzi są żywi komórka żywa umiera jeśli ma mniej niż 2 lub więcej niż 3 żywych sąsiadów

Reguła klasyczna obiekty Migacz (cykliczny) Stała grupa Szybowiec (w lewo, 4)

Stephen Wolfram Automat komórkowy składa się ciągu komórek pokolorowanych na biało lub czarno. W każdym kroku stosowana jest reguła, która definiuje kolor danej komórki na podstawie koloru tej komórki i jej bezpośrednich sąsiadów w poprzednim kroku. Stephen Wolfram (A New Kind of Science, 2002) 5

Automat komórkowy Przestrzeń jest siatką komórek (1D, 2D, 3D) Każda komórka ma jeden ze skończonej liczby stanów (np. 0,1) Wszystkie komórki zmieniają się jednocześnie Wszystkie komórki podlegają tej samej, lokalnej regule zmian Czas jest dyskretny

Jednowymiarowy CA 1. Łańcuch komórek 2. Każda komórka ma stan s=1,2,...,p (np. p=2) 3. Reguła rządzi dynamiką, sąsiedzi stan komórki, zmiana jednoczesna

Sąsiedztwo komórek w 2D CA von Neumana Moore a Margolus von Neumana o zasięgu r

Typowe stany początkowe 1. prosty 2. losowy

Warunki brzegowe Periodyczne Zamknięte pochłaniające Zamknięte odbijające 10

Przykład AC Wolframa (1983) 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 =2+16=18

4 klasy Wolframa (256 reguł) Punkt stały Cykle graniczne ograniczone periodyczne obszary Chaotyczne - czułe na warunki początkowe, struktury fraktalne Złożone ale nie chaotyczne 12

Klasa I (punkty stałe) Przykład: #0,#8,#40,#128,#136,#160,#168

Klasa II (cykle graniczne) Przykład: #4,#37,#56,#73

Klasa III (chaotyczne) Przykład:#18,#45,#105,#126

Klasa IV (złożone) Przykład: #30,#110

Klasa IV (złożone) Przykład: #30,#110

Mrówka Langtona Mrówka wchodzi na pole białe skręt w prawo i przemalowuje pole na szaro Mrówka wchodzi na pole szare skręt w lewo i przemalowuje pole na biało

Kilka kroków mrówki

czas kierunek Jak przewidzieć ruch mrówki?

Ruch drogowy: na czym polega problem? Upiory na drodze skąd się biorą? Czy można usprawnić ruch? Optymalizacja ruchu: ograniczenia prędkości, sygnalizacja świetlna, itp. 21

Ruch drogowy: na czym polega problem? Równanie Newtona dla auta: a(t)=k[v (t)-v(t)] Bodziec = różnica prędkości 22

Przepływ (liczba aut na godzinę) Ruch drogowy: na czym polega problem? 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Zagęszczenie (%)

Model Nagela-Schreckenberga (1992) prędkość 2 1 1 0 5 7.5 m g=2 5 = 130

Model Nagela-Schreckenberga (1992) 2 1 1 0 1. Przyśpieszenie: v=min(v+1,v) 2. Hamowanie: v=d (jeżeli v>d) 3. Losowość: v=v-1 (z prawd. p) 4. Jazda: przesunięcie o v klatek

Model Nagela-Schreckenberga (1992) V = 2 2 1 1 0 Przyśpieszenie: v=v+1, jeżeli v<v 2 2 2 1 Hamowanie: v=g, jeżeli v>g 1 2 0 1

Model Nagela-Schreckenberga (1992) Losowość: v=v-1 z prawd. p (=1/3) 0 2 0 1 Jazda 0 2 0 1 http://www.thp.uni-koeln.de/~as/mypage/traffic.html

Model Nagela-Schreckenberga (1992) Duisburg: program bieżącej symulacji ruchu od 1997 Centrum: 30 km 2 Czujniki 750 1 min. komputer http://www.thp.uni-koeln.de/~as/mypage/traffic.html

Fala Meksykańska, Meksyk 1986 http://angel.elte.hu/wave/

Analiza Fali Meksykańskiej Fala płynie zwykle zgodnie z ruchem wskazówek zegara (75%) Ma prędkość 12 metrów (czy inaczej 20 siedzeń) na sekundę i ma zwykle szerokość około 6-12 metrów, co odpowiada 15 siedzeniom. Zwykle nie więcej niż kilka osób wstaje spontanicznie i wzbudza resztę tłumu do ruchu 30

Fala Meksykańska jako CA W najprostszej wersji każda komórka może mieć jeden z trzech stanów. Stan nieaktywny (podstawowy): osoba siedzi i może być wzbudzona. Stan aktywny: osoba wstaje i macha rękoma, może wzbudzić innych. Odpoczynek: osoba właśnie siadła i teraz odpoczywa, nie może być wzbudzona. 31

Reguła dynamiczna Stan 1 (nieaktywny) Stan 2 (aktywny) z prawdopodobieństwem 1, jeżeli ma w sąsiedztwie komórkę w stanie 2. Stan 1 (nieaktywny) Stan 2 (aktywny) z prawdopodobieństwem p, jeżeli nie ma w sąsiedztwie komórki o stanie 2.

Fala Meksykańska jako CA nieaktywny, może być wzbudzony aktywny, może wzbudzać innych siadający nieczuły na wzbudzenia

Fala Meksykańska jako CA (http://angel.elte.hu/wave/) 34

Cechy Panicznej Ucieczki 1 Ludzie poruszają się lub raczej starają się poruszać szybciej niż normalnie, zaczynają się pchać i dochodzi do fizycznych oddziaływań między ludźmi. Ruch a w szczególności przechodzenie przez wąskie gardła staje się nieskoordynowany. Przy wyjściach obserwowane są kolejki i zatory.

Cechy Panicznej Ucieczki 2 Tworzy się korek. Ludzie zaczynają się przewracać tworząc przeszkody i spowalniając tłum. Ludzie zwykle podążają za tłumem. Dodatkowe wyjścia są zwykle niezauważane lub niedostatecznie wykorzystywane; mimo kilku wyjść ludzie pchają się przez jedno, najbardziej zatłoczone.

Paniczna ucieczka http://hal.elte.hu/~vicsek/

Paniczna ucieczka

Na zakończenie - płatki śniegu http://community.wolfram.com/groups/-/m/t/235291