细胞自动机

摘要： 为了刻画配电网中信息系统的风险传播过程,保障电力系统安全可靠运行,利用知识图谱与细胞自动机技术相结合的方法实现对配电网信息系统的风险分析。首先利用知识图谱方法对配电网采集的多源异构信息开展风险知识提取和融合,实现对信息系统风险的静态分析。其次,构建配电网风险分析的细胞自动机模型,设计细胞在正常状态与故障状态之间的转变机制,实现对配电网信息风险发展过程的动态分析。最后结合仿真实验,验证了所提方法能够实现对配电网信息风险跨空间传播过程的有效刻画。

摘要： 针对正交频分复用无源光网络(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Passive Optical Network,OFDM-PON)系统中的数据传输安全问题,提出一种基于混沌序列的细胞自动机(Cellular Automaton,CA)安全性增强方案.首先,利用混沌序列在初等细胞自动机(Elementary Cellular Automaton,ECA)集合中随机选取,基于ECA周期性边界条件,将明文注入到ECA中进行随机状态转移实现异或加密;然后,使用二维细胞自动机(Two-Dimension Cellular Automaton,2DCA)的状态转移规则实现频域上相邻正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)符号的混乱扩散,以抵抗选择明文攻击(Chosen Plaintext Attack,CPA);最后,将混沌序列插入OFDM信号中以实现系统的定时同步和加密.实验结果表明,该方案通过CA状态转移具有良好的混乱和扩散性,可实现动态密文来抵抗CPA,且通过ECA和2DCA的双重加密能够生成大小约1055的密钥空间,为数据传输提供良好的保密性.

摘要： 本文的目的是建立一个数学模型来分析黄蜂的传播。我们对黄蜂在空间中的分布和扩散进行了详细的分析,同时构建了相应的扩散模型。此外,该模型最重要的方面是如何量化扩展能力。

摘要： 断溶体作为一种特殊的碳酸盐岩储集体类型,其形成过程尚缺乏一种定量的模拟方法.根据断溶体地质研究认识,断控岩溶以断裂破碎带为核心发生溶蚀扩大,其溶蚀程度的差异受断裂分布、裂缝密度、地层岩性差异、大气淡水或底部热液接触时间等综合因素影响.提出一种基于细胞自动机模拟断控岩溶过程的方法,以走滑断裂形成的裂缝网络为初始条件,以一定酸浓度的大气水注入为边界条件,综合考虑地层岩性差异、裂缝发育密度、重力作用,建立了基于酸扩散、连通性和传导率共同控制的模拟规则,并最终形成由累积酸溶蚀定量表征溶蚀演化程度的模拟方法.通过塔河10区典型断溶体单元实例模拟,验证了该方法的可行性.

摘要： 电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)具有信息系统和物理系统强耦合的特性,其物理系统的安全稳定运行越来越依赖信息系统的安全可靠性,网络攻击对电力系统造成的威胁也越来越大.传统的电力CPS安全风险评估方法多为静态风险评估,难以根据实时攻击风险灵活调整防御策略,即使实时的风险评估方法也存在防御不及时、防御目标不明确的问题.因此基于细胞自动机模型,结合攻击预测算法,文中提出了一种电力CPS安全风险预测方法,以弥补已有风险评估存在的不足之处.

摘要： 细胞自动机是一种常见的用来设计随机数发生器和流密码的方法,目前许多流密码的设计都直接或是间接的使用了这种方法.由S.Wolfram提出的,使用Rule30细胞自动机生成伪随机序列的方法是一种经典的基于非线型细胞自动机设计流密码的思路.它具有硬件开销较小,密钥流随机性良好的特点,由于存在不可避免的线性相关性问题,无法满足现代密码学对安全性的要求.本文提出一种新的规则Rule30+,并给出一种基于Rule30+细胞自动机的流密码设计.该细胞自动机能够解决线性相关性问题,流密码的结构属于Grain Family,这种结构包含线性模块,非线性模块和输出函数,并且很契合细胞自动机并行执行,相邻依赖的特性.本文提出的流密码支持任意长度的密钥,在本文中,我们选取的密钥(Key)长度为128比特,初始化向量(IV)的长度为112比特.流密码产生的密钥流具有良好的随机性质,同时具有较小的硬件开销.

摘要： 近年来,由于海平面的上升,越来越多的岛民成为EDP.如何重新安置这些弱势群体,如何降低这些国家面临的文化损失风险,是国际社会亟待解决的问题.根据2007年全球EDP总量和2008—2018年年均增长次数,本文选取高斯函数拟合EDP的发展和增长,得到2019—2050年各年EDP数量的预测值,之后用马氏距离来计算文化距离.在充分考虑了文化风险的复杂性后,发现在文化风险方面,孟加拉国与美国的文化距离更大.最后,利用元胞自动机模型(CA)模拟了EDPs与接收国居民随机混合时,EDPs的民族文化被同化的过程.

摘要： 我国数学家徐利治(1920—2019)几年前极力倡导小学数学游戏化学习,他说过,数学研究,哪怕是高深的现代数学研究,都带有游戏的成分。英国著名数学家康威(J.H.Conway,1937—2020),是一位特别爱玩、会玩游戏的数学大家,他甚至经常琢磨孩子的游戏,为此花费了大量时间。康威玩游戏,玩出了丰硕的数学成就,如“超现实数”“康威群”等。他发明的“生命游戏”,一度风靡世界,这个游戏与细胞自动机理论密切相关。康威对中国文化亦颇感兴趣,曾经从一幅中国明朝的扇面画中获得灵感,解决了一个数学问题。这里刊发康威的老朋友、我国著名数学科普作家谈祥柏多年前写的一篇文章(选自《谈祥柏趣味数学详谈》丛书的《数学趣味化大师》分册),从中可以窥见大数学家康威“嬉皮士”的一面。

摘要： 地层沉积模拟方法可分为确定性建模方法和随机建模方法.基于细胞自动机的建模方法属于随机建模方法.应用此方法,通过反复迭代,可以采用简单的控制方程来模拟复杂过程.Burgess将细胞自动机建模方法应用于碳酸盐岩沉积模拟,其研究工作最为典型.以Burgess的研究内容为背景,介绍基于细胞自动机的碳酸盐岩沉积模拟过程,总结其优缺点,分析此类方法的发展趋势及应用前景.

摘要： 软键盘被广泛应用于敏感信息输入,但攻击者有可能通过消息截获、控件分析、偷窥、截屏或鼠标记录等方法得到软键盘的输入信息.本文总结和拓展了攻击方法并对相应防御措施进行了探讨;针对键盘布局随机化这一重要防御措施,对现有各方案进行分析;最后设计实现了一种基于细胞自动机的,与输入信息内容和输入过程相关联的软键盘布局随机化方案CAR,实验表明,这一方案具有良好的安全性和可用性.

摘要： 人员疏散是在火灾等紧急情况下发生的一种特殊的行人流现象。在人员密集的公共场所,如体育场、体育馆、影剧院、办公楼等处出现紧急情况时,人员疏散是保证生命财产安全的主要手段之一。在细胞自动机模型的基础上,提出了一个考虑摩擦力、排斥力和引导方向等因素的人员疏散模型。并通过并行计算的方法对模型进行模拟,提高了模拟效率。

摘要： 只有少数细胞自动机邻域函数规则具有可逆性,这样利用已知的具有可逆性的细胞自动机实现分组加密便不够安全。针对这个不足,提出了一种需要2个初始状态的T型邻居细胞自动机模型,利用其演化特点实现了较多的可逆细胞自动机,并分析和结合其自可逆特性设计出分组对称加密方法。实验表明,该加密方法对明文扩散的要求达到了良好的雪崩效应,特别是加密初始状态伪随机序列的引入更增强了该密码系统的抗攻击能力。

摘要： 为了提高移动机器人在复杂环境下导航的实时性，本文利用细胞自动机结构简单，并行计算能力强的优点，提出一种基于细胞自动机的移动机器人导航算法。首先分解移动机器人工作区为一系列单元格建立细胞空间，定义细胞状态，设计演化规则;然后细胞自动机按照演化规则演化，演化完毕后搜索起点到终点的最优路径。实验结果表明：该算法能快速找出一条无碰路径，实现移动机器人的导航。

摘要： 本文介绍了一个基于典型墙板试验记录，应用细胞自动机技术直接预测面外均布荷载下砌体墙板破坏模式的模型。在这个模型中，一个新建议的传递函数被用来模拟边界效应向墙板内各个区域的传递。进而，由所提出的细胞自动机模型产生基础墙板和新墙板内各个区域的状态值，再应用所建议的准则匹配两墙板内的类似区域。最后，以两墙板类似区域和基础墙板的试验破坏模式为依据,鉴别出新墙板的破坏区域，从而预测出新墙板的破坏模式。这个细胞自动机模型能取代传统技术例如有限元方法，能更精确更有效地预测砌体墙板的破坏模式,为解决一直困扰这个领域的破坏模式的预测问题开辟了一条新的途径．

摘要： 点蚀是蒸汽发生器管道的一种主要的损伤劣化形式之一.本文把蒸汽发生器管道点蚀萌生和亚稳态扩展作为一个离散的动态的演化过程.根据真实的核电压水堆环境确定了细胞自动机的四个基本要素并利用细胞自动机模拟了点蚀过程中的电化学反应,溶解反应和扩散过程,另外,结合蒙特卡洛方法考虑了微粒的一些随机和不确定特性.模拟结果与相关文献中的实验结果进行了比较.并最终得到了点蚀演化过程中的形态和点蚀坑内的局部化学性质变化.

摘要： 本文采用细胞自动机方法(Cellular Automata : CA)模拟含四个路口的城市道路交通流状态,并通过离散方程描述车辆的运动过程.以所有车辆到达各自目的地所需消耗的平均时间最短为目标,研究了信号灯控制策略(同步定时控制、感应控制)对交通流状态的影响,并分析了不同信号灯控制策略的适用条件.研究发现,信号灯对交通流的影响与道路中车辆密度有关,且为保证交通流的通行效率,应针对不同的车辆密度,选取适当的信号灯控制方式.

摘要： 本文提出了一种新的低功耗确定测试向量发生器的综合算法,该向量发生器采用非一致细胞自动机的结构实现.利用基于模拟退火的动态邻域扩展算法寻找优化的细胞自动机的拓扑连接关系,主要解决确定内建自测试向量发生器综合设计中常存在着对冗余向量依赖,从而导致测试应用时间增长,并产生额外的测试功耗等问题。通过对标准组合电路仿真实验,结果显示所综合出的向量发生器可有效地产生给定的低功耗确定向量集,并且不影响原有的故障覆盖率和测试时间.

摘要： 提出了一种模拟岩石破坏过程的细胞自动机模型,以力、位移作为基本状态变量,基于基本的力学规律构造了细胞自动机模型的矢量局部更新规则,克服了以往规则确定随意性以及标量化的缺点.利用该模型模拟了岩石的单轴破坏过程,研究了非均质性对单轴直接拉伸破坏过程的影响,并研究了几何形状(长宽比)对单轴拉伸强度的影响,研究结果加深了对岩石单轴抗拉强度的了解,对试验有一定的指导作用,应进一步加强岩石的直接拉伸试验研究.

摘要： 在利用细胞自动机与多智能体技术基础上,运用BDI(Belief-Desire-Intention)理论,建立了在紧急状况下(如火灾)公共场所人员疏散的仿真模型。在人群仿真过程中,充分考虑人员对环境的熟悉程度对疏散的影响,将BDI体系结构应用于对环境信息掌握不完整的人群仿真,更与现实符合。通过仿真结果的分析表明,人员对环境的了解状况对模拟结果有明显的影响。因此,可通过增强对建筑物的介绍以及室内的指示,控制特定环境内人对环境的熟悉程度和人群密度等,更有效地减少灾害所造成的损失。

摘要： 本发明公开了一种基于细胞自动机的实时动态云层绘制方法，其步骤包括：1)生成动态云层的细胞自动机，该细胞自动机采用Moore邻域作为细胞邻域与生命游戏的死‑活判定规则；2)细胞自动机根据输入的初始低分辨率图像的全局纹理建立细胞自动机的数据结构，作为随时序变化的每一帧的细胞演化纹理；数据结构包括全局数组cellMap与各个生命系统；3)对每一帧的细胞演化纹理进行平滑并插值放大，得到对应帧的大尺寸纹理；4)每一帧对应的大尺寸纹理与分形噪声叠加产生云层细节，以及计算密度场在每一个纹理元素所对应点的值；5)采样由多个云团形成的体积云；6)计算点光源对云层产生的散射效果，最终渲染出云层的真实感效果图。

摘要： 本发明涉及一种基于细胞自动机的可变结构伪随机数生成方法，包括：获取初始密钥、本原多项式和初始化向量；根据所述本原多项式和所述初始化向量得到第一子序列，以及根据所述初始密钥和所述本原多项式得到第二子序列；根据所述第一子序列和所述第二子序列生成伪随机序列。采用本发明方法生成的随机数可以通过NIST SP800‑22检测，可运用到图像、文字、视频等多种加密应用中，解决了现有技术中，随机数生成算法结构单一固定，灵活性差，不能适用于多种应用的问题。

摘要： 本发明提出一种基于Chen系统和细胞自动机的数字图像加密方法。通过结合低维混沌系统Logisitc map和高维混沌系统Chen系统各自的特点，结合正向逆向双向扩散机制和细胞自动机的代间扩散机制，使得本算法具有加密效果好，安全性高等特点。可应用于各种数字多媒体终端和服务器端，实时对单张数字图像或批量数字图像进行加密。

摘要： 本发明提供的一种基于细胞自动机的电力网络可靠性分析方法，包括如下步骤：a.将电网中的电气设备按性质分类并分为有抗阻元件和无抗阻元件，根据各元件分类情况建立厂站拓扑模型以及电网拓扑模型；b.获取电网中各元件的故障状态信息；c.设定厂站细胞自动机规则，并根据电网中各元件的故障状态信息进行厂站拓扑分析，划分厂站逻辑节点；d.设定电网细胞自动机规则，并根据厂站拓扑模型以及电网系统外部与厂站的连接关系进行电网拓扑分析，获取电网子系统；e.对电网各子系统进行潮流分析，采用统计模拟方法确定电电力系统可靠性；本发明的基于细胞自动机的电力网络分析方法，将电网中的所有元件进行一体考虑，能够识别孤立的子系统，提高分析效率。

摘要： 本发明公开了一种基于细胞自动机的提花图案自动生成系统，包括液晶屏，主板，键盘，控制板，存储管理器和设备；所述的液晶屏与主板相连，主板与控制板相连，控制板与存储管理器相连，所述的控制板与设备相连。本发明的系统将细胞自动机（CA）分形花纹图案应用于花纹图案设计上，能够根据用户输入的参数，生成相应的花纹图案，真正达到了计算机的自动设计功能。

摘要： 本申请适用于微电子加工技术领域，公开了一种基于元细胞自动机的等离子体刻蚀模型仿真方法，本方法首先对当前的刻蚀表面演化模型进行改进，研究不同掩膜形状对刻蚀表面演化模型造成的影响，同时重新定义了等离子刻蚀模型的优化目标，并利用实际刻蚀加工数据来优化离子刻蚀模型，为缩短优化模型所用时间，采用并行方法来加速优化过程，最后，将得到的刻蚀模型参数应用于等离子体刻蚀模型仿真。

摘要： 本发明公开了一种基于细胞自动机和DNA编码的超长距传输方法及系统，属于光纤通信技术领域，包括：利用细胞自动机生成一组伪随机二值序列；将伪随机二值序列作为明文DNA加密的碱基置乱序列，利用密钥序列对明文进行加密。本发明可提高通信系统的安全性能和防窃取能力。

摘要： 本发明公开了一种基于细胞自动机的实时动态云层绘制方法，其步骤包括：1)生成动态云层的细胞自动机，该细胞自动机采用Moore邻域作为细胞邻域与生命游戏的死‑活判定规则；2)细胞自动机根据输入的初始低分辨率图像的全局纹理建立细胞自动机的数据结构，作为随时序变化的每一帧的细胞演化纹理；数据结构包括全局数组cellMap与各个生命系统；3)对每一帧的细胞演化纹理进行平滑并插值放大，得到对应帧的大尺寸纹理；4)每一帧对应的大尺寸纹理与分形噪声叠加产生云层细节，以及计算密度场在每一个纹理元素所对应点的值；5)采样由多个云团形成的体积云；6)计算点光源对云层产生的散射效果，最终渲染出云层的真实感效果图。

摘要： 本发明涉及一种基于细胞自动机的可变结构伪随机数生成方法，包括：获取初始密钥、本原多项式和初始化向量；根据所述本原多项式和所述初始化向量得到第一子序列，以及根据所述初始密钥和所述本原多项式得到第二子序列；根据所述第一子序列和所述第二子序列生成伪随机序列。采用本发明方法生成的随机数可以通过NIST SP800‑22检测，可运用到图像、文字、视频等多种加密应用中，解决了现有技术中，随机数生成算法结构单一固定，灵活性差，不能适用于多种应用的问题。

摘要： 本实用新型公开了一种基于细胞自动机的提花图案自动生成系统，包括液晶屏，主板，键盘，控制板，存储管理器和设备；所述的液晶屏与主板相连，主板与控制板相连，控制板与存储管理器相连，所述的控制板与设备相连。本实用新型的系统将细胞自动机（CA）分形花纹图案应用于花纹图案设计上，能够根据用户输入的参数，生成相应的花纹图案，真正达到了计算机的自动设计功能。