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Los autómatas celulares elementales son invariantes bajo transformación de conjugación o combinación de transformaciones de conjugación y reflexión, y aplicaciones al modelado del tráfico

Autores: Kozlov, Valery; Tatashev, Alexander; Yashina, Marina

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Los autómatas celulares elementales son invariantes bajo transformación de conjugación o combinación de transformaciones de conjugación y reflexión, y aplicaciones al modelado del tráfico


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Concepto
Autómata
Velocidad
Espectro
Ciclos
Celular

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 32

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento desarrolla el análisis de las propiedades de la clase de autómatas celulares introducida por los autores. Se asume que el conjunto de celdas del autómata es finito y forma una retícula cerrada, y hay dos estados para cada celda del autómata. Consideramos un nuevo concepto. Este concepto es la velocidad promedio de un autómata celular, que caracteriza la intensidad promedio de los cambios en los estados de las celdas del autómata para un estado inicial dado. La velocidad del autómata es igual a 1 si el estado de cualquier celda cambia en cada paso. El espectro de velocidades promedio de un autómata celular es el conjunto de velocidades promedio para diferentes estados iniciales. Dado que el espacio de estados es finito, el autómata, a partir de cierto momento del tiempo, se encuentra en estados periódicamente repetitivos de un ciclo, y así, la investigación del espectro de velocidades está relacionada con el problema de estudiar el conjunto de ciclos del autómata. Para autómatas celulares elementales, la clase introducida consiste en una subclase de autómatas tales que la transformación de conjugación de un autómata es el propio autómata (Subclase A) o la reflexión del autómata (Subclase B). Para esta clase, se demuestra que el espectro del autómata contiene el valor si y solo si el espectro del autómata complementario contiene el valor (la suma del índice del autómata celular elemental y el autómata complementario es 255). Para los autómatas de las Subclases A y B, se estudian el conjunto de ciclos y el espectro de velocidades. Para la Subclase A, se ha demostrado un teorema tal que de acuerdo con este teorema, si dos autómatas complementarios entre sí comienzan a evolucionar en el mismo estado inicial, entonces la suma de sus velocidades promedio es igual a 1. Este teorema para la Subclase A se generaliza a autómatas celulares, invariantes bajo la transformación de conjugación, de un tipo más general que los autómatas elementales. Se han dado generalizaciones del teorema para la clase de autómatas celulares unidimensionales con un vecindario que contiene celdas (el siguiente estado de la celda depende de los estados presentes de esta celda, de las celdas a la izquierda y de las celdas a la derecha) y para algunas clases tradicionalmente consideradas de autómatas bidimensionales. Algunos autómatas celulares elementales que pertenecen a la clase considerada en el documento pueden interpretarse como modelos de transporte. Se estudian las propiedades de los espectros de estos autómatas y se comparan con las propiedades de los autómatas celulares elementales no invariantes bajo las transformaciones consideradas y que también pueden interpretarse como modelos de transporte. Los resultados analíticos obtenidos para estos modelos simples pueden utilizarse para estudiar las propiedades cualitativas y el comportamiento límite de modelos de transporte más complejos.

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