تعریف اتوماتای سلولی در صنعت برق

تعریف اتوماتای سلولی در صنعت برق:
«اتوماتا» (Automata) یک واژه تکنیکی است که در علوم کامپیوتر و ریاضیات برای یک ماشین تئوری مورد استفاده قرار می گیرد که «حالت های داخلی» (Internal State) خود را بر اساس ورودی ها و نیز حالت های قبلی خود تغییر می دهد.

مجموعه حالت ها همیشه به صورت گسسته و متناهی تعریف می شوند و این تعریف حالت ها موجب غیرخطی شدن دینامیک سیستم می شود.

«اتوماتای سلولی» (Cellular Automata) یا CA به یک مجموعه از چنین اتوماتایی اطلاق می شود که در راستای یک شبکه فضایی چیده شده اند و حالت های آن ها به صورت همزمان توسط اعمال یکنواخت یک «تابع انتقال حالت» (State Transition Function) آپدیت می شوند.

تابع انتقال حالت معمولا به حالت های سلول های همسایه اشاره می کند. در این مطلب قصد داریم به معرفی اتوماتای سلولی بپردازیم.

بنا بر آنچه گفته شد، یکی از ویژگی های اتوماتای سلولی، آپدیت شدن همزمان آن ها است. به این آپدیت شدن همزمان، «آپدیت سنکرون» (Synchronous Updating) نیز می گویند.

البته عمل آپدیت شدن می تواند به صورت غیر همزمان نیز صورت بگیرد که در این حالت به آن «آپدیت آسنکرون» (Asynchronous) می گویند.

ایده اصلی در پس مفهوم اتوماتای سلولی را دانشمندی به نام «جان فون نویمان» (John von Neumann) و همکارش «استنی سواف اولام» (Stanisław Ulam) در سال های 1940 و 1950 ابداع شد.

در واقع این دو فرد یک «فریم ورک مدلسازی» (Modeling Framework) را ابداع کردند که برای مدلسازی «سیستم های پیچیده» (Complex Systems) جزو اولین الگوریتم ها به شمار می آید و به منظور توصیف رفتار «خود مولد» (Self Reproductive) و «قابل تکامل» (Evolvable) سیستم های زنده مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلیل این که اتوماتای سلولی توانایی فوق العاده ای در توصیف دینامیک های به شدت غیرخطی فضا زمانی دارند و این کار را با شیوه بسیار ساده و کوتاه انجام می دهند، در مدلسازی بسیاری از پدیده های متنوع مانند دینامیک های مولکولی، هیدرودینامیک ها، مشخصه های فیزیکی مواد، فرایندهای شیمیایی واکنش انتشار (Reaction Diffusion)، رشد و ریخت زایی یک ارگان زنده، تعامل های اکولوژیکی و تکامل جمعیت، انتشار گره های ترافیکی، دینامیک های اقتصادی و اجتماعی و … مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی دیگر از حوزه های کاربرد اتوماتای سلولی در علوم محاسباتی مانند پردازش تصویر، تولید اعداد تصادفی و کریپتوگرافی است.