Конструирование клеточных автоматов с использованием моделей машинного обучения
- Авторы: Малмыгин Г.А.1, Ершов Н.М.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
- Выпуск: Том 12, № 3 (2025)
- Страницы: 13-22
- Раздел: ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ
- URL: https://journals.rcsi.science/2313-223X/article/view/350180
- DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2025-12-3-13-22
- EDN: https://elibrary.ru/ATBKYL
- ID: 350180
Цитировать
Аннотация
Работа посвящена разработке и исследованию методов аппроксимации клеточных автоматов с применением моделей машинного обучения. Клеточные автоматы – это модели, используемые для изучения динамики сложных систем на основе простых правил взаимодействия. В последние годы модели машинного обучения стали мощными инструментами в области обработки данных. В работе исследуются подходы к предсказанию правил клеточных автоматов с использованием моделей машинного обучения, рассматриваются их преимущества и ограничения, а также предлагаются метрики для оценки качества предсказаний состояний клеточных автоматов и зависимость предсказания состояний клеточных автоматов в зависимости от числа поступающих на вход для обучения моделей правил клеточных автоматов. Исследование направлено на понимание того, как модели машинного обучения могут быть использованы для анализа и моделирования сложных систем на основе клеточных автоматов, а также на возможные перспективы развития данного подхода. На основе предложенных метрик проводится сравнительный анализ эффективности различных моделей машинного обучения в предсказании правил клеточных автоматов.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Глеб Антонович Малмыгин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: malmygingleb1@gmail.com
SPIN-код: 7217-4880
факультет вычислительной математики и кибернетики
Россия, г. МоскваНиколай Михайлович Ершов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Email: ershov@cs.msu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5963-0419
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, факультет вычислительной математики и кибернетики
Россия, г. МоскваСписок литературы
- Hawkins J. The mathematics of cellular automata. American Mathematical Society, 2024.
- Toffoli T. Cellular automata as an alternative to (rather than an approximation of) differential equations in modeling physics. Physica D: Nonlinear Phenomena. 1984. Vol. 10. No. 1-2. Pp. 117–127.
- Richards F.C., Meyer T.P., Packard N.H. Extracting cellular automaton rules directly from experimental data. Physica D: Nonlinear Phenomena. 1990. Vol. 45. No. 1-3. Pp. 189–202.
- Yang Y., Billings S.A. Extracting Boolean rules from CA patterns. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B (Cybernetics). 2000. Vol. 30. No. 4. Pp. 573–580.
- Billings S.A., Yang Y. Identification of probabilistic cellular automata. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B (Cybernetics). 2003. Vol. 33. No. 2. Pp. 225–236.
- Zhao Y., Billings S.A. The identification of cellular automata. 2006.
- Mitchell M., Hraber P., Crutchfield J.P. Revisiting the edge of chaos: Evolving cellular automata to perform computations. arXiv. Preprint adap-org/9303003. 1993.
- Basanta D. et al. Evolving cellular automata to grow microstructures. In: Genetic programming. Proceedings 6 of the 6th European Conference, EuroGP 2003 (Essex, UK, April 14–16, 2003). Springer Berlin Heidelberg, 2003. Pp. 1–10.
- Gilpin W. Cellular automata as convolutional neural networks. Physical Review E. 2019. Vol. 100. No. 3. P. 032402.
- Springer J.M., Kenyon G.T. It's hard for neural networks to learn the game of life. In: International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN). IEEE, 2021. Pp. 1–8.
- Aach M., Göbbert J.H., Jitsev J. Generalization over different cellular automata rules learned by a deep feed-forward neural network. arXiv. Preprint arXiv:2103.14886. 2021.
- Malmygin G.A., Ershov N.M. Chemical reactions modeling using cellular automata. System Analysis in Science and Education. 2023. No. 3. Pp. 1–13.
- Von Neumann J., Burks A.W. Theory of self-reproducing automata. Urbana: University of Illinois Press, 1966.
- Wolfram S. A new kind of science. Wolfram Media, 2002.
- Toffoli T., Margolus N. Cellular automata machines: A new environment for modeling. MIT Press, 1987
- Delashmit W.H. et al. Recent developments in multilayer perceptron neural networks. In: Proceedings of the seventh annual Memphis area engineering and science conference, MAESC. 2005. Vol. 7. P. 33.
- Peterson L.E. K-nearest neighbor. Scholarpedia. 2009. Vol. 4. No. 2. P. 1883.
- Ying L.U. et al. Decision tree methods: Applications for classification and prediction. Shanghai Archives of Psychiatry. 2015. Vol. 27. No. 2. P. 130.
- Rigatti S.J. Random forest. Journal of Insurance Medicine. 2017. Vol. 47. No. 1. Pp. 31–39.
- Game of life cellular automata. A. Adamatzky (ed.). London. Springer, 2010. Vol. 1. P. 168.
- White S.H., Del Rey A.M., Sánchez G.R. Modeling epidemics using cellular automata. Applied Mathematics and Computation. 2007. Vol. 186. No. 1. Pp. 193–202.
Дополнительные файлы












