Modeling chemical and biological systems using stochastic block cellular automata with Markov neighborhood

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The article is devoted to the description of a new variation of stochastic block cellular automata – the so-called Markov automata, a distinctive feature of which is the dynamic and stochastic formation of blocks. Examples of the simplest models of physical processes built on the basis of this type of automata are given. The expressive possibilities of the introduced model are considered in the article. In particular, through comparison with the Turing machine, the algorithmic universality of Markov automata is shown, which allows them to theoretically perform arbitrarily complex processing of symbol chains. On the other hand, the presence of the so-called mixing substitution subsystem in the system of automata rules leads to a different type of behavior of these automata, the dynamics of which is described by classical kinetic equations for chemical reaction systems. It is shown that the use of special separating symbols (membranes) in the automaton allows combining several different types of behavior in different parts of the same automaton, as well as organizing information interaction between these parts. This technique opens up the possibility of modeling the simplest biological systems – cells. Using the example of a two-dimensional version of the proposed model, it is shown how the basic one-dimensional model can be extended to the case of higher dimensions.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

Nikolay Ershov

Lomonosov Moscow State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ershov@cs.msu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5963-0419

Cand. Sci. (Phys.-Math.), senior researcher, Department of Computational Mathematics and Cybernetics

Ресей, Moscow

Alexandr Popov

Lomonosov Moscow State University

Email: popov@cs.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5672-8450

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of Computational Mathematics and Cybernetics

Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Dorin A., Stepney S. What is artificial life today, and where should it go? Artificial Life. 2024. No. 30 (1). Pp. 1–15.
  2. Bedau M.A., McCaskill J.S., Packard N.H. et al. Open problems in artificial life. Artificial Life. 2000. No. 6. Pp. 363–376.
  3. Von Neumann J., Burks A.W. Theory of self-reproducing automata. Urbana: University of Illinois Press, 1966.
  4. Dittrich P. Artificial chemistry. In: Computational complexity: Theory, techniques, and applications. A.R. Meyers (ed.). Springer, 2012. Pp. 185–203.
  5. Deutsch A., Dormann S. Cellular automaton modelling of biological pattern formation. Boston: Birkhauser, 2005.
  6. Margolus N. Cellular automata machines: A new environment for modeling. MIT Press, 1987.
  7. Achasova S., Bandman O., Markova V. et al. Parallel substitution algorithm. Theory and application. Singapore: World Scientific, 1994.
  8. Kushner B. The constructive mathematics of A.A. Markov. Amer. Math. Monthly. 2006. No. 113 (6). Pp. 559–566.
  9. Hopcroft J.E., Motwani R., Ullman J.D. Introduction to automata theory, languages, and computation second edition. Addison-Wesley, 2001.
  10. Atkins P., Julio P. The rates of chemical reactions. Atkins' Physical chemistry. 8th ed. W.H. Freeman (ed.). 2006.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of operation of the algorithm M

Жүктеу (67KB)
3. Fig. 2. Exponential decay model

Жүктеу (746KB)
4. Fig. 3. Model of diffusion (a) and directed movement (b)

Жүктеу (1MB)
5. Fig. 4. Simple wave model

Жүктеу (503KB)
6. Fig. 5. Transformation of a Turing machine into a Markov automaton

Жүктеу (465KB)
7. Fig. 6. Phase portrait of the predator-prey model

Жүктеу (206KB)
8. Fig. 7. Combining different types of behavior using impermeable membrane

Жүктеу (554KB)
9. Fig. 8. Using of semi-impermeable membranes

Жүктеу (650KB)
10. Fig. 9. Splitting a matrix of symbols into one-dimensional chains

Жүктеу (139KB)
11. Fig. 10. Two-dimensional version of the diffusion model

Жүктеу (805KB)
12. Fig. 11. Two-dimensional model of dendritic growth

Жүктеу (2MB)


Лицензия сипаттамасына сілтеме: https://www.urvak.ru/contacts/

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».