復(fù)雜系統(tǒng)的元胞自動(dòng)機(jī)方法研究及其在河道演化建模中的應(yīng)用.pdf

1、目前學(xué)術(shù)界關(guān)于未來(lái)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)普遍認(rèn)識(shí)是：科學(xué)正面臨一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，那就是復(fù)雜性科學(xué)的興起。復(fù)雜性科學(xué)主要研究復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜性。復(fù)雜系統(tǒng)具有大量不同于簡(jiǎn)單系統(tǒng)的本質(zhì)特征，諸如突現(xiàn)、自組織、自適應(yīng)、自相似等等。揭示復(fù)雜系統(tǒng)的演化機(jī)理和內(nèi)在規(guī)律是復(fù)雜性科學(xué)研究的核心問(wèn)題之一。
　　 元胞自動(dòng)機(jī)模型是馮·諾依曼提出的一種極度并行的計(jì)算模型，被認(rèn)為是下一代計(jì)算機(jī)的原型。一方面元胞自動(dòng)機(jī)的演化行為十分豐富，理論上可以模擬任何復(fù)雜的行

2、為，另一方面元胞自動(dòng)機(jī)模型足夠簡(jiǎn)單,方便對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的本質(zhì)特征進(jìn)行研究。本文圍繞復(fù)雜系統(tǒng)的元胞自動(dòng)機(jī)方法，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上重述如下觀(guān)點(diǎn)：復(fù)雜性產(chǎn)生的基本機(jī)制是簡(jiǎn)單的重復(fù)，復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜現(xiàn)象是組分之間簡(jiǎn)單相互作用重復(fù)的結(jié)果。該觀(guān)點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了復(fù)雜系統(tǒng)中簡(jiǎn)單和復(fù)雜的對(duì)立統(tǒng)一，有助于復(fù)雜系統(tǒng)的演化機(jī)理和內(nèi)在規(guī)律的研究。
　　 本文最后基于CA方法、河流橫向變形和縱向沖淤物理機(jī)理等相關(guān)理論，提出并建立了具有較強(qiáng)物理基礎(chǔ)的同時(shí)體現(xiàn)河流橫向變形和

3、縱向沖淤的水沙結(jié)合的CA模型。自主開(kāi)發(fā)了有關(guān)河道演化模擬的關(guān)鍵技術(shù)——小尺度上河床元胞流向的相對(duì)準(zhǔn)確的判斷，采用FORTRAN編程語(yǔ)言，編寫(xiě)了上述模型的應(yīng)用程序，并開(kāi)展了初步的相關(guān)模擬研究和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)模型的合理性及其應(yīng)用效果進(jìn)行了初步的檢驗(yàn)。模型兼顧了河道的縱向沖淤和橫向變形兩個(gè)方面，并且充分體現(xiàn)了河床邊界約束水流，水流又通過(guò)泥沙的沖淤來(lái)改變河床邊界形態(tài)的反饋機(jī)制，反映了水是沙的載體，通過(guò)對(duì)河道演化數(shù)據(jù)的分析，提出了曲率在河道演化中的