通过经验不断地学习，或者说改变着自身思维器官的功能与结构．这是一种天赋的能力，无
  须经由特定的外部设备，把利用某种人工语言，例如C十+或JAVA精心编制的程序化了的
  信息强行输入．而且人脑可以处理具有概率意义的，模糊或不确定的信息，其中可以包含“噪
  声”，甚至不相容的矛盾内容．这不但不会引发混乱，有时还会产生意想不到的结果，如引发
  了灵感，引发了创造，进而产生了社会进步．然而，如果你发给计算机的指令中有矛盾，看看
  会产生什么后果，它可能使你焦头烂额．人是可以一心二用的，很多同学一边听报告，一边记
  外语单词，而且从容不迫．这说明人脑有并行处理的功能．现代计算机也可以有类似的功能，
  但无论是机器结构还是具体应用，都要经过专门设计．从耗能的观点，人脑也大大优于电脑．
  人脑体积很小，结构紧凑，只消耗很少的功率，而对计算机而言，尽管元件的集成度不断提
  高，模数、数模转换器件的尺度越做越小，但在耗能上仍然无法与人脑相比，尤其对大型计算
  机系统说来，电费仍是一笔可观的支出．
    还在现代数字计算机发明不久的时候，它的创始人冯·诺依曼就已认识到计算机的局
  限，它并不是一个*理想的机器．在很多方面，现代计算机远远不及生物所具有的广义计算
  能力．因此冯·诺依曼在20世纪50年代初就开始了新的探索．实际上，人脑时时刻刻都在进
  行“计算”，我们在见到任何一副面孔的同时就在识别、搜索或存储与之有关的一切信息；我
  们行走或行驶在一条道路上时，随时依据各种情况进行估计与判断，以避免碰撞并选择*佳
  路线；人们在百货商店琳琅满目的货架间漫步，不经意间已经决定了自己所选择的商品，它
  们通常具有*高的性能价格比．在进行上述活动时，人们并不认为自己运用了什么高深的学
  问或技能，但是你如果试图利用计算机处理上述问题，则其中任何平凡的一部分，肯定是计
  算机科学的尖端领域之一．事实上，生物系统在用一种与现代计算机完全不同的原则处理问
  题．它既不需要算术运算，也不需要离散近似，在生物进化的数十亿年间，已创造出不计其数
  既灵巧又高效的方式，解决各种各样的涉及“计算”的问题．冯·诺依曼认为，人类有必要研究
  某些生物的基本功能．但这种研究不是简单机械地模仿．他提出，首先我们应当研究那些具
  有类似生物系统功能，具有自组织能力的系统．所谓“自组织能力”是指一种自我生长、自我
  复制、与环境交换信息交互作用的能力．这种能够自我复制的系统似乎是有生命的，故冯·诺
  依曼称之为“活的机器”．但是冯·诺依曼深知，利用已有的技术无法造出一台真正的活机器，
  因而他转而考虑用计算机模拟一类模型，探寻这种活机器“生命”过程的逻辑．为实现这一设
  想，冯·诺依曼*终采用了他的同事与学生乌拉姆(Ulam)为解决这一任务所提出的一个极
其聪明的建议，即以一种抽象方式，建立一个一般性框架，称之为“元胞空间”，在此空间中
建立模拟生命过程的模型．这是今日诸多科学与工程领域的多种离散模型的共同来源．当今
更为流行的名字是“元胞自动机”．下面就对有关内容作一简单介绍．
    §1元胞自动机的基本概念
    元胞自动机实际是一类数学模型的总称，是今日众多离散模型的共同框架．首先，设想
一个几何上规则的空间点阵，或者说一块规则的晶体．然后把每个格点(或格子)视为一个细
胞，因此所考虑的是一个细胞组成的世界．每一个细胞可以处于有限多种不同的状态，例如
存活或死亡，这时可以由两种不同的编码如O或1表达．在一般情况下，细胞的有限个不同
状态可以由一组2进制数字表征．对于任何一个格点(或格子)，按照一定规则，指定其邻近
的一组有限格点(或格子)，作为所讨论格点(或格子)的邻域．在所考虑的细胞组成的世界
里，时间是离散的．在离散的时间进程中，细胞状态随时间变化，任何时刻一个细胞的状态仅
取决于此细胞及其邻域内细胞在上一时刻的状态．给定了这样一组两个时刻细胞状态间的
对应规则和一组细胞的初始状态分布，我们就可以在时间进程中跟踪元胞自动机整体的状
态演化，研究它的发展和规律．在元胞自动机的框架下，可以有多种多样的具体模型．例如仅
就平面模型而言，点阵就可以取做正三角形、正方形或正六边形；由于问题不同，细胞可以有
不同数目的有限状态；而变化规则更可以有各种不同，它们可以是确定性规则，也可以引入
随机性考虑，这些都大大丰富了模型的种类．正是因为元胞自动机所具有的如此丰富的内
涵，使之成为了今日多种科学与工程领域大量离散型模型的基础．然而，此类模型都具有如
下的共同特点：(1)空间是离散的；(2)时间是离散的；(3)细胞(因而，自动机)状态是离散
的；(4)细胞状态随时间的演化规则是局域的．由于上述特点，又有人将此类模型称为全离
散模型．
    冯·诺依曼和乌拉姆设计这样一台机器的目的之一是试图寻找一种完全不同于现代计
算机原理的工作方式，为实现广义意义上的“计算”任务，开辟新的途径．然而，从理论上说
来，元胞自动机完全可以具有现代计算机的功能，尽管实现起来十分复杂．*重要的是，元胞
自动机有极强的模拟功能，几乎所有自然科学领域，如数学、物理学、化学、生物学、地质学、
地理学、医学、生态学、材料学等学科的众多课题都可利用元胞自动机加以模拟．这已为今天
的科学发展所证实．

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