Автор(ы)
Завалов Илья Владимирович
Аффилиация
ГУО «Волковысский районный центр технического творчества детей и молодежи» Гродненской области Республики Беларусь
Руководитель
Кулаков Валерий Владимирович
Аннотация
Предпосылкой к данному исследованию послужило чтение книги «Наука Плоского мира» математика Йена Стюарта и популяризатора науки Джека Коэна в соавторстве с известным литератором Терри Пратчеттом. Книга описывает множество теорий, взглядов и фактов из мира физики, математики и биологии. В одной из глав данной книги встречено описание абстрактного существа «Муравей Лэнгтона», на примере которого демонстрируются и поясняются многие научные принципы. Вселенная Муравья Лэнгтона имеет вид бесконечного клеточного поля. В начальный момент времени все клетки имеют белый цвет. Муравей двигается по своей вселенной, руководствуясь двумя простыми правилами: если клетка белая, перекрасить ее в черный и повернуть направо; если клетка черная, перекрасить ее в белый и повернуть налево.
Актуальность темы заключается в следующих аспектах:
- одним из широких и важных направлений информатики является компьютерное и математическое моделирование, в том числе и программирование клеточных автоматов [3];
- таким образом, основы знаний и умений моделирования необходимы для успешного изучения программирования;
- данная тема интересна, так как поведение Муравья Лэнгтона непредсказуемо, но абсолютно детерминировано [6];
- тема объединяет в себе несколько наук (информатика, математика, физика, биология, философия), о чем пойдет речь далее [6];
- для изучения как моделирования в общем, так и поведения Муравья Лэнгтона необходимо реализовать собственный алгоритм, чтобы иметь возможность совершенствовать его, создавать обобщения, анализировать поведение, в том числе и при различных начальных условиях.
Новизна в исследовании выражена в создании алгоритма обобщенного муравья, а также исследовании его поведения при различных начальных условиях (в различных вселенных).
Цель: исследование формы движения клеточного автомата «Муравей Лэнгтона».
Задачи исследования:
- Изучить основы методов компьютерного моделирования;
- Реализовать алгоритм и код на языке программирования, реализующий движение Муравья Лэнгтона;
- Проанализировать движение Муравья Лэнгтона;
- Исследовать модели поведения Муравья во вселенных, отличных от пустой;
- Изучить основы теории клеточных автоматов и других наук, связанных с темой исследования (математика, физика, философия);
- Исследовать возможности применения клеточного автомата «Муравей Лэнгтона» в науке;
- Изучить основы ООП с использованием типа данных RECORD в ЯП Pascal;
- Обобщить алгоритм и создать обобщенный автомат с бесконечно возможным набором правил;
- Проанализировать принципы движения обобщенного автомата.
Объект исследования: клеточные автоматы.
Предмет исследования: клеточный автомат «Муравей Лэнгтона».
Гипотеза исследования: при помощи ЯП “Pascal” можно имитировать движение Муравья Лэнгтона и изучить его поведение.
Предполагаемые результаты:
- Реализация программы, демонстрирующей поведение Муравья Лэнгтона;
- Анализ области применения абстракции «Муравей Лэнгтона»;
- Реализация программы, демонстрирующей поведение обобщенного Муравья Лэнгтона.
Выбраны следующие методы реализации исследования:
- анализ данных;
- работа с литературой;
- программирование и алгоритмизация;
- компьютерное моделирование и опыты.
Этапы реализации исследования:
- исследование и анализ темы;
- работа с литературой иинтернет-источниками;
- анализ и выбор среды программирования;
- разработка простейшего алгоритма;
- исследование поведения Муравья Лэнгтона;
- разработка объектно-ориентированного алгоритма;
- разработка алгоритма обобщенного автомата на основе Муравья Лэнгтона;
- исследование поведения обобщенного автомата на основе муравья Лэнгтона.
В процессе исследования получены следующие результаты:
- Изучены основы метода компьютерного моделирования;
- Реализованы алгоритмы движения Муравья Лэнгтона и обобщенного автомата на его основе;
- Проанализировано движение созданных автоматов;
- Получены новые знания из литературных источников в части основ теории клеточных автоматов, моделирования, математики, физики, биологии, философии;
- Исследованы возможности применения клеточного автомата «Муравей Лэнгтона» в науке;
- Изучены основы ООП с использованием типа данных RECORD в ЯП Pascal.
Содержание работы
Конкурс, в котором автор работы принял участие: Древо жизни: I Открытый международный конкурс междисциплинарных исследовательских проектов школьников
Отрасль наук: Технические науки
Форма представления работы: Исследовательский проект
Дата публикации работы: 15.03.2019
Занятое место: 1
Период подведения промежуточного результата: 11.03.2019-17.03.2019