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这是什么？

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📚 术语表

Cellular Automaton
一种离散计算模型，由规则的细胞网格组成，每个细胞都处于有限数量的状态之一，根据基于相邻细胞状态的规则通过离散时间步长演化。
Moore Neighborhood
二维网格（包括对角线）中围绕中心单元的八个单元，以 1962 年证明伊甸园定理的爱德华·F·摩尔 (Edward F. Moore) 命名。
Von Neumann Neighborhood
围绕一个中心单元的四个正交相邻单元（上、下、左、右），以约翰·冯·诺依曼最初的元胞自动机设计命名。
Game of Life
约翰·康威 (John Conway) 在 1970 年创建的二维元胞自动机，具有简单的出生/生存/死亡规则，可以产生复杂的紧急行为，被证明是图灵完备的。
Glider
康威生命游戏中的一个小模式，通过 4 步循环在网格上进行自我转换，这是元胞自动机中最具标志性的结构之一。
Elementary Cellular Automaton
具有两个状态和最近邻规则的一维 CA，由 Stephen Wolfram 系统地分为 256 条规则（规则 0 到规则 255）。
Rule 110
2004 年，马修·库克 (Matthew Cook) 证明基本元胞自动机是图灵完备的，证明即使是最简单的元胞自动机也可以执行任何计算。
Rule 30
Wolfram 发现的一种基本 CA，可从单个初始单元生成明显随机的行为，用于 Mathematica 的随机数生成器。
Wolfram Classes
Stephen Wolfram 的元胞自动机行为四类分类法：第 1 类（均匀）、第 2 类（周期性）、第 3 类（混沌）、第 4 类（复杂/混沌边缘）。
Garden of Eden
元胞自动机中的一种配置，只能作为初始条件出现，无法从任何其他状态达到，已被 Moore (1962) 和 Myhill (1963) 证明存在。
Self-Replication
CA 中的模式能够创建自身副本的能力，这是冯·诺依曼工作的最初动机，受到生物细胞繁殖的启发。
Totalistic Rule
一种 CA 规则，其中单元格的下一个状态仅取决于其邻域单元格值的总和（或平均值），从而简化了规则空间。
Langton's Ant
一个简单的 2D 元胞自动机，其中一只“蚂蚁”在网格上移动，翻转单元颜色，产生最初的混乱行为，最终形成高速公路图案。
Reversible CA
一种元胞自动机，其中每种配置都有一个独特的前身，Tommaso Toffoli (1977) 研究了这种元胞自动机，用于对遵守时间反转对称性的物理定律进行建模。
Lattice Gas Automaton
一种基于 CA 的模型，用于模拟流体动力学，其中粒子在晶格网格上移动和碰撞，首创于 20 世纪 80 年代。
Wireworld
Brian Silverman 于 1987 年设计的元胞自动机，用于模拟电子逻辑电路，使用四种状态来模拟信号传播。
Hashlife
Bill Gosper 发明的一种算法，通过记忆化利用 CA 进化的重复性，可以极快地计算生命模式。
Spaceship
CA 中的任何模式都可以在网格中进行自身转换，同时保持其结构，从而概括了滑翔机的概念。
Oscillator
CA 中的一种模式，在固定数量的时间步长后返回到其初始状态，在一组有限的配置之间循环。
Still Life
CA 中的一种模式，从一代到下一代保持不变，代表稳定的平衡。

🏆 关键人物

John von Neumann (1948-1952)

创建了第一个元胞自动机（29 个状态）来模拟自我复制，为整个领域奠定了理论基础

Stanislaw Ulam (1951)

向冯诺依曼提出基于细胞的离散方法，激发了从连续模型到离散模型的转变

John Conway (1970)

发明了最著名的细胞自动机生命游戏（1970），被证明是能够进行任何计算的通用计算机

Martin Gardner (1970)

通过《科学美国人》的数学游​​戏专栏普及了康威的生命游戏，引发了全世界的兴趣

Stephen Wolfram (1983-2002)

将所有 256 条基本 CA 规则系统地分为四个行为类别，着有《A New Kind of Science》（2002 年）

Matthew Cook (2004)

已证明的规则 110 是图灵完备的，在最简单的 CA 框架中展示了通用计算

Tommaso Toffoli (1977)

率先用于物理定律建模的可逆元胞自动机（1977 年），共同开发了 CAM-6 元胞自动机

Edward Fredkin (1980s)

提出宇宙本身可能是一个元胞自动机（数字物理），引入宇称法则并指导麻省理工学院的元胞自动机研究

Christopher Langton (1984)

创建了 Langton's Loop (1984)，一个简单的自我复制 CA，并创造了术语“人工生命”来描述基于 CA 的生命模拟

Arthur Burks (1966)

编辑出版了冯·诺依曼的遗作《自复制自动机理论》（1966），为后人保留了基础工作

🎓 学习资源

💬 给学习者的话

元胞自动机教给我们科学上最深刻的教训之一：简单的规则可以创造无限的复杂性。从冯·诺依曼的自我复制机器梦想到沃尔夫勒姆对新型科学的愿景，CA 表明你不需要复杂的指令来构建一个复杂的世界。每当你观看滑翔机飞过生命游戏网格时，你都在见证“涌现”——同样的原理，可以将简单的化学反应转化为活细胞，将简单的神经连接转化为意识。从最简单的规则开始，观察会发生什么，并准备好感到惊讶。

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