L系统

✍ dations ◷ 2025-02-24 00:38:46 #L系统

Lindenmayer系统,简称L系统,是由荷兰乌特勒支大学的生物学和植物学家,匈牙利裔的林登麦伊尔(Aristid Lindenmayer)于1968年提出的有关生长发展中的细胞交互作用的数学模型,尤其被广泛应用于植物生长过程的研究。

L-system是一系列不同形式的正规语法规则,多被用于植物生长过程建模,但是也被用于模拟各种生物体的形态。L-system也能用于生成自相似的分形,例如迭代函数系统。

作为一位生物学家,Lindenmayer工作的内容是酵母菌和丝状真菌,并研究多种类型的海藻的生长模式,例如蓝绿细菌项圈藻(,淡水藻类的一种)。最初,L系统被设计成用于提供一种关于简单多细胞生物体生长的正规描述,并且试图证明植物细胞之间的紧密关系。不久以后,这个系统被扩展成描述高等植物及其复杂枝杈结构。

L-system的自然递归规则导致自相似性,也因此使得分形一类形式可以很容易的使用L-system描述。植物模型和自然界的有机结构生成,非常相似并很容易被定义,因此通过增加递归的层数,可以缓慢生长并逐渐变得更复杂。L-system同样在制造人造生命领域。L-system 语法与Chomsky语法非常相似,说到L-system通常指的是带参数的L-system,定义如下:

G={V,S,ω,P},

V:变量符号集合

S:常量符号集合

ω:初始状态串

P:产生式规则

自初始状态开始迭代套入L-system的文法规则,和正规文法所产生的语言不同处在于,L-system在一次迭代中可同时套用许多不同的文法规则。如果在一次迭代中只能够套用一个文法规则,产生出来的结果被称为语言而不是L-system。由此可知,L-system为正规文法所产生出的语言的子集合。

Lindenmayer研究海藻生长模式时提出的最早的L-系统:

迭代过程:

n=0:         A           开始 (公理/起始点)            / n=1:       A   B         根据规则(A → AB)起始点A拓展成AB,由于起始点没有B,规则(B → A)没有被用到          /|    n=2:     A B     A       AB中的A拓展成AB,B变成A,于是得到了ABA        /| |     |n=3:   A B A     A B     可以看到每个A都是一个新的子树的根,由此引发出和整体结构同构的子结构。      /| | |    | n=4: A B A A B   A B A   

如果我们观察这个序列的长度就会发现这是一个斐波那契数列——1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 ...(因为我们选择从A开始,故第一个1少掉了)如果我们把A看成一只成年兔子,B看成未成年兔子,那么这个构造和那个著名的兔生兔的构造是一致的。即每个月B会成长成A,而A每个月又会生出一个B。

许多涉及L-systems研究的问题有待解决,比如:

相关

  • 菲比格约翰尼斯·安德列斯·格列伯·菲比格(Johannes Andreas Grib Fibiger,1867年4月23日-1928年1月30日)是一位丹麦科学家,曾获1926年度的诺贝尔生理学或医学奖(1927年颁发)。菲比格声
  • 火星探测任务列表本表纪录世界各国有史以来的探测火星的各项任务,包含环绕、飞越、登陆任务。其中罗塞塔号及黎明号则是利用火星进行重力推进至其他天体。
  • 药师寺凉子之怪奇事件簿药师寺凉子之怪奇事件簿《药师寺凉子之怪奇事件簿》(日语:薬師寺涼子の怪奇事件簿)是日本小说家田中芳树的系列小说,由垣野内成美负责插画及漫画版作画,并改编成同名电视动画。故
  • 校阅女孩《校阅女孩》(日语:校閲ガール,另译:校阅女孩─时尚女孩向前冲)为日本作家宫木绫子(日语:宮木あや子)创作的系列小说。首部作品于2014年3月14日由角川书店出版。2016年10月改编为连
  • 井筒俊彦井筒俊彦(1914年5月4日-1993年1月7日)是一位日本语言学家、伊斯兰教、“形而上学”与东洋思想研究学者,毕业于庆应大学文学部。1957年,井筒俊彦将古兰经首次直接从阿拉伯文译成日
  • 漫画改编的电视剧列表《漫画改编的电视剧列表》是所有受欢迎或特别题材的漫画改编成电视剧的作品。欧洲漫画
  • 神笔马良 (电影)《神笔马良》是一部2014年中国3D奇幻喜剧动画电影,改编自洪汛涛创作的同名童话故事,由华特迪士尼中国创意技术支持、中影股份发行、《功夫熊猫》原班人马配音、钟智行导演,中国
  • 开掌纪念碑开掌纪念碑(Open Hand Monument)是在印度昌迪加尔的一个结构体,由当代建筑师勒·柯比意兴建。勒·柯比意有许多以打开的手掌为主题的雕塑,这是其中尺寸最大的一个, 高26米。开掌
  • 中国福利彩票中国福利彩票,简称福利彩票或福彩,由中华人民共和国民政部直属事业单位中国福利彩票发行管理中心负责发行销售的彩票。福彩与中国体育彩票同为中国大陆主要的彩票发行机构,由其
  • 约瑟夫·赫尔达约瑟夫·赫尔达(斯洛伐克语:Jozef Herda,1910年4月21日-1985年10月4日),斯洛伐克男子摔跤运动员。他曾代表捷克斯洛伐克参加1936年夏季奥林匹克运动会摔跤比赛,获得男子古典式轻量级银牌。