元胞自动机与Multi-Agent模型：金属结晶模拟与分数维研究

本文深入探讨了Multi-Agent元胞自动机模型及其在计算机模拟领域的应用。作者刘舒和余亮，分别来自东南大学经济管理学院和安徽工业大学计算机科学技术系，聚焦于元胞自动机模拟技术（CAST），这是一种开创性方法，用于探索复杂系统，如材料科学、生物学和物理学等领域，被认为是发达国家科研竞争的前沿课题。 元胞自动机（CA）作为一种离散数学模型，通过规则驱动的小单元网格系统来模拟复杂行为。它具有高度的可扩展性和并行性，尤其适用于处理具有分形特性的现象，如金属结晶过程中的枝晶生长。传统CA通常基于固定的规则和邻域结构，但本文创新地引入了Multi-Agent模型，这使得模拟更具灵活性和现实性，能够模拟出不同尺寸、密度的枝晶，展现出自然界的分形特性。 作者首先回顾了CAST的发展历程和构成要素，包括CA点阵的几何结构以及邻域选择的原则。然后，他们分析了CA的分形特征，探讨了简单与复杂在元胞自动机中的关系及其尺度效应。具体到枝晶生长的模拟，作者通过计算机实现了从微观到宏观的模拟，能够根据参数调控枝晶的形态，展示出显著的分形性。 通过图像分析技术，文章计算了枝晶生长过程的分数维，揭示了其分形性质。这种分析方法不仅验证了模型的有效性，也为实际应用提供了理论依据，尤其是在需要大表面积物体的生产领域，如金属加工和材料工程，具有重要的经济价值。 总结来说，这篇论文不仅深化了我们对元胞自动机及其应用的理解，还通过创新的CA+Multi-Agent模型，展示了其在金属结晶模拟中的强大潜力，预示着这一技术在未来可能带来的广阔应用前景。