zellulärer Automat


zellulärer Automat
zellulärer Automat,
 
ein Automat, der aus zahlreichen identischen Zellen besteht, die flächig oder - seltener - in einem räumlichen Gitter angeordnet sind. Die einzelnen Zellen stellen oft eigenständige Automaten dar, die nur wenige Zustände einnehmen können und gleichen Regeln gehorchen. Entscheidend für das Interesse an zellulären Automaten ist, dass das Zusammenwirken aller Zellen häufig eine höhere Ordnung (Muster, Struktur) hervorbringt. Zelluläre Automaten eignen sich daher u. a. zur Untersuchung der spontanen Entstehung von komplexen Systemen aus ungeordneten durch Selbstorganisation (Komplexität).
 
Die Zellen befinden sich in einem (flächenhaften oder räumlichen) Gitter, dem Zellraum. Die Zellenzustände ändern sich synchron in diskreten Zeitschritten. Dabei können sich nur unmittelbar benachbarte Zellen beeinflussen, die Entwicklung einer Zelle hängt nur von ihrem eigenen Zustand und dem ihrer Nachbarn ab.
 
Unterschiede zwischen zellulären Automaten betreffen die Geometrie des Zellraums, die Zahl der Zustände der Zellen und Entwicklungsregeln der Zelle. Die Geometrie des Zellraums legt die Nachbarschaftsbeziehungen zwischen Zellen weitgehend fest. Gebräuchlich sind v. a. zweidimensionale quadratische Gitter (vier bzw. acht Nachbarn für jede Zelle), aber auch zweidimensionale Bienenwabenstrukturen (sechs Nachbarn) und dreidimensionale kubische Gitter (sechs bzw. 26 Nachbarn). Die Zahl der möglichen Zustände der einzelnen Zellen variiert zwischen zwei bei den einfachsten Automaten und einigen Dutzend. Eine populäres Beispiel ist das von John Horton Conway (*1937) erfundene Game of Life.
 
Die Theorie der zellulären Automaten wurde in den 1940er-Jahren von J. von Neumann und dem Mathematiker Stanislaw Ulam (1909-1984) begründet. Neumann orientierte sich an der Vorstellung, dass hinter allem Leben vergleichsweise einfache logische Regeln stünden, und entwickelte einen abstrakten Automaten, der sich selbst reproduziert. Mit dem Aufschwung von Komplexitätstheorie und Bioinformatik in den 1990er-Jahren sind zelluläre Automaten immer stärker ins Blickfeld der Forschung gelangt.

Universal-Lexikon. 2012.

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