Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм
Две модели искусственной биологической клетки строятся в мелкозернистой структуре в виде самовоспроизводящейся петли. Модели разработаны на основе алгоритма параллельных подстановок — системы моделирования пространственных мелкозернистых параллельных алгоритмов и архитектур. Модель биологической кле...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2014
|
| Назва видання: | Кибернетика и системный анализ |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115790 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм / С.М. Ачасова // Кибернетика и системный анализ. — 2014. — Т. 50, № 2. — С. 175-184. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-115790 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1157902017-04-13T03:02:33Z Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм Ачасова, С.М. Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа Две модели искусственной биологической клетки строятся в мелкозернистой структуре в виде самовоспроизводящейся петли. Модели разработаны на основе алгоритма параллельных подстановок — системы моделирования пространственных мелкозернистых параллельных алгоритмов и архитектур. Модель биологической клетки строится из искусственного генома, поданного на входную ленту. Построенная модель содержит фенотип в виде совокупности фиксированных данных и генотип в виде совокупности мобильных данных. Такая клетка может быть элементом искусственного многоклеточного организма, который имитирует свойства живых организмов: рост, самовоспроизведение, самовосстановление. Дві моделі штучної біологічної клітини будуються в дрібнозернистій структурі у вигляді самовідтворюваної петлі. Моделі розроблені на основі алгоритму паралельних підстановок — системи моделювання просторових дрібнозернистих паралельних алгоритмів і архітектур. Модель біологічної клітини будується з штучного геному, поданого на вхідну стрічку. Побудована модель містить фенотип у вигляді сукупності фіксованих даних і генотип у вигляді сукупності мобільних даних. Така клітина може бути елементом штучного багатоклітинного організму, який імітує властивості живих організмів: ріст, самовідтворення, самовідновлення. Two models of an artificial biological cell are constructed in a fine-grained structure in the form of a selfreproducing loop. The models are based on the parallel substitution algorithm: a system of spatial modeling of fine-grained parallel algorithms and architectures. The model of a biological cell is constructed from the one-dimensional artificial genome applied to the input tape. The proposed model contains the phenotype as a set of fixed data and the genotype as a set of mobile data. Such a cell can be an element of artificial multicellular organism that simulates the properties of living organisms: growth, self-reproduction, and self-repair. 2014 Article Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм / С.М. Ачасова // Кибернетика и системный анализ. — 2014. — Т. 50, № 2. — С. 175-184. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115790 681.32 ru Кибернетика и системный анализ Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа |
| spellingShingle |
Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа Ачасова, С.М. Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм Кибернетика и системный анализ |
| description |
Две модели искусственной биологической клетки строятся в мелкозернистой структуре в виде самовоспроизводящейся петли. Модели разработаны на основе алгоритма параллельных подстановок — системы моделирования пространственных мелкозернистых параллельных алгоритмов и архитектур. Модель биологической клетки строится из искусственного генома, поданного на входную ленту. Построенная модель содержит фенотип в виде совокупности фиксированных данных и генотип в виде совокупности мобильных данных. Такая клетка может быть элементом искусственного многоклеточного организма, который имитирует свойства живых организмов: рост, самовоспроизведение, самовосстановление. |
| format |
Article |
| author |
Ачасова, С.М. |
| author_facet |
Ачасова, С.М. |
| author_sort |
Ачасова, С.М. |
| title |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| title_short |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| title_full |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| title_fullStr |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| title_full_unstemmed |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| title_sort |
самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115790 |
| citation_txt |
Самовоспроизводящаяся структура как искусственный многоклеточный организм / С.М. Ачасова // Кибернетика и системный анализ. — 2014. — Т. 50, № 2. — С. 175-184. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| series |
Кибернетика и системный анализ |
| work_keys_str_mv |
AT ačasovasm samovosproizvodâŝaâsâstrukturakakiskusstvennyjmnogokletočnyjorganizm |
| first_indexed |
2025-07-08T09:22:27Z |
| last_indexed |
2025-07-08T09:22:27Z |
| _version_ |
1837070075793768448 |
| fulltext |
ÓÄÊ 681.32
Ñ.Ì. À×ÀÑÎÂÀ
ÑÀÌÎÂÎÑÏÐÎÈÇÂÎÄßÙÀßÑß ÑÒÐÓÊÒÓÐÀ ÊÀÊ ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÛÉ
ÌÍÎÃÎÊËÅÒÎ×ÍÛÉ ÎÐÃÀÍÈÇÌ
Àííîòàöèÿ. Äâå ìîäåëè èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè ñòðîÿòñÿ â ìåëêîçåðíèñòîé
ñòðóêòóðå â âèäå ñàìîâîñïðîèçâîäÿùåéñÿ ïåòëè. Ìîäåëè ðàçðàáîòàíû íà îñíîâå àëãîðèò-
ìà ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê — ñèñòåìû ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ ìåëêîçåð-
íèñòûõ ïàðàëëåëüíûõ àëãîðèòìîâ è àðõèòåêòóð. Ìîäåëü áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè ñòðîèòñÿ
èç èñêóññòâåííîãî ãåíîìà, ïîäàííîãî íà âõîäíóþ ëåíòó. Ïîñòðîåííàÿ ìîäåëü ñîäåðæèò
ôåíîòèï â âèäå ñîâîêóïíîñòè ôèêñèðîâàííûõ äàííûõ è ãåíîòèï â âèäå ñîâîêóïíîñòè ìî-
áèëüíûõ äàííûõ. Òàêàÿ êëåòêà ìîæåò áûòü ýëåìåíòîì èñêóññòâåííîãî ìíîãîêëåòî÷íîãî
îðãàíèçìà, êîòîðûé èìèòèðóåò ñâîéñòâà æèâûõ îðãàíèçìîâ: ðîñò, ñàìîâîñïðîèçâåäåíèå,
ñàìîâîññòàíîâëåíèå.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êëåòî÷íûé àâòîìàò, ñàìîâîñïðîèçâîäÿùàÿñÿ ïåòëÿ, ìåëêîçåðíèñòàÿ
ñòðóêòóðà, àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê, èñêóññòâåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà,
èñêóññòâåííûé ìíîãîêëåòî÷íûé îðãàíèçì.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Äæîí ôîí Íåéìàí èñïîëüçîâàë ïîíÿòèå êëåòî÷íîãî àâòîìàòà äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ
è èçó÷åíèÿ ëîãè÷åñêèõ ìîäåëåé ïðîöåññîâ ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ [1]. Îí ñòàâèë
öåëü — âûäåëèòü èç ïðèðîäíîãî ïðîöåññà ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ åãî ëîãè÷åñêóþ
ôîðìó. Êëåòî÷íûé àâòîìàò êàê ìàòåìàòè÷åñêàÿ îñíîâà ïîçâîëÿåò èçó÷àòü ìåõà-
íèçìû ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ â óïðîùåííîé ñðåäå ñ òåì, ÷òîáû íàêîíåö ìîæíî
áûëî ïðèìåíèòü ïðîöåññ ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ â ðåàëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ
óñòðîéñòâàõ.
Èíòåðåñíî çàìåòèòü, ÷òî çà íåñêîëüêî ëåò äî îòêðûòèÿ Äæ. Óîòñîíîì è Ô. Êðè-
êîì ñòðóêòóðû ÄÍÊ â âèäå äâîéíîé ñïèðàëè [2, 3] ôîí Íåéìàí ñôîðìóëèðîâàë íå-
îáõîäèìîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ îäíîìåðíîãî îïèñàíèÿ (ãåíîìà) äëÿ ñàìîâîñïðîèçâîäÿ-
ùåéñÿ ñòðóêòóðû, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà âõîäíóþ ëåíòó è çàòåì ïîðîæäàåò ýòó ñòðóê-
òóðó â êëåòî÷íî-àâòîìàòíîì ïðîñòðàíñòâå. Ïîä÷åðêíåì, ÷òî ýòî äåìîíñòðèðóåò
ñâîéñòâà êëåòî÷íîãî àâòîìàòà êàê óíèâåðñàëüíîãî êîíñòðóêòîðà. Êðîìå òîãî, ôîí
Íåéìàí ñôîðìóëèðîâàë ïðèíöèï äâîéñòâåííîãî èñïîëüçîâàíèÿ èíôîðìàöèè, êîòî-
ðàÿ ïîäàåòñÿ íà âõîäíóþ ëåíòó, ò.å. ãåíîìà: èíôîðìàöèÿ äîëæíà ñëóæèòü ïðî-
ãðàììîé äëÿ ïîñòðîåíèÿ ìàòåðèíñêîé ñòðóêòóðû (òðàíñëÿöèÿ ãåíîìà) è áûòü
ñêîïèðîâàíà â ìàòåðèíñêóþ ñòðóêòóðó (òðàíñêðèïöèÿ ãåíîìà) äëÿ òîãî, ÷òîáû
äàëåå ìîãëè áûòü ïîðîæäåíû äî÷åðíèå ñòðóêòóðû.
Çàòåì èçó÷åíèå ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ áûëî ñâÿçàíî ñ ïåòëåé Ëàíãòîíà [4–6].
Ýòà ñòðóêòóðà ëèøåíà ñâîéñòâà óíèâåðñàëüíîãî êîíñòðóêòîðà è ñïîñîáíà âîñ-
ïðîèçâîäèòü òîëüêî ñàìó ñåáÿ, ýòî ïðÿìîóãîëüíàÿ ïåòëÿ, ïîìåùåííàÿ â äâóìåð-
íîå êëåòî÷íî-àâòîìàòíîå ïðîñòðàíñòâî è ñîçäàííàÿ íà îñíîâå ïåðèîäè÷åñêîãî
èçëó÷àòåëÿ, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ôðàãìåíòîì êëåòî÷íîãî àâòîìàòà Êîääà [7],
â ñâîþ î÷åðåäü, ïîëó÷åííîãî ïóòåì óïðîùåíèÿ àâòîìàòà ôîí Íåéìàíà. Âíóòðè
ìàòåðèíñêîé ïåòëè Ëàíãòîíà öèðêóëèðóåò ñàìîîïèñàíèå (ãåíîì) ïåòëè â âèäå ïî-
ñëåäîâàòåëüíîñòè ñîñòîÿíèé àâòîìàòà. Îäíîâðåìåííî ñ ïîñòðîåíèåì äî÷åðíåé
ïåòëè ãåíîì ïåðåïèñûâàåòñÿ â íåå, è ýòà ïåòëÿ çàòåì ïîðîæäàåò ñâîþ äî÷êó. Ïåòëÿ
Ëàíãòîíà èñïîëüçîâàëàñü â êà÷åñòâå ìîäåëè ïðè ïðîâåðêå ãèïîòåç, îòíîñÿùèõñÿ
ê âîçíèêíîâåíèþ áèîëîãè÷åñêîé æèçíè [8–10]. Ïåòëÿ íàäåëÿëàñü ñïîñîáíîñòüþ
âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ âíåøíèì íàáëþäàòåëåì [11]. Äåëàëèñü ïîïûòêè ñîçäàâàòü
íà îñíîâå ïåòëè «ïîëåçíûé ðåïëèêàòîð» [12, 13], ò.å. êëåòî÷íóþ ñòðóêòóðó, êîòî-
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2 175
© Ñ.Ì. À÷àñîâà, 2014
ðàÿ âìåñòå ñ ïîñòðîåíèåì êîïèé âûïîëíÿåò íåêîòîðóþ âû÷èñëèòåëüíóþ ïðî-
ãðàììó. Ïðè óñïåøíîì ðàçâèòèè òàêîãî íàïðàâëåíèÿ ñàìîâîñïðîèçâîäÿùóþñÿ
ñòðóêòóðó ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê íîâóþ ïàðàäèãìó ïàðàëëåëüíûõ ìåëêîçåð-
íèñòûõ àëãîðèòìîâ è àðõèòåêòóð.
Òåìà íàñòîÿùåé ñòàòüè íàâåÿíà ðàáîòàìè [14–16]. Â íèõ, à òàêæå â [17–19]
ñòðîèòñÿ ñàìîâîñïðîèçâîäÿùàÿñÿ ïåòëÿ íîâîãî òèïà (àâòîðû íàçûâàþò åå èñ-
êóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêîé), êîòîðàÿ, ñòàíîâÿñü êîìïîíåíòîé èñêóññò-
âåííîãî ìíîãîêëåòî÷íîãî îðãàíèçìà, îáåñïå÷èâàåò åìó èìèòàöèþ ñâîéñòâ æè-
âûõ îðãàíèçìîâ: ðîñò, ñàìîâîñïðîèçâåäåíèå, ñàìîâîññòàíîâëåíèå.
 ñòàòüå ïðåäñòàâëåíû äâå ìîäåëè èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè:
åæ-1 è åæ-2, è íà èõ îñíîâå — èñêóññòâåííûé ìíîãîêëåòî÷íûé îðãàíèçì â âèäå
ñàìîâîñïðîèçâîäÿùåéñÿ ñòðóêòóðû, êîòîðûé ìîæåò áûòü ìîäåëüþ âû÷èñëèòåëü-
íûõ óñòðîéñòâ, èìèòèðóþùèõ ñâîéñòâà æèâûõ îðãàíèçìîâ: ðîñò, ñàìîâîñïðîèç-
âåäåíèå, ñàìîâîññòàíîâëåíèå. Èñêóññòâåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà ñòðîèòñÿ èç
ãåíîìà, ïîäàííîãî íà âõîäíóþ ëåíòó. Ðåçóëüòàòîì ïîñòðîåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ìîäåëü
èñêóññòâåííîé êëåòêè, â êîòîðîé çàïèñàí ôåíîòèï â âèäå ñîâîêóïíîñòè ôèêñèðî-
âàííûõ äàííûõ è ãåíîòèï â âèäå ñîâîêóïíîñòè ìîáèëüíûõ äàííûõ. Ôåíîòèï ìî-
æåò ó÷àñòâîâàòü â âûïîëíåíèè çàäàíèÿ, ïðåäëîæåííîãî èñêóññòâåííîìó
ìíîãîêëåòî÷íîìó îðãàíèçìó, ãåíîòèï ñïîñîáåí ïîðîæäàòü äî÷åðíèå êëåòêè.
Ìîäåëè ïîñòðîåíû íà îñíîâå ñõåìû «Àëãîðèòìà ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíî-
âîê» (ÀÏÏ) — óíèâåðñàëüíîé ñèñòåìû ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ ìåëêî-
çåðíèñòûõ ïàðàëëåëüíûõ àëãîðèòìîâ è àðõèòåêòóð [20, 21]. Îïûò ïîñòðîåíèÿ íà
îñíîâå ÀÏÏ ïåòëè Ëàíãòîíà ïðåäñòàâëåí â [22, 23].
ÀËÃÎÐÈÒÌ ÏÀÐÀËËÅËÜÍÛÕ ÏÎÄÑÒÀÍÎÂÎÊ
ÀÏÏ, ÿâëÿÿñü ðàñøèðåííîé ïàðàäèãìîé êëàññè÷åñêîãî êëåòî÷íîãî àâòîìàòà
(ÊÀ), èìååò ïî ñðàâíåíèþ ñ ÊÀ íîâûå ñâîéñòâà, óñèëèâàþùèå åãî ôóíêöèî-
íàëüíûå è âûðàçèòåëüíûå âîçìîæíîñòè. Ýòè ñâîéñòâà ñîñòîÿò â ñëåäóþùåì.
Äîïóñêàåòñÿ ïðîèçâîëüíûé øàáëîí ïîäñòàíîâêè. Â êàæäîì òàêòå îäíà ïîäñòà-
íîâêà ìîæåò èçìåíÿòü ñîñòîÿíèÿ îäíîâðåìåííî íåñêîëüêèõ êëåòîê. Ââåäåí íî-
âûé òèï ïîäñòàíîâêè — ôóíêöèîíàëüíàÿ ïîäñòàíîâêà, â íåé íîâûå ñîñòîÿíèÿ
êëåòîê ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè îò ñîñòîÿíèé ñîñåäíèõ êëåòîê. Ýòè ñâîéñòâà ÀÏÏ
äàþò âîçìîæíîñòü ñîçäàâàòü ëàêîíè÷íîå, ëåãêî îáîçðèìîå è ñòðóêòóðèðîâàí-
íîå îïèñàíèå ïðîöåññà ïîñòðîåíèÿ ìåëêîçåðíèñòûõ ìîäåëåé.
 äàííîé ðàáîòå ÀÏÏ ôóíêöèîíèðóåò â äâóìåðíîì êëåòî÷íî-àâòîìàòíîì
ïðîñòðàíñòâå è â äèñêðåòíîì âðåìåíè. Êàæäàÿ êëåòêà ìîæåò íàõîäèòüñÿ â îäíîì
ñîñòîÿíèè èç íàáîðà âîçìîæíûõ è èçìåíÿòü ñâîå òåêóùåå ñîñòîÿíèå ñîãëàñíî ëî-
êàëüíîìó ïðàâèëó èëè ïîäñòàíîâêå, â êîòîðîé íîâîå ñîñòîÿíèå êëåòêè îïðåäåëÿ-
åòñÿ åå òåêóùèì ñîñòîÿíèåì è ñîñòîÿíèÿìè êëåòîê, âõîäÿùèõ â øàáëîí ïîäñòà-
íîâêè — ãåîìåòðè÷åñêèé îáðàç â äèñêðåòíîì ïðîñòðàíñòâå. Ïîäñòàíîâêè ìîãóò
èìåòü ïðîèçâîëüíûé øàáëîí. Ëåâàÿ ÷àñòü ïîäñòàíîâêè îïðåäåëÿåò óñëîâèå ïðèìå-
íèìîñòè åå è ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé — áàçû è êîíòåêñòà. Ïðàâàÿ ÷àñòü ïîäñòàíîâ-
êè çàäàåò íîâûå ñîñòîÿíèÿ êëåòêàì áàçû. Ñîñòîÿíèÿ êëåòîê ñâîåãî êîíòåêñòà ïîä-
ñòàíîâêà íå èçìåíÿåò. Íîâûå ñîñòîÿíèÿ áàçîâûõ êëåòîê ìîãóò áûòü ëèáî ïðîñòî
ñîñòîÿíèÿìè èç ìíîæåñòâà âîçìîæíûõ (òîãäà ïîäñòàíîâêà íàçûâàåòñÿ ñèìâîëü-
íîé), ëèáî ôóíêöèÿìè îò ñîñòîÿíèé êëåòîê ëåâîé ÷àñòè ïîäñòàíîâêè (â ýòîì ñëó-
÷àå ïîäñòàíîâêà íàçûâàåòñÿ ôóíêöèîíàëüíîé). Âñå ïðèìåíèìûå â íåêîòîðîì
òàêòå äèñêðåòíîãî âðåìåíè ïîäñòàíîâêè âûïîëíÿþòñÿ îäíîâðåìåííî. Ïîñêîëüêó
â ÀÏÏ äîïóñêàåòñÿ ïðîèçâîëüíûé øàáëîí ïîäñòàíîâêè, òî âîçìîæíà ñèòóàöèÿ,
â êîòîðîé îäíà è òà æå êëåòêà îêàçûâàåòñÿ â çîíå ïðèìåíèìîñòè äâóõ ïîäñòàíî-
176 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2
âîê. Åñëè ýòà êëåòêà â îáåèõ ïîäñòàíîâêàõ ÿâëÿåòñÿ êîíòåêñòíîé èëè â îäíîé —
êîíòåêñòíîé, à â äðóãîé — áàçîâîé, òî íå âîçíèêàåò ïðîáëåìû ñ èçìåíåíèåì åå
ñîñòîÿíèÿ. Íå âîçíèêàåò ïðîáëåìû è â òîì ñëó÷àå, êîãäà êëåòêà ÿâëÿåòñÿ áàçîâîé
â îáåèõ ïîäñòàíîâêàõ è åå íîâîå ñîñòîÿíèå îäíî è òî æå â ýòèõ ïîäñòàíîâêàõ.
Ïðîòèâîðå÷èå â ïðèìåíèìîñòè ïîäñòàíîâîê âîçíèêàåò, åñëè ñîñòîÿíèå îáùåé
êëåòêè èçìåíÿåòñÿ äâóìÿ ïîäñòàíîâêàìè ïî-ðàçíîìó. Àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ
ïîäñòàíîâîê äîëæåí ñîäåðæàòü íåïðîòèâîðå÷èâîå ìíîæåñòâî ïîäñòàíîâîê.
 [20, 21] ñôîðìóëèðîâàíû êðèòåðèè íåïðîòèâîðå÷èâîñòè è äàíû ñïîñîáû ïðî-
âåðêè ìíîæåñòâà ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê íà íåïðîòèâîðå÷èâîñòü. Äëÿ èìèòà-
öèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ àëãîðèòìîâ ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê ñîçäàíà ñèñòå-
ìà ìîäåëèðîâàíèÿ ìåëêîçåðíèñòûõ àëãîðèòìîâ è ñòðóêòóð WinALT [24] (ñàéò
ñèñòåìû WinALT. — http://winalt.sscc.ru/).
ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÀß ÁÈÎËÎÃÈ×ÅÑÊÀß ÊËÅÒÊÀ ÅÆ-1
Ê ñîæàëåíèþ, âîçíèêàåò òåðìèíîëîãè÷åñêàÿ êîëëèçèÿ: îäèí è òîò æå òåðìèí —
«êëåòêà» — ïðèìåíÿåòñÿ ê áèîëîãè÷åñêîé è ê ìàòåìàòè÷åñêîé åäèíèöå êàê
ýëåìåíòó êëåòî÷íî-àâòîìàòíîãî ïðîñòðàíñòâà. Ïðåäëàãàåòñÿ ýòó êîëëèçèþ ïðå-
îäîëåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ýëåìåíò êëåòî÷íî-àâòîìàòíîãî ïðîñòðàíñòâà èëè
ìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóðû áóäåì íàçûâàòü, êàê è ïðèíÿòî, êëåòêîé è ïðèëàãà-
òåëüíîå «êëåòî÷íûé» îòíîñèòü òîëüêî ê ìàòåìàòè÷åñêîé êëåòêå. Ïðè óïîìèíà-
íèè èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ íàçâàíèåì, äàí-
íûì çäåñü ìîäåëè èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè, — åæ, èëè óïîòðåá-
ëÿòü ïîëíîå âûðàæåíèå — èñêóññòâåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà, èëè íåìíîãî
óñå÷åííîå — èñêóññòâåííàÿ êëåòêà. Èòàê, â ýòîì ðàçäåëå ïðåäñòàâëåí àëãî-
ðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê YOZH-1, ïî êîòîðîìó èç ÷åòûðåõ ïîëåé
ñòðîèòñÿ èñêóññòâåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà åæ-1. Êàæäîå ïîëå èìååò âèä
óãîëêà è âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÷åòûðå êëåòêè (ðèñ. 1). Èñêóññòâåííûé ãåíîì ñîñòî-
èò èç âîñüìè ñèìâîëîâ [N 1 E 2 S 3 W 4]. Áóêâû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óïðàâ-
ëÿþùèå ôëàãè (North, East, South, West), êîòîðûå íåîáõîäèìû ïðè ïîñòðîåíèè
ñêåëåòà èñêóññòâåííîé êëåòêè äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ ìåæäó åå ïîëÿìè
íà ñåâåð, âîñòîê, þã è çàïàä, à öèôðû — ôóíêöèîíàëüíûå êîäû èñêóññòâåí-
íîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè.
Ê åæó-1 ïîäàåòñÿ äâà ýêçåìïëÿðà ãåíîìà ñ òåì, ÷òîáû ïîñòðîèòü ôåíîòèï
â âèäå ìíîæåñòâà ôèêñèðîâàííûõ ñèìâîëîâ è ãåíîòèï â âèäå ìíîæåñòâà ìîáèëü-
íûõ ñèìâîëîâ. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàí åæ-1 â íóëåâîì òàêòå (êëåòêè ïîëåé ïðîíóìåðî-
âàíû) è â âèäå óñëîâíîãî îáðàçà â ôèíàëüíîì òàêòå.  òðåòüèõ è ÷åòâåðòûõ êëåò-
êàõ ïîëåé çàïèñàí ôåíîòèï (êëåòêè ñ êðåñòàìè âíóòðè), â ïåðâûõ è âòîðûõ
êëåòêàõ ïîëåé öèðêóëèðóåò ãåíîòèï.
Êëåòêè ìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóðû, â êîòîðîé ñòðîèòñÿ åæ-1, ìîãóò íàõîäèòü-
ñÿ â îäíîì èç 11 ñîñòîÿíèé { , , , , , , , , , ,N E S W Î I}1 2 3 4 � . Âîñåìü ñîñòîÿíèé — ýëå-
ìåíòû ãåíîìà, � — ñîñòîÿíèå ïîêîÿ, Î è I — ñîñòîÿíèÿ, ÿâëÿþùèåñÿ äîïîëíè-
òåëüíûìè óïðàâëÿþùèìè ôëàãàìè.
Àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíî-
âîê YOZH-1 ñîñòîèò èç òðåõ ôóíêöèî-
íàëüíûõ ïîäñòàíîâîê: � � �1 2 3, , è øåñòè
ñèìâîëüíûõ: � �4 9, ,� . Íà ðèñ. 2, à ïî-
êàçàíû øàáëîíû äëÿ ôóíêöèîíàëüíûõ
ïîäñòàíîâîê. Ðàäè ëàêîíè÷íîñòè ìû îáú-
åäèíèëè â îäíó ïîäñòàíîâêó ðàçíûå øàá-
ëîíû, êîòîðûå ðàáîòàþò ñ îäíîé è òîé
æå ôóíêöèåé.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2 177
t � 0 t �16
N 1 E 2 S 3 W 4 N 1 E 2 S 3 W 4
4 4
3 3
2 21 1
1 12 2
3 3
4 4
Ðèñ. 1
Íà ðèñ. 2, á ïîêàçàíû ïîäñòàíîâêè: â ëåâîé êîëîíêå — ôóíêöèîíàëüíûå,
â öåíòðàëüíîé è ïðàâîé êîëîíêàõ — ñèìâîëüíûå. Íà ðèñ. 2, â äàíû ôóíêöèè, èñ-
ïîëüçóåìûå â ôóíêöèîíàëüíûõ ïîäñòàíîâêàõ. Âñå ìíîæåñòâî ïîäñòàíîâîê â ñî-
îòâåòñòâèè ñ ôóíêöèÿìè, âûïîëíÿåìûìè èìè, ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ãðóïïû.
Îäíó ãðóïïó íàçîâåì ãðóïïîé ôëàãîâ, åå ñîñòàâëÿþò ïîäñòàíîâêè � � �4 5 6, , , êî-
òîðûå ââîäÿò óïðàâëÿþùèå ôëàãè O è I. Ïîäìíîæåñòâî ïîäñòàíîâîê
� � � �1 7 8 9, , , îáðàçóåò ãðóïïó ñîáñòâåííî ïîñòðîåíèÿ åæà-1. Ïîäñòàíîâêè � �2 3,
ñîñòàâëÿþò ãðóïïó äâèæåíèÿ.
Ôëàã O ñëåâà îò òðåòüåé êëåòêè ëåâîãî âåðõíåãî ïîëÿ ñòàâèòñÿ â íóëåâîì
òàêòå, çàòåì â òàêòå 4 âìåñòå ñ çàâåðøåíèåì ôîðìèðîâàíèÿ ëåâîãî âåðõíåãî ïîëÿ
178 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2
Ðèñ. 2
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8
�
x u
s t
t s
u x
�
x
s t x
x
x
t s s
t
x
x
t
s
s t u
u t s
à
�1: in P1, P2 do f1
�2: in P3, P4, P5, P6 do f2
�3: in P7, P8 do f3
�7:
�8:
�9:
N �
1 �
� I
� �
E
2
�
�
2
S
�
Î
�
�
S
�
�
�
�
Î
� 3
� S
� �
I �
1 I
E �
� �
� E
� W
I 3
W �
� �
�4:
�5:
�6:
á
f t s u t u x x
f t s t x
1
2
: , , , [ (
: , (
� � � � � � � � �
� � � � �
� �if O I)]
if O)
f t s u t t u x3 : , , (� � � � � � � � �if I)
â
0 1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11
13 14 15 1612
O O
N
O
1 N
O N
E 1 2 E
N
O 1 I
N
O 1 I
S 2 E
N
O 1 I
3 S 2 E
N
O 1 I
W 3 S 2
E
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E N
O 1 I
N 4 W 3
2
E
O O
S
N
O 1 I
1 N 4 W
2
E
O
3S
N
O 1 I
E 1 N 4
2
E
O
W3
S
N
O 1 I
2 E 1 N
2
E
O
4W
3
S
I
N
O 1 I
S 2 E 1
2
E
O
N4
3
S
I
W
N
O 1 I
3 S 2 E
2
E
O
N4
3
S
I
W 1
N
O 1 I
W 3 S 2
2
E
O
1N
3
S
I
4 E
W
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E
O
E1
3
S
I
N 2
4
W
Ðèñ. 3
ôëàã I ñòàâèòñÿ ñëåâà îò òðåòüåé êëåòêè ïðàâîãî âåðõíåãî ïîëÿ. È äàëåå O ïîÿâëÿ-
åòñÿ â òàêòå 8 ñïðàâà îò òðåòüåé êëåòêè ïðàâîãî íèæíåãî ïîëÿ, I — â òàêòå 12 ñïðà-
âà îò òðåòüåé êëåòêè ëåâîãî íèæíåãî ïîëÿ. Ïîäñòàíîâêà �1 îòâå÷àåò çà ïîñòðîåíèå
ïîëåé åæà-1 è çà ôîðìèðîâàíèå ôåíîòèïà. Ïîäñòàíîâêè �7 , �8 , �9 îáåñïå÷èâàþò
ïåðåõîä èíôîðìàöèè îò îäíîãî ïîëÿ åæà-1 (ïîñëå òîãî, êàê ýòî ïîëå ïîñòðîåíî)
ê äðóãîìó. Îò âòîðîé êëåòêè ëåâîãî âåðõíåãî ïîëÿ ïðîèñõîäèò ñîåäèíåíèå íà âîñ-
òîê ê ïðàâîìó âåðõíåìó ïîëþ è ïîñòðîåíèå åãî, îò âòîðîé êëåòêè ïðàâîãî âåðõíå-
ãî ïîëÿ — ñîåäèíåíèå íà þã ê ïðàâîìó íèæíåìó ïîëþ è ïîñòðîåíèå åãî
è äàëåå — íà çàïàä îò âòîðîé êëåòêè ïðàâîãî íèæíåãî ïîëÿ ê ëåâîìó âåðõíåìó
ïîëþ è ïîñòðîåíèå åãî. Ïîäñòàíîâêè �2 , �3 îðãàíèçóþò öèðêóëÿöèþ ãåíîìà
â åæå-1. Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåí àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê YOZH-1.
ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÀß ÁÈÎËÎÃÈ×ÅÑÊÀß ÊËÅÒÊÀ ÅÆ-2
Èñêóññòâåííàÿ êëåòêà åæ-2 ïîðîæäàåòñÿ ãåíîìîì èç 16-òè ýëåìåíòîâ [N E1 2
E E S W W W3 4 5 6 7 8]. Ê åæó-2 òàê æå, êàê è ê åæó-1, ïîäàåòñÿ äâà ýêçåì-
ïëÿðà ãåíîìà. Åæ-2 ñîñòîèò èç âîñüìè ïîëåé òîãî æå âèäà, ÷òî è åæ-1: ÷åòûðå
ïîëÿ ñâåðõó è ÷åòûðå ñíèçó.  òðåòüèõ è ÷åòâåðòûõ êëåòêàõ ïîëåé ôîðìèðóåò-
ñÿ ôåíîòèï, â ïåðâûõ è âòîðûõ êëåòêàõ ïîëåé öèðêóëèðóåò ãåíîòèï. Îïèøåì
àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê YOZH-2, ïî êîòîðîìó ñòðîèòñÿ èñêóññò-
âåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà åæ-2. Êëåòêè ìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóðû, â êîòî-
ðîé ñòðîèòñÿ åæ-2, ìîãóò íàõîäèòüñÿ â îäíîì èç 15-òè ñîñòîÿíèé
{ , , , , , , , , , , , , , ,N E S W Î I}1 2 3 4 5 6 7 8 � . Àëãîðèòì ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê
YOZH-2 ñîñòîèò èç âîñüìè ôóíêöèîíàëüíûõ ïîäñòàíîâîê: � �1 8, ,� è äâóõ
ñèìâîëüíûõ: � �9 10, . Íà ðèñ. 4, à ïîêàçàíû øàáëîíû äëÿ ôóíêöèîíàëüíûõ
ïîäñòàíîâîê, íà ðèñ. 4, á — ïîäñòàíîâêè, íà ðèñ. 4, â äàíû ôóíêöèè, èñïîëü-
çóåìûå â ôóíêöèîíàëüíûõ ïîäñòàíîâêàõ.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2 179
Ðèñ. 4
P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10P1�
x u
s t
t s
u x
�
x
s t x
x
x
t s s
t
x
x
t
s
s t u
u t s s �
t u
x
t
s
�
à
�1: in P1, P2 do f1
�2: in P3, P4, P5, P6 do f2
�3: in P7, P8 do f3
�4: in P9 do f4
�5: in P9 do f5
�6: in P9, P10 do f6
�7: in P9 do f7
�8: in P9 do f8
�9:
�10:
� 6
� W
� �
O �
4
S
�
�
�
�
S
�
á â
f t s u t x x
f t s t x x
1
2
: , , [ ( )]
: , (
� � � � � � � �
� � � � � � �
if O I
if [ O I
�
)
: , , [ ( )]
: , {(
]
if O I
I if
f t s u t t u x x
f u u
3
4
� � � � � � � � � � �
� � � � � � � � � � � � � � �
� � � � � � � �
) [( ) ( )]}
: , {( ) [(
s t s t
f u s t u
N 1 E
I if
3
5 5 S 7 W
O if E 2 4
� � � � � �
� � � � � � � � � � � �
� �
� �
) ( )]}
: , [( ) (
u
f s u t t6 )]
: , {(
[( ) ( ) (
f t t
u s u s u s
7
1
� �� � � � � �
� � � � � � � � � � �
if E)
I O 2 I �
� � � � � �
� � � � � � � � � �
3
5
8
)]}
: , {(
[( ) ( ) (
f s u s u
t t t
if W)
I I 7� � O � �� 6)]}
 ïðîãðàììå YOZH-2 ãðóïïó ôëàãîâ ñîñòàâëÿþò ïîäñòàíîâêè � � � �4 5 6 9, , , .
Ïîäìíîæåñòâî ïîäñòàíîâîê � � � �1 7 8 10, , , îáðàçóåò ãðóïïó ïîñòðîåíèÿ åæà-2.
Ïîäñòàíîâêè � �2 3, ñîñòàâëÿþò ãðóïïó äâèæåíèÿ. Ôëàã O ñëåâà îò òðåòüåé êëåò-
êè ïåðâîãî âåðõíåãî ïîëÿ ñòàâèòñÿ â íóëåâîì òàêòå, çàòåì â òàêòå 4 âìåñòå ñ çà-
âåðøåíèåì ôîðìèðîâàíèÿ ïåðâîãî âåðõíåãî ïîëÿ ôëàã I ñòàâèòñÿ ñëåâà îò âòîðî-
ãî âåðõíåãî ïîëÿ, êàê ïðè ïîñòðîåíèè åæà-1. È äàëåå, O ïîÿâëÿåòñÿ â òàêòå 8 ñëå-
âà îò òðåòüåãî âåðõíåãî ïîëÿ, I — â òàêòå 12 ñëåâà îò ÷åòâåðòîãî âåðõíåãî ïîëÿ,
O — â òàêòå 16 ñïðàâà îò íèæíåãî ïîëÿ êðàéíåãî ñïðàâà, I — â òàêòå 20 ñïðàâà îò
ñëåäóþùåãî íèæíåãî ïîëÿ è ò.ä. (ðèñ. 5). Ïîäñòàíîâêà �1 îòâå÷àåò çà ïîñòðîåíèå
ïîëåé åæà-2 è â òîì ÷èñëå çà ôîðìèðîâàíèå ôåíîòèïà. Ïîäñòàíîâêè � �7 8, è �10
îáåñïå÷èâàþò ïåðåõîä èíôîðìàöèè îò îäíîãî ïîëÿ åæà-2 ê äðóãîìó. Îò âòîðîé
êëåòêè êðàéíåãî ëåâîãî âåðõíåãî ïîëÿ ïðîèñõîäèò ñîåäèíåíèå íà âîñòîê (�7).
Äàëåå åùå äâà ðàçà èäåò ñîåäèíåíèå íà âîñòîê (�7). Îò âòîðîé êëåòêè êðàé-
íåãî ïðàâîãî âåðõíåãî ïîëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñîåäèíåíèå íà þã (�10). Îò âòîðîé
êëåòêè êðàéíåãî ïðàâîãî íèæíåãî ïîëÿ äåëàåòñÿ ñîåäèíåíèå íà çàïàä (�8). Äàëåå
åùå äâà ðàçà èäåò ñîåäèíåíèå íà çàïàä (�8). Ïîäñòàíîâêè � �2 3, îðãàíèçóþò öèð-
êóëÿöèþ ãåíîòèïà â ïåðâûõ è âòîðûõ êëåòêàõ âîñüìè ïîëåé åæà-2. Íà ðèñ. 5
ïðåäñòàâëåíà ðàáîòà àëãîðèòìà YOZH-2.
ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÛÉ ÌÍÎÃÎÊËÅÒÎ×ÍÛÉ ÎÐÃÀÍÈÇÌ
Ïîñòðîåííàÿ èç ãåíîìà èñêóññòâåííàÿ áèîëîãè÷åñêàÿ êëåòêà ñïîñîáíà ïîðî-
äèòü äî÷åê â âåðòèêàëüíîì è ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèÿõ, òå äàëåå ïîðîæäà-
þò ñâîèõ äî÷åê è, çàïîëíÿÿ òàêèì îáðàçîì äîñòóïíîå 2D êëåòî÷íî-àâòîìàòíîå
ïðîñòðàíñòâî, îáðàçóþò èñêóññòâåííûé ìíîãîêëåòî÷íûé îðãàíèçì. Íà ðèñ. 6
äàíû ïîäñòàíîâêè, êîòîðûå íóæíî äîáàâèòü â ïðîãðàììû YOZH-1 è YOZH-2,
÷òîáû îíè ñòàëè ïðîãðàììàìè ïîñòðîåíèÿ ìíîãîêëåòî÷íîãî îðãàíèçìà íà
îñíîâå èñêóññòâåííûõ êëåòîê åæ-1 è åæ-2.
180 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2
N
O 1 I
8 W 7 W
2
E
O
E1
7
W
I
N 2
8
W
E
O 3 I
6 W 5 S
4
E
O
E3
5
S
I
E 4
6
W
N
O 1 I
W 7 W 6
2
E
O
1N
7
W
I
8 E
W
E
O 3 I
W 5 S 4
4
E
O
3E
5
S
I
2 E
6
W
I IO O
O OI I
3231
1716 20
N E E E
O 1 I
8 W 7 W
2 O 3 I
6 W 5 S
4
O
80 12
N E
O 1 I
4 E 3 E
2 O
N E
O 1 I
6 W 5
O 3 I
4 E
E
2
S
N E E E
O 1 I
N 8 W 7
2 O 3 I
W 6 W 5
4
O
S
O
N E E E
O 1 I
2 E 1 N
2 O 3 I
8 W 7 W
4
O
6W
5
S
I
Ðèñ. 5
Ãåíîì èç ìàòåðèíñêîé êëåòêè äîëæåí áûòü ïåðåäàí â âåðòèêàëüíîì è ãîðè-
çîíòàëüíîì íàïðàâëåíèÿõ äëÿ ïîñòðîåíèÿ äî÷åðíèõ êëåòîê. Ïðåæäå âñåãî íóæíî
ïîñòðîèòü ìîñòèêè äëÿ äâèæåíèÿ ãåíîìà. Ìîñòèêè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîþ ôëàã J
è ñòðîÿòñÿ ñèìâîëüíûìè ïîäñòàíîâêàìè: T1 è T F2 1, è F2 :T1 è T2 ñòðîÿò ìîñòèê
îò åæà-1 ïî âåðòèêàëè è ãîðèçîíòàëè ñîîòâåòñòâåííî, F1 è F2 — îò åæà-2 òàêæå
ïî âåðòèêàëè è ãîðèçîíòàëè. Ïîäñòàíîâêè T T1 2, è F F1 2, äîïîëíÿþò ãðóïïû ôëà-
ãîâ â ïðîãðàììàõ YOZH-1 è YOZH-2. Øàáëîíû ïîäñòàíîâîê T1 è F1 èìåþò ðàç-
ðûâû, ñîñòîÿíèÿ êëåòîê ñ êîîðäèíàòàìè ( , )i j 2 è ( , )i j 3 íå ó÷èòûâàþòñÿ ïðè
ðàáîòå ïîäñòàíîâîê T1 è F1, ò.å. ýòè êëåòêè íå âõîäÿò íè â áàçó, íè â êîíòåêñò
ïîäñòàíîâîê. Â øàáëîíå ïîäñòàíîâêè F1 äîïîëíèòåëüíàÿ êîíòåêñòíàÿ êëåòêà
( , )i j �1 1 âñòàâëåíà äëÿ òîãî, ÷òîáû íå âîçíèêëà êîëëèçèÿ íà 20-ì òàêòå ïîñòðîå-
íèÿ åæà-2 (ñì. ðèñ. 5), ò.å. íå áûë ïîñòðîåí ìîñòèê èç ñåðåäèíû åæà-2, íå ïðåäóñ-
ìîòðåííûé àëãîðèòìîì. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ïîäñòàíîâêà: T3 îñóùåñòâëÿåò äâèæå-
íèå ãåíîìà èç ìàòåðèíñêîé êëåòêè â âåðòèêàëüíîì è ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëå-
íèÿõ äëÿ ïîñòðîåíèÿ äî÷åðíèõ êëåòîê. Îíà äåéñòâóåò â øàáëîíàõ R1
(â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè) è R2 (â ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèè), êîòîðûå
èìåþò ðàçðûâû. Â ãðóïïû äâèæåíèÿ êàê ïðîãðàììû YOZH-1, òàê è ïðîãðàììû
YOZH-2 äîáàâëÿåòñÿ îäíà è òà æå ïîäñòàíîâêà T3 , îíà ãîäíà äëÿ îáåèõ ïðîã-
ðàìì. Òàêæå äëÿ îáåèõ ïðîãðàìì ãîäíû ïîäñòàíîâêè T4 è T5 ; T4 ðàçðóøàåò âåð-
òèêàëüíûé ìîñòèê ïîñëå òîãî, êàê èç ìàòåðèíñêîé êëåòêè â äî÷åðíþþ ïîñòóïèëî
äâà ýêçåìïëÿðà ãåíîìà â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè, T5 ðàçðóøàåò
ãîðèçîíòàëüíûé ìîñòèê ïîñëå òîãî, êàê èç ìàòåðèíñêîé êëåòêè â äî÷åðíþþ
ïîñòóïèëî äâà ýêçåìïëÿðà ãåíîìà â ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèè. Ýòè ïîäñòà-
íîâêè ñîñòàâëÿþò åùå îäíó ãðóïïó â ïðîãðàììàõ YOZH-1 è YOZH-2 — ãðóïïó
ðàçðóøåíèÿ.
Ïîñëå âûïîëíåíèÿ äîïîëíåííûõ íîâûìè ïîäñòàíîâêàìè ïðîãðàìì YOZH-1
èëè YOZH-2 îêàçûâàåòñÿ ïîñòðîåííûì èñêóññòâåííûé ìíîãîêëåòî÷íûé îðãà-
íèçì íà îñíîâå èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè åæ-1 èëè åæ-2 ñîîòâåò-
ñòâåííî. Íà ðèñ. 7 ïîêàçàíî íåñêîëüêî øàãîâ ïîñòðîåíèÿ èñêóññòâåííîãî îðãà-
íèçìà íà îñíîâå åæà-1. Óñëîâèå äëÿ ïîñòðîåíèÿ âåðòèêàëüíîé äî÷åðíåé êëåòêè
åæ-1 ïîÿâëÿåòñÿ â ïðîöåññå ïîñòðîåíèÿ ñàìîé ìàòåðèíñêîé êëåòêè åæ-1 íà 8-ì
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2 181
j 4
j 3
j 2
j 1
j
j � 1
j � 2
i
R2 T3: in R1, R2 do g1
g1: u � s, if (� � �� t � J )
W
J
R1
T1:
�
�
O
�
�
J
�
�
�
�
O
4
F1:
j 5
j 4
j 3
j 2
j 1
j
j � 1
j � 2
�
�
O
�
�
J
�
�
�
�
O
8
�1
i i 1
T2:
F2:
�
�
�
�
4 �
8 �
O
�
O
�
� J
� J
i
j 5
j 4
j 3
j 2
j 1
j
j � 1
j � 2
u
s
�
t
T4: �
�
j
j � 1
j � 2
j �
s t u
�
i i + 1 i + 2
T5:
i i 1
W
J �
�
j
j � 1
j � 2
j �
Ðèñ. 6
òàêòå (ñì. ðèñ. 3). Ïîýòîìó èëëþñòðàöèþ ïîñòðîåíèÿ ìíîãîêëåòî÷íîãî îðãàíèçìà
íà÷èíàåì ñ 8-ãî òàêòà. Äàëåå îäíîâðåìåííî ïðîäîëæàåòñÿ ïîñòðîåíèå ìàòåðèí-
ñêîé êëåòêè è íà÷èíàåòñÿ ïîñòðîåíèå äî÷åðíåé êëåòêè â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëå-
íèè. Â 11-ì òàêòå ïîñòðîåíèÿ ìàòåðèíñêîé êëåòêè (ñì. ðèñ. 3) âîçíèêàåò óñëîâèå
äëÿ ïîñòðîåíèÿ äî÷åðíåé êëåòêè â ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèè.  9- è 12-ì òàê-
òàõ ïîÿâëÿþòñÿ ôëàãè O è J äëÿ âåðòèêàëüíîé è ãîðèçîíòàëüíîé äî÷åðíèõ êëåòîê.
Äëÿ ïîñòðîåíèÿ åæà-1 íóæíî 16 òàêòîâ (ñì. ðèñ. 3). Ïîñòðîåíèå äî÷åðíåé êëåòêè
ïî âåðòèêàëè íà÷èíàåòñÿ â 10-ì òàêòå è çàêàí÷èâàåòñÿ â 25-ì.  26-ì òàêòå ïîäñòà-
íîâêà T4 ðàçðóøàåò âåðòèêàëüíûé ìîñòèê ìåæäó ìàòåðèíñêîé è äî÷åðíåé êëåòêà-
ìè, ò.å. óáèðàåò ôëàã J. Äî÷åðíÿÿ êëåòêà ïî ãîðèçîíòàëè íà÷èíàåò ñòðîèòüñÿ
â 13-ì òàêòå è â 28-ì åå ïîñòðîåíèå çàêàí÷èâàåòñÿ.  29-ì òàêòå ïîäñòàíîâêà T5
ðàçðóøàåò ãîðèçîíòàëüíûé ìîñòèê ìåæäó ìàòåðèíñêîé è äî÷åðíåé êëåòêàìè, ò.å.
óáèðàåò ôëàã J. Ïðàâàÿ âåðõíÿÿ êëåòêà åæ-1 íà÷èíàåò ñòðîèòüñÿ â 22-ì òàêòå è çà-
êàí÷èâàåòñÿ åå ïîñòðîåíèå â 37-ì òàêòå.  20-ì òàêòå âîçíèêàåò óñëîâèå ïîñòðîå-
íèÿ ýòîé êëåòêè îäíîâðåìåííî ïî âåðòèêàëè è ãîðèçîíòàëè.
182 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2
8 9 11 1612
O O
1 N
O N
E 1
N
O 1 I
W 3 S 2
E
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E N
O 1 I
N 4 W 3
2
E
S
J N
O 1 I
E 1 N 4
2
E
W
J
3
S O
O O
N
O 1 I
2 E 1 N
2
EJ
4W
3 OI
S
J
N
1 I
2 EJ
N
O 1 I
4 W 3 S
2
EJ
2E
3 OI
S
1N
W
4
20 2821
29 3837
N
O 1 I
E 1 N 4
2
E
W3
S O
J
N
O 1 I
2 E 1 N
2
EJ
4W
3 OI
S
S
W
4
3
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E
O
O
N
O 1 I
2 E 1 N
2
E
4W
3 OI
S
J
N
O 1 I
S 2 E 1
2
EJ
N4
3 OI
S
3
W
4
W
N
O 1 I
N 4 W 3
2
EJ
S
O
J
N
O 1 I
E 1 N 4
2
E
J
W3
3 OI
S
2
W
4
S
N
O 1 I
W 3 S 2
E
N
O 1 I
2 E 1 N
2
E
4W
3 OI
S
S
W
4
3
J
3 OI
SW
4
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E
2EN 1
J
N
O 1 I
2 E 1 N
2
E
J
4W
3 OI
S
S
W
4
3
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E
N
O 1 I
S 2 E 1
2
E
N4
3 OI
S
3
W
4
W
N
O 1 I
N 4 S 3
2
EJ
S2
3 OI
S
1
W
4
E
N
O 1 I
2 E 1 N
2
E
4W
3 OI
S
S
W
4
3
N
O 1 I
4 W 3 S
2
E
J
2E
3 OI
S
N
W
4
1
N
O 1 I
S 2 E 1
2
E
N4
3 OI
S
3
W
4
W
N
O 1 I
1 N 2 E
2
EJ
3S
3 OI
S
E
W
4
2
N
O 1 I
S 2 E 1
2
E
N4
3 OI
S
3
W
4
W
N
O 1 I
N 4 W 3
2
E
S2
3 OI
S
1
W
4
E
N
O 1 I
3 S 2 E
2
E
1N
3 OI
S
W
W
4
4
N
O 1 I
E 1 N 4
2
E
W3
3 OI
S
2
W
4
S
Ðèñ. 7
 21-ì òàêòå ïîäñòàíîâêè T1 è T2 ñòàâÿò ôëàã J îäíîâðåìåííî ïî ãîðèçîíòà-
ëè îò âåðõíåãî ëåâîãî è ïî âåðòèêàëè îò ïðàâîãî íèæíåãî åæåé-1. Ãåíîì â ñòðîÿ-
ùóþñÿ âåðõíþþ ïðàâóþ êëåòêó ïîñòóïàåò îäíîâðåìåííî ïî ãîðèçîíòàëè è âåð-
òèêàëè. Ýòî èçáûòî÷íî, è ìîæíî áûëî áû ââåäåíèåì åùå îäíîé ïîäñòàíîâêè
óñòðàíèòü èçáûòî÷íîñòü, ò.å. ïîçâîëèòü ïîñòóïàòü ãåíîìó òîëüêî ïî îäíîìó íà-
ïðàâëåíèþ. Íî ýòî íå ñäåëàíî, ïîñêîëüêó íå âîçíèêàåò ïðîòèâîðå÷èâîé ñèòóà-
öèè, êîòîðàÿ ìîãëà áû âîçíèêíóòü, åñëè áû â îäíîì è òîì æå òàêòå ïðàâîãî
âåðõíåãî åæà-1 ïîñòóïàëè ðàçíûå ýëåìåíòû ãåíîìà.
Èòàê, ïîñòðîåí èñêóññòâåííûé ìíîãîêëåòî÷íûé îðãàíèçì èç ÷åòûðåõ åæåé-1
(ñòîëüêî ïîìåñòèëîñü â çàäàííîå êëåòî÷íî-àâòîìàòíîå ïðîñòðàíñòâî), â èñêóñ-
ñòâåííûõ êëåòêàõ öèðêóëèðóåò ãåíîì. Èñêóññòâåííûé îðãàíèçì ïî ïðîãðàììå
YOZH-2 ñòðîèòñÿ òàê æå, êàê ïî ïðîãðàììå YOZH-1, ñ òîé ëèøü ðàçíèöåé, ÷òî
ãåíîì äëÿ åæà-2 â äâà ðàçà äëèííåå, ÷åì äëÿ åæà-1, è ïîýòîìó âåñü ïðîöåññ ïî-
ñòðîåíèÿ ïî ïðîãðàììå YOZH-2 áåðåò â äâà ðàçà áîëüøå òàêòîâ, ÷åì ïðîöåññ
ïîñòðîåíèÿ ïî ïðîãðàììå YOZH-1.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
Íà îñíîâå ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ ìåëêîçåðíèñòûõ ïàðàëëåëü-
íûõ àëãîðèòìîâ è àðõèòåêòóð — ñõåìà «Àëãîðèòìà ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê»
— ðàçðàáîòàíû äâå ïðîãðàììû ïîñòðîåíèÿ â êëåòî÷íîì ïðîñòðàíñòâå äâóõ âàðè-
àíòîâ ìîäåëè èñêóññòâåííîé áèîëîãè÷åñêîé êëåòêè â âèäå ñàìîâîñïðîèçâîäÿùåé-
ñÿ ïåòëè. Èñêóññòâåííàÿ êëåòêà ñòðîèòñÿ èç ãåíîìà, ïîäàííîãî íà âõîäíóþ ëåí-
òó. Ðåçóëüòàòîì ïîñòðîåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ìîäåëü êëåòêè, â êîòîðîé çàïèñàí ôåíîòèï
êàê ñîâîêóïíîñòü ôèêñèðîâàííûõ äàííûõ è ãåíîòèï êàê ñîâîêóïíîñòü ìîáèëü-
íûõ äàííûõ. Òàêàÿ êëåòêà ìîæåò áûòü ýëåìåíòîì èñêóññòâåííîãî ìíîãîêëåòî÷-
íîãî îðãàíèçìà, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé óñòðîéñòâî, ïîñòðîåíèå êîòîðîãî ñòàð-
òóåò îò îäíîìåðíîãî èñêóññòâåííîãî ãåíîìà, äàëåå ñïîñîáíî ðàñòè è èìèòèðî-
âàòü ñâîéñòâà æèâûõ îðãàíèçìîâ: ñàìîâîñïðîèçâåäåíèå, ñàìîâîññòàíîâëåíèå.
Òàêèå óñòðîéñòâà, íàäåëåííûå ñâîéñòâàìè îòêàçîóñòîé÷èâîñòè (ðîáàñòíîñòè) è
ñàìîîðãàíèçàöèè, öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü â èññëåäîâàíèè êîñìè÷åñêîãî
ïðîñòðàíñòâà, â ðàäèîàêòèâíûõ ñðåäàõ, àâèîíèêå è ò.ï. Äàëüíåéøèå èññëåäî-
âàíèÿ ñâÿçàíû ñ ðàçðàáîòêîé àëãîðèòìîâ ñàìîâîññòàíîâëåíèÿ èñêóññòâåííîãî
îðãàíèçìà â ñëó÷àå ïîâðåæäåíèÿ åãî ýëåìåíòîâ è ñïîñîáîâ íàäåëåíèÿ åãî âîç-
ìîæíîñòÿìè âûïîëíåíèÿ çàäàííûõ ôóíêöèé.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. V o n N e u m a n n J . Theory of self-replication automata / A.W. Burks (ed.) — University of
Illinois Press, 1966. Ðóñ. ïåðåâîä: Äæ. ôîí Íåéìàí. Òåîðèÿ ñàìîâîñïðîèçâîäÿùèõñÿ àâòîìàòîâ.
— Ì.: Ìèð, 1971. — 382 c.
2. W a t s o n J . , C r i c k F . A structure for deoxyribose nucleic acid // Nature. — 1953. — 171. —
P. 737–738.
3. W a t s o n J . D . The double helix. — New York: Atheneum, 1968. Ðóñ. ïåðåâîä: Äæ. Ä. Óîòñîí.
Äâîéíàÿ ñïèðàëü. — Ì.: Ìèð, 1969. — 152 ñ.
4. L a n g t o n C . G . Self-replication in cellular automata // Physica D. — 1984. — 10. — P. 135–144.
5. B y l J . Self-reproduction in small cellular automata // Ibid. — 1989. — 34. — P. 295–300.
6. R e g g i a J . A . , A r m e n t r o u t S . I . , C h o u H . - H . , P e n g Y . Simple systems that exhibit
self-directed replication // Science. — 1993. — 259. — P. 1282–1287.
7. C o d d E . F . Cellular automata. — New York: Academ. Press, 1968. — 122 p.
8. L a n g t o n C . G .. Studying artificial life with cellular automata // Physica D. — 1986. — 22. —
P. 120–149.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2 183
9. C h o u H . - H . , R e g g i a J . A . Emergence of self-reproducing structures in a cellular automata
space // Ibid. — 1997. — 110. — P. 252–276.
10. A z p e i t i a I . , I b a n e z J . Spontaneous emergence of robust cellular replicators // Lect. Notes
in Comput. Sci. — 2002. — 2493. — P. 132–143.
11. S t a u f f e r A . , S i p p e r M . Externally controllable and destructible self-replicating loops // Lect.
Notes in Artif. Intel. — 2001. — 2159. — P. 282–291.
12. C h o u H . - H . , R e g g i a J . A . Problem solving during artificial selection of self-replicating
loops // Physica D. — 1998. — 115. — P. 293–312.
13. P e t r a g l i o E . , H e n r y J . - M . , T e m p e s t i G . Arithmetic operations on self-replicating
cellular automata // Lect. Notes in Artif. Intel. — 1999. — 1674. — P. 447–456.
14. M a n g e D . , S t a u f f e r A . , P e t r a g l i o E . , T e m p e s t i G . Embryonic machines that
divide and differentiate. // Lect. Notes in Comput. Sci. — 2004. — 3141. — P. 201–216.
15. M a n g e D . , S t a u f f e r A . , P e t r a g l i o E . , T e m p e s t i G . Self-replicating loop with
universal construction // Physica D. — 2004. — 191. — P. 178–192.
16. S t a u f f e r A . , M a n g e D . , T e m p e s t i G . Bio-inspired computing machines with self-repair
mechanisms. // Lect. Notes in Comput. Sci. — 2006. — 3853. — P. 128–140.
17. S t a u f f e r A . , M a n g e D . , R o s s i e r J . Self-organizing systems based on bio-inspired
properties // Lect. Notes in Artif. Intel. — 2007. — 4648. — P. 1171–1181.
18. S t a u f f e r A . , M a n g e D . , V a n n e l F . Bio-inspired self-organizing cellular systems //
Biosystems. — 2008. — 94, Iss. 1-2. — P. 164–169.
19. T e m p e s t i G . , M a n g e D . , S t a u f f e r A . Self-replicating and cellular automata //
Encyclopedia of Complexity and Systems Science (Ed. R.A. Meyers). — Berlin: Springer-Verlag,
2009. — P. 8066–8084.
20. À ÷ à ñ î â à Ñ . Ì . , Á à í ä ì à í Î . Ë . Êîððåêòíîñòü ïàðàëëåëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ïðîöåñ-
ñîâ. — Íîâîñèáèðñê: Íàóêà, 1990. — 252 c.
21. A c h a s o v a S . M . , B a n d m a n O . L . , M a r k o v a V . P . , P i s k u n o v S . V . Parallel
substitution algorithm. Theory and application. — Singapore: World Sci., 1994. — 220 c.
22. À ÷ à ñ î â à Ñ . Ì . Ïðîñòûå ïðîãðàììû ñàìîâîñïðîèçâåäåíèÿ â êëåòî÷íîì ïðîñòðàíñòâå íà
îñíîâå àëãîðèòìà ïàðàëëåëüíûõ ïîäñòàíîâîê // Ïðîãðàììèðîâàíèå. — 2004. — ¹ 4. —
Ñ. 3–10.
23. À ÷ à ñ î â à Ñ . Ì . Ïðîãðàììà — êîíñòðóêòîð êëåòî÷íûõ ñàìîâîñïðîèçâîäÿùèõñÿ ñòðóêòóð //
Òàì æå. — 2009. — ¹ 4. — Ñ. 1–9.
24. Î ñ ò à ï ê å â è ÷ Ì . Á . , Ï è ñ ê ó í î â Ñ . Â . Ñèñòåìà èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ àëãî-
ðèòìîâ ñ ìåëêîçåðíèñòûì ïàðàëëåëèçìîì WinALT // Âåñòí. ÍÃÓ. — 2012. — 10, ¹ 3. —
Ñ. 34–45.
Ïîñòóïèëà 22.05.2013
184 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2014, òîì 50, ¹ 2
|