Кіріспе
Есептеу моделі
UCSD p жүйесі үшін компьютерлік p жүйесін қараңыз. P жүйесі – биологиялық шабытталған процестерді пайдаланып есептеулер жасайтын компьютерлік ғылым саласындағы есептеу моделі. Олар биологиялық жасушалардың құрылымына негізделген, химиялық заттардың өзара әрекеттесуі мен жасуша мембраналары арқылы өту жолынан абстракцияланады. Бұл тұжырымды алғаш рет 1998 жылы компьютерлік ғалым Gheorghe Păun ұсынған, оның тегі 'P жүйелері' атауындағы 'P' әрпінің шығу тегі. P жүйесі моделінің түрленулері «мембраналық есептеу» деп белгілі зерттеу саласының қалыптасуына әкелді. Биологиядан шабыт алғанымен, P жүйелеріндегі басты зерттеу қызығушылығы олардың есептеу моделі ретінде қолданылуына қатысты, биологиялық модельдеуге емес, бірақ бұл да зерттелуде.
For the computer p System, see UCSD p System. A P system is a computational model in the field of computer science that performs calculations using a biologically inspired process. They are based upon the structure of biological cells, abstracting from the way in which chemicals interact and cross cell membranes. The concept was first introduced in a 1998 report by the computer scientist Gheorghe Păun, whose last name is the origin of the letter P in 'P Systems'. Variations on the P system model led to the formation of a branch of research known as 'membrane computing.' Although inspired by biology, the primary research interest in P systems is concerned with their use as a computational model, rather than for biological modeling, although this is also being investigated.
Бейресми сипаттама
P жүйесі – химиялық заттардың (шекті мөлшерде) бір-бірімен әрекеттесуінің мүмкін жолдарын анықтайтын, катализаторлар мен ережелерді қамтитын мембраналар тізбегі. Ережелер химиялық заттардың мембрана арқылы өтуіне немесе тіпті мембрананың еріп кетуіне де себеп болуы мүмкін. Биологиялық жасушадағыдай, химиялық реакция тек қажетті химиялық молекулалардың кездейсоқ соқтығысып, өзара әрекеттесуі (мүмкін, катализатордың қатысуымен) болған жағдайда ғана жүзеге асады, P жүйесіндегі ережелер де кездейсоқ түрде қолданылады. Бұл есептеудің детерминистік емес қағидада жүруіне алып келеді, соның салдарынан есептеу қайталағанда бірнеше шешімдер табылуы мүмкін. P жүйесі одан әрі реакциялардың болуы мүмкін емес жағдайға жеткенше жалғасады. Осы кезде есептеу нәтижесі – ең сыртқы мембранадан шығарылған немесе арнайы белгіленген "нәтиже" мембранасына өткізілген барлық химиялық заттар болып табылады. Есептеу моделі ретінде P жүйелері NP-толық проблемаларды экспоненциалдық уақыттан кем уақытта шешу мүмкіндігін ұсынады. Барлық NP-толық проблемалар эквивалентті болғандықтан, бұл қабілет барлық осындай проблемаларға да қатысты. P жүйесін тікелей іске асырудың қазіргі әдісі болмағандықтан, олардың функционалдығы эмуляцияланады, сондықтан NP-толық проблемаларды сызықтық уақытта шешу теориялық деңгейде қалады. Алайда, кез келген детерминистік P жүйесін Тьюринг машинасы полиномиалдық уақытта симуляциялай алатыны дәлелденді.
Есептеу үлгісі
Көрсетілген суретте үш мембраналы P жүйесінің бастапқы күйі бейнеленген. Иерархиялық табиғатынан туындап, P жүйелері көбінесе Венн диаграммаларына немесе Дэвид Харелдің гиграфына (Statechart қараңыз) ұқсас сызбалармен графикалық түрде көрсетіледі. Ең сыртқы мембрана, 1, осы P жүйесі үшін контейнерлік мембрана болып табылады және бір ғана шығу ережесін қамтиды. 2-ші мембранада төрт ереже бар, олардың екеуі басымдық қатынасында: cc → c ережесі әрқашан c → δ ережесіне артықшылықпен қолданылады. Дельта символы ерекше "жою" символын білдіреді. Ең ішкі мембрана, 3, символдар жиынтығын ("ac") және үш "осында" типіндегі ережені қамтиды. Бұл бастапқы күйде 3-ші мембранадан тыс ережелер қолданылмайды: сол мембранадан тыс символдар жоқ. Дегенмен, жүйенің эволюциясы кезінде, объектілер мембраналар арасында ауысқанда, басқа мембраналардағы ережелер белсенді болады.
symbols outside of that membrane. However, during evolution of the system, as objects are passed between membranes, the rules in other membranes will become active.
Есептеу
P жүйелерінің детерминистік емес сипатынан, бір P жүйесі әртүрлі есептеу жолдарынан өте алады, нәтижесінде әртүрлі нәтижелерге қол жеткізіледі. Төменде көрсетілген P жүйесі үшін есептеудің бір мүмкін жолы келтірілген.
Есептеуді тоқтату
1 мембранада қазір "dd" бар, ал e → eout ережесіне байланысты ортада "eeee" бар. Осы сәтте есептеу тоқтатылады, себебі ережелерге объектілерді тағайындау мүмкін болмайды. Есептеу нәтижесі – төрт "e" символы. Детерминистік емес таңдау 1 және 2 қадамдарда, жалғыз "a" символын қайда тағайындау керектігін шешкенде жасалды. Егер 1-қадамда "a" символы a → bδ ережесіне тағайындалса: 3 мембрана еріген кезде тек бір "b" және екі "c" объектісі ғана қалады, нәтижесінде тек бір "e" объектісі құрылады, ол есептеу нәтижесі ретінде шығарылады.
assignments of objects to rules is possible. The result of the computation is four "e" symbols. The only non deterministic choices occurred during steps 1 and 2, when choosing where to assign the solitary "a" symbol. Consider the case where "a" is assigned to a → bδ during step 1: upon membrane 3 dissolving only a single "b" and two "c" objects would exist, leading to the creation of only a single "e" object to eventually be passed out as the computation's result.