25、自然现象建模：五种形式主义与碎片化的力量

自然现象建模：五种形式主义与碎片化的力量

1. 引言

科学家们构建优雅而复杂的理论，试图解释自然界中的各种现象。在这个过程中，他们往往会忽略许多细节，以便更好地构建理论的形式和概念。本文将探讨五种流行的形式主义：字符串、图、元胞自动机、图像和过程。这些形式主义都能够捕捉自然现象中常见的并发活动。

1.1 关键概念定义

• 阶段（Stages） ：对自然中静态结构的形式化描述。
• 产生式（Productions） ：对可能的结构改变动作的形式化描述。
• 模板（Templates） ：对允许的产生式组合的形式化描述。
• 步骤（Steps） ：将模板应用于一个阶段后得到的新阶段的精确定义。
• 片段（Fragments） ：对阶段如何细分的形式化描述。
• 皮肤（Skins） ：对阶段和片段“边界”的形式化描述。

1.2 波罗的海盐度变化示例

有证据表明，在过去的10000年里，波罗的海曾两次变成淡水湖。其变化过程如下：
| 时间 | 状态 | 原因 |
| ---- | ---- | ---- |
| 8000BC | 湖泊 | 全球冰川使海平面下降100米 |
| 7700BC | 海洋 | 全球冰川融化使海平面上升，海水突破丹麦 |