28、膜计算的应用与实现

膜计算的应用与实现

1. 膜计算在生态系统建模中的应用

膜计算在生态系统建模方面展现出了强大的能力。早期的模型考虑了众多土壤和水的参数、流体动力学因素以及人类活动对物种动态的影响，包括幼虫和成虫阶段。模型还创建了复杂的内部结构，以控制每年两个繁殖周期的演化，同时考虑了水库不同区域的温度以及土壤类型分布对成年个体生存的影响。这表明 PDP 系统能够研究那些用其他方法难以控制和理解的生态系统中的种群动态。

近年来，基于 PDP 系统的真实生态系统新模型不断涌现。例如，基于成都大熊猫繁育研究基地的生态数据，设计了一个具有 1 个环境的概率膜系统，用于表示不同年龄和性别的大熊猫个体、食物来源和控制对象，以及影响该物种的主要生物过程的演化规则。在准确捕捉圈养大熊猫种群动态趋势后，该模型又基于中国大熊猫保护研究中心的生态数据进行了扩展，加入了释放模块，提高了使用 P 系统求解的准确性。

2. 移动机器人的路径规划与控制

机器人运动规划是机器人领域的重要研究方向。运动规划问题通常可分为全局规划、局部规划和 PID 控制三个子问题：
- 全局规划 ：考虑环境中静态障碍物的位置、起始和目标位置，在机器人移动前计算出避障路径。可分为可行性问题（找到可行路径）和最优性问题（找到成本最小的可行路径）。
- 局部规划 ：根据给定路径，在考虑运动学和物理约束的同时，避开静态和动态障碍物，输出一系列开环速度参考值。
- PID 控制 ：根据每个速度参考值控制电机，使机器人尽可能保持恒定速度，直到下一个参考值到来。

膜计算为并