7、利用自然进行计算

利用自然进行计算

1. 生态系统建模

此前对化学反应、膜系统和细胞信号网络进行了建模，现在将对宏观的生态系统进行建模。有研究报道，在生态系统中，植物会对食草动物的取食活动做出响应，产生挥发性化学物质，吸引食草动物的食肉天敌。这些挥发性物质并非仅仅是机械损伤的结果，而是植物对食草动物损害的特定响应。

使用具有随机转换的抽象重写系统（ARMS）对这个三营养级系统进行建模，设定符号含义如下：
- “a” 代表一片叶子；
- “b” 代表食草动物；
- “d” 代表食肉动物；
- “c” 代表食草动物诱导产生的挥发性物质的密度；
- “e” 代表空状态，用于引入死亡状态；
- 植物隐含地定义为一定数量的叶子。

进化规则 R1 定义如下：
- (a \stackrel{k1}{\longrightarrow} a, a) （r1，叶子数量增加）
- (a, b \stackrel{k2}{\longrightarrow} b, b, c) （r2，食草动物吃叶子）
- (d, b, c \stackrel{k3}{\longrightarrow} d, d) （r3，食肉动物捕获食草动物）
- (d \stackrel{k4}{\longrightarrow} e) （r4，食肉动物死亡）
- (b \stackrel{k5}{\longrightarrow} e) （r5，食草动物死亡）

规则 r1 对应植物的发芽和生长，r2 对应食草动物吃叶子并使叶子产生挥发性物质，r3 对应食肉动物捕食食草动物，r4 对应食肉动物死亡，r5 对应食草动物死亡。更精确地说，