Prírodou inšpirované algoritmy

Samo–prerieďovanie

Samo–prerieďovanie (Self-thinning) sa týka skupiny rastlín rovnakého druhu a doby. Rastliny počas svojho rastu súperia medzi sebou o zdroje potrebné pre ich vývin. Menšie a slabšie rastliny sú ovládnuté väčšími, silnejšími rastlinami až nakoniec uhynú. Základ tohto procesu môžeme vyjadriť pomocou množiny pravidiel znázornených na nasledovnom obrázku. Tmavosivé kruhy reprezentujú rastúce rastliny, svetlosivý kruh reprezentuje ovládnutú rastlinu a čierny kruh reprezentuje dospelú rastlinu, ktorá už ďalej nerastie.

Schematická reprezentácia modelu samo–prerieďovania.

K tejto množine pravidiel je definovaný nasledujúci L–systém:

Axióm:

Každá rastlina je popísaná veličinou T(χ,r) a za ňou nasledujúcou veličinou komunikácie ?E(c). Vektor χ a číslo r reprezentujú pozíciu a veľkosť (vzdialenosť dosahu) rastliny. Parameter c sa používa na popísanie procesu komunikácie rastliny s prostredím (environmentálny proces), ktorý nastavuje c na hodnotu 1 ak rastlina nie je ovládnutá a na hodnotu 0 ak rastlina je ovládnutá inou rastlinou. Za environmentálny proces sa považuje každá rastlinu ako kruh s polomerom r, a určuje ktoré kruhy sa pretínajú. Menší z dvoch pretínajúcich kruhov sa pokladá za ovládnutý.

Axióm predstavuje n rastlín s náhodnými pozíciami a veľkosťami (počiatočné rozdelenie rastlín môže byť tiež generované algoritmicky). Prvé pravidlo, ohraničené podmienkou c==0, odstráni z populácie všetke ovládnuté rastliny a k nim prislúchajúce veličiny komunikácie . Pravidlo 2 zastaví rast každej rastliny, ktorá dosiahne maximum svojej veľkosti R. Nakoniec, pravidlo 3 zväčší veľkosť rastliny, ktorá nie je ovládnutá a ani dospelá. Užívateľom definovaná funkcia grow(r,Δt) vyjadruje nárast rastliny o priemere r za časový interval Δt. Obrázok dole znázorňuje tri štádia procesu samo–prerieďovania simulovaného použitím vyššie uvedeného L–systému. Počas vývoja spoločnosti rastlín v čase, ovládnuté rastliny postupne zanikajú a tým sa riedi rozdelenie rastlín. Príklad takejto simulácie získame substitúciou realistických modelov rastlín za kruhy, ako znázorňuje obrázok.Tmavo sivé kruhy sú rastúce rastliny, svetlo sivé kruhy sú ovládnuté rastliny a čierne kruhy sú dospelé rastliny.

Tri štádia procesu samo–prerieďovania.