Prírodou inšpirované algoritmy

Celulárne automaty a elektrická energia

Celulárne automaty (CA) a taktiež elektrická sieť predstavujú paralelný systém.

• Paralelizmus elektrickej siete: výroba, prenos, rozvod (distribúcia), premena, spotreba elektrickej energie sú reprezentované elektrickými zariadeniami, ktoré vzájomne v každom okamihu interagujú
• Lokálnosť elektrickej siete: stav každého prvku systému (elektrického zariadenia) sa aktualizuje nezávisle (lokálne) v reálnom čase vzhľadom k ostatným prvkom systému. Napríklad prerušenie obvodu - závisí od lokálnych parametrov prerušenia a od vodičov vedúcich k prerušeniu.
• Homogénnosť elektrickej siete: pre každý prvok elektrickej siete platia v každom okamihu tie isté fyzikálne pravidlá

Z uvedeného vyplýva, že elektrický systém sa vyznačuje svojou teritoriálnou veľkosťou, zložitosťou a nepredvídateľnosťou.

Skúmaním CA dostaneme lepšiu predstavu možného správania sa fyzického paralelného systému akým je napríklad takáto elektrická sieť. Jej vlastnosti závisia na fyzických parametroch elektrických zariadení (vodičov, generátorov alebo prepínačov pripojených k vodičom...), z ktorých sa skladá. Elektrickú sieť si teda môžeme predstaviť ako veľký paralelný počítač s neúplnými znalosťami správania sa systému. To zapríčiňuje, že niektoré poruchy sa nedajú vysvetliť. Nepredvídateľné udalosti môžu spôsobiť nepredvídateľné výsledky systémového, masívno-paralelného výpočtu.

Nepredvídateľnosť je základný aspekt paralelných systémov. Často sa stáva, že nie je možné predpovedať spôsob práce paralelného systému na základe simulovania ľubovolnými prostriedkami. To je i prípad CA. Znamená to, že niet rýchlejšej cesty ako zistiť výsledok CA, než skutočne spustiť tento CA. Skúmanie CA pomocou programu CAPOW nám dáva oveľa lepšiu predstavu práve o paralelných systémoch, teda aj o elektrických sieťach.

Módy CAPOW:

• WAVE EQUATION môže byt použitý ako model pre elektrické vlny prenášané po prenosových trasách
• QUADRATIC WAVE
• CUBIC WAVE tieto dva módy programu dovoľujú modelovať nelineárne efekty na fyzických prenosových trasách

Pravidlá programu CAPOW:

• OSCILLATORS a DIVERSE OSCILLATORS dovoľujú skúmať chovanie elektrických oscilácií
• OSCILLATOR CHAOTIC simulujú chaotické oscilácie
• ak budú zdroje oscilácií generátory, WAVE EQUATION budú reprezentovať väzby medzi nimi
• DIVERSE WAVE OSCILLATORS reprezentuje dynamiku elektrickej siete, v ktorej je veľký počet rozdielne reagujúcich oscilačných zátaží

Dvojrozmerný CA má tiež význam v modelovaní elektrickej siete. Pomocou CA pravidiel (*.dll) je možné dostať napr. "satelitný pohľad" na elektrickú sieť. Je nutné si to predstaviť ako pohľad nadol z výšky niekoľko sto kilometrov nad zemským povrchom. Generátor bude bunka pripojená k ďalšiemu uzlu. Ak je sieť dostatočne hustá (napríklad mesto) vodiče môžu byt z reprezentácie odstránené.

• 2D OSCILLATOR WAVE podobne ako 1D
• 2D HODGE pravidlo difúzie. Tento typ pravidla produkuje časti plôch excitácie a inhibície, podobné aké vidíme pri rozťahovaní čiernych polí. Tie vznikajú pri tom ako sa odpojovače obvodu opätovne pokúšajú pripojiť obvod. Zo satelitného pohľadu sa to dá prirovnať k mestu, ktoré zhasína pri výpadku prúdu.