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规则 30


ElementaryCARule030

规则 30 是由 Stephen Wolfram 在 1983 年提出的基本细胞自动机规则之一(Wolfram 1983, 2002)。它规定了单元格中的下一个颜色,取决于其颜色及其直接邻居。其规则结果编码在二进制表示30=00011110_2中。上图展示了此规则以及它在 15 步后产生的单个黑色单元格的演变过程(Wolfram 2002, p. 55)。

Rule 30 after 250 iterations

上图展示了规则 30 的 250 次迭代。

从单个黑色单元格开始,连续世代由解释数字 1, 7, 25, 111, 401, 1783, 6409, 28479, 102849, ... (OEIS A110240) 的二进制形式给出,即 1, 111, 11001, 1101111, 110010001, ... (OEIS A070950)。

规则 30 分别是规则 86、135 和 149 的镜像、补码和镜像补码。

规则 30 格外引人关注,因为它具有混沌性(Wolfram 2002, p. 871),其中心列由 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, ... (OEIS A051023) 给出。事实上,此规则被用作 随机数生成器,用于 Wolfram 语言 中的大整数(Wolfram 2002, p. 317)。将中心列解释为二进制数并取连续位,得到数字序列 1, 3, 6, 13, 27, 55, 110, 220, 441, 883, 1766, ... (OEIS A092539)。此序列中为素数的成员是 3, 13, 883, 237051898781, ... (OEIS A092540)。

Rule30RowCounts

Jen (1990) 证明,在单个黑色单元格的初始状态下,任意两个相邻单元格中达到的颜色序列不是周期性的(Gray 2003)。连续世代 n=0, 1, ... 中的黑色单元格数 b(n) 为 1, 3, 3, 6, 4, 9, 5, 12, 7, ... (OEIS A070952),这与直线 b(n)=n 非常吻合。

在世代 0, 1, 2, ... 中白色单元格的最大连续数分别为 0, 0, 2, 1, 3, 1, 4, 2, 5, 3, 4, 4, 3, 2, ... (OEIS A100053)。最高水位线为 0, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 14, 15, 23, ... (OEIS A100054),其出现在位置 0, 2, 4, 6, 8, 16, 32, 43, 46, 64, 128, 256, 512, ... (OEIS A100055; Weisstein, 10 月 31 日,2004 年),并且看起来非常像 2 的幂,在开头附近加入了一些额外的值。

Rule30BlackCells

此结果源于 E. Rowland (2004 年 5 月 13 日) 的独立观察,即右侧最大黑色单元格的序列为 1, 3, 1, 4, 1, 3, 1, 6, 1, 3, 1, 4, 1, 3, 1, 7, 1, 3, 1, 4, ... (OEIS A094603),其最高水位线为 1, 3, 4, 6, 7, 9, 15, 16, 24, 25, 27, ... (OEIS A094604),出现在世代 0, 1, 3, 7, 15, ... (OEIS A000225;即,2^n-1)。


另请参阅

基本细胞自动机, 规则 50, 规则 54, 规则 60, 规则 62, 规则 90, 规则 94, 规则 102, 规则 110, 规则 126, 规则 150, 规则 158, 规则 182, 规则 188, 规则 190, 规则 220, 规则 222

相关的 Wolfram 站点

http://atlas.wolfram.com/01/01/30/

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参考文献

Gray, L. "A Mathematician Looks at Wolfram's New Kind of Science." Not. Amer. Math. Soc. 50, 200-211, 2003.Jen, E. "Aperiodicity in One-Dimensional Cellular Automata." Physica D 45, 3-18, 1990.Sloane, N. J. A. Sequences A000225/M2655, A051023, A070950, A070952, A092539, A092540, A094603, A094604, A100053, A100054, A100055, and A110240 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Wolfram, S. "Statistical Mechanics of Cellular Automata." Rev. Mod. Phys. 55, 601-644, 1983.Wolfram, S. A New Kind of Science. Champaign, IL: Wolfram Media, pp. 29-30, 52, 59, 317, and p. 871, 2002.

在 Wolfram|Alpha 上被引用

规则 30

请引用为

Weisstein, Eric W. “规则 30。” 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Rule30.html

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