home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / comp / theory / cellaut / 547 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-11-21  |  5.6 KB  |  101 lines

  1. Newsgroups: comp.theory.cell-automata
  2. Path: sparky!uunet!europa.asd.contel.com!emory!gatech!bloom-beacon!INTERNET!dont-send-mail-to-path-lines
  3. From: MCINTOSH@UNAMVM1.BITNET ("Harold V. McIntosh")
  4. Subject: Basins of attraction.
  5. Message-ID: <9211210711.AA02971@Early-Bird.Think.COM>
  6. X-Unparsable-Date: Fri, 20 Nov 92 23: 54:07 MEX
  7. Sender: root@athena.mit.edu (Wizard A. Root)
  8. Organization: The Internet
  9. Distribution: inet
  10. Date: Sat, 21 Nov 1992 07:13:12 GMT
  11. Lines: 88
  12.  
  13. Thanks to Andrew Wuensche <100020.2727(at)COMPUSERVE.COM> for answers to
  14. my commentary. A full response will take time, but here is a first reaction.
  15. The scheme of running down a line of cells, building up a tree of ancestors
  16. is one that we have probably all played with. but some people have formalized
  17. it better than others, and some people have evidently worked out consequences
  18. in more detail than others.
  19. -
  20. Erica Jen likes to work with recursion relations whereas some of us get on
  21. better with matrices. Nevertheless she, and perhaps Stephen Wolfram earlier,
  22. and maybe still others have found that there is a nice symbolic-numerical
  23. calculus that is based on de Bruijn matrices, wherein there is a matrix
  24. standing for each state in the automaton. Multiplying out a row of symbolic
  25. matrices gives you all the ancestors of that sequence; using numerical
  26. matrices gives you numbers of ancestors instead.
  27. -
  28. The fact that matrices are involved instead of just ordinary numbers (or
  29. a single line of symbols) is due to the fact that the ancestor row is longer
  30. than the child row, so you get some liberty of choosing the margins, just as
  31. Wuensche's message describes. You can define sort of a metric for these
  32. matrices: If you look at all elements you get unrestricted ancestors, looking
  33. at the diagonal elements (trace) gives periodic configurations (left margin
  34. has to match right margin), while looking at the (0,0) element gives you
  35. configurations quiescent at infinity.
  36. -
  37. There are some nice variants here. Jen's scaling rule falls rather nicely
  38. out of this formalism. Symmetric rules (Escher rules) such as the ones that
  39. Torben AEgidius Mogensen <torbenm(at)DIKU.DK> works with can have a nighttime
  40. at left infinity and a daytime at right infinity. Wolfram has suggested that
  41. twisted boundary conditions might have some merit. And so on ...
  42. -
  43. A Garden of Eden in these schemes is indicated whenever the appropriate
  44. projection on product matrices vanishes. Some people (I don't have a reference
  45. at hand) have approached this through rings of integer matrices. Vanishing
  46. implies certain ideals; the trick is to get the ideals without doing the
  47. arithmetic, if that is possible.
  48. -
  49. The classical approach to the Garden of Eden is through Moore's subset
  50. diagram; the trouble with that is that it detects Gardens of Eden, and
  51. gives you a very explicit language of 'poison words' (The Garden, of course,
  52. has its Serpent). However, a link in the subset diagram just says that SOME
  53. node in the source subset is linked to SOME node in the target subset (with
  54. a guarantee that every node in the target has at least one in-link), so it
  55. is rather hard to read off the ancestors, when they do exist. That is where
  56. the de Bruijn matrices offer a better approach.
  57. -
  58. One detail about the subset diagram is that if there is NO path leading from
  59. the full subset to the empty set, then there is a rather interesting structure
  60. of minimal subsets reachable from the full set (as well as maximal subsets
  61. connected to the empty set). This appears in Hedlund's work, and allows him
  62. to define an 'index.' There are in fact left indices and right indices; this
  63. is due to the fact that there are really two subset diagrams, according to
  64. whether the initial neighborhood is extended to the left or to the right
  65. (What do you do in two dimensions?).
  66. -
  67. It is my feeling that this situation lies behind the observation:
  68. >
  69. >    One-way limited pre-image rules (either left or right, not both)
  70. > must have pre-imaging less than the theoretical maximum of 2^(n-1), for
  71. > example n=3 rules 30 and 45 (the proof is given in my the book). These
  72. > rules result in many states having only one pre-image (balanced?),
  73. > and thus their basins of attraction tend to have very long transients
  74. > and attractor cycles, corresponding to chaotic behaviour.
  75. >
  76. But it will be necessary to look this over more carefully before being sure.
  77. Rule 30, of course, has a very interesting personality.
  78. -
  79. Anyway, to turn to questions of variance --- The numerical form of the
  80. de Bruijn matrices mentioned can be used to calculate statistics about the
  81. ancestor variance. If sums of tensor powers of these matrices are formed,
  82. their traces (or other appropriate projections) give the moments of the
  83. distribution. Or rather, they give the moment-per-unit-length of the
  84. ancestors, so their maximum eigenvalues are what govern the statistics
  85. for very long configurations.
  86. -
  87. Zero variance means that ALL configurations (from one cell to infinity) have
  88. the same number of ancestors. It seems hard to reconcile this with the fact
  89. that reversible automata have just ONE ancestor, but the answer lies in the
  90. observation that we get to play with the margins. The essential theorems (and
  91. this is what keeps the theory from being completely trivial) state that in
  92. the limit, THE MARGINS DON'T MATTER. Proving this is presumably part of what
  93. ruins the nice theory for two dimensions and above, requiring something like
  94. Moore's 'erasable configurations' to get a proof. It also opens the door to
  95. topology, by giving a meaning to 'in the limit.'
  96. -
  97. Harold V. McIntosh             |Depto. de Aplicaci'on de Microcomputadoras
  98. MCINTOSH@UNAMVM1.BITNET        |Instituto de Ciencias/UAP
  99. mcintosh@unamvm1.dgsca.unam.mx |Apdo. Postal 461
  100. (+52+22)43-6330                |72000 Puebla, Pue., MEXICO
  101.