膜计算，罗马尼亚院士98年提出的计算理论的原始论文

### 膜计算：一种基于膜结构的分布式并行计算模型 #### 一、引言与背景 在1998年，罗马尼亚科学院院士格奥尔基·潘（Gheorghe Păun）发表了一篇开创性的论文，首次提出了膜计算（Membrane Computing）的概念。这篇论文标志着一个新的计算模型的诞生，它是一种分布式并行类型的计算模型，基于对“膜”这一概念的理解。膜计算是自然计算领域中的一个重要分支。 #### 二、膜计算的基本概念 **膜计算**是一种模拟细胞内部结构和功能的计算模型。它借鉴了生物细胞内的多层膜结构来构建一个计算框架，通过模拟细胞内的物质交换过程来进行计算。这种计算模型的核心在于利用不同层级的“膜”来组织计算资源，并通过膜之间的物质传递来执行计算任务。 **膜结构**是指由多个类似细胞的膜构成的结构，这些膜可以嵌套在一起，形成类似于细胞器的复杂层次结构。每个膜内部都包含了一些对象，这些对象可以是简单的符号或更复杂的结构。膜结构可以通过平面表示法来可视化，通常使用类似于文氏图的形式来展示不同膜之间的关系，但不会出现交叉区域，并且所有膜都被包含在一个最外层的“皮肤”膜内。 #### 三、膜计算的工作原理 在膜计算中，计算发生在一系列的对象上，这些对象位于不同的膜结构中。对象可以进行演化，具体包括： - **转换**：一个对象可以被转换成其他类型的对象。 - **迁移**：对象可以从一个膜移动到另一个膜。 - **溶解**：某些对象能够使膜结构发生改变，如溶解掉某个膜。 - **合作**：多个对象可以合作完成特定任务。 计算是在所有能够演化的对象上同时进行的。优先级规则可以被定义来管理不同演化规则之间的冲突。当系统中没有对象可以进一步演化时，计算结束，结果通常是特定膜中的对象数量。 #### 四、膜计算的应用 膜计算具有很高的灵活性和可扩展性，这使得它能够应用于各种计算问题。在这篇论文中，作者证明了带有合作能力的超细胞系统可以刻画递归可枚举集合。这意味着只需要两个膜就足以实现这一目标。此外，研究还表明，即使不考虑对象之间的合作，仅使用催化剂（即特定对象在演化规则中存在但不会被修改），也可以实现同样的计算能力。只需要一个催化剂就足够了。 #### 五、膜计算的变体 在论文中还介绍了一种变体，其中对象是由给定字母表上的字符串构成的。这种变体扩展了膜计算的能力，使其能够处理更加复杂的数据类型和计算问题。 #### 六、结论 膜计算作为一种新型的计算模型，在自然计算领域中占据着重要的地位。它不仅提供了一种全新的计算方法，还为理解和模拟生物系统的复杂性提供了有价值的工具。随着研究的深入，膜计算有望在更多领域展现出其独特的优势和应用潜力。