Handbook of Natural Computing

محاسبات طبیعی حوزه تحقیقاتی است که هم محاسبات طراحی شده توسط انسان با الهام از طبیعت و هم محاسباتی که در طبیعت اتفاق می‌افتد را بررسی می‌کند، یعنی مدل‌ها و تکنیک‌های محاسباتی الهام‌گرفته از طبیعت را بررسی می‌کند و همچنین به بررسی پدیده‌های در حال وقوع در طبیعت می‌پردازد. از نظر پردازش اطلاعات.

نمونه‌هایی از اولین رشته تحقیقاتی که در کتاب راهنما پوشش داده شده است، شامل محاسبات عصبی الهام‌گرفته از عملکرد مغز است. محاسبات تکاملی با الهام از تکامل داروینی گونه ها. اتوماتای ​​سلولی با الهام از ارتباطات بین سلولی؛ هوش ازدحام الهام گرفته از رفتار گروهی از موجودات؛ سیستم ایمنی مصنوعی با الهام از سیستم ایمنی طبیعی؛ سیستم های زندگی مصنوعی با الهام از ویژگی های حیات طبیعی به طور کلی؛ محاسبات غشایی با الهام از روش های تقسیم بندی شده ای که سلول ها اطلاعات را پردازش می کنند. و محاسبات آمورف با الهام از مورفوژنز. نمونه‌های دیگر از پارادایم‌های محاسباتی طبیعی، محاسبات مولکولی و محاسبات کوانتومی هستند، که در آن هدف جایگزینی سخت‌افزار الکترونیکی سنتی، به عنوان مثال، با بیوافزار در محاسبات مولکولی است. در محاسبات مولکولی، داده‌ها به‌عنوان مولکول‌های زیستی کدگذاری می‌شوند و سپس از ابزارهای زیست‌شناسی مولکولی برای تبدیل داده‌ها استفاده می‌شود، بنابراین محاسبات انجام می‌شود. در محاسبات کوانتومی، فرد از پدیده‌های مکانیکی کوانتومی برای انجام محاسبات و ایمن‌کردن ارتباطات کارآمدتر از فیزیک کلاسیک استفاده می‌کند و بنابراین سخت‌افزار سنتی اجازه می‌دهد.

دومین رشته تحقیقاتی که توسط این کتابچه پوشش داده می‌شود، محاسبات در حال انجام است. ماهیت محاسباتی خودآرایی، که در هسته علم نانو قرار دارد، ماهیت محاسباتی فرآیندهای توسعه، ماهیت محاسباتی واکنش‌های بیوشیمیایی، ماهیت محاسباتی ارتباطات باکتریایی، محاسباتی، نشان داده می‌شود. ماهیت فرآیندهای مغز، و رویکرد زیست‌شناسی سیستم‌ها به شبکه‌های زیستی که در آن فرآیندهای سلولی از نظر ارتباط و تعامل، و بنابراین، از نظر محاسبات مورد بررسی قرار می‌گیرند.

اکنون شاهد تعامل هیجان‌انگیز بین علوم کامپیوتر و علوم طبیعی در حالی که علوم طبیعی به سرعت در حال جذب مفاهیم، ​​تکنیک ها و روش های ذاتی پردازش اطلاعات هستند، علم کامپیوتر در حال تطبیق و گسترش مفهوم سنتی خود از محاسبات و تکنیک های محاسباتی است تا محاسباتی را که در طبیعت اطراف ما اتفاق می افتد، توضیح دهد. محاسبات طبیعی یک کاتالیزور مهم برای این تعامل دو طرفه است و این کتاب راهنما یک رکورد بزرگ از این پیشرفت مهم است.

Natural Computing is the field of research that investigates both human-designed computing inspired by nature and computing taking place in nature, i.e., it investigates models and computational techniques inspired by nature and also it investigates phenomena taking place in nature in terms of information processing.

Examples of the first strand of research covered by the handbook include neural computation inspired by the functioning of the brain; evolutionary computation inspired by Darwinian evolution of species; cellular automata inspired by intercellular communication; swarm intelligence inspired by the behavior of groups of organisms; artificial immune systems inspired by the natural immune system; artificial life systems inspired by the properties of natural life in general; membrane computing inspired by the compartmentalized ways in which cells process information; and amorphous computing inspired by morphogenesis. Other examples of natural-computing paradigms are molecular computing and quantum computing, where the goal is to replace traditional electronic hardware, e.g., by bioware in molecular computing. In molecular computing, data are encoded as biomolecules and then molecular biology tools are used to transform the data, thus performing computations. In quantum computing, one exploits quantum-mechanical phenomena to perform computations and secure communications more efficiently than classical physics and, hence, traditional hardware allows.

The second strand of research covered by the handbook, computation taking place in nature, is represented by investigations into, among others, the computational nature of self-assembly, which lies at the core of nanoscience, the computational nature of developmental processes, the computational nature of biochemical reactions, the computational nature of bacterial communication, the computational nature of brain processes, and the systems biology approach to bionetworks where cellular processes are treated in terms of communication and interaction, and, hence, in terms of computation.

We are now witnessing exciting interaction between computer science and the natural sciences. While the natural sciences are rapidly absorbing notions, techniques and methodologies intrinsic to information processing, computer science is adapting and extending its traditional notion of computation, and computational techniques, to account for computation taking place in nature around us. Natural Computing is an important catalyst for this two-way interaction, and this handbook is a major record of this important development.