Mobility in Process Calculi and Natural Computing

طراحی محاسبات رسمی که در آن مفاهیم اساسی زیربنای سیستم‌های تعاملی را می‌توان توصیف و مطالعه کرد، موضوع اصلی علم کامپیوتر نظری در دهه‌های اخیر بوده است، در حالی که محاسبات غشایی، یک فرمالیسم مبتنی بر قانون با الهام از سلول‌های بیولوژیکی، یک رشته جدیدتر است که به حوزه کلی محاسبات طبیعی تعلق دارد. این اولین کتابی است که پیوندی بین این دو جهت تحقیقاتی برقرار می کند و در عین حال تحرک را به عنوان موضوع اصلی در نظر می گیرد.

در فصل اول، نویسندگان یک توصیف رسمی از تحرک در فرآیند ارائه می دهند. calculi، با توجه به موجوداتی که حرکت می‌کنند: پیوندها (π-حساب)، محیط‌ها (حساب‌های محیطی) و branes (حساب‌های بران). در فصل دوم تحرک را در چارچوب محاسبات طبیعی مطالعه می کنند. نویسندگان چندین سیستم از غشاهای متحرک را تعریف می کنند که در آنها حرکت در داخل یک ساختار فضایی با قوانین الهام گرفته از اندوسیتوز و اگزوسیتوز ارائه می شود. آنها قدرت محاسباتی خود را در مقایسه با مفهوم کلاسیک محاسبه‌پذیری تورینگ و کارایی آنها در حل الگوریتمی مسائل سخت در زمان چند جمله‌ای مطالعه می‌کنند. فصل آخر به رمزگذاری‌ها می‌پردازد، پیوندهایی را بین محاسبات فرآیند و محاسبات غشایی ایجاد می‌کند تا محققان بتوانند تکنیک‌ها را بین این زمینه‌ها به اشتراک بگذارند.

این کتاب برای دانشمندان رایانه‌ای که به صورت همزمان و در فرمالیسم‌های الهام‌گرفته از بیولوژیک کار می‌کنند، مناسب است. برای دانشمندانی که به ریاضیات تمایل دارند و علاقه مند به رسمیت بخشیدن به عوامل متحرک و پدیده های بیولوژیکی هستند. متن با مثال‌ها و تمرین‌ها پشتیبانی می‌شود، بنابراین می‌توان از آن برای دوره‌هایی با این موضوعات نیز استفاده کرد.

The design of formal calculi in which fundamental concepts underlying interactive systems can be described and studied has been a central theme of theoretical computer science in recent decades, while membrane computing, a rule-based formalism inspired by biological cells, is a more recent field that belongs to the general area of natural computing. This is the first book to establish a link between these two research directions while treating mobility as the central topic.

In the first chapter the authors offer a formal description of mobility in process calculi, noting the entities that move: links (π-calculus), ambients (ambient calculi) and branes (brane calculi). In the second chapter they study mobility in the framework of natural computing. The authors define several systems of mobile membranes in which the movement inside a spatial structure is provided by rules inspired by endocytosis and exocytosis. They study their computational power in comparison with the classical notion of Turing computability and their efficiency in algorithmically solving hard problems in polynomial time. The final chapter deals with encodings, establishing links between process calculi and membrane computing so that researchers can share techniques between these fields.

The book is suitable for computer scientists working in concurrency and in biologically inspired formalisms, and also for mathematically inclined scientists interested in formalizing moving agents and biological phenomena. The text is supported with examples and exercises, so it can also be used for courses on these topics.