元胞自动机基于元胞自动机实现多车道信号交叉口仿真matlab源码

Posted 2021-05-29 Matlab咨询QQ1575304183

一、简介

元胞自动机（CA）是一种用来仿真局部规则和局部联系的方法。典型的元胞自动机是定义在网格上的，每一个点上的网格代表一个元胞与一种有限的状态。变化规则适用于每一个元胞并且同时进行。典型的变化规则，决定于元胞的状态，以及其（ 4 或 8 ）邻居的状态。
1 对元胞自动机的初步认识
元胞自动机（CA）是一种用来仿真局部规则和局部联系的方法。典型的元
胞自动机是定义在网格上的，每一个点上的网格代表一个元胞与一种有限的状
态。变化规则适用于每一个元胞并且同时进行。
2 元胞的变化规则&元胞状态
典型的变化规则，决定于元胞的状态，以及其（ 4 或 8 ）邻居的状态。
3 元胞自动机的应用
元胞自动机已被应用于物理模拟，生物模拟等领域。
4 元胞自动机的matlab编程
结合以上，我们可以理解元胞自动机仿真需要理解三点。一是元胞，在matlab中可以理解为矩阵中的一点或多点组成的方形块，一般我们用矩阵中的一点代表一个元胞。二是变化规则，元胞的变化规则决定元胞下一刻的状态。三是元胞的状态，元胞的状态是自定义的，通常是对立的状态，比如生物的存活状态或死亡状态，红灯或绿灯，该点有障碍物或者没有障碍物等等。

二、源代码

clear all
clf
nx=130; %must be divisible by 4
ny=122;
Pbridge = .05;
z=zeros(nx,ny);
o=ones(nx,ny);
traf = z ;
trafNew = z;
trafB=z;
gnd = z ;
gn=z;
gnd(50, 1:ny) = 1 ;
gnd(79, 1:ny) = 1 ;
gnd(1:nx, 50) = 1 ;
gnd(1:nx,71) = 1 ;
gnd(nx/2, 1: 50) = 1 ;
gnd(nx/2, 71:ny) = 1 ;
gnd(1: 50, ny/2) = 1 ;
gnd(79:nx,ny/2)=1;
imh = image(cat(3,z',traf',gnd'));
set(imh, 'erasemode', 'none');
%第一相位 0到38秒
%进口
for i=1:100
 %绿灯
   %东进口
   %直行 右转
traf(129,55) =round(rand(1,1)/1.8); %add a grain at the top
xind = [80:129];
yind=55;
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
traf(129,53) =round(rand(1,1)/1.76); %add a grain at the top
xind = [79:129];
yind=53;
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
 %西进口 
%直行 右转
traf(1,66) =round(rand(1,1)/1.76); %add a grain at the top
xind = [1:49];
yind=66;
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
traf(1,68) =round(rand(1,1)/1.76); %add a grain at the top
xind = [1:49];
yind=68;
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
%南进口
   %右转
traf(77,122) =round(rand(1,1)/1.76); %add a grain at the top
yind = [71:122];
xind=77;
trafNew(xind,yind-1)=traf(xind,yind);
%北进口
  %右转
traf(53,1) =round(rand(1,1)/1.76); %add a grain at the top
yind = [1:50];
xind=53;
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind);
 %交叉口内部
  %东进口直行
xind = [50:80];
yind=55;
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
%西进口直行；
xind = [50:80];
yind=66;
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
%出口
%东出口
xind = [79:122];
yind=[65:79];
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
%西出口
xind = [2:50];
yind=[50:60];
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
%南出口
yind = [71:120];
xind=[50:63];
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind);
%北出口
yind = [2:50];
xind=[67:77];
trafNew(xind,yind-1)=traf(xind,yind);
%针对右转车道的代码
 %东进口右转
 trafNew(77,50)=traf(79,53);
 %西进口右转
trafNew(53,71)=traf(50,68);
 %南进口右转
trafNew(79,68)=traf(77,71);
%北进口右转
trafNew(50,53)=traf(53,50);

%红灯
 p=mod(i,2); %margolis neighborhood
   %西进口左转 正向
   traf(1,64) =round(rand(1,1)/1.85); %add a grain at the top
xind = [1+p:2:nx-2+p];
yind=64;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind+1,yind);
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind+1,yind)+...
(1-traf(xind+1,yind)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));
%北进口直行左转 正向
traf(55:2:63,1) =round(rand(5,1)/1.85); %add a grain at the top
yind = [1+p:2:51-2+p];
xind=55:2:63;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind,yind+1);
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind+1)+...
(1-traf(xind,yind+1)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));

%东进口左转 反向
traf=trafNew;
traf(79,57) =round(rand(1,1)/1.85);
xind = [79+p:2:129-2+p];
yind=57;
gn(57,129)=1;
trafNew(xind,yind) = gn(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gn(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind+1,yind);
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind+1,yind)+...
(1-traf(xind+1,yind)).*traf(xind,yind).*(1-gn(xind,yind));
 for x=79:129
trafB(x,yind)=trafNew(208-x,yind);
 end
traf=trafNew;
traf(79:129,57)=trafB(79:129,57);
 %南进口直行左转 反向
gn(67:2:75,122)=1;
traf(67:2:75,72) =round(rand(5,1)/1.85); %add a grain at the top
yind = [72+p:2:122-2+p];
xind=67:2:75;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind,yind+1);
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind+1)+...
(1-traf(xind,yind+1)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));
for y=72:122
trafB(xind,y)=trafNew(xind,194-y);
 end
traf(67:2:75,72:122)=trafB(67:2:75,72:122);

pause(0.1);
set(imh, 'cdata', cat(3,z',traf',gnd') )
drawnow
end

for i=101:200
%交叉口内部
  %东进口直行
xind = [53:75];
yind=55;
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
%西进口直行；
  xind = [52:79];
yind=66;
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);

%出口
%东出口
xind = [79:122];
yind=[65:79];
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind,yind);
%西出口
xind = [2:50];
yind=[50:60];
trafNew(xind-1,yind)=traf(xind,yind);
%南出口
yind = [71:120];
xind=[50:63];
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind);
%北出口
yind = [2:50];
xind=[67:77];
trafNew(xind,yind-1)=traf(xind,yind);

%红灯
 p=mod(i,2); %margolis neighborhood
   %西进口左转直行 正向
   traf(1,64:2:68) =round(rand(1,3)/1.85); %add a grain at the top
xind = [1+p:2:50-2+p];
yind=64:2:68;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind+1,yind);
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind+1,yind)+...
(1-traf(xind+1,yind)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));
   %北进口左转 正向
traf(53:2:63,1) =round(rand(6,1)/1.85); %add a grain at the top
yind = [1+p:2:51-2+p];
xind=53:2:63;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind,yind+1);
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind+1)+...
(1-traf(xind,yind+1)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));
%东进口左转直行 反向
traf=trafNew;
traf(79,53:2:57) =round(rand(1,3)/1.85);
xind = [79+p:2:129-2+p];
yind=53:2:57;
gn(53:2:57,129)=1;
trafNew(xind,yind) = gn(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gn(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind+1,yind);
trafNew(xind+1,yind)=traf(xind+1,yind)+...
(1-traf(xind+1,yind)).*traf(xind,yind).*(1-gn(xind,yind));
 for x=79:129
trafB(x,53)=trafNew(208-x,53);
trafB(x,55)=trafNew(208-x,55);
trafB(x,57)=trafNew(208-x,57);
 end
traf(79:129, 53:2:57)=trafB(79:129, 53:2:57);
  %南进口左转 反向
gn(67:2:77,122)=1;
traf(67:2:77,72) =round(rand(6,1)/1.85); %add a grain at the top
yind = [72+p:2:122-2+p];
xind=67:2:77;
trafNew(xind,yind) = gnd(xind,yind).*traf(xind,yind)+... 
(1-gnd(xind,yind)).*traf(xind,yind).*traf(xind,yind+1);
trafNew(xind,yind+1)=traf(xind,yind+1)+...
(1-traf(xind,yind+1)).*traf(xind,yind).*(1-gnd(xind,yind));
for y=72:122
trafB(xind,y)=trafNew(xind,194-y);
 end
traf(67:2:77,72:122)=trafB(67:2:77,72:122);

pause(0.1);
set(imh, 'cdata', cat(3,z',traf',gnd') )
drawnow
end

三、运行结果

完整代码或仿真咨询QQ1575304183