La computación de membrana (o MC ) es un área dentro de la informática que busca descubrir nuevos modelos computacionales a partir del estudio de las células biológicas , en particular de las membranas celulares . Se trata de una subtarea de la creación de un modelo celular .
La computación de membrana se ocupa de modelos de computación distribuidos y paralelos , que procesan conjuntos múltiples de objetos simbólicos de manera localizada. Por lo tanto, las reglas de evolución permiten encapsular los objetos en evolución en compartimentos definidos por membranas. Las comunicaciones entre compartimentos y con el entorno desempeñan un papel esencial en los procesos. Los distintos tipos de sistemas de membrana se conocen como sistemas P en honor a Gheorghe Păun , quien concibió por primera vez el modelo en 1998. [1]
Un componente esencial de un sistema P es su estructura de membranas, que puede ser una disposición jerárquica de membranas, como en una célula, o una red de membranas (colocadas en los nodos de un grafo), como en un tejido o una red neuronal. Los sistemas P suelen representarse gráficamente con dibujos.
La intuición detrás de la noción de membrana es la de una vesícula tridimensional de la biología. Sin embargo, el concepto en sí es más general y se considera que una membrana es un separador de dos regiones. La membrana proporciona una comunicación selectiva entre las dos regiones. Según Gheorghe Păun, la separación es del espacio euclidiano en un “interior” finito y un “exterior” infinito. La comunicación selectiva es donde entra en juego la informática.
Las representaciones gráficas pueden tener numerosos elementos, según la variación del modelo que se esté estudiando. Por ejemplo, una regla puede producir el símbolo especial δ, en cuyo caso la membrana que la contiene se disuelve y todo su contenido asciende en la jerarquía de regiones.
La variedad de sugerencias que ofrece la biología y el abanico de posibilidades para definir la arquitectura y el funcionamiento de un dispositivo de procesamiento multiconjunto basado en membranas son prácticamente infinitos. De hecho, la literatura sobre computación de membranas contiene una gran cantidad de modelos. Por lo tanto, la computación de membranas no es simplemente una teoría relacionada con un modelo específico, sino un marco para diseñar modelos compartimentados.
Los productos químicos se modelan mediante símbolos o, alternativamente, mediante cadenas de símbolos. La región, que está definida por una membrana, puede contener otros símbolos o cadenas (denominados colectivamente objetos) u otras membranas, de modo que un sistema P tiene exactamente una membrana externa, llamada membrana cutánea, y una relación jerárquica que rige todas sus membranas debajo de la membrana cutánea.
Si los objetos son símbolos, entonces su multiplicidad dentro de una región importa; sin embargo, los conjuntos múltiples también se utilizan en algunos modelos de cadenas. Las regiones tienen reglas asociadas que definen cómo se producen, consumen, pasan a otras regiones y cómo interactúan entre sí los objetos. La aplicación máximamente paralela no determinista de reglas en todo el sistema es una transición entre estados del sistema, y una secuencia de transiciones se denomina computación. Se pueden definir objetivos particulares para indicar un estado de detención, en cuyo punto el resultado de la computación serían los objetos contenidos en una región particular. Alternativamente, el resultado puede estar compuesto por objetos enviados fuera de la membrana de la piel al entorno.
Se han estudiado muchos modelos variantes y el interés se ha centrado en demostrar la universalidad computacional para sistemas con un pequeño número de membranas, con el fin de resolver problemas NP-completos como los problemas de satisfacibilidad booleana (SAT) y el problema del viajante (TSP) . Los sistemas P pueden intercambiar complejidades espaciales y temporales y, con menos frecuencia, utilizan modelos para explicar procesos naturales en células vivas. Los estudios idean modelos que, al menos teóricamente, pueden implementarse en hardware. Hasta la fecha, los sistemas P son casi todos modelos teóricos que nunca se han llevado a la práctica, aunque se proporciona un sistema práctico en [2] .
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )