La computación de membranas (o MC ) es un área dentro de la informática que busca descubrir nuevos modelos computacionales a partir del estudio de las células biológicas , particularmente de las membranas celulares . Es una subtarea de creación de un modelo celular .
La computación de membrana se ocupa de modelos de computación distribuida y paralela , procesando múltiples conjuntos de objetos de símbolos de manera localizada. Así, las reglas de evolución permiten que los objetos en evolución sean encapsulados en compartimentos definidos por membranas. Las comunicaciones entre compartimentos y con el medio ambiente juegan 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 el modelo por primera vez en 1998. [1]
Un ingrediente esencial de un sistema P es su estructura de membrana, que puede ser una disposición jerárquica de membranas, como en una célula, o una red de membranas (colocadas en los nodos de un gráfico), 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 una vesícula tridimensional de la biología. Sin embargo, el concepto en sí es más general y una membrana se considera un separador de dos regiones. La membrana proporciona una comunicación selectiva entre las dos regiones. Según Gheorghe Păun, la separación del espacio euclidiano se produce en un “interior” finito y un “afuera” 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 la región.
La variedad de sugerencias de 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 informática de membranas contiene una gran cantidad de modelos. Por lo tanto, MC no es simplemente una teoría relacionada con un modelo específico, es un marco para diseñar modelos compartimentados.
Las sustancias químicas 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 de la piel, y una relación jerárquica que gobierna todas sus membranas. membranas debajo de la membrana de la piel.
Si los objetos son símbolos, entonces importa su multiplicidad dentro de una región; sin embargo, también se utilizan juegos múltiples en algunos modelos de cuerdas. Las regiones tienen reglas asociadas que definen cómo se producen, consumen, pasan a otras regiones y cómo interactúan entre sí los objetos. La aplicación no determinista de reglas máximamente paralelas en todo el sistema es una transición entre estados del sistema, y una secuencia de transiciones se denomina cálculo. Se pueden definir objetivos particulares para indicar un estado de detención, momento en el cual el resultado del cálculo serían los objetos contenidos en una región particular. Alternativamente, el resultado puede estar formado por objetos enviados desde la membrana de la piel al medio ambiente.
Se han estudiado muchas variantes de modelos y el interés se ha centrado en demostrar la universalidad computacional para sistemas con una pequeña cantidad 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 de espacio y tiempo y utilizar con menos frecuencia modelos para explicar procesos naturales en las 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 sí se da un sistema práctico. [2]
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )