36
Physics of Life Reviews 4 (2007) 1–36 www.elsevier.com/locate/plrev Review Fundamentals of natural computi ng: an overview Leandro Nunes de Castro Graduate Program in Computer Science, Catholic University of Santos, R. Dr. Carvalho de Mendonça, 144, Vila Mathias, Santos SP, Brazil Received 7 October 2006; accepted 9 October 2006 Av ailable online 4 December 2006 Communicated by L. Perlovsky Abstract Natural computing is a terminology introduced to encompass three classes of methods: (1) those that take inspiration from nature for the development of novel problem-solving techniques; (2) those that are based on the use of computers to synthesize natural phenomena; and (3) those that employ natural materials (e.g., molecules) to compute. The main elds of research that compose these three branches are the articial neural networks, evolutionary algorithms, swarm intelligence, articial immune systems, fractal geometry , articial life, DNA computing, and quantum computing, among others. This paper provides an overview of the fundamentals of natural computing, particularly the elds listed above, emphasizing the biological motivation, some design principles, their scope of applications, current research trends and open problems. The presentation is concluded with a discussion about natural computing, and when it should be used. © 2006 Elsevier B.V . All rights reserved. Keywords: Natural computing; Bio-inspired computing; Problem-solving; Novel computing paradigms Contents 1. In tr od uc ti o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Na tur al compu tin g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3. Co mp ut in g in spir ed by na tu re . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.1. Ar ti c ia l ne ur al ne tw or ks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.1.1. Biol og ical mo tivatio n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.1. 2. Desi gn pr inci pl es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.1.3. Sc op e o f ar ti c ia l n eu ra l ne twor ks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. 1. 4. Cu rr en t t re nd s a nd op en pr ob le ms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. 2. Ev ol ut io nary comp ut in g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. 2. 1. Biol og ical mo tivatio n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. 2. 2. De si gn pr inci pl es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3. 2. 3. Sc op e of e vol ut io nary co mp ut in g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3. 2. 4. Curr en t t re nd s a nd op en pr ob le ms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 * Tel.: +55 13 3251 2867; fax: +55 13 3226 0500.  E-mail address: [email protected] (L.N. de Castro). 1571-0645/$ – see front matter © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved. doi:10.1016/j.plrev.2006.10.002

Naturalcomputing-Material de Ayuda

Embed Size (px)

Citation preview

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 1/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 2/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 3/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 4/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 5/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 6/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 7/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 8/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 9/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 10/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 11/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 12/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 13/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 14/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 15/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 16/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 17/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 18/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 19/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 20/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 21/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 22/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 23/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 24/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 25/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 26/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 27/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 28/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 29/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 30/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 31/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 32/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 33/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 34/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 35/36

8/8/2019 Naturalcomputing-Material de Ayuda

http://slidepdf.com/reader/full/naturalcomputing-material-de-ayuda 36/36