Desarrollo y aplicaciones de un entorno de programación para computación celular: P-Lingua

La presente memoria está estructurada en tres partes que constan de un total de siete capítulos cuyos contenidos se describen sucintamente a continuación. Parte I: Preliminares La memoria comienza con un breve recorrido histórico acerca del desarrollo y evolución de diversos conceptos relacionados con la Teoría de la Computación y la Teoría de la Complejidad Computacional. Se analizan las limitaciones que tienen los dispositivos reales construidos en el marco de dichas teorías, a la hora de resolver eficientemente problemas concretos que son relevantes en la vida real, lo cual hace necesario la búsqueda de nuevos paradigmas de computación que permitan superar algunas de esas limitaciones. Se presentan los conceptos básicos de la Computación Natural y, en particular, de la rama de la Computación celular con membranas, Membrane Computing, en la que se enmarcan los trabajos que se presentan en esta memoria. En el Capítulo 2 se analiza la problemática actual relativa a la modelización de procesos complejos de la realidad, justificando la necesidad de utilizar modelos formales a _n de conseguir ciertos avances de tipo cualitativo. Se describen brevemente algunas aproximaciones clásicas, así como otras más recientes de tipo computacional que tratan de capturar la aleatoriedad inherente a los procesos biológicos. Finalmente, se presenta un marco de especificación para el diseño de modelos basados en el paradigma de Membrane Computing. Parte II: Aplicaciones de software en Membrane Computing El Capítulo 3 está dedicado a justificar la necesidad de desarrollar herramientas informáticas para poder analizar la bondad de los modelos computacionales diseñados, a través de una validación experimental basada en simulaciones. Se presenta una breve panorámica de los simuladores de sistemas P desarrollados hasta la fecha y se describen los elementos comunes que tienen todos ellos y que han de ser implementados. En el Capítulo 4 se presenta un entorno de programación para el paradigma de Membrane Computing. Dicho entorno está compuesto de: (a) un lenguaje de programación para la especificación de sistemas P (P-Lingua); (b) una biblioteca que implementa el procesamiento de ficheros y diversos algoritmos de simulación (pLinguaCore); y (c) una serie de herramientas para la línea de comandos. La última parte está dedicada a la presentación de ejemplos de código de distintos sistemas P, incluyendo dos familias que proporcionan soluciones eficientes del problema SAT de la satisfactibilidad de la Lógica Proposicional. Parte III: Aplicación al estudio de ecosistemas reales En el Capítulo 5 se describe un marco específico para la modelización computacional de ecosistemas basado en Membrane Computing. En particular, se presentan las concreciones del marco general para los sistemas P probabilísticos y, además, se describe con detalle un algoritmo de simulación que trata de capturar la semántica probabilística. Además, se presenta el software EcoSim 2.0 que es una familia de herramientas para la simulación de modelos de ecosistemas y que se ha desarrollado utilizando P-Lingua y pLinguaCore. El capítulo finaliza con un ejemplo simple de ilustración acerca de las interacciones tritróficas. El Capítulo 6 está dedicado al diseño de modelos basados en sistemas P de dos ecosistemas reales. El primero de ellos se refiere a un ecosistema de la zona pirenaico-catalana en donde habita una ave carroñera en peligro de extinción, el quebrantahuesos; el segundo está dedicado a la modelización computacional de un ecosistema del pantano de Ribarroja, gestionado por Endesa S.A. en el que una especie exótica invasora (el mejillón cebra) está causando importantes problemas de sostenibilidad del medio ambiente con la destrucción de especies autóctonas, así como graves problemas de tipo económico al provocar importantes destrozos en instalaciones diversas de la compañía en torno a dicho pantano. En ambos casos, se han diseñado sendos modelos basados en sistemas P multientornos funcionales-probabilísticos para los cuales se han desarrollado aplicaciones informáticas ad hoc que permitan la validación experimental de los modelos y su uso para la realización de experimentos virtuales a partir de diferentes escenarios de interés para los expertos. La memoria finaliza con un breve capítulo dedicado a la presentación de conclusiones y líneas de trabajo futuro de investigación.
[Sevilla: 2010]

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