-
Što je to teorija
perkolacije?

Zamislimo jednostavnu dvodimenzionalnu reetku kao na slici gore. Neka
je svako polje popunjeno s vjerojatnoću p, neovisno o popunjenosti
susjednih polja. Popunjena polja koja su jedna drugima najblii susjedi
(imaju jednu zajednički stranicu) nazivaju se grozdovima. Tako na desnoj
strani slike, polja koja su označena istom bojom pripadaju zajedničkom
grozdu. Kako povećavamo vjerojatnosti p, moe se u sistemu pojaviti
grozd koji se prostire s jednog kraja na drugi - perkolirajući grozd. Granična
vjerojatnost na kojoj dolazi do pojave ovakvog grozda naziva se vjerojatnost
praga i označava s pc . To je vjerojatnost
na kojoj se prvi put formira perkolirajući grozd. Za 2D kvadratičnu reetku
se dobiva pc = 0.59.
Gornja matrica i popunjena polja mogu predstavljati različite sisteme.
Njima moemo simulirati pore u nekom poroznom mediju, nečistoće u nekom
materijalu, vodljive otoke u izolatorskoj matrici ili pak neto vrlo prozaično
kao to je princip priprave kave u automatu. Pri tome nas moe zanimati
kako će neka tekućina prolaziti kroz porozni medij (npr. protok nafte kroz
različite slojeve zemljine kore) ili koliko primjesa moramo dodati nekom
materijalu da bi dobili vodič ili pak koliko kave moramo staviti u automat.
Ako stavimo premalo, neće biti dobrog okusa, a ako stavimo previe, automat
će se začepiti. Primjeri su brojni i pokuajte ih pronaći sami.
Veliki razvoj teorija perkolacije doivljava usavravanjem kompjutera
i mogućnoću simuliranja perkolacije na velikim sustavima.
- Primjena
perkolacije u modeliranju umskih poara
uma se pojednostavljeno prikazuje kao dvodimenzionalna
pravokutna reetka. Na svakom polju se nalazi jedno drvo s vjerojatnoću
p. Takva polja nazvat ćemo "zelena polja". Neka pojedina drva
gore. Polja koja zaposjedaju stabla zahvaćena plamenom nazvat ćemo "crvena"
polja. Najjednostavniji izbor je da su na početku zahvaćena sva stabla
u prvom redu reetke kojim modeliramo nau umu, a da su sva ostala polja
zelena. Zanima nas da li će se poar proiriti do zadnjeg reda reetke
(znači s jednog kraja ume na drugi) i koliko će vremena proći prije nego
to se vatra ugasi, bez obzira da li će se proiriti kroz cijelu umu ili
će se ugasiti prije toga.
Da bismo vidjeli kako se vatra iri, moramo
prvo odrediti kriterije po kojem će se paliti stabla. U prvom slučaju ćemo
uzeti da je zeleno polje postalo crveno (stablo se zapalilo) ako postoji
susjedno crveno polje. Prilikom simuliranja krećemo od prve linije u kojoj
su sva polja crvena. Zatim prelazimo po matrici liniju po liniju i pretvaramo
zelena polja u crvena po danom kriteriju. Kad dođemo do zadnje linije ponavljamo
postupak. Svaki ovakav prijelaz po matrici predstavlja jedan vremenski
korak simulacije. Pretpostavit ćemo pojednostavljeno da u svakom ciklusu
crvena polja, nakon to su zapalila svoje susjede postaju crna polja (hrpa
pepela), koja vie ne gore i ne pale okolna stabla. Simulacija je gotova
kada vie nema gorućih stabala ili kada se poar proiri do zadnje linije
u matrici. Vrijeme trajanja poara je broj vremenskih koraka u simulaciji
do njenog kraja, uprosječena po vie simulacija za istu vjerojatnost p.
U ovakav model se preko kriterija za irenje poara mogu uvesti i vremenske
prilike. Moe se uvest kriterij da po vrućem vremenu drvo koje gori moe
zapaliti ne samo najblie, već i slijedeće najblie susjede (to su ona
polja koja imaju zajedničke vrhove). Za slučaj vlanog vremena uvjet da
bi se stablo zapalilo moe biti da u susjedstvu mora imati dva goruća stabla.
Pojavi perkolacije u ovom modelu odgovara irenje poara kroz cijelu umu.
Natrag na projekt