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2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

Physarum Can Compute Shortest Paths: Convergence Proofs and Complexity Bounds

verfasst von : Luca Becchetti, Vincenzo Bonifaci, Michael Dirnberger, Andreas Karrenbauer, Kurt Mehlhorn

Erschienen in: Automata, Languages, and Programming

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Physarum polycephalum

is a slime mold that is apparently able to solve shortest path problems. A mathematical model for the slime’s behavior in the form of a coupled system of differential equations was proposed by Tero, Kobayashi and Nakagaki [TKN07]. We prove that a discretization of the model (Euler integration) computes a (1 + 

ε

)-approximation of the shortest path in

O

(

m

L

(log

n

 + log

L

)/

ε

3

) iterations, with arithmetic on numbers of

O

(log(

nL

/

ε

)) bits; here,

n

and

m

are the number of nodes and edges of the graph, respectively, and

L

is the largest length of an edge. We also obtain two results for a directed Physarum model proposed by Ito et al. [IJNT11]: convergence in the general, nonuniform case and convergence and complexity bounds for the discretization of the uniform case.

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Metadaten
Titel
Physarum Can Compute Shortest Paths: Convergence Proofs and Complexity Bounds
verfasst von
Luca Becchetti
Vincenzo Bonifaci
Michael Dirnberger
Andreas Karrenbauer
Kurt Mehlhorn
Copyright-Jahr
2013
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-39212-2_42

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