植物可看作由大量枝、节组成的系统,模拟植物的生长演绎方式是A.Lindenmayer在20世纪 60年代末把乔姆斯基的生成转换语法引入生物学,以简单的重写规则和分枝规则为基础,建立了关于植物的描述、分析和发育模拟的形式语法,称为L-系统.对植物生长作形式化描述,可以根据以下几点进行:1)破土而出的茎杆在一些叫做节 的部位长出新枝;2)大多数新枝上又长出更新的枝,这种分枝行为反复进行;3)不同的枝彼此有相似性,整个植物有自相似结构.用L-系统描述生长的基本概念如图1所示.

20世纪80年代,P.Prusinkiewicz等人把L-系统与计算机图形学、分形学结合起来,完善了植物生长的分枝模型.在所规定的生长规则的反复重写下,可作出如图2所示的分形生长树图(取自普鲁森科维奇专著).

PGSA以L-系统作为人工植物的生长演绎方式的源模式,生长点即植物生长细胞,是模拟植物系统每一次生长的位置点.植物生长过程是在生长点按2n(厅为变量的维数)个方向生长并产生新枝,分枝长度在整数规划情况下设定为1(非整数规划情况下可根据精度要求选取).

按照L-系统完成的人工植物结构,仅解决了模拟植物生长的演绎问题,其关键问题还没有解决,即在众多生长点中,每一次到底确定其中哪一个进行新的生长,怎么保证树枝向最优解方向生长,其核心问题就是植物向光性特点的算法实现问题.