L系统,也称为Lindenmayer系统,是由匈牙利裔生物学家Aristid Lindenmayer于1968年提出的一种数学模型。它是一系列不同形式的正规语法规则,用于研究细胞交互作用,并特别广泛应用于植物生长过程的建模。L系统的核心概念是重写(rewriting),即根据预先定义的重写规则(生成规则)集不断地生成复合形状,并用它来取代初始简单物体的某些部分,以定义复杂物体。L系统在平面内采用“二维龟解释模型”,通过想象一只乌龟在平面上爬行,其状态由三个值描述(x, y, α),并根据步长和扭转方向的角度增量来生成字符串,从而得到植物的结构形态。
L系统的本质是一个重写系统,通过对植物对象生长过程的经验式概括和抽象,初始状态与描述规则进行有限次迭代,生成字符发展序列以表现植物的拓扑结构,并对产生的字符串进行几何解释,就能生成非常复杂的分形图形。这种系统不仅用于植物学,还可以用于研究其他生物系统的生长和演化过程。
总结来说,L系统是一种用于模拟和分析生物系统,特别是植物生长过程的数学工具。它通过定义一系列重写规则,生成描述植物结构的字符串,并利用几何解释来揭示这些字符串所代表的复杂结构。