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[课件资源] 蚁群算法(找食物)附件:源代码

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    发表于 2009-2-4 22:08 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    小小的蚂蚁总是能够找到食物,他们具有什么样的智能呢?设想,如果我们要为蚂蚁设计一个人工智能的程序,那么这个程序要多么复杂呢?首先,你要让蚂蚁能够避开障碍物,就必须根据适当的地形给它编进指令让他们能够巧妙的避开障碍物,其次,要让蚂蚁找到食物,就需要让他们遍历空间上的所有点;再次,如果要让蚂蚁找到最短的路径,那么需要计算所有可能的路径并且比较它们的大小,而且更重要的是,你要小心翼翼的编程,因为程序的错误也许会让你前功尽弃。这是多么不可思议的程序!太复杂了,恐怕没人能够完成这样繁琐冗余的程序。 ! y9 G' E# u! @2 B/ z' a. Q8 F

    9 b4 @" E' \5 t( E3 S; A6 A为什么这么简单的程序会让蚂蚁干这样复杂的事情?答案是:简单规则的涌现。事实上,每只蚂蚁并不是像我们想象的需要知道整个世界的信息,他们其实只关心很小范围内的眼前信息,而且根据这些局部信息利用几条简单的规则进行决策,这样,在蚁群这个集体里,复杂性的行为就会凸现出来。这就是人工生命、复杂性科学解释的规律!
    4 D3 @4 S! U& U7 O1 N3 m: r" g& K7 \) h2 b9 C
    下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:6 o: W# [/ f1 x

    & Z  |0 c4 k9 O6 t0 q; }, q$ h1、范围:, ~! }5 P  h% F1 V  R" F' {
    蚂蚁观察到的范围是一个方格世界,蚂蚁有一个参数为速度半径(一般是3),那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界,并且能移动的距离也在这个范围之内。. e+ d, _5 u0 ^" T* l! `$ O9 x6 O
    2、环境:' ~* G9 Q! Y4 p2 u. k$ m
    蚂蚁所在的环境是一个虚拟的世界,其中有障碍物,有别的蚂蚁,还有信息素,信息素有两种,一种是找到食物的蚂蚁洒下的食物信息素,一种是找到窝的蚂蚁洒下的窝的信息素。每个蚂蚁都仅仅能感知它范围内的环境信息。环境以一定的速率让信息素消失。
    + w1 h7 V7 a' h: w7 E$ z3、觅食规则:; q7 l" O/ M, i" F1 m7 m/ o
    在每只蚂蚁能感知的范围内寻找是否有食物,如果有就直接过去。否则看是否有信息素,并且比较在能感知的范围内哪一点的信息素最多,这样,它就朝信息素多的地方走,并且每只蚂蚁多会以小概率犯错误,从而并不是往信息素最多的点移动。蚂蚁找窝的规则和上面一样,只不过它对窝的信息素做出反应,而对食物信息素没反应。' ^  O  a$ G  G2 ?4 {" I/ T
    4、移动规则: * H* ?! Y* D) g# T
    每只蚂蚁都朝向信息素最多的方向移,并且,当周围没有信息素指引的时候,蚂蚁会按照自己原来运动的方向惯性的运动下去,并且,在运动的方向有一个随机的小的扰动。为了防止蚂蚁原地转圈,它会记住最近刚走过了哪些点,如果发现要走的下一点已经在最近走过了,它就会尽量避开。. s# f9 d7 B' E0 S- ]: m# C
    5、避障规则:
    2 t4 Q6 a& u  }; J, K# ~如果蚂蚁要移动的方向有障碍物挡住,它会随机的选择另一个方向,并且有信息素指引的话,它会按照觅食的规则行为。
    9 j4 V  c! b$ n7、播撒信息素规则:* D/ ]) e  g; i; H
    每只蚂蚁在刚找到食物或者窝的时候撒发的信息素最多,并随着它走远的距离,播撒的信息素越来越少。
    ; W1 N! L0 x# F
    ; N# v+ c% W2 Z5 }/ d下面的程序开始运行之后,蚂蚁们开始从窝里出动了,寻找食物;他们会顺着屏幕爬满整个画面,直到找到食物再返回窝。 : |3 Y1 m% _5 p! E

    - }  D1 E4 q; F3 y9 Z! M其中,‘F’点表示食物,‘H’表示窝,白色块表示障碍物,‘+’就是蚂蚁了。 . |+ H+ H: W) y3 |

    / \, A! ^  `6 w参数说明:
    ) Y4 A* y9 J  j$ P# g3 U/ A最大信息素:蚂蚁在一开始拥有的信息素总量,越大表示程序在较长一段时间能够存在信息素。信息素消减的速度:随着时间的流逝,已经存在于世界上的信息素会消减,这个数值越大,那么消减的越快。
    3 [7 M. a2 \7 p* V错误概率表示这个蚂蚁不往信息素最大的区域走的概率,越大则表示这个蚂蚁越有创新性。8 q. P' g- s9 e6 F& E; e- W
    速度半径表示蚂蚁一次能走的最大长度,也表示这个蚂蚁的感知范围。- s, H! U0 Z; X- |3 Q% Q4 R
    记忆能力表示蚂蚁能记住多少个刚刚走过点的坐标,这个值避免了蚂蚁在本地打转,停滞不前。而这个值越大那么整个系统运行速度就慢,越小则蚂蚁越容易原地转圈。 / i5 K$ s# ?) c! J; i, d
    ; Y" P" v; }5 R5 O' T+ J  \  _
    参考文献:http://blog.minidx.com

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