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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。 9 {# @/ e4 B/ F; F( ]4 z! G
    2 `3 S  g: b* Q7 c; Z
    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!: P0 H; d/ w6 e7 m5 ^+ [
    ( _. C% z- \; |# ?: L, k
    下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:, L( h7 o+ X) ^6 b% [! B" ~1 b
    3 X1 `; K7 K+ R. \9 U. h
    1、范围:
    2 N' y# G3 B, m+ g0 T3 T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。5 q6 X3 l. E/ O' O
    2、环境:
    ; J. Z1 M8 T3 j0 U4 C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。
    4 k" v7 d4 W4 ~9 v+ i/ u& T6 x1 @3、觅食规则:
    4 }5 w! k3 e3 D4 X& u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。- ?6 l# a; h5 v) |: c4 e
    4、移动规则:
    ! T7 R( v( M" `3 N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。! u! e' l/ E0 t* F% [
    5、避障规则:
    : Y' ^7 Q! O' v0 W9 p$ b! Y; u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。 ( e& Q" O8 ~2 ]' D# q8 W4 u4 E' i
    7、播撒信息素规则:
      d0 W! W6 U- \' q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。 2 P4 B; \+ L. s; V$ T

    7 A$ E# M. ^! K" A- `' k. o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。 & j! \! O# T7 S. b

    8 Z' m8 E/ `4 E" T$ F  N* y. I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。
    # j$ b" U8 ~) u9 u& h; t1 J, z3 I9 D2 a4 T) q
    参数说明:; j+ R% \, Q9 }" s% a4 x
    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。, y5 T- V' t$ y6 r; P8 }2 B/ S' Y  j
    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。% [7 l+ \- H: K. m& c
    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。1 x' L* M6 K. @# }. z; ^( N
    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。 " ]# l9 C$ N6 s5 Q  F+ M
      N8 t! T5 I* t
    参考文献:http://blog.minidx.com

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