生物集群与一致性问题之间的映射

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生物集群与一致性问题之间的映射

生物集群表现出自适应性、鲁棒性、分散性、自组织性、协作性、稳定性及一致性等特征。生物集群的研究可为群机器人等人工群体系统的协调控制等，提供必要的理论基础。

集群行为

集群行为普遍存在于自然界中，群居性生物群体中的诸多个体遵循简单的行为规则经由与环境和邻近同伴间的信息交互而能适时地改变自身的行为模式以适应动态变化着的环境。尽管个体的行为能力有限，群体却能协作完成诸如迁徙、栖息、觅食、筑巢、御敌等复杂的团队活动，使整个群体呈现出协调、有序的自组织状态。这种自组织本质上是全局性的，完全由局部信息交互自下而上产生，使整个群体涌现出单个个体所不具备的特性和能力。典型的集群行为是由若干处于弱磁场环境中的自驱粒子组合而成的群体经由复杂的动态模式展显出来的。

集群智能

蜂拥、迁移、涡旋等缤纷多彩的生物集群现象中的遵循着简单行为规则的大规模自由智能个体，经由个体间的若干类交互作用，将以分散性、自组织的方式，使整体能在系统层面上涌现出单个自由个体不可能达成的集群智能。

一致性问题

群体动力学与一致性滤波互连关系的研究，可用于群体系统的导航与控制，群体动力学模块的功能是，受生物集群行为启发，依据避碰的需求，选取合适的个体交互规则，设计合理的控制策略，执行目标跟踪任务；一致性滤波器的功能是，估计群集中心位置，由虚拟的群集中心计算出目标位置，估算出实时的运动方向，对群体的运动实施导航，完成预期的目标跟踪任务。ix 为表征个体 i 在时刻 t 的状态矢量；iu 表征群体动力学模块在时刻 t 的实时输入；表征一致性滤波器在时刻 t 的实时输入； ˆix 为一致性滤波器在时刻 t 的实时输出，亦表征个体i在下一时刻即t+1时刻的状态矢量。 显而易见，借鉴集群机理，提取出合理的个体运动行为控制规则，通过个体间的交互作用，可使群体中的每个智能个体的某一状态趋于一致，从而使整体呈现出涌现的行为。