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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。
    , |2 u$ Z5 c2 x0 t- O  v3 ~
    + j0 o6 {  y  ]( r; }- ^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!3 j9 Y& |, v% U1 w

    ) U: P% N* B. g# v9 j! @! g+ {/ @' Q下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:
    & w  h; _3 I2 K5 Q' q& D; {# Y
    & {% m1 `% M0 c' f* ^# n1、范围:
    7 I4 {: d& |  g6 O0 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。2 x0 Y5 b: Z- D( R
    2、环境:' q, Q" h: T) }# _5 Q+ \
    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。; Y0 O0 r) u0 H) P: x6 B$ i
    3、觅食规则:) i0 W- k( u5 {6 _
    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 c5 R$ [3 f5 J9 b3 u
    4、移动规则: 0 e! i- e0 V" O. m: S$ T% Z% s% k
    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。. `0 O- w) E+ V0 f
    5、避障规则:8 \! b7 |  ~3 k8 F) p
    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。 - R5 N& I' j! ~: E. ^3 t& ]$ }
    7、播撒信息素规则:
    8 ~9 H$ @9 U- `4 s# z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。
    $ A9 @7 o" n, w. e1 u. k4 _
    ' f, ^: y8 o; Y9 s! r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。 5 X+ g$ m4 X$ |" [1 R! u& T1 d

    + Z9 W- W6 Y9 K' p, Z$ W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。 % D8 f# p* G. Z9 I2 s2 e5 G) r
    ! M5 l, y3 @1 W1 M9 [4 N5 Q
    参数说明:) {5 o5 }' z/ J1 n+ F4 o2 @" M
    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。
    # b+ Z  _0 t6 C2 }. Y2 G3 g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。
    / o5 u# ^% }4 _7 ]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。& S6 o( a" ]+ s) G. O' O
    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。 * y5 F6 X- [0 z' d' Q& O0 g
    . X9 s4 b; v: ]# g
    参考文献:http://blog.minidx.com

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