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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。
    % i' U+ z4 l3 F, v. [! A
    7 }1 n0 v# z# 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!
      S1 Y! w2 K% W! h
    5 }! p. d; n# j  q& _/ P) ]下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:
    8 i9 h8 c4 x6 X. e0 F
    & i0 y# ~0 m& h+ ^  w1、范围:+ n" k2 `# X, t% Z6 @: l4 J9 B
    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。0 M3 ~- T- U6 v2 ^
    2、环境:! ?6 \: g7 \5 d) d3 Y
    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。
    : T4 N! N) c, B3、觅食规则:3 N, p6 d+ a0 O& W" d/ [2 c0 J7 p& ]
    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。
    3 `' D8 m0 r* p3 A1 w4、移动规则: # C8 r9 m* i  P9 s4 l
    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。- b, u+ }# r  Y9 e' b1 L4 w3 ]' I
    5、避障规则:. `. u# ?. h& n  L0 h  i9 b0 I' b2 G
    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。
    ' |' n5 m$ u3 G( g7 \5 t7、播撒信息素规则:8 ]6 T& I0 r9 f9 j) {5 i
    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 _4 w/ V! O. ?- L, r1 t5 {2 B
    3 T! U+ O* f0 u# j9 u
    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。 9 n3 y( d2 ]0 e

    9 B: i# A. S  e* V7 v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。
    & r5 K$ y) [1 y
    # Y$ k( @# X# ^1 O  ~. P参数说明:: n* d, x' H. j
    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。2 @( V/ E7 x/ L
    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。. g" k2 `. C( J& L. }1 x
    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。
    * M& I  P+ Q0 _! ?7 ?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。
    8 }& C% R& |/ o. s
    + Y/ F$ g6 t: m4 j* e; l: x3 M参考文献:http://blog.minidx.com

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