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[课件资源] 蚁群算法(找食物)附件:源代码

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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2009-2-4 22:08 |显示全部楼层
    |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。
    + k, t' Q" ?2 ~( g4 w0 f+ Q% N$ E6 O0 u2 J
    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!) R, p1 \: u, g4 X
    $ Y) _& A8 c* a" R. y0 `) D  r, `$ [
    下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:5 y3 Q+ J, d0 k

    $ w" N8 k' W9 ]" A( j8 f1、范围:
    2 @/ p  k& e) m& j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。
    : ~+ \6 a0 Q* T' ], x; W7 Z2、环境:  ]* }6 w7 U. R0 F
    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。
    5 S9 d% S! |: b' t* l2 x$ s3、觅食规则:
    6 h. N, A0 Z$ H4 T7 S( `! N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。
    + H- F5 o5 w' K4 p  V7 i" I; V4、移动规则: 5 W; g& b7 v$ h6 M% Z4 H
    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; g2 y( m7 N  j, H  D0 f5、避障规则:7 c, C' {; `- G& 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。 7 \5 j# i- L4 X, p2 o
    7、播撒信息素规则:
    * X- H! k) {7 b2 |3 T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。
    ; C$ n0 g4 J% r$ {. Y1 M1 X, N& Z
    2 T. U9 C3 [+ }2 f7 }, W4 Y$ Q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。 ' S  \& ]+ A* T7 r4 F# h

    ( v0 l1 B+ |& ^! Q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。 2 O6 I- G+ Q. a. }) x' }
    4 R& J8 d4 k  q! o. X+ |+ t
    参数说明:
    ! m) ]. V* l" z( n; @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。# N3 {; D7 Z  {1 s* }* u: U
    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。# `3 ^4 a5 a1 I3 V
    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。3 q: c8 Z' x) ^; t+ D+ w: P
    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。
    3 B7 j% Q3 s: ^$ R& k& ]
    + O! d2 c$ v7 x9 J  `, k- I9 h参考文献:http://blog.minidx.com

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