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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。
    " m5 P; Q7 k- p" [; R' ?) u
    * z0 A5 I) v8 K- S8 m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 z- p# G5 o: e% o9 V
    1 y+ I7 a) d5 i. t! k: I0 _' M" B
    下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:
    " r4 P# c5 j+ `9 q  w6 c
    % b% t  B: N; T7 p& L1、范围:3 q9 n& P( }, y
    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。3 s, @$ `" p+ D1 a  L* [& Y
    2、环境:
    : Q4 i% k  ~3 K' i# P4 v1 @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。
    ; u+ _* w2 h4 ]" Z# k3、觅食规则:1 J% H7 J) `1 E- C* B0 r- l& s
    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。; G6 H7 G& ~7 @, `2 g
    4、移动规则: # K0 e8 K3 I" m# x
    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。
    ! Y0 G! k$ {1 h5 W' W2 C5、避障规则:
    ( O$ K4 \+ W* Q2 \6 k! a6 Z. ^2 N+ O+ i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。
    ! i0 q. d* c+ m* K' y* q7、播撒信息素规则:
    * ]0 s" U# h- Q7 n# R. V1 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。
    + ]# G+ B5 F  N1 M- I0 |( a3 Q/ c% |& |
    # I6 z, j9 ~& M7 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。 * E% a6 C- E# e5 z( J
    5 B& O: c9 @/ {4 _) H
    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。
    % U. ^. @5 \' \) r9 k$ H! c  y& n0 O8 ]7 B% r' t. m
    参数说明:: I0 K* m5 u. C! g- p& o
    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。
    4 ?2 D: a( Y% H+ Y/ 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。8 J9 c; t) e* X7 o1 ~
    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。4 ^8 a. a8 E( |" H) y* E  m1 x
    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。
    / y# _& P$ x9 s2 a# W' x9 H/ T) X) I; Y$ ^1 G
    参考文献:http://blog.minidx.com

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