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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 2009-6-25 20:33 |只看该作者
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    [LV.1]初来乍到

    蚁群算法(找食物)附件:源代码
    9 u/ H) G: H0 B; ?2 n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。 1 O& x- X% G6 _
    . T2 X" O0 V; H5 \! p; W
    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!$ {. h: j6 Q. h; y: @

    ! Z! M8 H4 j9 p6 T+ I# K4 L+ Y下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:
    3 G  G# L' {0 y( R2 F
    6 \, H" d' M0 B1、范围:
    9 [9 R; B4 }/ Z9 O" ?+ n& X5 a+ V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。
    : ~# N+ }5 w0 a2 X: r) F2、环境:) [- k9 I- E8 [$ J
    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 M; k, x; L- Q/ r& }. {$ {
    3、觅食规则:. X" @/ s+ y- G7 A/ y7 _
    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。5 m" L, k" \9 a9 p- W+ F+ n
    4、移动规则:
      a: S  R- J- s- {, V2 N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。
    + `# a* I5 ], e5、避障规则:7 h; s2 x+ h9 G7 b" N
    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。
    - p; G4 J. Z. e0 q; j2 G+ q$ p: P7、播撒信息素规则:
    ( q0 E/ E$ R- W& c6 F8 s9 W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。
    3 N- b7 ?7 E; e  Q4 O# h
    & Q( b' ~, p; [. S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。 0 N/ n4 K  x! p& r) Q

    3 `: y% |2 o$ Y) J8 R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。 + p  r0 R- \3 ~: B4 \/ T; B* s

    3 b  Q1 J- Q) {% S参数说明:
    8 T& |) H3 }# j1 J! s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。
    9 a) O6 }0 d% w$ _; N! B9 _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。
    4 ~  y7 }: a) ]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。+ e8 {* [0 Q# s4 p& `7 n
    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。
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    蚁群算法(找食物)附件:源代码
    9 x. h3 \) S8 v# Y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。
    6 C" j# E2 i; u
    . q" u2 V# o' X( {! X' A7 N7 @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!0 V2 x/ b3 w& a; }/ f) @, M" `' V

    & E8 v1 s: ]3 z; K9 Z: x下面就是实现如此复杂性的七条简单规则:
    ' b3 T7 S% l; ?/ }1 ~- `
    + S0 I7 W! R8 V! G9 b1、范围:. h/ h2 |4 I/ s8 C0 U: Q, ^
    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。+ a4 ^4 p% X9 n' w
    2、环境:
    ! M7 W2 O! D& P# S4 K: I/ V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。
    2 {. f7 k% O' M1 B3、觅食规则:
    : ~; x5 h$ i( j$ k  ~8 t& `0 c+ N3 u7 E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。* n1 d! P6 I; S- Q$ `1 c' w2 b
    4、移动规则:
      {! w9 W. x; P* s- V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。# e8 }! E. r; d; m! X/ h
    5、避障规则:
    7 K$ Q% U8 S/ s% n5 e: K9 x- u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。
    $ F/ e$ @- n. O; x3 \7、播撒信息素规则:
    ( _! L) ?; u; W4 q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。
    $ x& t) R  y  P. T
    , p: I+ k" y; ^7 J5 l, [5 I1 v" p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 w$ n' u9 B% j' W( S1 l+ k5 ^3 w+ Q. d9 h9 a. h5 s
    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。 1 `( m! w! F9 N$ f1 o3 Z6 r( ]3 b
    ! \7 u& d; r, I+ p) K$ J
    参数说明:
    : w$ I' ?* q8 H" G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。
    8 P/ q8 ?6 h* R0 D8 {3 d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。
    $ P0 K) Q2 }1 ]$ _" ~- m/ B' S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 t/ G2 k/ u0 t+ S3 Q5 g
    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。
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