多智能体蜂拥的研究

《多智能体蜂拥的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Il1绪论删除的内容：多解能体系统蜂拥问题的研究11.1研究背景蜂拥是一种人数量相互影响的具有普遍群体口标的个体集体行为的--种表现。数十年％,依靠个体间基本的相互影响的涌现现彖已经吸引了来自不同领域的科学家们，他们包括动物行为、物理、生物、社会学和微机科学等［I?］。这些主体的例子一般为鸟、鱼、鸽子、蚂蚁、蜜蜂和人群。这些生物在运动能力、视觉能力等方面有限，但通过相互之间的交互构成大规模群体，能够将有限的个体能力聚集起來，克服单个个体能力上的不足，高效的完成觅仓、迁徙、躲避天敌等活动。在这样的群体系统中，由于单个个体仅具有有限的局部

2、感知能力，仅能够获取存自己能力范围内的局部信息，而无法获取整个群体的全局信息，因此系统中就不存在集屮式的协调控制机制，而具有分散式、分布式系统的特点。如何通过局部信息交换产生全局的系统行为足近年來的一个研究热点。—般将实际中具有上述现象的系统抽象为多智能体系统(Multi-AgentSystems,MAS),该系统具有一个有趣的性质：在许多由大量动态演化的个体纽成的系统中，往往会涌现岀全局协调一致的行为。一般而言，构成该系统的个体并不知道整个系统的全局信息，每个个体只能根据它所拥有和感知的局部信息(如它所能够观察到的其它个体的行为)来

3、调整自身的行为。也就是说，整个系统是通过分布式的个体凋整而不是集屮控制方式实现全局协调一致行为的。具有这样性质的系统在实际中是普遍存在的，除了生物系统会表现出全局一致的性质，一些罪生物系统也会出现这种一致性现象，例如，悬挂在一个横梁上的钟摆在一段时间后会出现同步摆动，演岀结束后观众的掌声发生同步，网路上的路山器垠终会以同步的方式发送路山消息，从而引起的网络拥塞，以及人们通过人桥时的步伐同步，从而引起人桥的共振等。对于这类现象的产生机理，研究者将其纳入复杂网络的范畴内进行研究，得出这样的结论：在这些复杂系统中，每一个个体都是一个动力学系

4、统，而诸多的动力学个体Z间存在着某种特殊的耦合关系，这些系统中的个体根据自身能够感知的局部信息经过动态演化而达到整个系统的同步。本质上.复杂网络的同步的机理与多智能体系统协调现象是一•致的。截止目前对蜂拥动态行为的建模和分析按照研究方法来分类最常用的方法有三种:基于个体描述的方法，也称为拉格朗H方法；连续流方法，也称为欧拉方法；以及离散系统模型方法。以上三种方法中，基于个体描述的模型，是以常微分方程组来描述所有个体的运动，这是对连续变化对象建模的一个自然的方法。连续流模型则采用偏微分方程來描述蜂拥分布形成的密度场中局部的反应散现彖，研

5、究其稳定性和运动性质。离散系统模型方法是用离散时间方程组来描述，研究其互和作用下的集体行为。第_批对蜂拥(Flocking)的从理论角度进行研究的物理学家有Vicsek［13］等，删除的内容：多解能体系统蜂拥问题的研究1Toncr&Tu(141,Shimoyama［,5］等，和Levine［⑹等。Vicsck等的研究内容主要涌现在个体控制系统中速度匹配的势能(这并不意味着蜂拥)，而Toner&Tu采用了连续介质力学接近。Levine等创造了一个基于个体的相互影响的系统，这种循环蜂拥系统被称作循坏蚂蚁工厂。另一种连续模型是由Mogiln

6、er&Ekdstein-Keshet117］和Topaz&Bcriozzi［罔提岀的。Helbing等使用经验法的基于个体的模型研究了蜂拥。1.2群休智能理论及研究方法121群体智能概述群智能埋论的基木原理〔9201是以生物社会系统(Biologysocialsystem)作为依托，也就是由简单个体组成的群体与环境以及个体之间的互动行为。这种生物社会性的模拟系统利用局部信息产生难以估量的复杂群体行为。群体何能并不是所有生物种群都具有的特性，它是那些具有社会性特征的群居生物个体合作进行某些活动时才会产生的涌现现象。关于群体智能行为的生物

7、原型，Bonabcau描述了生物蚂蚁群体的一些行为，如觅食、劳动分工、尸体聚集、巢穴构造、合作运输等，并分别对其建模，然后设计了一系列算法、多主体系统(MAS)和多机器人系统卩»集屮介绍了社会性昆虫的行为建模和蚁群优化算法及其性能。Kennedy通过观察鸟群的协同运动，开创了微粒群优化这一新型群体智能方法的研究领域，并以此为基础提出了以下基本观点⑵】：1)人类智能的产生源于社会交往；2)文化和认知是人类社交的结果。対鱼群的研究，也属于群体智1能的理论范畴。群体智能研究成果和理论体系，可以用來指导我们对鱼群形成、组织体系、群体行为及其汹

8、现出的群体智能的研究。群体智能是一种通过模拟口然界生物群体行为來实现人工智能的方法。由单个简单个体完成的任务，可以涌现出复杂的钢能，充分体现了整体和大于个体的叠加。群体钢能利用群体优势，在没有集中控制，不提供全局模型的前