蚂蚁信息素引领最优路径的群体协作算法

蚂蚁是地球上最常见、数量最多的昆虫种类之一，在生活中随处可见。学者们观察蚂蚁的觅食习性时发现，蚂蚁能够在不使用视觉的情况下，通过随机和多变地开辟路径，与伙伴分享信息，它们总能在较短时间内找到巢穴与食物源之间的最短路径。

蚂蚁的这种群体协作功能是通过一种遗留在其来往路径上的叫作信息素(pheromone)的挥发性化学物质来进行通信和协调的。化学通信是蚂蚁采取的基本信息交流方式之一，在蚂蚁的生活习性中起着重要的作用。有些蚂蚁并没有像其他蚂蚁一样总重复同样的路，它们会另辟蹊径，如果另开辟的道路比原来的道路更短，那么，渐渐地，更多的蚂蚁会被吸引到这条较短的路上来。最后，经过一段时间，可能会出现一条最短的路径被大多数蚂蚁重复着。整个蚁群就是通过这种信息素进行相互协作，形成正反馈，从而使多个路径上的蚂蚁都逐渐聚集到最短的那条路径上的。1992年，意大利学者M.Dorigo和V.Maniezzo根据蚁群觅食的规律提出了蚁群算法(Ant Colony Optimization，ACO)，用于模拟和寻找优化路径。(www.xing528.com)

蚁群之所以具有群体智能特征，是因为它的简单行为规则，而这些规则综合起来即表现为多样性和正反馈两个核心特征：多样性保证了蚂蚁在觅食的时候不至于走进死胡同而无限循环，正反馈机制则保证了相对优良的信息能够被保存下来。我们可以把多样性看成一种创造能力，而把正反馈看成一种学习强化能力。正反馈代表权威意见，而多样性代表打破权威体现的创造性，这两点的巧妙结合使得群体智慧涌现出来。大自然的进化、社会的进步、人类的创新实际上都离不开这两样东西，多样性保证了系统的创新能力，正反馈保证了优良特性能够得到强化，两者要恰到好处地结合。