灰狼是一种群居和集体捕猎动物,在个体攻击能力不足的情况下,灰狼可以通过群体合作完成超出个体能力的捕猎行为。它是所有肉食哺乳动物中将群体智能行为发挥到极致的群居性犬科动物。为了完成集体智能捕猎行为,狼群内部有着严格的等级制度。经过GWO[162]抽象,把灰狼分为α、β、δ和ω四个等级。各个等级灰狼在群体捕猎中的行为可归纳如下。
狼群的首领用α来表示,它是狼群的领导者,在狼群中具有至高无上的权威,代表着狼群的最高智慧和最高领导权。α狼作为整个狼群的决策者,它的决策影响着整个捕食过程的成败。因此,头狼的位置在本算法中代表所求问题的最优解。
β是第二等级的灰狼,是狼群捕猎行为的决策参与者。它可以根据实际情况辅助α狼做出决策,以及领导其他等级的灰狼完成头狼安排的其他群体行为。除了听命于头狼以外,β狼统领其他等级的灰狼,充当狼群的顾问及纪律执行者。它在监督α狼的命令执行效果的同时,还会将相关捕食建议反馈给α狼及整个狼群。
δ是第三等级的灰狼,它在狼群中的等级低于α和β,但高于ω,可以命令ω等级以下的灰狼。δ是狼群的中坚群体,是具体捕猎行为的执行者。该群体会根据捕猎环境完成狼群的绝大多数工作,其捕猎身份可以是侦查者、骚扰者、捕食者或者守护者,承担着狼群的警戒、侦察、捕猎和守护弱小群体等日常工作。
ω是第四等级的灰狼,也是狼群的最低等级,无条件地执行其他等级狼的命令。尽管ω狼在狼群中的地位低下,但是如果没有ω狼的存在,整个狼群的结构将会失衡,不利于狼群的集体生活和集体智能行为的执行。该类灰狼除了完成狼群中最为琐碎的工作以外,对狼群的团结和不断繁衍有着至关重要的作用。它们非常类似于ABC的侦察蜂,是群居生物不可或缺的一个等级低微的群体。(www.xing528.com)
在严格等级划分的基础上,灰狼算法还抽象了四种狼群的智能捕猎行为:在一定范围内搜寻猎物;跟踪、驱赶和逐渐接近猎物;在确定捕食目标以后,展开对猎物的追逐、袭扰和包围,根据α狼命令准备随时发起攻击;以α狼为领导对猎物展开攻击。
为了将GWO模型应用到MT分割中,算法迭代过程中的最优解被设置为α狼,与之相适应的,第二和第三最优解分别被设置为β狼和δ狼。其余的可行解被设置为ω狼。在算法迭代过程中,α、β和δ作为最优解引导狼群趋向更优解,ω则跟随前三个最优解逐渐对最优解形成包围。
除了上述α、β、δ和ω四个等级狼群的模型抽象化以外,为了解决MT分割问题,本书结合GWO的设置,提出了MDGWO。改进算法中,灰狼捕猎与图像分割之间的对应关系如表4.1所示。
表4.1 灰狼捕猎与图像分割之间的对应关系
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