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生物学基础在智能优化算法中的应用

时间:2023-11-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:在昆虫世界中,蚂蚁的组成是一种群居的世袭大家庭,我们称之为蚁群。意大利学者M.Dorigo、V.Maniezzo等在观察蚂蚁的觅食习性时发现,蚂蚁总能找到巢穴与食物源之间的最短路径。经研究发现,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称为信息素的挥发性化学物质来进行通信和协调的。虽然单个蚂蚁的行为极为简单,但由单个简单的个体组成的群体却表现出极其复杂的神奇行为,因此蚁学家们将整个蚁群视为一个功能强大的超级生物群。

生物学基础在智能优化算法中的应用

昆虫世界中,蚂蚁的组成是一种群居的世袭大家庭,我们称之为蚁群。之所以将蚁群比拟为一个家庭,是因为蚁群中除了亲缘上的互助关系外,成蚁划分为世袭制的蚁王和工蚁两个等级,蚁群的大小从数十个到数千万个,蚁群又具有高度组织的社会性,彼此间的沟通不仅可以借助触觉的、视觉的联系,在大规模的协调行动上可以借助外激素之类的生化信息介质。意大利学者M.Dorigo、V.Maniezzo等在观察蚂蚁的觅食习性时发现,蚂蚁总能找到巢穴与食物源之间的最短路径。经研究发现,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称为信息素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。通过对蚂蚁觅食行为的研究,他们发现,整个蚁群就是通过这种信息素进行相互协作,形成正反馈,使多个路径上的蚂蚁逐渐聚集到最短的那条路径上来。虽然单个蚂蚁的行为极为简单,但由单个简单的个体组成的群体却表现出极其复杂的神奇行为,因此蚁学家们将整个蚁群视为一个功能强大的超级生物群。工蚁的觅食行为是最易观察的,工蚁觅食不是在发现食物后就立即进食,而是将食物搬回家与其家庭成员共同分享。每个工蚁具有以下的职能:平时在巢穴附近作无规则行走,一旦发现食物,如果独自能搬的就往回搬,否则就回巢穴搬兵;一路上它会留下外激素的嗅迹。其强度通常与食物的品质和数量成正比;如果其他工蚁遇到嗅迹,就会循迹前进,但也会有一定的走失率(选择其他路径),走失率与嗅迹的强度成反比。

因此,蚁群的集体行为便表现出一种信息正反馈的现象;某一路径上走过的蚂蚁越多,则后来选择该路径的概率就越大,蚂蚁个体之间就是通过这种信息的交流达到搜索食物的目的。(www.xing528.com)

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