关键字 |
| 群,交流,模型,反向方法,non-reverse方法。 |
介绍 |
| 这个项目叫做群的概念。群是指大量或小动物或昆虫的质量,特别是在运动。群体智慧(SI)是处理自然和人工系统的学科,是由许多个人,协调使用分散控制和自组织。特别是,纪律侧重于集体行为,结果从本地相互交互的个人和他们的环境。系统通常由人口简单的本地代理交互彼此和他们的环境。代理是非常简单的规则,虽然没有集中控制结构决定个体应该如何行为,当地这样的代理之间的相互作用导致复杂的全局行为的出现。自然SI的例子包括蜂群,蚁群,鸟成群结队,动物放牧,细菌生长,鱼的教育。 |
| Bit-communication利用群体智慧是关于从发送者到接收者传输数据在一个特定区域。数据必须送到每一个接收器。这个过程密切相关,广播的方式,通过一些交流,传播数据接收器。这个项目的目标是将数据发送给所有这些代理使用Netlogo®软件。群技术实现,因为它是有用的沟通行为。两种技术用于发送和接收过程。第一个是反向技术,数据可以被重新传输发送方为下一个循环。这里的程序随机选择一个最近的代理传输数据。第二个技术是non-reverse,不能重新发送的数据发送者在前一个周期。NetLogo®是一个简单的基于StarLogo代理模拟环境。 These Users program use turtles as the agents and patches as the environment. In NetLogo®, the environment has active properties and is ideal in that it supports stigmergy or group work. Agents can be easily modified to sense information of the local patch or patches within some neighbourhood. Unlike conventional programming languages, the programmer does not have control over agent execution and cannot assume uninterrupted execution of agent behaviour. A fairly sophisticated user interface is provided and new interface components can be introduced using a drag-and-drop mechanism. Interaction with model variables is easily achieved through form-based interfaces. The user codes, in NetLogo®Ã¢ÂÂs own language, are simple and type-free. |
文献综述 |
| 群体智慧的蜜蜂 |
| 群体智能是一种现代的人工智能(AI),重点是系统设计的基础上使用多个代理。这是特别有用的在机器人等应用程序和应用程序的优化。设计方法利用群体智慧不同于情报与传统方法相比。 |
| ”他一定是一个无聊的人可以检查的精致结构梳美丽又适应它的结束,没有热情的赞美。”(查尔斯·达尔文,1872)。5000年前,埃及人存储蜜蜂。他们惊讶于美丽的梳子的蜜蜂。蜜蜂如何构建六角形细胞正常吗?提出了六角形式是最耐蜂蜜。R.A.F·德·列氏温度计的审查,材料和蜡是构建六角所需空间。创建一个六边形的形式,每个角落都需要六个角度120°。然而蜜蜂的殖民地没有发现;因为蜜蜂”盲目地使用数学最高的神的指引和订单”[1]。 The theory that bees needed guidance was used because it is natural for bees to construct hexagonal cells for the colonies. |
| 达奇温特沃斯·汤普森,达尔文成员和数学家的启发,写了一本关于经济增长和形式[9]。在书中,汤普森说六角形细胞,由蜜蜂,是一个简单的示例模式创建的所有层的泡沫在自由空间。变频控制¢年代蜡烛是柔软。他们只是把完美的六角形细胞各种形式与物理技术。因此自发形成的模式,而不是通过自然选择或神圣干涉[1]。群体行为表明,每个群的形成模式可以解释为物理力量,这解释了细胞中发现的安排我们的环境。毫不奇怪,六角模式激发了许多人是否他们是科学家。除了一些模式的分析,揭示相似之处。最近,人们发现蜜蜂六边形蜂窝中不是唯一的模式。利用化学反应的模式也可以用来在六角形的形式。 |
| 蜜蜂梳子不仅是一个迷宫的完美形式的六角形细胞。蜜蜂也每个单元格填充鸡蛋未来人口。鸡蛋会变成幼虫,蛹,最后成为新蜜蜂殖民地。除了蜜蜂也可以填满细胞花粉和蜂蜜。模式可以分化成三个部分;鸡蛋(新人),花粉和蜂蜜,如图1所示(b)。鸡蛋和花粉必须接近对方,因为鸡蛋需要食物生存才能改变新蜜蜂。新蜜蜂产生之后,它应该努力寻找食物和蜂蜜的殖民地。这一过程持续进行直到蜜蜂可以产生卵子。 |
| 美对蜜蜂工作是他们的工作在非常小的宏观实体用肉眼看到。蜜蜂适合观察和研究,因为蜂群可以尝试在该地区或小房子,如图1所示(一个)。深入观察,蜜蜂可以标有数字的运动和它们之间的交互。马克所有的蜜蜂的最好办法是将数字。然而坚持所有的人口,蜜蜂必须放在他们的环境,在居民的生态系统不被打断。此外,新蜜蜂可以通过观察蜜蜂没有任何号码粘贴。观察蜜蜂行为可以区分为三个不同部分即食品、鸡蛋和蜂蜜。所有三个部门显然是在一些模式分配给进程在任何时间。 |
| 图1 (b)显示了蜜蜂的殖民地的结构模式。六边形的灰色显示蜂蜜;白色表示花粉和黑色表示蛋。更多的鸡蛋是六角形细胞:约54.49%是鸡蛋,16.02%是花粉和蜂蜜29.49%。这个百分比显示,蜜蜂更加关注居民改善他们的社会和他们的殖民地。与此同时,鸡蛋占领蜂蜜六角形细胞的数量的两倍。在蜂群中,花粉收集每天将在同一天被消费。这意味着花粉不超过一天。这表明,蜜蜂在一个一致的基础上工作,因为他们需要寻找食物(花粉)一个正在进行的基础。最后花粉是接近窝的位置。 This is because the broods will have to be stored for an extended period of time before the eggs will turn into adults (after three weeks). The duration of 21 days show that cells will be uninterrupted or filled pollen and honey, but in between the interface zone honey and brood, pollen is always replaced with the new ones daily as aforesaid. So for the brood cell, the cell will be emptied after 21 days, and will be replaced by a new brood. |
| b在招聘沟通行为觅食的机制 |
| 招聘是一个集体名词为任何行为导致个体数量的增加在一个特定的地方[4],并允许昆虫社会高效饲料食物来源不规则地分布在一个环境或太大利用单一的个人(2、3、5)。蜜蜂之间通信行为允许觅食,我。e储存食物的过程中,是有组织的。所需的招聘流程是社会性昆虫。此外,昆虫的殖民地饲料半径10公里内的食物。这表明昆虫寻找食物时,他们可以在一个62.84平方公里区域[7]。昆虫可以生存,因为面积大而昆虫的大小。每天重复这觅食过程直到他们迁移到另一个地方或位置。在蜜蜂的情况下,招聘人员执行一个程式化的„danceA¢这编码信息发现的食物来源的方向和距离。7跳舞追随者[6],潜在的新兵,能够提取和解密这个信息。 |
| 招聘机制可以分为两类,直接和间接的机制。通过打个比方来说,直接机制包括传输信息口碑。最好的例子直接机制可以观察到beesA¢殖民地。一些蜜蜂,叫做„跳舞beesA¢有自己的舞蹈语言提供方向信息他们的殖民地。然后新兵将食物在细胞的特定位置。这些跳舞的蜜蜂是由几个数量的总数量的蜜蜂。大规模招聘的方式间接化学线索就是一个例子,招聘人员和招聘并不相互身体接触。雷竞技网页版之间的通信是通过调制的环境线索。招聘人员留下的信息素在他们离开觅食而新兵顺着足迹。这种机制模式与广播的过程中,通过发送方传输信息不指定任何确切的接收器。 Radio and television signals broadcasting are the best example to describe the process of broadcasting data. |
| 在蚁群中,蚂蚁寻找食物把路径的信息素,蚂蚁在后面将遵循的路径根据线索。觅食的一项实验表明,一段时间后,聚集在较短路径[7]。最短路径的结果是积极的反馈过程。小道的行为让蚂蚁选择最好的食物来源,他们将采取的质量。蚂蚁将信息素的踪迹取决于食品的质量。食物的质量和数量的信息素之间的关系成正比。如果蚂蚁发现食物的两个来源的饲料,将区分两个轨迹基于哪种食物更好。因此,过程是连续的,直到食物是完成或为他们的殖民地,他们有足够的食物。 |
| 成功的追踪信息素机制可能是由于,至少在某种程度上,蚂蚁信息素轨迹的非线性响应,例如,远处,一只蚂蚁追踪着离开前这是一个饱和函数的信息素的浓度[4]。此外,将遵循这条路径的蚂蚁有一个概率值,不等于零。是基于概率的强度。在数学看来,响应的非线性模型方程的复杂性,底层觅食蚂蚁的殖民地。然而,微分方程在生物看来,蚂蚁之间的对应和食品意味着更大的灵活性。此外,蚂蚁选择食物来源使用许多可能的解决方案。当食物在能力有限,蚂蚁将负面的信息素表明食物不足。消极的信息素会通知其他不遵循这条路径的蚂蚁了。所以蚂蚁可以继续寻找另一个食物源或回到他们的殖民地继续其他工作。然而,这种机制有缺陷的过程。 If the ants are relying on the pheromone, it will have low probability to follow new pheromone that guide to better food source, which was found by other ants. This is because the trail is diverse from the previous trail. Furthermore, other ants may be difficult to compete with existing trail. If, due to initial conditions, a mediocre food source is discovered first, ants that have found a better quality food source after the first trail has established will not be able to build up a trail strong enough to recruit nest mates to the newly discovered bonanza [8]. Therefore, the ants are stuck on sub-optimal solution. |
方法 |
| 设计有点交流群模型,有必要了解基本的集体行为,生物学和社会学,成群和无线网络。每个群的代理人的行为不同于对方,因为他们有一个独特的生存模式。交流群的过程将会有一个协议,它必须遵循在殖民地。后殖民地的通信和数据传输的过程将被开发,以确定他们的行为。一群模型可以设计使用静态代理和制服。这个模型设计,以便能够确定图形或数字群的行为。该模型可以评估和分析使用统计方法对平均数据,解释和验证的数据。 |
| Bit-communication就是将数据发送到其他代理的过程在一个区域。基本上有两种方法用于本文的沟通过程;反向和non-reverse方法翻了个底朝天。在bit-communication,代理商有数据,可以将数据发送给附近的其他代理。随机代理最初选择发送数据到其他代理在竞技场(s)。第一个周期,数据将会直接发送到你的邻居(s)。发送的数据将取决于有多少位用于沟通的过程。另一方面,这种方法可以重新发送数据或发送回到发送方在前一个周期。然而non-reverse方法颠倒,没有数据将被转发给发送者在接下来的周期。另一个方法是查看群在数据传输给他人的行为。 In this paper, single bit up to three bit communications are studied. |
| Cue-based模型群的过程直接代理之间的通信。代理根据信号环境采取行动。Stigmergy cue-based行为就是一个例子。Stigmergy机制间接代理之间的沟通协调。这是因为stigmergy自组织和自由。它产生一个复杂性和似乎是一个聪明的结构,因为没有计划,直接和控制代理之间的通信。此外,简单的代理支持stigmergyA¢s缺乏信息和意识到其他的代理。 |
| 本文算法用于审查的软件NetLogo以下4.4.1®软件版本。NetLogo®是开源软件,它使用Java开发工具。这是一个多代理模型环境和程序,可以用来在任何环境中设计一个模型。 |
结果和讨论 |
| 本文结果获得了比特,低廉的和三位通信,以下所示页面。该模型模拟了50复制得到的平均,蜱虫数量或周期和保证金900年错误的代理。900年代理使用的价值是因为当程序模拟了400代理,获得的结果是一个bit-communication模型非常快。为了得到更高精度的结果,使用的代理数量增加到900代理。结果可以分析清楚。初的模拟,随机选择的代理区域如图2所示(一个)。的数量的代理初始化只有一个。这是由于程序需要选择从哪里开始。 |
| 然而cue-based模型,在初始化过程中,白色的代理设置为舞台的中心。这是广播或电视广播的一个例子,它只有一个发射器和其他接收器。在这个模型中,899代理被用作接收器。图2 (b)的快照显示了一个模拟运行的蜱虫= 732。从图2 (a)延续,数据传输从最初的代理向邻国。首先,代理将确定八个邻国。比特通信,它将随机选择一个代理从itA¢年代邻居来传输数据。2比特和3-bit通信,传输变得更快,因为代理的数据将重新发送到邻国使用n位数据。为了确保所有900年代理收到的数据,可以使用反向和non-reverse方法。数据分布的模式将为每个复制不同由于随机性接收器的选择和数据传输的方法。 The goal is to send the data to all agents. To indicate that agents have received the data, the recipient agents will change their colour to white. |
| cue-based过程是一个间接的沟通过程。如图2所示(c),使用矩形进行分析。当周围的邻居发现他们的一个邻居不同于其他人,他们会发起其他代理的行为通过改变它们的颜色为白色。代理简单对环境刺激做出反应不使用任何直接代理之间的沟通。因此,在整个生产过程中没有数据传输 |
| 图3 (a)传输数据比较了时间对代理商的数量在一个bit-communication扭转和non-reverse方法。图表显示了900年结果agentsA¢是不同的两种方法。见图3(一个),non-reverse方法是1/3倍更快反向方法相比(non-reverse方法完成这个过程在18000年蜱虽然反向方法28000年蜱)。 |
| 结合图的时间与数量的代理两个bit-communication使用反向和non-reverse方法如图3所示(b)。这表明没有明显差异曲线绘制反向和non-reverse。non-reverse方法略快于两bitcommunication相反的方法。 |
| 图4 (a)展示了三个组合图bit-communication结果反向和non-reverse方法。结果表明,获得的结果是相似的。区别非常小和不明显。同时图4 (b)已经绘制了线索建立沟通。可以看到从图4 (b),所有代理收到的数据14蜱虫。 |
| 图3(一个)显示出的结果non-reverse交流和反向方法。从结果,它表明需要超过26000个周期来完成这个任务,而逆循环方法获得16000席。正如前面提到的,数据不能转发回到发送方non-back方法。恢复过程将增加的概率被选中接收数据的基础上1/7的1/8。从情节可以看出,non-reverse技术花较短的时间完成这个任务比相反的方法。33 Non-reverse方法完成周期;更短的周期比相反的方法。这表明non-reverse传播的方法是有利的数据对所有代理。2比特的情节也显示,通信技术完成的速度比比特。图表还显示了一个阴谋3-bit沟通,需要24周期来完成这个任务。 The fact is, when using higher bits; the task will be completed faster. From the data, the results are gathered to converge into a linear graph. After obtaining a linear graph for higher-communication, the model can be calculated using a linear equation. This mimic the cue-based approach completed a task in just 14 cycles, as shown in Figure 4(b). In addition, the probability of an agent to change itself depending on the environment is 1. |
| Bit-communication在群代理不同的结果取决于使用的比特数。收入的比特通信,传播需要多达26000个周期数据所有代理领域。图形绘制,从50行走仿真对于每个技术,显示出的沟通过程是通过一个球在一个字段。然而2比特通信似乎更快完成。这是因为数据发送方的过程。每个代理可以将数据发送给两个不同的代理。这表明40周期需要完成这个任务。3-bit沟通的技术比其他方法更快因为发送数据的因素是3的力量。这意味着数据可以发送到三个不同的代理在一个循环。当增加了4比特沟通过程的过程中,它有一个小来提高性能。 This shows the performance of the 3-bit communication is better than the communication 1-bit and 2-bit. However, the complexity of the design of higher bit is more because it requires the ability to send data to a number of agents in a single cycle. In terms of cost, this is proportional to the complexity of the design.Communications based on cue is a process of indirect mechanisms. When an agent sees other agents doing a task, the agent will do the same thing. For example, when one ant colony leaves a pheromone for other ants, the other ants will follow. The concept of this approach is just to follow others compared to the previous communication approach that gives direction to others to do something. |
结论 |
| 使用更高的通信性能更好的速度但只比特相比更加复杂和昂贵的。实现ieee等间接沟通,将提高性能,因为群可以做同样的事情作为源。 |
数据乍一看 |
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引用 |
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- 贝克斯,R。,Deneubourg, J. L., Gross, S. and Pasteels, J. M., “Collective decision making through food recruitment.” Insects Sociaux,37:258-267, 1990.
- 现场,m和Ratnieks, f·l·W。,”Long range foraging by the honeybee,”Apismellifera L. Functional Ecology, 14:490-496, 2000.
- Deneubourg, j - l。阿伦,S。、自由/开源软件。,Pasteels, J. M. and Duerinck, G., “Random Behaviour, amplification processes and number ofparticipants: how they contribute to the foraging properties of ants,” Physica D, 22:176-186, 1986.
- 从火车上卸下,c和Deneubourg, j - l。,”Complexity of environment and parsimony of decision rules in insect societies,”生物学通报,202:268 - 274,2002。
- 陶,j .和Rohrseitz K。,”What attracts honeybees to a waggle dancer?” Journal of Comparative Physiology A, 183:661-667, 1998.
- 布卢姆,基督教和丹尼尔•Merkle eds。“群体智慧:介绍和应用程序”,施普林格,2008年。
- 先驱,d·j·t·比克曼和M。,”From non-linearity to optimality: pheromone trail foraging by ants,” Animal Behaviour, 66:273-280,2003.
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