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¿Por qué las hormiguitas pueden encontrar comida? ¿Son inteligentes? Imagínense, si tuviéramos que diseñar un programa de inteligencia artificial para hormigas, ¿qué tan complejo sería este programa? En primer lugar, si quieres que las hormigas eviten obstáculos, debes darles instrucciones según el terreno adecuado para que puedan evitar los obstáculos con habilidad. En segundo lugar, si quieres que las hormigas encuentren comida, debes hacer que atraviesen todos los puntos del espacio. Nuevamente, si desea que las hormigas encuentren el camino más corto, debe calcular todos los caminos posibles y comparar sus tamaños y, lo que es más importante, debe programar con cuidado, porque los errores en el programa pueden hacer que pierda todos sus esfuerzos. ¡Qué programa tan increíble es este! Es demasiado complicado. Me temo que nadie puede completar un procedimiento tan engorroso y redundante.
Sin embargo, la verdad no es tan complicada como crees. ¡El código del programa central de cada hormiga en el programa anterior tiene solo 100 líneas! ¿Por qué un programa tan sencillo permite a las hormigas hacer cosas tan complicadas? La respuesta es: la aparición de reglas simples. De hecho, no todas las hormigas necesitan conocer la información del mundo entero como pensamos. De hecho, sólo les importa la información inmediata dentro de un rango pequeño y utilizan unas pocas reglas simples para tomar decisiones basadas en esta información local. De este modo, en las colonias de hormigas salen a la luz comportamientos complejos. ¡Esta es la ley que explica científicamente la vida artificial y su complejidad! Entonces, ¿cuáles son estas reglas simples? Los siguientes detalles:
1. Rango:
El alcance de la observación de la hormiga es un mundo de cuadrícula. La hormiga tiene un parámetro de radio de velocidad (generalmente 3), por lo que puede observar. El rango es de 3*3 mundos de cuadrícula, y la distancia que puede moverse también está dentro de este rango.
2. Entorno:
El entorno en el que viven las hormigas es un mundo virtual con obstáculos, otras hormigas y feromonas. Hay dos tipos de feromonas, una es la feromona alimenticia derramada por las hormigas que encontraron la comida y la otra es la feromona del nido derramada por las hormigas que encontraron el nido. Cada hormiga sólo puede percibir información ambiental dentro de su rango. El entorno hace que las feromonas desaparezcan a un cierto ritmo.
3. Reglas de búsqueda de alimento:
Busca comida dentro del rango que cada hormiga puede sentir. Si hay comida, ve directamente a ella. De lo contrario, depende de si hay feromona y de qué punto dentro del rango de detección tiene más feromona, de modo que irá al lugar con más feromona. Cada hormiga cometerá un error con una pequeña probabilidad y no se moverá al lugar. punto con la mayor cantidad de feromonas. Las reglas para que las hormigas encuentren nidos son las mismas que las anteriores, excepto que responden a las feromonas del nido pero no a las feromonas del alimento.
4. Reglas de movimiento:
Cada hormiga se mueve en la dirección con más feromonas. Cuando no hay feromonas alrededor, las hormigas se moverán inercialmente en la dirección original. pequeñas perturbaciones en la dirección. Para evitar que la hormiga gire en círculos, recordará qué puntos ha pasado recientemente. Si descubre que el siguiente punto al que quiere ir ha pasado recientemente, intentará evitarlo.
5. Reglas para evitar obstáculos:
Si la dirección de movimiento de la hormiga es bloqueada por un obstáculo, elegirá aleatoriamente otra dirección. Si se guía por feromonas, seguirá la dirección. de forrajeo. Reglas de actuación.
7. Reglas de transmisión de feromonas:
Cada hormiga emite la mayor cantidad de feromonas cuando encuentra comida o un nido por primera vez. Cuanto más avanza, menos feromonas emite.
Según estas reglas, no existe una relación directa entre las hormigas, pero cada hormiga interactúa con el entorno y, a través del vínculo de feromonas, todas las hormigas están realmente relacionadas. Por ejemplo, cuando una hormiga encuentra comida, no les dice directamente a otras hormigas que hay comida allí, sino que esparce feromonas en el medio ambiente. Cuando otras hormigas pasen por allí, sentirán la presencia de feromonas y luego seguirán la guía de las feromonas para encontrar comida.
Dicho todo esto, ¿cómo encuentran comida las hormigas?
Cuando no hay hormigas buscando comida, no hay feromonas útiles en el ambiente, entonces, ¿por qué las hormigas son relativamente efectivas a la hora de buscar comida? Esto se debe a los patrones de movimiento de las hormigas, especialmente en ausencia de feromonas.
En primer lugar, debería poder mantener cierta inercia tanto como sea posible, permitiendo que las hormigas avancen tanto como sea posible (inicialmente, esta frontera es una dirección fija y aleatoria) en lugar de realizar rotaciones o vibraciones innecesarias en el mismo lugar; Las hormigas deberían tener cierta aleatoriedad. Aunque tiene una dirección fija y no puede moverse en línea recta como una partícula, tiene una interferencia aleatoria. Esto hace que las hormigas se muevan con un cierto propósito, tratando de mantener la dirección original, pero surgen nuevas tentaciones, especialmente cuando encuentran obstáculos, inmediatamente cambiarán de dirección. Esto puede verse como un proceso de selección, es decir, los obstáculos ambientales hacen un. La dirección de las hormigas es correcta, mientras que las otras direcciones no lo son. Esto explica por qué una hormiga todavía puede encontrar comida bien escondida en mapas complejos, como los laberintos.
Por supuesto, cuando una hormiga encuentra comida, otras hormigas siguen rápidamente las feromonas para encontrarla.
¿Cómo encuentran las hormigas el camino más corto? Esto se debe a las feromonas pero también al entorno, concretamente al reloj del ordenador. Donde hay muchas feromonas, obviamente pasarán más hormigas, por lo que se reunirán más hormigas. Supongamos que hay dos caminos desde el nido hasta la comida. Al principio, hay la misma cantidad de hormigas tomando ambos caminos (o hay más hormigas en el camino más largo, no importa). Cuando las hormigas llegan al punto final de un camino, regresarán inmediatamente, por lo que el tiempo para que las hormigas de corta distancia vayan y vengan es más corto, lo que también significa que la frecuencia de repetición es más rápida, por lo que el número de hormigas que pasan por unidad de tiempo habrá más, y naturalmente se desbordará con más feromonas, naturalmente se sentirán atraídas más hormigas, por lo que se desbordarán más feromonas... lo contrario es cierto para los caminos largos, por lo que cada vez más hormigas se reúnen en caminos más cortos, aproximadamente encontrar el camino más corto. Algunas personas pueden preguntar sobre el camino más corto local y el camino más corto global. De hecho, las hormigas se están acercando al camino más corto del mundo. ¿Por qué? Esto se debe a que las hormigas cometerán errores, es decir, no irán al lugar con altas feromonas y buscarán otro camino según una cierta probabilidad. Esto puede entenderse como una innovación. Si esta innovación acorta el viaje, se atraerán más hormigas, según el principio que acabamos de describir.
Extensión:
Sigue los pasos de las hormigas. ¿Qué encontraste? A través de la descripción del principio anterior y el funcionamiento real, no es difícil encontrar que el comportamiento inteligente de las hormigas se debe enteramente a sus reglas de comportamiento simples, y estas reglas tienen las dos características siguientes:
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2. Retroalimentación positiva
La diversidad garantiza que las hormigas no entren en callejones sin salida cuando buscan comida, y el mecanismo de retroalimentación positiva garantiza que se conserve información relativamente buena. Podemos pensar en la diversidad como una capacidad creativa y en la retroalimentación positiva como una capacidad de refuerzo del aprendizaje. El poder de la retroalimentación positiva también se puede comparar con las opiniones autorizadas, y la diversidad es la creatividad que rompe la autoridad. Es la combinación cuidadosa e inteligente de estos dos puntos lo que hace que el comportamiento inteligente destaque.
Por extensión, la evolución natural, el progreso social y la innovación humana son inseparables de estas dos cosas. La diversidad garantiza la capacidad de innovación del sistema y la retroalimentación positiva garantiza que se fortalezcan las características excelentes. Ambas deben combinarse adecuadamente. Si hay demasiada diversidad, es decir, el sistema es demasiado activo, lo que significa que las hormigas se mueven demasiado aleatoriamente, caerá en el caos; por el contrario, si no hay suficiente diversidad y el mecanismo de retroalimentación positiva es demasiado fuerte; , entonces el sistema será como un charco de agua estancada. Esto se manifiesta en las colonias de hormigas, cuyo comportamiento es demasiado rígido e incapaz de hacer los ajustes adecuados cuando cambia el entorno.
Dado que la complejidad y el comportamiento inteligente aparecen de acuerdo con las reglas subyacentes, y dado que las reglas subyacentes tienen las características de diversidad y retroalimentación positiva, usted puede preguntarse ¿de dónde provienen estas reglas? ¿De dónde provienen la diversidad y la retroalimentación positiva? Mi propia opinión: las reglas provienen de la evolución natural. La evolución de la naturaleza también se refleja en la inteligente combinación de diversidad y retroalimentación positiva, como acabo de decir. ¿Por qué es esta una combinación inteligente? ¿Por qué el mundo ante tus ojos es tan vívido? La respuesta es que el entorno hace que todo suceda. ¡La razón por la que vemos un mundo realista es porque la combinación de diversidad y retroalimentación positiva que no puede adaptarse al medio ambiente ha muerto y ha sido eliminada por el medio ambiente!
Descripción del parámetro:
Feromona máxima: la cantidad total de feromona que tiene la hormiga al principio. Cuanto mayor sea la feromona, más tiempo podrá existir la feromona en el programa. La velocidad a la que disminuyen las feromonas: con el tiempo, la cantidad de feromonas ya presentes en el mundo disminuye. Cuanto mayor sea el valor, más rápida será la reducción.
La probabilidad de error indica la probabilidad de que la hormiga no vaya al área con mayor feromona. Cuanto mayor es la probabilidad de error, más innovadora es la hormiga.
El radio de velocidad representa la longitud máxima que una hormiga puede caminar a la vez y también representa el rango de detección de la hormiga.
La capacidad de memoria muestra cuántas coordenadas puede recordar una hormiga. Este valor evita que las hormigas deambulen y se estanquen en las áreas locales. Cuanto mayor es este valor, más lento funciona todo el sistema y cuanto más pequeño es, más fácil les resulta a las hormigas girar en círculos.
-Ejemplo-
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