集群智能：從自然到人工系統(tǒng)

目錄



第1章簡介1

1.1社會性昆蟲1

1.2社會性昆蟲群落的集體行為建模7

1.2.1建模與設(shè)計7

1.2.2社會性昆蟲群落中的自組織8

1.2.3共識主動性（Stigmergy）13

1.3交互建模15

1.4從算法到機器人16

1.5閱讀導(dǎo)引18
第2章螞蟻覓食行為在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用：組合優(yōu)化和路由20

2.1概述20

2.2蟻群覓食策略20

2.2.1自然界中的優(yōu)化：二元橋?qū)嶒?0

2.2.2自然界中的優(yōu)化：子巢穴間的“交通網(wǎng)絡(luò)”26

2.2.3行軍蟻的狩獵模式26

2.3蟻群優(yōu)化算法：旅行商問題32

2.3.1螞蟻系統(tǒng)33

2.3.2蟻群系統(tǒng)38

2.3.3基于螞蟻系統(tǒng)或蟻群系統(tǒng)的其他方法45

2.4蟻群優(yōu)化：二次分配問題46

2.4.1螞蟻系統(tǒng)應(yīng)用于二次分配問題46

2.4.2混合螞蟻系統(tǒng)51

2.4.3ASQAP算法的擴展56

2.5蟻群算法在優(yōu)化領(lǐng)域中的其他應(yīng)用56

2.5.1ASJSP：一種用于作業(yè)車間調(diào)度問題的ACO算法59

2.5.2ANTCOL：用于圖形著色問題的ACO算法60

2.5.3ASVRP：針對車輛路徑問題的ACO算法61

2.5.4HASSOP：順序排序問題的ACO算法62

2.5.5ASSCS：最短公共序列問題中的ACO算法63

2.6關(guān)于ACO算法的幾點思考64

2.6.1ACO算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)64

2.6.2ACO算法和進化算法65

2.6.3連續(xù)優(yōu)化65

2.7電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用67

2.7.1ABC：電話網(wǎng)絡(luò)中的路由68

2.7.2ANTNET：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的路由78

2.7.3一種基于螞蟻系統(tǒng)的螞蟻路由算法85

2.7.4約束條件與討論87

2.7.5在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中查找信息88

2.8要點謹記89
第3章勞力分工和任務(wù)分配90

3.1概述90

3.2社會性昆蟲中的勞力分工90

3.3響應(yīng)閾值91

3.3.1引言91

3.3.2響應(yīng)閾值：簡介和實驗證明93

3.3.3單任務(wù)模型98

3.3.4模型分析：確定性方程100

3.3.5多任務(wù)模型104

3.3.6“緊急”任務(wù)接續(xù)模型105

3.4專一化110

3.5多智能體系統(tǒng)中的差異化和自適應(yīng)任務(wù)分配117

3.5.1多智能體系統(tǒng)或機器人群體中的差異化117

3.5.2自適應(yīng)任務(wù)分配117

3.5.3與“競標”算法的聯(lián)系122

3.6要點謹記123
第4章墓地結(jié)構(gòu)、育雛分選、數(shù)據(jù)分析和圖分割124

4.1概述124

4.2墓地結(jié)構(gòu)和育雛分選124

4.3一種墓地聚類和育雛分選的模型126

4.3.1聚類126

4.3.2分類128

4.3.3空間熵及其變體128

4.4探索性數(shù)據(jù)分析129

4.5圖分割136

4.6機器人應(yīng)用144

4.6.1介紹144

4.6.2示例144

4.6.3其他工作147

4.6.4從聚類到分類149

4.6.5發(fā)展設(shè)想149

4.7要點謹記150
第5章自組織與模板：在數(shù)據(jù)分析和圖形分區(qū)中的應(yīng)用152

5.1概述152

5.2自組織和模板的相互作用152

5.3建造蟻后房的一種“反應(yīng)擴散”模型156

5.4細胸蟻屬albipennis螞蟻巢壁建造159

5.5應(yīng)用165

5.5.1數(shù)據(jù)分析166

5.5.2圖像分割166

5.6要點謹記168
第6章筑巢和自組裝169

6.1概述169

6.2社會性昆蟲的筑巢行為169

6.2.1定量的共識主動性：共識主動性和自組織170

6.2.2定性/離散的共識主動性171

6.3自組裝模型175

6.3.1模型175

6.3.2仿真176

6.3.3分析180

6.3.4探索建筑結(jié)構(gòu)的空間180

6.4生物學(xué)之外的應(yīng)用188

6.4.1簡介188

6.4.2自組裝機器人189

6.4.3建筑設(shè)計201

6.4.4不斷發(fā)展的功能201

6.5要點謹記203
第7章昆蟲和機器人的合作運輸204

7.1概述204

7.2螞蟻對獵物的協(xié)同運輸204

7.2.1單獨運輸與合作運輸206

7.2.2從獨立到合作運輸206

7.2.3招募行為208

7.2.4合作運輸中的協(xié)調(diào)209

7.2.5合作運輸中參與者的數(shù)量210

7.2.6死鎖和恢復(fù)210

7.3集群機器人合作運輸211

7.3.1簡介211

7.3.2基本模型及其實現(xiàn)212

7.3.3停滯后恢復(fù)：模型和機器人實現(xiàn)214

7.4要點謹記217
第8章結(jié)語218
參考文獻220