螞蟻群覓食路徑尋求最優化

螞蟻能想出解決復雜問題的策略，這種能力已被廣泛用于最優化技術中。生物學家發現，一只螞蟻在覓食時走的路徑是隨機的，但螞蟻們的集體覓食行為就超越了隨機性，在某個點開始從混沌變得有序，其自組織效率之高令人吃驚，也成為數學研究的對象。

據物理學家組織網近日報道，一個中德科研小組正在研究如何把螞蟻覓食策略用在人類的各種網絡中，幫助分析和優化互聯網。相關論文發表在最近出版的美國《國家科學院學報》上。“螞蟻都有家，它們要把食物帶回家，需要一些類似于策略的方法。”論文第一作者、中國北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室信息安全中心的李向利（音譯）說，“迄今為止人們極大地低估了這種因素，而它決定了螞蟻的行為。”

研究小組考慮了有關螞蟻覓食的幾乎所有情況，用這些因素構建方程和算法，然后輸入計算機。他們假設蟻群的覓食活動分為三個階段：最初，偵查蟻以一種看似隨意的方式四處尋找，累了返回巢穴吃東西和休息。當其中一只螞蟻發現了食物，它會帶一小片回巢，并留下氣味蹤跡，其中含有一種叫做信息素的物質。其它螞蟻沿著氣味蹤跡尋找，找到食物后也帶一些回巢。但這種指示是很弱的，氣味蹤跡里的信息素很少，但螞蟻數量很多，它們走不同的路去覓食、回巢，再次留下氣味蹤跡——最終會形成一條最優化的路徑。

信息素會揮發，所以氣味越強的地方路徑越短，就有越多的螞蟻選這條最短的路，留下更多氣味標記——這形成了一種有效率的自強化效應，讓螞蟻在群體覓食行動中浪費的時間和精力比單獨覓食要少得多。

研究人員還發現，對蟻群的成功覓食來說，單個螞蟻的經驗也功不可沒。這是以往研究中忽略的地方。老年蟻對巢穴周圍環境更加熟悉，而年輕蟻需要一個學習的過程，因此找到食物的效率較低。

“雖然單個螞蟻并不聰明，但它們的集體行為可稱得上是極具智慧。”論文合著者、波茨坦氣候影響研究所跨學科概念與方法研究負責人的尤根·柯斯說，“自組織原理來自魚群，但‘歸巢行為讓科學家更多地研究螞蟻。螞蟻集體形成了一種高效復雜網絡，這是許多自然和社會系統中都存在的。”

所以，通過研究螞蟻開發出的數學方法不僅適用于多種其它動物，只要這種動物有集體的家而它們會回家，如信天翁；還有助于從新的視角來研究人類在網絡服務演進、智能運輸系統等類似領域的行為模式。

（來源：中國科技網）