螞蟻群覓食路徑尋求最優(yōu)化

螞蟻能想出解決復(fù)雜問(wèn)題的策略，這種能力已被廣泛用于最優(yōu)化技術(shù)中。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一只螞蟻在覓食時(shí)走的路徑是隨機(jī)的，但螞蟻們的集體覓食行為就超越了隨機(jī)性，在某個(gè)點(diǎn)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(shù)學(xué)研究的對(duì)象。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，一個(gè)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(wǎng)絡(luò)中，幫助分析和優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》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(guó)北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室信息安全中心的李向利（音譯）說(shuō)，“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(guān)螞蟻覓食的幾乎所有情況，用這些因素構(gòu)建方程和算法，然后輸入計(jì)算機(jī)。他們假設(shè)蟻群的覓食活動(dòng)分為三個(gè)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(dāng)其中一只螞蟻發(fā)現(xiàn)了食物，它會(huì)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(zhì)。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(shù)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(huì)形成一條最優(yōu)化的路徑。

信息素會(huì)揮發(fā)，所以氣味越強(qiáng)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(biāo)記——這形成了一種有效率的自強(qiáng)化效應(yīng)，讓螞蟻在群體覓食行動(dòng)中浪費(fèi)的時(shí)間和精力比單獨(dú)覓食要少得多。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，對(duì)蟻群的成功覓食來(lái)說(shuō)，單個(gè)螞蟻的經(jīng)驗(yàn)也功不可沒(méi)。這是以往研究中忽略的地方。老年蟻對(duì)巢穴周圍環(huán)境更加熟悉，而年輕蟻需要一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，因此找到食物的效率較低。

“雖然單個(gè)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(xué)科概念與方法研究負(fù)責(zé)人的尤根·柯斯說(shuō)，“自組織原理來(lái)自魚群，但‘歸巢行為讓科學(xué)家更多地研究螞蟻。螞蟻集體形成了一種高效復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這是許多自然和社會(huì)系統(tǒng)中都存在的。”

所以，通過(guò)研究螞蟻開發(fā)出的數(shù)學(xué)方法不僅適用于多種其它動(dòng)物，只要這種動(dòng)物有集體的家而它們會(huì)回家，如信天翁；還有助于從新的視角來(lái)研究人類在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)演進(jìn)、智能運(yùn)輸系統(tǒng)等類似領(lǐng)域的行為模式。

（來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng)）