魚群集群行為的的建模與仿真數(shù)模論文-文庫吧
2025-06-13 06:48 本頁面
【正文】 ........................................ti時(shí)刻第i個(gè)個(gè)體的y坐標(biāo)。n...........................................................，......動(dòng)物群體的數(shù)量。a................................................................動(dòng)物個(gè)體的加速度。Revdist..........................................................個(gè)體間碰撞的最小距離。maxspeed.....................................................個(gè)體的最大速度。bouncespeed................................................反彈速度。v0..................................................................個(gè)體的初始速度。r....................................................................視覺范圍半徑。R...............................................................，，感知范圍半徑（還有一些具體的參數(shù)變量在各模型中進(jìn)行具體說明）3 問題分析 總體分析 群體是由個(gè)體組合而成的，群體的運(yùn)動(dòng)是每個(gè)個(gè)體運(yùn)動(dòng)的整體表現(xiàn)。根據(jù)人工生命專家的觀點(diǎn)任何現(xiàn)象都是有其規(guī)律的, 可以利用個(gè)體的特性, 然后個(gè)體群集從而產(chǎn)生復(fù)雜的社會(huì)現(xiàn)象。因此模擬魚群的群體運(yùn)動(dòng)可以采用自底向上的建模方法,對個(gè)體魚進(jìn)行建模,這些個(gè)體具有有限的感知能力以及遵循簡單的行為規(guī)則,通過個(gè)體之間以及個(gè)體和環(huán)境之間相互作用,最終涌現(xiàn)出復(fù)雜的群體行為。 魚群群體運(yùn)動(dòng)的仿真模型應(yīng)由三部分組成: 環(huán)境、個(gè)體和行為規(guī)則。環(huán)境是個(gè)體的生存空間,個(gè)體在環(huán)境中活動(dòng),收集環(huán)境中的資源(如食物) ,個(gè)體的總和構(gòu)成了研究的群體對象。群體的演化過程由其行為規(guī)則來控制,行為規(guī)則決定了個(gè)體與個(gè)體之間、個(gè)體與環(huán)境之間相互作用的方式。 問題一 首先我們確定魚群游動(dòng)的四個(gè)規(guī)則： 規(guī)則一：凝聚性(向心性)：每個(gè)個(gè)體都有向鄰居中心靠攏的特性,鄰居中心為感知范圍內(nèi)各個(gè)體所在位置的平均值。（鄰居為感知范圍內(nèi)的其他個(gè)體） 規(guī)則二：同向性：個(gè)體會(huì)和它的鄰居朝同一個(gè)方向游動(dòng)。 規(guī)則三：排斥性：當(dāng)個(gè)體和它的鄰居靠的太近時(shí)(距離小于碰撞距離) , 會(huì)自動(dòng)避開。 然后根據(jù)這三個(gè)規(guī)則，建立了群體中每個(gè)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)方程，最后通過matlab實(shí)現(xiàn)對魚群集群運(yùn)動(dòng)的模擬。 問題二 首先我們將刻畫魚群躲避黑鰭礁鯊魚的運(yùn)動(dòng)行為一般化，將其作為刻畫魚群躲避捕食者的運(yùn)動(dòng)行為來研究。然后我們將捕食者看成是魚群中的特殊魚（對所有其它魚只有排斥力而沒有吸引力，所有其它魚對其只有吸引力而沒有排斥力），然后在通過問題一所建立的模型進(jìn)行模擬刻畫。 問題三首先我們將魚群中的魚分為普通魚與信息魚（信息豐富者），并假設(shè)在運(yùn)動(dòng)過程中普通魚會(huì)向信息魚靠攏。然后通過問題一中的模型進(jìn)行仿真，并研究了當(dāng)信息魚的比例為不同值時(shí)的情況，從而分析了信息魚對于群運(yùn)動(dòng)行為的影響及解釋群運(yùn)動(dòng)方向決策是如何達(dá)成的。4 模型的建立與求解 問題一 環(huán)境的模擬 我們把具體的環(huán)境描述為一個(gè)寬為width、長length的二維世界(見圖1) 。我們通過計(jì)算機(jī)仿真把現(xiàn)實(shí)中的魚映射到虛擬環(huán)境中來,所有個(gè)體在該區(qū)域內(nèi)游動(dòng)、覓食。這個(gè)二維平面區(qū)域以及計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的運(yùn)行共同構(gòu)成了魚群所處的虛擬環(huán)境。 個(gè)體的模擬把每條魚看成是一個(gè)能夠自主決策的Agent,它們會(huì)根據(jù)自己的觀察來感知周圍的環(huán)境,并按照一定的規(guī)則決策。個(gè)體之間的交互是由其視覺范圍的大小決定的。個(gè)體的視覺范圍是半徑為r、角度為300度的一個(gè)扇形。在真實(shí)的情況中魚類視覺很有限,還需要其它的感知器官(主要是嗅覺)協(xié)同作用,所以我們還應(yīng)定義一個(gè)覓食的感知范圍,半徑為R (R r)的圓面。個(gè)體具有以下屬性:位置:個(gè)體位置由一組坐標(biāo)( x, y) 表示。感知范圍:個(gè)體所能感知的范圍。個(gè)體的感知范圍取決于所定義鄰域半徑R的大小,感知范圍越大,表明該個(gè)體與環(huán)境和其它個(gè)體的作用越強(qiáng)。碰撞距離:個(gè)體之間的最短距離。當(dāng)個(gè)體間的距離小于該值時(shí),個(gè)體將朝著遠(yuǎn)離的方向游動(dòng)。初速度:仿真開始時(shí),賦予每個(gè)個(gè)體的速度值,大小相等,方向不同。最大速度:為了使得仿真形象,規(guī)定的個(gè)體速度最大值。當(dāng)個(gè)體速度大于最大速度時(shí)調(diào)整為最大速度 加速度:個(gè)體
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