【正文】 規(guī)律一般分成兩部分：路徑追蹤以及多機(jī)器人協(xié)調(diào)。因此，對(duì)于遠(yuǎn)離路徑的載具，僅僅知道它的幾個(gè)鄰居的位置，而不知道路徑的信息，是可以的。 一種基于可到達(dá)性說(shuō)明的新的方法以及混合控制被用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。由于受限的傳感范圍，每個(gè)載具的鄰居其間都可能改變。它綜合了分散式的控制規(guī)律。隊(duì)形形成問(wèn)題問(wèn)題主要是研究如何使機(jī)器人系統(tǒng)從一個(gè)雜亂無(wú)章的狀態(tài)形成一個(gè)整體具有規(guī)律性或符合設(shè)計(jì)者要求的穩(wěn)定狀態(tài)，這對(duì)于一隊(duì)多自主機(jī)器人協(xié)作完成一項(xiàng)特定任務(wù)提供了支持。（2） 可以增強(qiáng)抵御外界入侵的能力，作戰(zhàn)過(guò)程中，機(jī)器人士兵通過(guò)保持隊(duì)形，可以抵抗多方向的入侵，增加自身安全性，群居動(dòng)物按一定隊(duì)形行進(jìn)可以有效抵抗掠食者的現(xiàn)象就是一例。多自主機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)模擬生物之間的某些群體行為從而完成特定的任務(wù)。（2） 能夠有效提高系統(tǒng)的魯棒性和容錯(cuò)能力。因此我研究的課題就是用編隊(duì)控制的思想來(lái)仿真研究生物群體中的螞蟻跟隨問(wèn)題。 關(guān)于蜜蜂覓食，人們已經(jīng)做過(guò)很徹底地了解，據(jù)說(shuō)它們是用飛行的舞姿（兜圈圈）來(lái)傳遞信息，圈子的軸方向表示花蜜的方向，用飛行的圈數(shù)表示有花蜜地方的距離，別的蜜蜂得此信號(hào)，就紛擁向該方向飛去。那么我們又如何利用多自主機(jī)器人來(lái)模擬螞蟻跟隨這一行為呢？設(shè)想，如果我們要為螞蟻設(shè)計(jì)一個(gè)人工智能的程序，那么這個(gè)程序要多么復(fù)雜呢？首先，你要讓螞蟻能夠避開障礙物，就必須根據(jù)適當(dāng)?shù)牡匦谓o它編進(jìn)指令讓他們能夠巧妙的避開障礙物；其次，要讓螞蟻找到食物，就需要讓他們遍歷空間上的所有點(diǎn)；再次，如果要讓螞蟻找到最短的路徑，那么需要計(jì)算所有可能的路徑并且比較它們的大??；而且更重要的是，你要小心翼翼的編程，因?yàn)槌绦虻腻e(cuò)誤也許會(huì)讓你前功盡棄。這就是人工生命、復(fù)雜性科學(xué)解釋的規(guī)律！ 2 螞蟻跟隨問(wèn)題的仿真設(shè)計(jì) 預(yù)期結(jié)果本文旨在使用計(jì)算機(jī)模擬自然界螞蟻的尋徑方式，仿真實(shí)現(xiàn)螞蟻跟隨編隊(duì)。 實(shí)現(xiàn)方案螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠在它所經(jīng)過(guò)的路徑上留下信息素來(lái)進(jìn)行信息傳遞，而且螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠感知這種物質(zhì)，并以此指導(dǎo)自己的運(yùn)動(dòng)方向，因此由大量螞蟻組成的蟻群集體行為便表現(xiàn)出一種信息正反饋現(xiàn)象：某一路徑上走過(guò)的螞蟻越多，則后來(lái)者選擇該路徑的概率就越大。當(dāng)它們碰到一個(gè)還沒(méi)有走過(guò)的路口時(shí)。當(dāng)后來(lái)的螞蟻再次碰到這個(gè)路口的時(shí)候。而其它的路徑上激素濃度卻會(huì)隨著時(shí)間的流逝而消減。每個(gè)螞蟻都僅僅能感知它范圍內(nèi)的環(huán)境信息。螞蟻找窩的規(guī)則和上面一樣，只不過(guò)它對(duì)窩的信息素做出反應(yīng)，而對(duì)食物信息素沒(méi)反應(yīng)。(6) 播撒信息素規(guī)則： 每只螞蟻在剛找到食物或者窩的時(shí)候撒發(fā)的信息素最多，并隨著它走遠(yuǎn)的距離，播撒的信息素越來(lái)越少。首先，它要能盡量保持某種慣性，這樣使得螞蟻盡量向前方移動(dòng)（開始，這個(gè)前方是隨機(jī)固定的一個(gè)方向），而不是原地?zé)o謂的打轉(zhuǎn)或者震動(dòng)；其次，螞蟻要有一定的隨機(jī)性，雖然有了固定的方向，但它也不能像粒子一樣直線運(yùn)動(dòng)下去，而是有一個(gè)隨機(jī)的干擾。而螞蟻如何找到最短路徑的？這一是要?dú)w功于信息素，另外要?dú)w功于環(huán)境，具體說(shuō)是計(jì)算機(jī)時(shí)鐘。也許有人會(huì)問(wèn)局部最短路徑和全局最短路的問(wèn)題，實(shí)際上螞蟻逐漸接近全局最短路徑的，為什么呢？這源于螞蟻會(huì)犯錯(cuò)誤，也就是它會(huì)按照一定的概率不往信息素高的地方走而另辟蹊徑，這可以理解為一種創(chuàng)新，這種創(chuàng)新如果能縮短路途，那么根據(jù)剛才敘述的原理，更多的螞蟻會(huì)被吸引過(guò)來(lái)。初步的研究表明該算法具有許多優(yōu)良的性質(zhì)。如果系統(tǒng)在獲得空間的、時(shí)間的或者功能結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，沒(méi)有外界的特定干預(yù)，我們便說(shuō)系統(tǒng)是自組織的。 　?。?）蟻群算法是一種本質(zhì)上并行的算法。從真實(shí)螞蟻的覓食過(guò)程中我們不難看出，螞蟻能夠最終找到最短路徑，直接依賴于最短路徑上信息激素的堆積，而信息激素的堆積卻是一個(gè)正反饋的過(guò)程。相對(duì)于其它算法，蟻群算法對(duì)初始路線要求不高，即蟻群算法的求解結(jié)果不依賴子初始路線的選擇，而且在搜索過(guò)程中不需要進(jìn)行人工的調(diào)整。但是，程序卻可以通過(guò)螞蟻尋找食物的時(shí)候的信息素原理，不斷地去修正原來(lái)的路線，使整個(gè)路線越來(lái)越短，也就是說(shuō)，程序執(zhí)行的時(shí)間越長(zhǎng)，所獲得的路徑就越可能接近最優(yōu)路徑。（2）更新機(jī)制：路徑上面的信息素會(huì)隨螞蟻的經(jīng)過(guò)而增長(zhǎng)，而且同時(shí)也隨時(shí)間的推移逐漸揮發(fā)消失。多樣性保證了螞蟻在覓食的時(shí)候不置走進(jìn)死胡同而無(wú)限循環(huán)，正反饋機(jī)制則保證了相對(duì)優(yōu)良的信息能夠被保存下來(lái)。如果多樣性過(guò)剩，也就是系統(tǒng)過(guò)于活躍，這相當(dāng)于螞蟻會(huì)過(guò)多的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，它就會(huì)陷入混沌狀態(tài)；而相反，多樣性不夠，正反饋機(jī)制過(guò)強(qiáng)，那么系統(tǒng)就好比一潭死水。而這樣的巧妙結(jié)合又是為什么呢？為什么在你眼前呈現(xiàn)的世界是如此栩栩如生呢？答案在于環(huán)境造就了這一切，之所以你看到栩栩如生的世界，是因?yàn)槟切┎荒軌蜻m應(yīng)環(huán)境的多樣性與正反饋的結(jié)合都已經(jīng)死掉了，被環(huán)境淘汰了！ 多年來(lái)世界各地研究工作者對(duì)蟻群算法進(jìn)行了精心研究和應(yīng)用開發(fā)，如今該算法現(xiàn)己被大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、機(jī)器人協(xié)作問(wèn)題求解、電力、通信、水利、采礦、化工、建筑、交通等領(lǐng)域。（3）車間任務(wù)調(diào)度問(wèn)題：已知一組m臺(tái)機(jī)器和一組t個(gè)任務(wù)，任務(wù)由一組指定的將在這些機(jī)器上執(zhí)行的操作序列組成。 同樣蟻群算法還可以應(yīng)用于很多其他的實(shí)際問(wèn)題，例如用于圖著色問(wèn)題、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、通訊網(wǎng)絡(luò)中的路由問(wèn)題、及負(fù)載平衡問(wèn)題以及管理公司的電話網(wǎng)，對(duì)用戶記帳、收費(fèi)等工作。3 螞蟻跟隨問(wèn)題的仿真實(shí)現(xiàn) 螞蟻跟隨問(wèn)題的算法描述開始移動(dòng)，檢查四周障礙物，觀察感知范圍內(nèi)是否有目標(biāo)或信息素。當(dāng)某只螞蟻感知到食物后它將搬起一份食物，轉(zhuǎn)而播撒食物信息素并開始尋找回窩的路徑（尋找窩或窩信息素）。于是長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行最終會(huì)產(chǎn)生一條最短路徑而且大部分螞蟻將沿著這條路徑搬運(yùn)食物。）：信息素濃度框圖 運(yùn)行程序 環(huán)境簡(jiǎn)介在環(huán)境中，黑色的是空地；陰影代表障礙物；紅色的“H”代表窩；紅色的“F”代表食物；白色的“+”代表沒(méi)有搬運(yùn)食物的螞蟻（同時(shí)為了關(guān)注螞蟻的具體運(yùn)動(dòng)，將一只螞蟻標(biāo)為紫色）；“”代表正在搬運(yùn)食物的螞蟻。：按下T鍵的顯示（6） 按下“S”鍵將暫停并在左下角顯示“Save to file ...”保存環(huán)境。：沒(méi)有找到食物（2） 當(dāng)程序運(yùn)行了180秒而沒(méi)有足夠的螞蟻將食物搬回窩的話，將顯示“God! it is so difficult to find a path.”。：障礙物較多并且復(fù)雜的情況（3）在障礙物不多的環(huán)境下，螞蟻能夠有效地找到最短路徑并自發(fā)的沿著路徑搬運(yùn)食物。 但是同時(shí)也體現(xiàn)出了一些不足之處，比如說(shuō)螞蟻難以辨別近似最短路徑與真正的最短路徑；還有過(guò)于復(fù)雜的環(huán)境會(huì)使螞蟻無(wú)法找到一條路徑，但是自然界中只要螞蟻找到了食物就能帶領(lǐng)其他螞蟻找到食物（前提是沒(méi)有外力使信息素消散）；再者本次仿真只模擬了螞蟻?zhàn)咚膫€(gè)方向而不是事實(shí)上的八個(gè)方向等等，這些問(wèn)題都有待解決。 致謝詞本論文在王燕舞老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成。同時(shí)我在網(wǎng)上也搜集了不少相關(guān)資料，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成。我也很榮幸我能和各位同學(xué)、朋友們一起走過(guò)大學(xué)四年，我們共同經(jīng)歷了人生中最美好的時(shí)光。我會(huì)用我的努力工作來(lái)回報(bào)你們的養(yǎng)育之恩，希望你們永遠(yuǎn)身體健康，快樂(lè)長(zhǎng)壽。 Control, 2010, Letters 59, 654–661.[11] Wei Ding，Gangfeng Yan and Zhiyun Lin，“Formations on TwoLayer Pursuit Systems，”IEEE International Conference on Robotics and Automation Kobe International Conference Center Kobe, Japan, May 1217, 2009, 34963510.[12] Ying Lan, Gangfeng Yan, and Zhiyun Lin，“A Hybrid Control Approach to MultiRobot Coordinated Path Following，”IEEE Conference on Decision and Control and 28th Chinese Control Conference Shanghai, . China, December 1618, 2009, 30323037.37。 A. S. Morse,C. Yu amp。最后，我要感謝我的父母和親人。在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我學(xué)到了很多做人與做事的學(xué)問(wèn)，度過(guò)了一個(gè)充實(shí)而快樂(lè)的大學(xué)時(shí)光。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。我相信，通過(guò)這次編程，我對(duì)于c語(yǔ)言的理解又上了一個(gè)臺(tái)階，對(duì)于將來(lái)走上工作崗位實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值有著重要意義。：障礙物很少的情況4 總結(jié)與展望 本次仿真成功地模擬了自然界螞蟻尋找食物這一群體行為，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的螞蟻跟隨。：沒(méi)找到足夠食物 仿真分析（1）在障礙物較多但不復(fù)雜的環(huán)境下，螞蟻可以有效地找到最短路徑并自發(fā)的沿著路徑搬運(yùn)食物。：按下L鍵的顯示（8） 按下“Esc”將結(jié)束運(yùn)行程序并顯示運(yùn)行時(shí)間。：環(huán)境簡(jiǎn)介 操作介紹（1）按下“p”鍵將暫停并顯示程序運(yùn)行的時(shí)間。 程序框圖 主程序框圖開始運(yùn)行環(huán)境初始化程序運(yùn)行；螞蟻移動(dòng)；環(huán)境變化。隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的螞蟻會(huì)被信息素吸引而走上這條路徑，盡管這條路可能不是最短的。 程序描述本程序使用c語(yǔ)言編寫，運(yùn)行程序?qū)?