動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)行為模型系列之七(編輯修改稿)
2025-06-19 18:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 最大距離為。當(dāng)鯊魚進(jìn)入到魚感知范圍內(nèi)時(shí)，魚就立即發(fā)生逃逸運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)向周圍魚發(fā)出警告信號。周圍有些魚雖然沒有感知到鯊魚的存在，但當(dāng)它感知到警告信號后，同樣立即進(jìn)行逃逸。由于每條魚在魚群中的位置不同，因此魚在逃逸過程中，速度矢量的變化量各不相同。距離鯊魚最近的一些魚。根據(jù)力矢量可求出魚的加速度矢量，進(jìn)而得出魚的逃逸運(yùn)動(dòng)速度矢量，進(jìn)而求解運(yùn)動(dòng)軌跡。綜合分析魚群中各個(gè)魚的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以得到魚群躲避捕食者的運(yùn)動(dòng)情況。下面分析鯊魚進(jìn)入魚群的情況，這里定義距離鯊魚最近的魚為魚群的前方，最遠(yuǎn)的地方為后方：（1）鯊魚剛開始被魚群感知時(shí)，在魚群前方的魚感知到危險(xiǎn)后開始后退，并向周圍發(fā)出告警信號。在前方的魚和接受到告警信號的魚，發(fā)現(xiàn)鯊魚后，產(chǎn)生主動(dòng)力的作用立即逃逸，而逃逸時(shí)，身后的魚會(huì)對其產(chǎn)生排斥力的作用，根據(jù)模型將兩矢量相加，得到了魚逃逸時(shí)力方向矢量。位于魚群后方的魚既沒有發(fā)現(xiàn)鯊魚，由于距離較遠(yuǎn)也沒有感知到警告信號，因此運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有發(fā)生變化，如圖11所示：圖12 開始進(jìn)入示意圖（2）鯊魚進(jìn)入到魚群中后，大部分魚通過感知鯊魚或接收告警信號，已經(jīng)得知了鯊魚的大體方位，并開始整體向遠(yuǎn)離鯊魚的方向運(yùn)動(dòng)，原來位于前方的魚大部分撤離到安全區(qū)域，繞到了鯊魚后方的位置，并仍未與魚群脫離。前方的魚撤離后，原來處于中間位置的魚變成了前方的魚，它們繼續(xù)繞鯊魚做逃避運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，處于中間位置魚群在躲避過程中，魚與魚之間的距離逐漸壓縮，且鯊魚頭與魚群距離逐漸縮小，鯊魚尾與魚群距離逐漸增大，具體情況如下：圖13 魚群中運(yùn)動(dòng)示意圖（3）鯊魚離開魚群后，魚群會(huì)聚攏，再次形成一個(gè)同一整體，并整體向遠(yuǎn)離鯊魚的方向運(yùn)動(dòng)。圖14 離開后魚群運(yùn)動(dòng)示意圖根據(jù)模型中給出的魚受力方程，結(jié)合魚群運(yùn)動(dòng)分析，可以利用matlab編程仿真，得到結(jié)果如下圖：圖15 鯊魚與魚群運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果圖任何生物都不是孤立地生活在自然界中，它們總是組成一個(gè)小的生活群體，若動(dòng)物群中有一部分個(gè)體是信息豐富者(如掌握食物源位置信息，掌握遷徙路線信息)，這部分個(gè)體會(huì)將信息傳遞給其他的同伴,使種群盡快地找到食物,若沒有這部分信息豐富者,則種群在覓食、遷徙過程中對路線的選擇就具有一定的盲目性，信息豐富者在種群中扮演一個(gè)決策者的作用，幫助種群找到一個(gè)最佳的路線或決策方案。動(dòng)物傳遞信息的方式多種多樣，主要有以下幾種：視覺通訊的形式是比較廣泛的，雄性馴鹿頭上碩大的犄角，草原上雄性獅子頸部漂亮的長鬃毛，這些動(dòng)物的外表特征都是向雌性同類發(fā)出的視覺信號。青蛙在草叢中呈現(xiàn)碧綠的體色，而潮一、的保護(hù)色往往是通過散布錯(cuò)誤的視覺信息來迷惑天敵或獵物的。鳥類為吸引異性排斥同性，宣告領(lǐng)地占有的歌聲以及警告捕食者來到的尖叫聲都是聽覺通訊。動(dòng)物世界里有一些動(dòng)物是依靠超聲波來進(jìn)行通訊與捕食的，如人們熟悉的編幅和海豚，就是利用超聲波通訊的?；瘜W(xué)通訊就是動(dòng)物通過釋放一些化學(xué)物質(zhì)來影響或控制其他動(dòng)物的行為?；瘜W(xué)通訊有時(shí)會(huì)影響整個(gè)動(dòng)物群體的活動(dòng)甚至調(diào)節(jié)整個(gè)種群。這些化學(xué)物質(zhì)稱為外激素。觸覺通訊也是一種相當(dāng)普遍的通訊方式。對于視覺能力有限或者生活在無法利用視覺通訊環(huán)境中的動(dòng)物來說，觸覺通訊往往是一種重要的傳遞信息的方式。某些生活在深海區(qū)域中的魚類，由于光線很弱，視力退化了，但它們往往具有非常發(fā)達(dá)的鰭刺和觸須，上面布滿了敏感的神經(jīng)，在水中游動(dòng)時(shí)，它們可以感知水流的變化，尋覓與捕捉獵物和接收性信號。即電魚、美洲鰻等動(dòng)物所采用的電通訊方式。電信號通訊不受障礙的阻擋，具有高度的方向性，不過作用距離短，這一點(diǎn)和觸覺信號通訊相似。通訊過程中個(gè)體向其他個(gè)體發(fā)出信號，為其他個(gè)體的感覺器官所接受。信號不僅傳遞情報(bào)（信息），還有讓對方改變行為的意義。在個(gè)體受力分為以下幾個(gè)方面：（1）臨近個(gè)體的平均吸引力（2）臨近個(gè)體的平均排斥力（3）向附近臨近個(gè)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向協(xié)調(diào)的平均協(xié)調(diào)力（4）信息平均影響力力，可根據(jù)問題一種的模型，利用矢量運(yùn)算方法求解。對于力，查找相關(guān)資料得知，力的方向與粒子和信息豐富者的連線平行，并指向信息豐富著，力的大小為：其中，代表個(gè)體與信息豐富者的距離；代表群體系數(shù)，與群體大小和物種類別有關(guān)；代表其他個(gè)體信息影響。在信息傳遞過程中，周圍的相鄰個(gè)體可能較早得知信息，然后將信息傳遞出去，還可能個(gè)體本身通過其他渠道獲得信息，綜合這些因素可以得到，較小，一般可以忽略它的影響。利用矢量相加的的方法，求取個(gè)體受力為：當(dāng)力相比其他幾個(gè)力較大時(shí)，力的方向就趨向于力的方向。個(gè)體運(yùn)動(dòng)具體表現(xiàn)為，個(gè)體趨向于信息豐富者運(yùn)動(dòng)。在群體運(yùn)動(dòng)過程中，表現(xiàn)為一些信息豐富者運(yùn)動(dòng)
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