動物集群運動行為模型系列之八-wenkub.com
2025-05-13 02:13 本頁面
【正文】 參考文獻[1] 陳世明，特征個體有界交互作用構成的集群模型，控制理論與應用，.[2] 王小娟，周竹榮，基于leaderfollower算法的超級節(jié)點研究，計算機應用，.[3] 俞輝，穩(wěn)定的由領航者的多移動agent群集運動控制，華中科技大學學報，第33卷，.[4] 蔡云澤，高建喜，一種提高vicsek模型收斂率的新方法，上海交通大學，.[5] 劉志新，郭雷，vicsek模型的連通與同步，中國科學院與系統(tǒng)科學研究院，北京。對種群遷徙和尋找食物等情況進行了模擬仿真，使結果更加直觀可信，真實描述了與運動規(guī)律。所以可以說群體能成功覓食的條件是領導者比例至少為12%。下面分別作出在100個個體的種群中，領導者個數(shù)分別為12的情況。假定種群可視范圍半徑為5，下面分別模擬在有100個個體的情況下，隨著領導者個數(shù)的變化，整個種群趨向于穩(wěn)定和一致的規(guī)律。假設系統(tǒng)中只有少數(shù)個體帶有信息，其他個體并不知道誰是領導者，即在不改變系統(tǒng)中原有個體局部規(guī)則的前提下加入幾個領導者來達到期望的集體行為，對于原群體的個體而言，領導者也只是一個是普通的個體， 它只會影響到其鄰居中的其他個體，對于帶有信息的個體，它們的運動規(guī)則是周圍平均方向與一有限方向的合作下作為下一時刻的方向。可見模型基本可以模擬出魚群躲避鯊魚攻擊的集群運動規(guī)律。而由于魚群個體與鯊魚的相對位置不同，所以相對速度也不盡相同。此時，魚群個體的運動更多受到同類的影響，所以其運動規(guī)律符合問題一中的模型。由此得出包圍圈上魚群個體的相對速度為：而在包圍圈外圍的魚相對比較安全，但受其他魚的影響以及位置變動可能帶來的危險增大，所以這些個體也會以相同的規(guī)律運動，只是速度大小會有所降低。圖8：躲避方向示意圖設定包圍圈上的魚群個體與鯊魚前進的垂直方向的夾角為。在鯊魚游動過程中，魚群個體為保持與鯊魚的安全距離，總是向背離鯊魚的方向逃離，而鯊魚始終保持著一個前進的速度。當捕食者鯊魚靠近魚群時，魚群并沒有四散逃離，也沒有整體遷移躲避，而是始終保持與鯊魚在一定的安全距離之外。從速度的角度分析，此時魚群整體沒有表現(xiàn)出一致的速度方向和大小。集群生活的動物之所以選擇這種生活生存策略，其很重要的原因之一就是降低天敵對其傷害。在這些感覺中，聽覺的感知范圍最大。而在時刻，個體的位置變化可由式(7)確定：其中：表示位置向量與水平面的夾角。總之，改進的模型更逼近于真實的集群動物運動特征。集群質(zhì)心的坐標可由式(5)求得：由此可修正個體i在時刻（t+1）時的速度方向為：其中?？梢姡鹤罱K雖然達到了速度匹配和方向一致，但并沒有形成一個緊密的聚集群體?？梢钥闯?，各個體的運動方向隨時間的推移漸趨一致，但各點的運動趨勢并沒有表現(xiàn)出聚集靠攏的特征。圖中的黑點代表集群中的個體，紅線代表其運動方向。在二維空間中，為確定不同個體的位置，建立一個平面直角坐標系。圖3：速度大小隨距離變化示意圖可見，當距離較大時，后者會以較高的速度接近前者，但隨著兩者距離的減小，后者的速度也會隨之減小。當兩個體距離較遠時，后面的個體會加快速度，以縮短距離，提高聚合度。但由上面兩圖可以看出，不管的取值是多少，集群中的個體最終都會聚合到同一個運動方向。下面對這兩各參數(shù)取不同的值進行比較，觀察其變化對個體方向變化的影響。考慮到個體的運動方向還受自身上一時刻運動方向的影響，所以個體在時刻的速度方向可由式(2)確定：其中，為個體在時刻的速度方向。對個體產(chǎn)生影響的其他個體可構成下面這個集合。自然界中的動物主要依靠視覺和聽覺感知和獲取來自鄰近同伴的運動方向，并且這種感知是有一定范圍的。所以，個體的運動不僅受自身意愿控制，還受周圍臨近的其他個體的運動狀態(tài)影響。個體的初始位置是已知的，因此只要知道個體每一采樣時刻對應的速度大小和方向，就可根據(jù)上式遞推求出其運動軌跡。由于個體的運動不會發(fā)生突變，因此假設個體在很短的一段時間內(nèi)遵循勻速直線運動。陸生動物中的群居性動物，如鹿群通常在平坦的地面運動。公式表示為，為小于碰撞距離的鄰居到當前個體方向的平均值，為鄰居中小于碰撞距離的鄰居個數(shù)。每個個體的行為由下面的三條簡單規(guī)則控制：（1）靠近規(guī)則的實現(xiàn)：每個個體都有向鄰居中心靠攏的特性，鄰居中心觀察范圍內(nèi)各個體所在位置的平均值，為鄰居平均值，為當前個體的
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