【正文】 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。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。最后，我要感謝我的父母和親人。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。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。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。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 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。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。 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。：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。：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。：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。：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.”。：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。：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。：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。）：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。 程序框圖 主程序框圖開(kāi)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。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。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。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(kāi)始尋找回窩的路徑（尋找窩或窩信息素）。 程序描述本程序使用c語(yǔ)言編寫(xiě)，運(yùn)行程序?qū)?chuàng)造一個(gè)擁有障礙物、螞蟻、窩和食物的環(huán)境。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(kāi)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。即用一個(gè)隨機(jī)連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述一個(gè)群體。 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。（4）車輛路線問(wèn)題： 車輛路線問(wèn)題來(lái)源于交通運(yùn)輸。（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。（2）二次分配問(wèn)題：二次分配問(wèn)題是指分配n個(gè)設(shè)備到n個(gè)地點(diǎn)，從而使得分配的代價(jià)最小。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(kāi)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。 　　既然復(fù)雜性、智能行為是根據(jù)底層規(guī)則涌現(xiàn)的，既然底層規(guī)則具有多樣性和正反饋特點(diǎn)，那么也許你會(huì)問(wèn)這些規(guī)則是哪里來(lái)的？多樣性和正反饋又是哪里來(lái)的？我個(gè)人的意見(jiàn)：規(guī)則來(lái)源于大自然的進(jìn)化。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。正反饋的力量也可以比喻成權(quán)威的意見(jiàn)，而多樣性是打破權(quán)威體現(xiàn)的創(chuàng)造性，正是這兩點(diǎn)小心翼翼的巧妙結(jié)合才使得群體智能行為涌現(xiàn)出來(lái)了。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)?！　∠伻核惴ㄕ浅浞掷昧诉x擇、更新和協(xié)調(diào)的優(yōu)化機(jī)制，即通過(guò)個(gè)體之間的信息交流與相互協(xié)作最終找到最優(yōu)解，使它具有很強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)較優(yōu)解的能力。（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。實(shí)際上好似是程序的一個(gè)自我學(xué)習(xí)的過(guò)程。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。 這種算法有別于傳統(tǒng)編程模式的算法，其優(yōu)勢(shì)在于，避免了冗長(zhǎng)的編程和籌劃，程序本身是基于一定規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)行來(lái)尋找最佳配置。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。因此， 　　正反饋是螞蟻算法的重要特征，它使得算法演化過(guò)程得以進(jìn)行。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。所以蟻群算法則可以看作是一個(gè)分布式的多自主體系統(tǒng)，它在問(wèn)題空間的多點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行獨(dú)立的解搜索，不僅增加了算法的可靠性，也使得算法具有較強(qiáng)的全局搜索能力。 　?。?）蟻群算法是一種本質(zhì)上并行的算法。蟻群算法充分休現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程，以螞蟻群體優(yōu)化為例子說(shuō)明。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。蟻群算法是一種求解組合最優(yōu)化問(wèn)題的新型通用啟發(fā)式方法，該方法的特點(diǎn)如下：（1）蟻群算法是一種自組織的算法。初步的研究表明該算法具有許多優(yōu)良的性質(zhì)。 任務(wù)意義模擬自然界螞蟻尋找食物這一群體行為的編隊(duì)控制算法又可以稱作螞蟻算法，或蟻群算法，是一種用來(lái)在圖中尋找優(yōu)化路徑的機(jī)率型技術(shù)，它由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中引入。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)。假設(shè)有兩條路從窩通向食物，開(kāi)始的時(shí)候，走這兩條路的螞蟻數(shù)量同樣多（或者較長(zhǎng)的路上螞蟻多，這也無(wú)關(guān)緊要）。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。這就解釋了為什么單個(gè)螞蟻在復(fù)雜的諸如迷宮的地圖中仍然能找到隱蔽得很好的食物。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(kāi)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。比如，當(dāng)一只螞蟻找到了食物，它并沒(méi)有直接告訴其它螞蟻這兒有食物，而是向環(huán)境播撒信息素，當(dāng)其它的螞蟻經(jīng)過(guò)它附近的時(shí)候，就會(huì)感覺(jué)到信息素的存在，進(jìn)而根據(jù)信息素的指引找到了食物。(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。為了防止螞蟻原地轉(zhuǎn)圈，它會(huì)記住最近剛走過(guò)了哪些點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)要走的下一點(diǎn)已經(jīng)在最近走過(guò)了，它就會(huì)盡量避開(kāi)。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)。(3) 覓食規(guī)則： 在每只螞蟻能感知的范圍內(nèi)尋找是否有食物，如果有就直接過(guò)去。每個(gè)螞蟻都僅僅能感知它范圍內(nèi)的環(huán)境信息。于是令螞蟻依據(jù)以下規(guī)則移動(dòng)：(1) 范圍： 螞蟻觀察到