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基于biod模型的動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)分析-展示頁(yè)

2025-06-29 12:28本頁(yè)面
  

【正文】 rr 排斥區(qū)域的半徑nr排斥區(qū)域的個(gè)體數(shù)N噪聲的影響x范圍在01之間的隨機(jī)數(shù)η干擾系數(shù)vmax小魚的最大速度 鯊魚運(yùn)動(dòng)的方向四、模型的建立與求解——Boid模型對(duì)于問題一,首先可以假設(shè)一群隨機(jī)分布的動(dòng)物個(gè)體,它們有各自的位置和運(yùn)動(dòng)方向,通過(guò)按照一定規(guī)則建立數(shù)學(xué)模型,改變他們的運(yùn)動(dòng)方向,從而改變其位置,最終使其聚集起來(lái)并一起運(yùn)動(dòng)。(3) 假定動(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),請(qǐng)建模分析它們對(duì)于群運(yùn)動(dòng)行為的影響,解釋群運(yùn)動(dòng)方向決策如何達(dá)成。 (1) 建立數(shù)學(xué)模型模擬動(dòng)物的集群運(yùn)動(dòng)。通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬動(dòng)物群的集群運(yùn)動(dòng)行為以及探索動(dòng)物群中的信息傳遞機(jī)制一直是仿生學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容。群體在遇到危險(xiǎn),比如說(shuō)遇到天敵的時(shí)候,群落中的個(gè)體開始四散逃竄,同樣也是一個(gè)壯觀的景象。群體在遇到障礙物的時(shí)候,還能自動(dòng)繞開障礙物,然后重新匯聚在一起,這是一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象。最令我們感到震驚的是群落中似乎有一種中央控制,這種控制可以使每一個(gè)個(gè)體之間保持一定的距離,具有大致相同的運(yùn)動(dòng)方向,整個(gè)群落運(yùn)動(dòng)是建立在每一個(gè)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)之上的,個(gè)體通過(guò)對(duì)環(huán)境的感知,來(lái)調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)方向以及各種狀態(tài)。在群落中,每一個(gè)個(gè)體都是非常的獨(dú)立,然而整個(gè)群落又猶如一個(gè)整體。在天空中,我們可以看見大群的候鳥南飛,在陸地上,我們可以看見羚羊群,牛群在飛快的奔跑,在海洋里,魚群的運(yùn)動(dòng)更是壯觀。對(duì)比問題一,加入信息豐富者后,集群速度更快,表明信息豐富者對(duì)集群運(yùn)動(dòng)有促進(jìn)作用,并帶領(lǐng)其他魚朝目的地運(yùn)動(dòng)。針對(duì)問題三:在問題二的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型改進(jìn),當(dāng)信息豐富者進(jìn)入小魚感知范圍時(shí),小魚會(huì)立刻朝著小魚與信息豐富者連線的方向運(yùn)動(dòng)。仿真結(jié)果能夠較理想的實(shí)現(xiàn)動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)?;贐iod模型的動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)分析基于Biod模型的動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)分析摘要本文通過(guò)定量分析魚群中個(gè)體之間的相互影響,基于Biod模型對(duì)動(dòng)物的集群運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真分析,并解釋了動(dòng)物群體躲避天敵的運(yùn)動(dòng)以及領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)動(dòng)物群體的作用。 針對(duì)問題一:首先可以假設(shè)一群隨機(jī)分布的動(dòng)物個(gè)體,它們有各自的位置和運(yùn)動(dòng)方向,按照Reynolds聚合規(guī)則和建立的Boid模型,充分考慮吸引原則和排斥原則,通過(guò)Matlab的編程仿真,改變他們的運(yùn)動(dòng)方向,從而改變其位置,最終使其聚集起來(lái)并一起運(yùn)動(dòng)。針對(duì)問題二:在問題一的基礎(chǔ)上增加了鯊魚這個(gè)特殊個(gè)體,當(dāng)鯊魚進(jìn)入小魚感知危險(xiǎn)的范圍時(shí),小魚會(huì)立刻朝著小魚與鯊魚連線的反方向運(yùn)動(dòng)以躲避危險(xiǎn),結(jié)合鯊魚向著魚多的地方運(yùn)動(dòng)的因素,通過(guò)Matlab的仿真,得到小魚仍有集群行為并能躲避危險(xiǎn)。位置方向隨機(jī)的小魚在一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)后會(huì)出現(xiàn)集群現(xiàn)象,并且跟隨信息豐富者運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵字: 動(dòng)物集群 Biod模型 生物仿真 魚群 一、問題重述集群運(yùn)動(dòng)是自然界中非常有趣的現(xiàn)象。群落和其他相關(guān)的群體,他們運(yùn)動(dòng)的時(shí)候都是非常的壯觀,他們的氣勢(shì)常常讓我們驚嘆不已。群體中的個(gè)體似乎是隨機(jī)的,但確有一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這些動(dòng)物群在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有很明顯的特征:群中的個(gè)體聚集性很強(qiáng),運(yùn)動(dòng)方向、速度具有一致性。在一些海底世界的紀(jì)錄片中,我們常??梢钥匆婔~群繞過(guò)珊瑚礁的美麗情景,就如水遇到石頭,繞過(guò)然后又匯集在一起。在表面上看起來(lái)非常雜亂,但內(nèi)里也有規(guī)律可循━原來(lái)的群體分成幾個(gè)小的群體,向不同的方向逃離。請(qǐng)觀察下面附件中給出的圖片和視頻資料,或者在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料觀察,思考動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)的機(jī)理,建立數(shù)學(xué)模型刻畫動(dòng)物集群運(yùn)動(dòng)、躲避威脅等行為。(2) 建立數(shù)學(xué)模型刻畫魚群躲避黑鰭礁鯊魚的運(yùn)動(dòng)行為。二、模型假設(shè)(1) 假設(shè)魚群中個(gè)體的速度大小保持恒定;(2) 假設(shè)每個(gè)個(gè)體的視野角度是一個(gè)全局角度;(3) 假設(shè)程序中的參數(shù)選擇科學(xué)合理;(4) 假設(shè)模型中各個(gè)區(qū)域的大小符合實(shí)際。Boid模型是一個(gè)動(dòng)物協(xié)作運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型,于1987年最早被提出的,其在生物學(xué)上的規(guī)則為:(1)聚集,即
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