【正文】 關(guān)心很小范圍內(nèi)的眼前信息，而且根據(jù)這些局部信息利用幾條簡單的規(guī)則進(jìn)行決策，這樣，在蟻群這個集體里，復(fù)雜性的行為就會凸現(xiàn)出來。假設(shè)在一個存在障礙物的環(huán)境中有一個螞蟻窩和一處食物，各個螞蟻在沒有事先告訴他們食物在什么地方的前提下開始尋找食物。最后，經(jīng)過一段時間運(yùn)行，可能會出現(xiàn)一條最短的路徑被大多數(shù)螞蟻重復(fù)著。 為了說明蟻群算法的原理，先簡要介紹一下螞蟻搜尋食物的具體過程。這是因?yàn)槲浵佋趯ふ衣窂綍r會在路徑上釋放出一種特殊的信息素。就隨機(jī)地挑選一條路徑前行。路徑越長，釋放的激索濃度越低。選擇激素濃度較高路徑概率就會相對較大。最優(yōu)路徑上的激索濃度越來越大。最終整個蟻群會找出最優(yōu)路徑。(2) 環(huán)境： 螞蟻所在的環(huán)境是一個虛擬的世界，其中有障礙物，有別的螞蟻，還有信息素，信息素有兩種，一種是找到食物的螞蟻灑下的食物信息素，一種是找到窩的螞蟻灑下的窩的信息素。環(huán)境以一定的速率讓信息素消失。否則看是否有信息素，并且比較在能感知的范圍內(nèi)哪一點(diǎn)的信息素最多，這樣，它就朝信息素多的地方走，并且每只螞蟻多會以小概率犯錯誤，從而并不是往信息素最多的點(diǎn)移動。(4) 移動規(guī)則： 每只螞蟻都朝向信息素最多的方向移，并且，當(dāng)周圍沒有信息素指引的時候，螞蟻會按照自己原來運(yùn)動的方向慣性的運(yùn)動下去，并且，在運(yùn)動的方向有一個隨機(jī)的小的擾動。(5) 避障規(guī)則： 如果螞蟻要移動的方向有障礙物擋住，它會隨機(jī)的選擇另一個方向，并且有信息素指引的話，它會按照覓食的規(guī)則行為。 根據(jù)這幾條規(guī)則，螞蟻之間并沒有直接的關(guān)系，但是每只螞蟻都和環(huán)境發(fā)生交互，而通過信息素這個紐帶，實(shí)際上把各個螞蟻之間關(guān)聯(lián)起來了。螞蟻究竟是怎么找到食物的呢？在沒有螞蟻找到食物的時候，環(huán)境沒有有用的信息素，那么螞蟻為什么會相對有效的找到食物呢？這要?dú)w功于螞蟻的移動規(guī)則，尤其是在沒有信息素時候的移動規(guī)則。這樣就使得螞蟻運(yùn)動起來具有了一定的目的性，盡量保持原來的方向，但又有新的試探，尤其當(dāng)碰到障礙物的時候它會立即改變方向，這可以看成一種選擇的過程，也就是環(huán)境的障礙物讓螞蟻的某個方向正確，而其他方向則不對。 　　當(dāng)然，在有一只螞蟻找到了食物的時候，其他螞蟻會沿著信息素很快找到食物的。信息素多的地方顯然經(jīng)過這里的螞蟻會多，因而會有更多的螞蟻聚集過來。當(dāng)螞蟻沿著一條路到達(dá)終點(diǎn)以后會馬上返回來，這樣，短的路螞蟻來回一次的時間就短，這也意味著重復(fù)的頻率就快，因而在單位時間里走過的螞蟻數(shù)目就多，灑下的信息素自然也會多，自然會有更多的螞蟻被吸引過來，從而灑下更多的信息素……；而長的路正相反，因此，越來越多地螞蟻聚集到較短的路徑上來，最短的路徑就近似找到了。所以經(jīng)過一段很長的時間后，最終螞蟻們的路線將是全局最短路徑。蟻群算法是一種模擬進(jìn)化算法。針對PID控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計問題，將蟻群算法設(shè)計的結(jié)果與遺傳算法設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行了比較，數(shù)值仿真結(jié)果表明，蟻群算法具有一種新的模擬進(jìn)化優(yōu)化方法的有效性和應(yīng)用價值。在系統(tǒng)論中，自組織和它組織是組織的兩個基本分類，其區(qū)別在于組織力或組織指令是來自于系統(tǒng)的內(nèi)部還是來自于系統(tǒng)的外部，來自于系統(tǒng)內(nèi)部的是自組織，來自于系統(tǒng)外部的是他組織。在抽象意義上講，自組織就是在沒有外界作用下使得系統(tǒng)墑增加的過程(即是系統(tǒng)從無序到有序的變化過程)。當(dāng)算法開始的初期，單個的人工螞蟻無序的尋找解，算法經(jīng)過一段時間的演化，人工螞蟻間通過信息激素的作用，自發(fā)的越來越趨向于尋找到接近最優(yōu)解的一些解，這就是一個無序到有序的過程。每只螞蟻搜索的過程彼此獨(dú)立，僅通過信息激素進(jìn)行通信。 　?。?）蟻群算法是一種正反饋的算法。對蟻群算法來說，初始時刻在環(huán)境中存在完全相同的信息激素，給予系統(tǒng)一個微小擾動，使得各個邊上的軌跡濃度不相同，螞蟻構(gòu)造的解就存在了優(yōu)劣，算法采用的反饋方式是在較優(yōu)的解經(jīng)過的路徑留下更多的信息激素，而更多的信息激素又吸引了更多的螞蟻，這個正反饋的過程使得初始的不同得到不斷的擴(kuò)大，同時又引導(dǎo)整個系統(tǒng)向最優(yōu)解的方向進(jìn)化。 　?。?）蟻群算法具有較強(qiáng)的魯棒性。其次，蟻群算法的參數(shù)數(shù)目少，設(shè)置簡單，易于蟻群算法應(yīng)用到其它組合優(yōu)化問題的求解。也就是說，當(dāng)程序最開始找到目標(biāo)的時候，路徑幾乎不可能是最優(yōu)的，甚至可能是包含了無數(shù)錯誤的選擇而極度冗長的。這看起來很類似與我們所見的由無數(shù)例子進(jìn)行歸納概括形成最佳路徑的過程。 這種優(yōu)化過程的本質(zhì)在于：（1）選擇機(jī)制：信息素越多的路徑，被選擇的概率越大。（3）協(xié)調(diào)機(jī)制：螞蟻間實(shí)際上是通過分泌物來互相通信、協(xié)同工作的。通過上面的原理敘述和實(shí)際操作，我們不難發(fā)現(xiàn)螞蟻之所以具有群體智能行為，完全歸功于它的簡單行為規(guī)則，而這些規(guī)則綜合起來具有下面兩個方面的特點(diǎn)：多樣性和正反饋。我們可以把多樣性看成是一種創(chuàng)造能力，而正反饋是一種學(xué)習(xí)強(qiáng)化能力。 　　引申來講，大自然的進(jìn)化，社會的進(jìn)步、人類的創(chuàng)新實(shí)際上都離不開這兩樣?xùn)|西，多樣性保證了系統(tǒng)的創(chuàng)新能力，正反饋保證了優(yōu)良特性能夠得到強(qiáng)化，兩者要恰到好處的結(jié)合。這在蟻群中來講就表現(xiàn)為，螞蟻的行為過于僵硬，當(dāng)環(huán)境變化了，螞蟻群仍然不能適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。而大自然的進(jìn)化根據(jù)剛才講的也體現(xiàn)為多樣性和正反饋的巧妙結(jié)合。主要解決的問題包括：（1）旅行商問題：旅行商問題就是尋找通過n個城市各一次且最后回到出發(fā)點(diǎn)的最短路徑。其中代價是設(shè)備被分配到位置上方式的函數(shù)。車間任務(wù)調(diào)度問題就是給機(jī)器分配操作和時間間隔，從而使所有操作完成的時間最短，并且規(guī)定兩個工作不能于同一時間在同一臺機(jī)器上進(jìn)行。已知m輛車，每輛車的容量為d，目的是找出最佳行車路線在滿足某些約束條件下使得運(yùn)輸成本最小。進(jìn)一步，將每個螞蟻看成是一個神經(jīng)元，它們之間的通訊聯(lián)絡(luò)，看成是各神經(jīng)元之間的連接，只不過這時的連接不是固定的，而是隨機(jī)的。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的性質(zhì)，就是群體的智能。If 螞蟻找到目標(biāo) 找食物的螞蟻找到食物就搬起食物，轉(zhuǎn)而播撒食物信息素； 回窩的螞蟻找到窩就放下食物，轉(zhuǎn)而播撒窩信息素；Else if 螞蟻犯錯誤 螞蟻前進(jìn)方向變更為隨機(jī)可移動的方向；Else if 螞蟻感知到信息素 螞蟻前進(jìn)方向變更為信息素最濃處所在方向；Else switch（障礙物） case 前方無障礙物：方向不變； case 前方有障礙物，左右均沒有：50%幾率左轉(zhuǎn)，50%幾率右轉(zhuǎn)； case 前方和左邊有障礙物，右邊沒有：右轉(zhuǎn)； case 前方和右邊有障礙物，左邊沒有：左轉(zhuǎn)； case 前方和左右均有障礙物：后轉(zhuǎn)； Switch （螞蟻前進(jìn)方向） case 上：y； case 下：y++； case 左：x； case 右：x++； 移動完畢后播撒信息素。程序運(yùn)行之初，螞蟻從家里出來隨機(jī)移動以尋找食物（尋找食物或食物信息素），同時播撒窩信息素，每只螞蟻在窩（或者剛找到食物）的時候撒發(fā)的信息素最多，并隨著它走遠(yuǎn)的距離，播撒的信息素越來越少。于是越來越多的螞蟻將沿著食物信息素找到食物，并沿著窩的信息素回窩，螞蟻們就找到了一條從窩到食物的路徑。但是螞蟻也可能會以小概率犯錯而走出其他的路徑，如果某條路徑用時更短，那么這條路徑上的信息素濃度就會更高，吸引其他螞蟻?zhàn)呱线@條更短的路徑。同時我們也不能忽略障礙物的因素，如果處于封閉的環(huán)境中，螞蟻將不能找到食物；而如果窩到食物的路徑過于復(fù)雜，螞蟻們只有很小的概率可以將食物搬運(yùn)到窩，卻不能再次完成搬運(yùn)食物的過程，那么也不會形成一條路徑。 運(yùn)行60秒且家中沒有食物 顯示找不到食物 是 否 運(yùn)行180秒且家中沒有足夠食物 顯示難以找到食物 是 顯示找到足夠食物并顯示運(yùn)行時間 否找到足夠食物 是 否 是否有按鍵處理按鍵 是 否按下Ese鍵 否 顯示運(yùn)行時間并結(jié)束運(yùn)行 ：主程序框圖 螞蟻行為框圖開始移動找到食物就搬起食物；找到窩就將食物放進(jìn)窩里 是否找到目標(biāo) 是