鱼群集群行为的的建模与仿真数模_论文.doc

鱼群集群行为的的建模与仿真 0 鱼群集群行为的的建模与仿真摘要本文利用人工生命技术的特点,把每条鱼看成是一个能够自主决策的 Agent ,它们会根据自己的观察来感知周围的环境, 并按照一定的规则决策。然后采用自底向上的建模方法,根据鱼群游动的规律建立了一种基于群体中每个个体运动方程的数学模型,并通过 matlab 算法设计各种运算,从而完成整个鱼群游动的模拟。对于问题一,首先我们确定鱼群游动的三个规则:凝聚性(向心性),同向性,排斥性;然后根据这三个规则,建立了群体中每个个体的运动方程,最后通过 matlab 实现对鱼群集群运动的模拟。对于问题二,首先我们将刻画鱼群躲避黑鳍礁鲨鱼的运动行为一般化,将其作为刻画鱼群躲避捕食者的运动行为来研究。然后我们将捕食者看成是鱼群中的特殊鱼(对所有其它鱼只有排斥力而没有吸引力,所有其它鱼对其只有吸引力而没有排斥力) ,然后再运用问题一所建立的模型进行模拟刻画。对于问题三,首先我们将鱼群中的鱼分为普通鱼与信息鱼(信息丰富者) ,并假设在运动过程中普通鱼会向信息鱼靠拢。然后通过问题一中的模型进行仿真,并研究了当信息鱼的比例为不同值时的情况,从而分析了信息鱼对于群运动行为的影响及解释群运动方向决策是如何达成的。关键词:集群运动人工生命仿真 Matlab 编程鱼群集群行为的的建模与仿真 1 1 问题重述在生态系统中,动物个体的行为相对简单,集群后却能表现出复杂的群体行为。这些动物群在运动过程中具有很明显的特征:群中的个体聚集性很强,运动方向、速度具有一致性。请查阅相关资料,思考动物集群运动的机理,建立数学模型刻画动物集群运动、躲避威胁等行为,例如,可以考虑以下问题的分析建模: (1)建立数学模型模拟动物的集群运动。(2)建立数学模型刻画鱼群躲避黑鳍礁鲨鱼的运动行为。(3)假定动物群中有一部分个体是信息丰富者(如掌握食物源位置信息,掌握迁徙路线信息),请建模分析它们对于群运动行为的影响,解释群运动方向决策如何达成。 2 模型的假设与符号的约定 模型的假设与说明(1)所有的鱼生活在一个宽为 width 、长 length 的二维世界。(2) 把群体中每个个体看成是一个能够自主决策的 Agent , 它们会根据自己的观察来感知周围的环境,并按照一定的规则决策。(3)将每个个体看成虚拟世界的一个点,而不考虑动物个体的大小以及形态。(4) 当捕食者出现在一个鱼所感知的范围内时,鱼就沿着自己与捕食者连线的反方向逃离。(5)在运动过程中普通鱼会向信息鱼靠拢。(6)当个体未受到外界干扰(投入食物或遇到天敌)时,速度的大小不变。 符号的约定与说明 D t+1 ............................................................ 下个时刻 Agent 的运动方向; D 1t ............................................................... 时刻 t中该 Agent 的运动方向; D 2t ............................................................... 时刻 t当前个体到邻居平均位置的方向; D 3t ............................................................. 邻居的平均运动方向; D 4t ............................................................... 小于碰撞距离的邻居到当前个体方向的平均值; λ i (i=1~8) ..................................................... 影响动物运动方向的各个因素的权重; v xi(t) ....................................................... 第i个个体 t时刻 x方向的运动速度; v yi(t) ....................................................... 第i个个体 t时刻 y方向的运动速度; 鱼群集群行为的的建模与仿真 2 v i(t) ........................................................ 第i个个体 t时刻的运动速度; D i(t) ....................................................... 第i个个体 t时刻的运动方向; x i(t) ............................