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蚁群算法框架图

发布时间:2023-02-08 00:06:01

❶ 求生物学 蚁群算法

蚁群算法(ant colony optimization, ACO),又称蚂蚁算法,是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。蚁群算法是一种模拟进化算法,初步的研究表明该算法具有许多优良的性质.针对PID控制器参数优化设计问题,将蚁群算法设计的结果与遗传算法设计的结果进行了比较,数值仿真结果表明,蚁群算法具有一种新的模拟进化优化方法的有效性和应用价值。

下面详细说明:
1、范围:
蚂蚁观察到的范围是一个方格世界,蚂蚁有一个参数为速度半径(一般是3),那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界,并且能移动的距离也在这个范围之内。
2、环境:
蚂蚁所在的环境是一个虚拟的世界,其中有障碍物,有别的蚂蚁,还有信息素,信息素有两种,一种是找到食物的蚂蚁洒下的食物信息素,一种是找到窝的蚂蚁洒下的窝的信息素。每个蚂蚁都仅仅能感知它范围内的环境信息。环境以一定的速率让信息素消失。
3、觅食规则:
在每只蚂蚁能感知的范围内寻找是否有食物,如果有就直接过去。否则看是否有信息素,并且比较在能感知的范围内哪一点的信息素最多,这样,它就朝信息素多的地方走,并且每只蚂蚁都会以小概率犯错误,从而并不是往信息素最多的点移动。蚂蚁找窝的规则和上面一样,只不过它对窝的信息素做出反应,而对食物信息素没反应。
4、移动规则:
每只蚂蚁都朝向信息素最多的方向移,并且,当周围没有信息素指引的时候,蚂蚁会按照自己原来运动的方向惯性的运动下去,并且,在运动的方向有一个随机的小的扰动。为了防止蚂蚁原地转圈,它会记住最近刚走过了哪些点,如果发现要走的下一点已经在最近走过了,它就会尽量避开。
5、避障规则:
如果蚂蚁要移动的方向有障碍物挡住,它会随机的选择另一个方向,并且有信息素指引的话,它会按照觅食的规则行为。
6、播撒信息素规则:
每只蚂蚁在刚找到食物或者窝的时候撒发的信息素最多,并随着它走远的距离,播撒的信息素越来越少。
根据这几条规则,蚂蚁之间并没有直接的关系,但是每只蚂蚁都和环境发生交互,而通过信息素这个纽带,实际上把各个蚂蚁之间关联起来了。比如,当一只蚂蚁找到了食物,它并没有直接告诉其它蚂蚁这儿有食物,而是向环境播撒信息素,当其它的蚂蚁经过它附近的时候,就会感觉到信息素的存在,进而根据信息素的指引找到了食物。

❷ 蚁群算法的核心是什么,怎么能和传统算法相结合

蚁群算法 (ant colony optimization, ACO,Ant colony optimization algorithms ) 将最优解比喻成食物,而把搜索过程比拟成蚁群在空间中寻找食物的过程,对解空间结构的认知通过“信息素”的“浓度”来表达,较好的解(路径、节点)会吸引更多的搜索力量(蚂蚁)。
ACO 本身是一种进化算法,在调度研究中取得了一些应用,但对于实际规模的问题,通常也是束手无策,解决的关键在于问题本身结构的分析和利用。

❸ 蚁群算法

在蚂蚁种群中,蚂蚁间相互交流的方式是通过一种名为信息素的物质,它可以是蚂蚁行动时留下的物质,可以被其他蚂蚁所感知。

在寻找食物的过程中,如左图所示,三角形ABC是等边三角形,蚂蚁窝在A点,C点有食物,A点的两只蚂蚁选择了两条路线前往C点,一条为AB->BC,另一条A->C,当走远路的蚂蚁,到达C点时,延AC边上的蚂蚁已经走了一个来回,路径上信息素如右图所示。后到会感知到边AC上的信息素浓度更高一些,于是他也会选择AC来行走,因为相同时间内,信息素浓度更高的说明,路程更短。

蚁群算法便是基于这样的一个思想来解决如TSP等优化问题,一下介绍便是拿TSP问题来介绍蚁群算法

信息素用符号τ来表示,如下式,下标i,j表示从城市i到城市j这条道路上的信息素,上标0表示这是初次计算,也就是初始信息素,初始信息素都设置为1,或者一个较小的常数,表示每条道路上的信息素都相等,这样通过运算蚂蚁爬向各个城市的概率都相等

基于信息素,每只蚂蚁都有一个选择道路的公式,如下式

其中

当所有蚂蚁完成一次周游后,各个路径上的信息素进行一次更新

❹ 蚁群算法及其应用实例

       蚁群算法(ant colony optimization, ACO),又称蚂蚁算法,是一种对自然界蚂蚁的寻径方式进行模拟而得到的一种仿生算法,是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法。
       蚂蚁在运动过程中,可以在行走的路径上留下信息素,后来的蚂蚁可以感知到信息素的存在,信息素浓度越高的路径越容易被后来的蚂蚁选择,从而形成一种正反馈现象。
       它能够求出从原点出发,经过若干个给定的需求点,最终返回原点的最短路径。这也就是着名的旅行商问题(Traveling Saleman Problem,TSP)。

       若蚂蚁从A点出发到D点觅食,它可以随机从ABD或ACD中选择一条路。假设初始时为每条路分配一只蚂蚁,每个时间单位行走一步,则经过8个时间单位后,情形如下图所示:ABD路线的蚂蚁到达D点,ACD路线的蚂蚁到达C点。

       那么,再过8个时间单位,很容易可以得到下列情形:ABD路线的蚂蚁回到A点,ACD路线的蚂蚁到达D点。

α 代表信息素量对是否选择当前路径的影响程度,反映了蚁群在路径搜索中随机性因素作用的强度。
α 越大,蚂蚁选择以前走过的路径的可能性越大,搜索的随机性就会减弱。
α 过小,会导致蚁群搜索过早陷入局部最优,取值范围通常为[1,4]。

β 反映了启发式信息在指导蚁群搜索中的相对重要程度,蚁群寻优过程中先验性、确定性因素作用的强度。
β 过大,虽然收敛速度加快,但是易陷入局部最优。
β 过小,蚁群易陷入纯粹的随机搜索,很难找到最优解。通常取[0,5]。

ρ 反映了信息素的蒸发程度,相反,1-ρ 表示信息素的保留水平
ρ 过大,信息素会发过快,容易导致最优路径被排除。
ρ 过小,各路径上信息素含量差别过小,以前搜索过的路径被在此选择的可能性过大,会影响算法的随机性和全局搜索能力。通常取[0.2,0.5]。

m过大,每条路径上信息素趋于平均,正反馈作用减弱,从而导致收敛速度减慢。
m过小,可能导致一些从未搜索过的路径信息素浓度减小为0,导致过早收敛,解的全局最优性降低

总信息量Q对算法性能的影响有赖于αβρ的选取,以及算法模型的选择。
Q对ant-cycle模型蚁群算法的性能没有明显影响,不必特别考虑,可任意选取。

❺ 蚁群算法的概念,最好能举例说明一些蚁群算法适用于哪些问题!

概念:蚁群算法(ant colony optimization, ACO),又称蚂蚁算法,是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。蚁群算法是一种模拟进化算法,初步的研究表明该算法具有许多优良的性质.针对PID控制器参数优化设计问题,将蚁群算法设计的结果与遗传算法设计的结果进行了比较,数值仿真结果表明,蚁群算法具有一种新的模拟进化优化方法的有效性和应用价值

其原理:为什么小小的蚂蚁能够找到食物?他们具有智能么?设想,如果我们要为蚂蚁设计一个人工智能的程序,那么这个程序要多么复杂呢?首先,你要让蚂蚁能够避开障碍物,就必须根据适当的地形给它编进指令让他们能够巧妙的避开障碍物,其次,要让蚂蚁找到食物,就需要让他们遍历空间上的所有点;再次,如果要让蚂蚁找到最短的路径,那么需要计算所有可能的路径并且比较它们的大小,而且更重要的是,你要小心翼翼的编程,因为程序的错误也许会让你前功尽弃。这是多么不可思议的程序!太复杂了,恐怕没人能够完成这样繁琐冗余的程序

应用范围:蚂蚁观察到的范围是一个方格世界,蚂蚁有一个参数为速度半径(一般是3),那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界,并且能移动的距离也在这个范围之内

引申:跟着蚂蚁的踪迹,你找到了什么?通过上面的原理叙述和实际操作,我们不难发现蚂蚁之所以具有智能行为,完全归功于它的简单行为规则,而这些规则综合起来具有下面两个方面的特点: 1、多样性 2、正反馈 多样性保证了蚂蚁在觅食的时候不置走进死胡同而无限循环,正反馈机制则保证了相对优良的信息能够被保存下来。我们可以把多样性看成是一种创造能力,而正反馈是一种学习强化能力。正反馈的力量也可以比喻成权威的意见,而多样性是打破权威体现的创造性,正是这两点小心翼翼的巧妙结合才使得智能行为涌现出来了。 引申来讲,大自然的进化,社会的进步、人类的创新实际上都离不开这两样东西,多样性保证了系统的创新能力,正反馈保证了优良特性能够得到强化,两者要恰到好处的结合。如果多样性过剩,也就是系统过于活跃,这相当于蚂蚁会过多的随机运动,它就会陷入混沌状态;而相反,多样性不够,正反馈机制过强,那么系统就好比一潭死水。这在蚁群中来讲就表现为,蚂蚁的行为过于僵硬,当环境变化了,蚂蚁群仍然不能适当的调整。 既然复杂性、智能行为是根据底层规则涌现的,既然底层规则具有多样性和正反馈特点,那么也许你会问这些规则是哪里来的?多样性和正反馈又是哪里来的?我本人的意见:规则来源于大自然的进化。而大自然的进化根据刚才讲的也体现为多样性和正反馈的巧妙结合。而这样的巧妙结合又是为什么呢?为什么在你眼前呈现的世界是如此栩栩如生呢?答案在于环境造就了这一切,之所以你看到栩栩如生的世界,是因为那些不能够适应环境的多样性与正反馈的结合都已经死掉了,被环境淘汰了! 蚁群算法的实现 下面的程序开始运行之后,蚂蚁们开始从窝里出动了,寻找食物;他们会顺着屏幕爬满整个画面,直到找到食物再返回窝。 其中,‘F’点表示食物,‘H’表示窝,白色块表示障碍物,‘+’就是蚂蚁了。

具体参考http://ke..com/view/539346.htm
希望对你有帮助,谢谢。

❻ 如何用蚁群算法来计算固定时间内走更多的城市且路程最短

概念:蚁群算法(ant colony optimization,ACO),又称蚂蚁算法,是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法.它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为.蚁群算法是一种模拟进化算法,初步的研究表明该算法具有许多优良的性质.针对PID控制器参数优化设计问题,将蚁群算法设计的结果与遗传算法设计的结果进行了比较,数值仿真结果表明,蚁群算法具有一种新的模拟进化优化方法的有效性和应用价值
其原理:为什么小小的蚂蚁能够找到食物?他们具有智能么?设想,如果我们要为蚂蚁设计一个人工智能的程序,那么这个程序要多么复杂呢?首先,你要让蚂蚁能够避开障碍物,就必须根据适当的地形给它编进指令让他们能够巧妙的避开障碍物,其次,要让蚂蚁找到食物,就需要让他们遍历空间上的所有点;再次,如果要让蚂蚁找到最短的路径,那么需要计算所有可能的路径并且比较它们的大小,而且更重要的是,你要小心翼翼的编程,因为程序的错误也许会让你前功尽弃.这是多么不可思议的程序!太复杂了,恐怕没人能够完成这样繁琐冗余的程序
应用范围:蚂蚁观察到的范围是一个方格世界,蚂蚁有一个参数为速度半径(一般是3),那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界,并且能移动的距离也在这个范围之内
引申:跟着蚂蚁的踪迹,你找到了什么?通过上面的原理叙述和实际操作,我们不难发现蚂蚁之所以具有智能行为,完全归功于它的简单行为规则,而这些规则综合起来具有下面两个方面的特点:1、多样性 2、正反馈 多样性保证了蚂蚁在觅食的时候不置走进死胡同而无限循环,正反馈机制则保证了相对优良的信息能够被保存下来.我们可以把多样性看成是一种创造能力,而正反馈是一种学习强化能力.正反馈的力量也可以比喻成权威的意见,而多样性是打破权威体现的创造性,正是这两点小心翼翼的巧妙结合才使得智能行为涌现出来了.引申来讲,大自然的进化,社会的进步、人类的创新实际上都离不开这两样东西,多样性保证了系统的创新能力,正反馈保证了优良特性能够得到强化,两者要恰到好处的结合.如果多样性过剩,也就是系统过于活跃,这相当于蚂蚁会过多的随机运动,它就会陷入混沌状态;而相反,多样性不够,正反馈机制过强,那么系统就好比一潭死水.这在蚁群中来讲就表现为,蚂蚁的行为过于僵硬,当环境变化了,蚂蚁群仍然不能适当的调整.既然复杂性、智能行为是根据底层规则涌现的,既然底层规则具有多样性和正反馈特点,那么也许你会问这些规则是哪里来的?多样性和正反馈又是哪里来的?我本人的意见:规则来源于大自然的进化.而大自然的进化根据刚才讲的也体现为多样性和正反馈的巧妙结合.而这样的巧妙结合又是为什么呢?为什么在你眼前呈现的世界是如此栩栩如生呢?答案在于环境造就了这一切,之所以你看到栩栩如生的世界,是因为那些不能够适应环境的多样性与正反馈的结合都已经死掉了,被环境淘汰了!蚁群算法的实现 下面的程序开始运行之后,蚂蚁们开始从窝里出动了,寻找食物;他们会顺着屏幕爬满整个画面,直到找到食物再返回窝.其中,‘F’点表示食物,‘H’表示窝,白色块表示障碍物,‘+’就是蚂蚁了.

❼ 什么是蚁群算法,神经网络算法,遗传算法

蚁群算法又称蚂蚁算法,是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。蚁群算法是一种模拟进化算法,初步的研究表明该算法具有许多优良的性质.针对PID控制器参数优化设计问题,将蚁群算法设计的结果与遗传算法设计的结果进行了比较,数值仿真结果表明,蚁群算法具有一种新的模拟进化优化方法的有效性和应用价值。

神经网络
思维学普遍认为,人类大脑的思维分为抽象(逻辑)思维、形象(直观)思维和灵感(顿悟)思维三种基本方式。
逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程;它先将信息化成概念,并用符号表示,然后,根据符号运算按串行模式进行逻辑推理;这一过程可以写成串行的指令,让计算机执行。然而,直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来,结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。
人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统,其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单,功能有限,但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。
神经网络的研究内容相当广泛,反映了多学科交叉技术领域的特点。目前,主要的研究工作集中在以下几个方面:
(1)生物原型研究。从生理学、心理学、解剖学、脑科学、病理学等生物科学方面研究神经细胞、神经网络、神经系统的生物原型结构及其功能机理。
(2)建立理论模型。根据生物原型的研究,建立神经元、神经网络的理论模型。其中包括概念模型、知识模型、物理化学模型、数学模型等。
(3)网络模型与算法研究。在理论模型研究的基础上构作具体的神经网络模型,以实现计算机馍拟或准备制作硬件,包括网络学习算法的研究。这方面的工作也称为技术模型研究。
(4)人工神经网络应用系统。在网络模型与算法研究的基础上,利用人工神经网络组成实际的应用系统,例如,完成某种信号处理或模式识别的功能、构作专家系统、制成机器人等等。
纵观当代新兴科学技术的发展历史,人类在征服宇宙空间、基本粒子,生命起源等科学技术领域的进程中历经了崎岖不平的道路。我们也会看到,探索人脑功能和神经网络的研究将伴随着重重困难的克服而日新月异。
遗传算法,是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型,是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法,它最初由美国Michigan大学J.Holland教授于1975年首先提出来的,并出版了颇有影响的专着《Adaptation in Natural and Artificial Systems》,GA这个名称才逐渐为人所知,J.Holland教授所提出的GA通常为简单遗传算法(SGA)。

❽ 蚂蚁算法的思想进化公式及遗传算法的算法流程图

遗传算法(Genetic Algorithm)是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型,是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法,它最初由美国Michigan大学J.Holland教授于1975年首先提出来的,并出版了颇有影响的专着《Adaptation in Natural and Artificial Systems》,GA这个名称才逐渐为人所知,J.Holland教授所提出的GA通常为简单遗传算法(SGA)。

❾ 雷鸟科技的AI算法到底是什么

雷鸟科技的AI算法是一种智能推荐算法,用专业术语来表达,就是它可以充分利用用户画像、视频画像,结合智能算法,为每个用户推荐个性化的内容。

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