生命集群動(dòng)態(tài)行為的預(yù)測(cè)機(jī)制研究.pdf

1、大量生物學(xué)研究表明，自然界的生命集群往往具有智能預(yù)測(cè)能力。自然群體中每個(gè)個(gè)體很可能并不僅僅依靠當(dāng)前獲取的信息作為下一步動(dòng)作決策的依據(jù)，而是根據(jù)局部歷史信息推測(cè)領(lǐng)導(dǎo)者和鄰居未來的動(dòng)態(tài)行為，因而具有大幅改善集群性能的潛力。 在自然群體、社會(huì)群體和工業(yè)多個(gè)體系統(tǒng)里面均存在兩種不同的類型：一類是有領(lǐng)導(dǎo)者類型，另一類是無領(lǐng)導(dǎo)者類型。本文相應(yīng)設(shè)計(jì)了兩類預(yù)測(cè)機(jī)制，并詳細(xì)分析和驗(yàn)證了預(yù)測(cè)機(jī)制對(duì)集群同步，粘連等特性的改善，以及對(duì)通信代價(jià)的有效削減

2、作用。 因此，針對(duì)有領(lǐng)導(dǎo)者群體，本論文利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的小世界網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于A/R模型實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新穎的有領(lǐng)導(dǎo)者集群的預(yù)測(cè)控制策略，在這種控制策略中，通過增加長(zhǎng)邊個(gè)數(shù)使延時(shí)影響大大降低，從而提高了同步特性（包括速度同步和位置同步），統(tǒng)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該規(guī)律的存在。另外一個(gè)有趣的規(guī)律是長(zhǎng)邊的個(gè)數(shù)與預(yù)測(cè)步長(zhǎng)之間存在博弈關(guān)系。當(dāng)長(zhǎng)邊個(gè)數(shù)不夠時(shí)，可以增加預(yù)測(cè)步長(zhǎng)來補(bǔ)償；與之相對(duì)應(yīng)的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)能力不夠時(shí)，可以增加長(zhǎng)邊個(gè)數(shù)來補(bǔ)償。

3、另一方面，本論文針對(duì)無領(lǐng)導(dǎo)者生物集群結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了有效的模型預(yù)測(cè)同步協(xié)議—MPC同步協(xié)議。具體來說，針對(duì)Olfati-Saber和Murray提出的傳統(tǒng)的同步策略，通過在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)同步機(jī)制中，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的未來多步的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用滾動(dòng)優(yōu)化的方法對(duì)集群未來整體狀態(tài)差進(jìn)行最小化，從而構(gòu)建了高效的預(yù)測(cè)控制策略。利用矩陣論的方法證明了預(yù)測(cè)機(jī)制可以極大地提高同步收斂速度并大幅降低采樣頻率，從而顯著降低達(dá)到一定收斂速度所需的集群類通信代價(jià)。