3-zone粒子模型的改進(jìn)及突現(xiàn)行為研究.pdf

1、近年來(lái)，自然界中生物群體的突現(xiàn)行為成為人工智能和復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這源自其在無(wú)人飛行器的協(xié)調(diào)控制、多機(jī)器人的編隊(duì)控制、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多智能體系統(tǒng)的直接應(yīng)用。探討突現(xiàn)行為的機(jī)制和規(guī)律不僅有助于理解自然界和人類社會(huì)中的集群現(xiàn)象，而且在群體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制中也具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，突現(xiàn)行為研究具有重大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 目前學(xué)者們對(duì)多個(gè)具有突現(xiàn)特性的群體行為模型進(jìn)行了深入研究，然而對(duì)突現(xiàn)行為具體的產(chǎn)生條件、機(jī)制及

2、控制方法尚無(wú)一致性的結(jié)論。因此還需研究其他具備突現(xiàn)特性的群體行為模型，總結(jié)突現(xiàn)行為產(chǎn)生的通用機(jī)理。此外，作為群體行為研究中有代表性的模型之一，3-zone粒子模型是否具有突現(xiàn)特性尚需驗(yàn)證。
　　 本文以3-zone粒子模型為研究對(duì)象，進(jìn)行了如下研究:
　　 第一，針對(duì)3-zone粒子模型存在的全局交互、忽略外界環(huán)境影響等不符合實(shí)際的情況，考慮自然界中個(gè)體感知范圍有限并易受空氣阻力等因素影響，提出了引入外界干擾的3-zon

3、e粒子模型(the3-zone particle model with externalinterference，簡(jiǎn)稱3-zone-EI模型)。通過(guò)3-zone-EI模型與3-zone粒子模型的數(shù)值仿真對(duì)比，驗(yàn)證了3-zone粒子模型的突現(xiàn)特性以及模型改進(jìn)的有效性。同時(shí)定量分析了新增參數(shù)對(duì)群體突現(xiàn)行為的影響，其結(jié)果表明無(wú)需全局交互，僅通過(guò)局部交互便可形成突現(xiàn)行為。
　　 第二，針對(duì)現(xiàn)有突現(xiàn)定量判定指標(biāo)體系需要擴(kuò)展及其通用性尚待驗(yàn)

4、證等問(wèn)題，引入了序參數(shù)、群體角動(dòng)量和平均鄰居距離三個(gè)新的指標(biāo)，采用前面的仿真數(shù)據(jù)對(duì)3-zone-EI模型的突現(xiàn)行為進(jìn)行了定量分析。仿真表明，這些指標(biāo)能夠很好地解釋群體行為發(fā)生突變的過(guò)程，同時(shí)也推廣了這套指標(biāo)的適用范圍。
　　 第三，針對(duì)突現(xiàn)定量分析結(jié)論和突現(xiàn)行為控制缺乏理論基礎(chǔ)支撐的問(wèn)題，采用系統(tǒng)宏微觀分解方法，對(duì)3-zone-EI模型的擾動(dòng)性進(jìn)行了理論分析。理論分析結(jié)果及其數(shù)值仿真驗(yàn)證表明，特定條件下突現(xiàn)行為發(fā)生后，個(gè)體相對(duì)群