Мультиагентная среда для моделирования поведения муравьиной семьи Исполнители:Сурдейкин Денис Шведов Константин Научные руководители: Каневский Д. Ю., - презентация

1 Мультиагентная среда для моделирования поведения муравьиной семьи Исполнители:Сурдейкин Денис Шведов Константин Научные руководители: Каневский Д. Ю., преподаватель лицея 1533 д.б.н. Федосеева Е. Б., мирмеколог Консультант:Михеечева Наталья ГБОУ Лицей 1533 (информационных технологий), 2012 г.

2 Муравьиное сообщество: удивительный пример социального поведения Не только самостоятельное приспособление к среде обитания, но и перестраивание ее применительно к своим нуждам Гнезда огромных размеров со сложным, но рациональным устройством Муравьи могут постоять за себя: вне конкуренции среди беспозвоночных

3 Муравьиное сообщество: удивительный пример социального поведения Многие «рекорды мира» принадлежат муравьям Главная задача – обеспечение благополучия семьи Ключевой вопрос: каковы механизмы, формирующие разумное поведение семьи как целого за счёт только элементарных действий отдельных муравьёв?

4 Тема и ее актуальность Социальное поведение насекомых – одна из загадок природы До сих пор ученые не смогли дать точных ответов Разгаданные механизмы дают возможность создавать «умные» мультиагентные системы на основе этих механизмов

5 Аналоги Попытки моделирования очень ограничены Существуют лишь небольшие отдельные проекты по разным задачам муравьиной семьи, в частности, фуражированию JavaAntz Ants Myrmedrome

6 Цели и задачи Полная визуализация жизни семьи Возможность динамически изменять параметры системы Максимальное соответствие искусственно созданных алгоритмов реальным аналогам Возможность изучения поведения семьи в самых разнообразных условиях, а значит, мощный научный инструмент

7 Мультиагентность системы Каждый муравей выполняет свою задачу, но не имеет представления о работе всей системы Нет муравьев, управляющих всей системой Работа системы обеспечивается только взаимодействием муравьев

8 Гипотеза Деборы Гордон Набор конкретных задач и алгоритмов их выполнения Правила переключения между ними, основанные только на внешних признаках

9 Обзор работы предшественника Создана среда моделирования Фуражирование на основе алгоритма «двух феромонов» Небольшая часть огромной задачи по реализации полной модели муравьиной семьи Только одно занятие: поиск еды Нет таких необходимых факторов жизнедеятельности, как смерть, сон, отдых, еда и т.д.

10 Разработка Высокоуровневая модель – алгоритм выживания, работающий с семьей как с единым целым Низкоуровневая модель – алгоритмы поведения каждого конкретно взятого муравья

11 Разработка Выбраны пять основных состояний муравья, для каждого из них созданы алгоритмы поведения: Фуражирование Ухаживание Строительство «Активное бездействие» Сон Создан алгоритм переключения между задачами

12 Правила переключения Для каждой задачи у каждого муравья есть параметр склонности, меняющийся в зависимости от внешних признаков Если склонность достигает пороговой величины, муравей переключается на данную задачу

13 Программная реализация Microsoft Visual Studio 2010, C# Microsoft Visual Studio 2012 RC, C# MonoDevelop 2.8

14 Результат Мультиагентная самоорганизующаяся система Обеспечивается развитие сообщества Улучшенная среда: смена дня-ночи, поведение муравьев зависит от времени суток Усталость, голод, приводящие к смерти Переключение между задачами Три задачи, которые могут выполнять муравьи: ухаживание, фуражирование, строительство Жизненный цикл муравья

15 Перспективы дальнейших разработок Создание игрового режима Усовершенствование алгоритма переключения (необходимо сравнить его с реальными данными и внести соответствующие поправки) Дополнительные внешние условия Второй муравейник и его взаимодействие с первым

16 Литература А.А. Захаров. Муравей, семья, колония, 1978, издательство «Наука» Deborah M. Gordon. Ant Encounters, 2010, Princeton University Press Ж.И.Резникова. Различные формы обучения у муравьев: открытия и перспективы, Успехи современной биологии, 2007, том 127, 2, с Ж.И.Резникова. Гипотеза распределенного социального обучения и адаптивные возможности популяций, Вестник ВОГиС, 2008, Том 12, 1/2

17 Разделение обязанностей К.ШведовД.Сурдейкин Высокоуровневая модель Разработка алгоритмов и теоретической части Проектирование Личинки Низкоуровневая модель Внедрение алгоритмов в программу Разработка среды Фуражирование

18 Модели ВысокоуровневаяНизкоуровневая Объект изучения – муравьиное сообщество Разработка алгоритма выживания на основе переключения Динамически изменяются доли фуражиров, ухажеров и строителей Объект изучения – муравей Разработка алгоритмов для конкретной задачи: фуражирования, ухаживания, строительства Динамически изменяется среда