有限视野在群体追逃模型中对群体行为的影响

发布时间：2019-10-23 11:55

【摘要】：集群行为(collective behavior)广泛存在于自然界和人类社会中,例如羊群簇拥着进入农屋,蚂蚁的移动轨迹组织以及分工行为,鱼群形成“诱饵球”的队列行为,鸟群有组织地迁徙,以及细菌、细胞群体中的有趣的群体行为,另外还有人群拥堵现象,机器人协作等在近年受到了众多不同学科研究者的广泛关注以及研究。动物的集群行为有着令人着迷的自然现象,尤其是其能够自组织地通过微观上简单的运动规则涌现出宏观上复杂而和谐的集群动态行为。追逃问题属于集群行为中的研究分支,有着悠久的研究历史,个体数从一对一、一对多、多对一到多对多不断发展。日本学者在2010年提出的简单追逃模型中,捕食者/猎物群体选择最近的猎物/捕食者群体进行捕食/逃离,结果收到了广泛好评,模型也得到了很多扩展。本文在原模型基础上,对捕食者引入了有限视野,提出了随机行走策略以及重定位策略。结果表明,随机行走策略下,当捕食者只有较小视野范围的时候,猎物种群生存时间随着视野范围的增加而幂律式减小。当捕食者拥有较大视野范围的时候,猎物种群生存时间恒为常数而不随视野范围的变化而变化。而在重定位策略下,种群生存时间先随着捕食者视野范围增大而幂律式减小,后再次不断增大。猎物种群个体生存时间分布结果表明,在随机行走策略下,猎物个体生存时间为双峰分布,即存在两个典型生存时间,而随着捕食者视野范围的增加,双峰分布变为单峰分布;在重定位策略下,猎物个体生存时间则一直是单峰分布。对最短种群生存时间与捕食者数量之间关系的分析结果表明,在随机行走策略下,两者之间存在两种幂律关系,幂指数分别为-2.3与-0.8,而在重定位策略下则只存在一种幂律关系,幂指数为-0.8。通过分析狩猎过程的能量消耗,我们发现在随机行走策略下,无论猎物种群初始规模多大,最佳捕食者数量总是落在初始猎物数量6倍左右的位置。而在重定位策略下,狩猎能量消耗随着捕食者数量的增加而线性增加,不再存在最佳捕食者数量。
【图文】：

２．１空间环境逡逑空间环境为周期性边界条件下的长Ｘ宽为ＬｘＬ的二维方格子网络，其中，，逡逑Ｌ＝１００。如图２－１所示，周期性边界条件指的是在方格子网络中，运动空间无逡逑边界，上边界和下边界连通，左边界和右边界连通，当个体运动出其中的一条逡逑边界，则其将会在另一端的边界上重新出现。本文考虑个体的空间体积效应，逡逑因此方格子网络中的每个格点只有两种状态，为空或者被一个捕食者／猎物所逡逑占据。逡逑１邋！邋［邋｜逡逑图２－１具有周期边界条件的方格子网络逡逑２．２运动规则逡逑在方格子网络中，捕食者和猎物速度大小相同，在每一时间步移动一个格逡逑子的距离，速度方向在上下左右四个方向中以均等概率随机选择一个。猎物个逡逑体均拥有全局视野，即猎物可以看到空间中所有的其他个体，而捕食者个体只逡逑拥有局部视野，即只能看到其视野范围内的个体。逡逑在模型演化的初始状态

２．１空间环境逡逑空间环境为周期性边界条件下的长Ｘ宽为ＬｘＬ的二维方格子网络，其中，逡逑Ｌ＝１００。如图２－１所示，周期性边界条件指的是在方格子网络中，运动空间无逡逑边界，上边界和下边界连通，左边界和右边界连通，当个体运动出其中的一条逡逑边界，则其将会在另一端的边界上重新出现。本文考虑个体的空间体积效应，逡逑因此方格子网络中的每个格点只有两种状态，为空或者被一个捕食者／猎物所逡逑占据。逡逑１邋！邋［邋｜逡逑图２－１具有周期边界条件的方格子网络逡逑２．２运动规则逡逑在方格子网络中，捕食者和猎物速度大小相同，在每一时间步移动一个格逡逑子的距离，速度方向在上下左右四个方向中以均等概率随机选择一个。猎物个逡逑体均拥有全局视野，即猎物可以看到空间中所有的其他个体，而捕食者个体只逡逑拥有局部视野，即只能看到其视野范围内的个体。逡逑在模型演化的初始状态
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O175

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 陈龙;赵民;康永来;韩松;高华宇;;追逃问题的运动学分析[J];导弹与航天运载技术;2016年02期

2 齐征;韩战钢;;遮挡环境中的群体追逃行为研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2015年01期

本文编号：2552098