Akın (davranış) - Flocking (behavior)

İki sürü ortak vinçler
Sürüsü gibi bir sürü sığırcık

Akın bir grup kuş a sürü, vardır yiyecek arama veya uçuşta.

Kuşların sürü davranışlarını taklit etmek için geliştirilen bilgisayar simülasyonları ve matematiksel modeller genel olarak diğer türlerin "sürü" davranışlarına da uygulanabilir. Sonuç olarak, bilgisayar biliminde bazen kuşlar dışındaki türlere "sürü" terimi uygulanır.

Bu makale, sürü davranışının modellenmesi hakkındadır. Matematiksel modelcilerin bakış açısından, "akın", bir grup kendinden tahrikli varlığın kolektif hareketidir ve bir toplu hayvan davranışı gibi birçok canlı tarafından sergilenen kuşlar, balık, bakteri, ve haşarat.[1] Bir ortaya çıkan bireyler tarafından takip edilen ve herhangi bir merkezi koordinasyon içermeyen basit kurallardan kaynaklanan davranış.

Doğada

İle paralellikler var shoaling balıkların davranışı, kaynaşma böceklerin davranışı ve sürü davranışı kara hayvanları. Kış aylarında sığırcık yüzlerce ila binlerce bireyden oluşan büyük sürüler halinde toplandığı bilinmektedir, üfürümler Bu, tamamen uçtuklarında, gözlemcilerin üzerindeki gökyüzünde merak uyandıran büyük girdaplar sergiliyor.


Akın davranışı 1987'de bir bilgisayarda simüle edildi. Craig Reynolds simülasyon programı ile Boids.[2] Bu program, bir dizi temel kurala göre hareket etmesine izin verilen basit aracıları (boids) simüle eder. Sonuç şuna benzer sürü nın-nin kuşlar, bir okul nın-nin balık veya a sürü nın-nin haşarat.

[3]

Ölçüm

Kuş sürülerinin ölçümleri yapıldı[4] yüksek hızlı kameralar kullanılarak ve yukarıda bahsedilen basit sürü kurallarını test etmek için bir bilgisayar analizi yapılmıştır. Kuş sürüsü durumunda genellikle geçerli oldukları, ancak uzun menzilli çekim kuralı (kohezyon) sürülen kuşun en yakın 5-10 komşusu için geçerli olduğu ve bu komşuların kuşa olan mesafesinden bağımsız olduğu bulunmuştur. Ek olarak, bir anizotropi Bu birleşik eğilim ile ilgili olarak, kuşun yan taraflarındaki komşulara karşı önden veya arkadan çok daha fazla uyum sergilenmektedir. Kuşkusuz bu, uçan kuşun görüş alanının doğrudan ileri ya da geri değil, yanlara doğru yönlendirilmesinden kaynaklanmaktadır.

Yakın zamanda yapılan bir başka çalışma, Roma'nın yukarısındaki sürülerin yüksek hızlı kamera görüntülerinin analizine dayanıyor ve minimum davranış kuralları varsayan bir bilgisayar modeli kullanıyor.[5][6][7][8]

Algoritma

Kurallar

Sürü davranışının temel modelleri üç basit kuralla kontrol edilir:

  1. Ayrılık - kalabalık komşulardan kaçının (kısa menzilli itme)
  2. Hizalama - ortalama komşuların yönüne doğru yönlendirme
  3. Uyum - komşuların ortalama konumuna doğru yönlendirme (uzun menzilli çekim)

Bu üç basit kuralla, sürü son derece gerçekçi bir şekilde hareket eder, aksi halde yaratılması son derece zor olacak karmaşık hareket ve etkileşim yaratır.

Reynolds önerdiğinden beri temel model birkaç farklı şekilde genişletildi. Örneğin, Delgado-Mata ve ark.[9]temel modeli korkunun etkilerini de içerecek şekilde genişletti. Olfaction, serbest genleşme gazında parçacıklar olarak modellenen feromonlar aracılığıyla hayvanlar arasında duygu iletmek için kullanıldı. Hartman ve Benes[10]liderlik değişikliği adını verdikleri uyum sürecine tamamlayıcı bir güç getirdiler. Bu dümen, kuşun lider olma ve kaçmaya çalışma şansını tanımlar. - Hemelrijk ve Hildenbrandt[11]çekim, hizalama ve kaçınma kullandılar ve bunu gerçek sığırcıkların bir dizi özelliğiyle genişletti: birincisi, kuşlar dönerken yuvarlanırken (dolayısıyla kaldırma kuvvetini kaybederken) sabit kanat aerodinamiğine göre uçarlar; ikincisi, sınırlı sayıda etkileşim komşusu olan 7 (gerçek sığırcık gibi); üçüncü olarak, uyuyan bir alanın üstünde kalmaya çalışırlar (sığırcıkların şafakta yaptığı gibi) ve uyku alanından dışarı çıktıklarında, dönerek oraya geri dönerler; dördüncü olarak, göreceli sabit hızda hareket ederler. Yazarlar, sığırcık sürülerinin değişken şeklinin oluşturulması için uçma davranışının özelliklerinin yanı sıra büyük sürü boyutu ve az sayıda etkileşim partnerinin gerekli olduğunu gösterdiler.

Karmaşıklık

Sürü simülasyonlarında merkezi kontrol yoktur; her kuş özerk davranır. Başka bir deyişle, her kuş, hangi sürüyü çevresi olarak kabul edeceğine kendisi karar vermelidir. Genellikle çevre, belirli bir yarıçapa sahip (erişimi temsil eden) bir daire (2B) veya küre (3B) olarak tanımlanır.[kaynak belirtilmeli ]

Bir sürü algoritmasının temel bir uygulaması karmaşıktır - her kuş, çevresine girenleri bulmak için diğer tüm kuşları arar.[yanlış sentez? ]

Olası iyileştirmeler:[kaynak belirtilmeli ]

  • çöp Kutusu-kafes mekansal alt bölüm. Sürünün içinde hareket edebileceği alanın tamamı birden çok bölmeye bölünmüştür. Her çöp kutusu, içerdiği kuşları depolar. Bir kuş bir bölmeden diğerine her hareket ettiğinde, kafesin güncellenmesi gerekir.
    • Örnek: 2D (3D) flok simülasyonunda 2D (3D) ızgara.
    • Karmaşıklık: k, dikkate alınacak çevreleyen bölmelerin sayısıdır; tam da kuş çöpü bulunduğunda

Lee Spector, Jon Klein, Chris Perry ve Mark Feinstein evrimsel hesaplama sistemlerinde kolektif davranışın ortaya çıkışını inceledi.[12]

Bernard Chazelle Her bir kuşun hızını ve konumunu sabit bir yarıçap içinde diğer kuşlara göre ayarladığı varsayımı altında, sabit bir duruma yaklaşmak için geçen sürenin, kuşların sayısında logaritmik yüksekliğin yinelenen bir üssü olduğunu kanıtladı. Bu, kuşların sayısı yeterince büyükse, yakınsama süresinin o kadar büyük olacağı ve sonsuza kadar gidebileceği anlamına gelir.[13] Bu sonuç yalnızca sabit bir duruma yakınsama için geçerlidir. Örneğin, bir sürünün kenarından havaya atılan oklar, tüm sürünün komşularla açıklanabileceğinden daha hızlı tepki vermesine neden olur ve bu, kuşun merkezi sinir sistemindeki zaman gecikmesiyle yavaşlar - kuştan kuşa -kuştan kuşa.

Başvurular

İnsanlarda sürü benzeri davranış, insanlar ortak bir odak noktasına çekildiklerinde veya aşağıdaki gibi itildiklerinde ortaya çıkabilir: Silah sesinden kaçan bir kalabalık.

Almanya'nın Köln kentinde, Leeds Üniversitesi'nden iki biyolog, insanlarda sürü benzeri bir davranış gösterdi. İnsan grubu, sürününkine çok benzer bir davranış modeli sergilemiştir; burada sürünün% 5'i yön değiştirirse diğerleri de aynı şeyi yapacaktır. Bir kişi yırtıcı olarak belirlendiğinde ve diğer herkes ondan uzak durmak istediğinde, sürü bir balık sürüsü gibi davrandı.[14]

Akın, İnsansız Hava Araçlarının (İHA'lar) davranışını kontrol etmenin bir yolu olarak da kabul edildi.[15]

Akın, yaygın bir teknolojidir ekran koruyucular ve kullanımını animasyonda bulmuştur. Floklama birçok filmde kullanılmıştır[16] daha gerçekçi hareket eden kalabalıklar yaratmak. Tim Burton 's Batman Dönüyor (1992) sürü yarasalarına sahipti ve Disney 's Aslan Kral (1994) bir antilop izdiham.[yanlış sentez? ]

Diğer ilginç uygulamalar için floklama davranışı kullanılmıştır. İnternet çok kanallı radyo istasyonlarını otomatik olarak programlamak için uygulanmıştır.[17]Ayrıca bilgileri görselleştirmek için de kullanılmıştır[18]ve optimizasyon görevleri için.[19]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ O'Loan, OJ; Evans, MR (1999). "Tek boyutlu sürüde değişen kararlı durum". Journal of Physics A: Matematiksel ve Genel. IOP Yayıncılık. 32 (8): L99. arXiv:cond-mat / 9811336. Bibcode:1999JPhA ... 32L..99O. doi:10.1088/0305-4470/32/8/002. S2CID  7642063.
  2. ^ Reynolds, Craig W. (1987). "Sürüler, sürüler ve okullar: Dağıtılmış bir davranış modeli." ACM SIGGRAPH Bilgisayar Grafikleri. 21. s. 25–34.
  3. ^ 3750422427
  4. ^ Feder, Toni (Ekim 2007). "İstatistik fizik kuşlar içindir". Bugün Fizik. 60 (10): 28–30. Bibcode:2007PhT .... 60j..28F. doi:10.1063/1.2800090.
  5. ^ Hildenbrandt, H; Carere, C; Hemelrijk, CK (2010). "Binlerce sığırcıkın kendi kendine düzenlenmiş havadan görüntüleri: bir model". Davranışsal Ekoloji. 21 (6): 1349–1359. doi:10.1093 / beheco / arq149.
  6. ^ Hemelrijk, CK; Hildenbrandt, H (2011). "Kuş sürülerinin değişken şeklinin bazı nedenleri". PLOS ONE. 6 (8): e22479. Bibcode:2011PLoSO ... 622479H. doi:10.1371 / journal.pone.0022479. PMC  3150374. PMID  21829627.
  7. ^ Starflag Projesi
  8. ^ Groningen Üniversitesi'nden sürü davranış modeli
  9. ^ Delgado-Mata C, Ibanez J, Bee S, vd. (2007). "Sanal Ortamlarda Yapay Korku İçeren Sanal Hayvanların Kullanımı Üzerine". Yeni Nesil Hesaplama. 25 (2): 145–169. doi:10.1007 / s00354-007-0009-5. S2CID  26078361.
  10. ^ Hartman C, Benes B (2006). "Otonom boidler". Bilgisayar Animasyonu ve Sanal Dünyalar. 17 (3–4): 199–206. doi:10.1002 / oy.123. S2CID  15720643.
  11. ^ Hemelrijk, C. K .; Hildenbrandt, H. (2011). "Kuş Sürülerinin Değişken Şeklinin Bazı Sebepleri". PLOS ONE. 6 (8): e22479. Bibcode:2011PLoSO ... 622479H. doi:10.1371 / journal.pone.0022479. PMC  3150374. PMID  21829627.
  12. ^ Spector, L .; Klein, J .; Perry, C .; Feinstein, M. (2003). "Uçan Ajanların Değişen Popülasyonlarında Toplu Davranışın Ortaya Çıkışı". Genetik ve Evrimsel Hesaplama Konferansı Bildirileri (GECCO-2003). Springer-Verlag. Alındı 2007-05-01.
  13. ^ Bernard Chazelle, Kuş Sürüsünün Yakınsaması, J.ACM 61 (2014)
  14. ^ "http://psychcentral.com/news/2008/02/15/herd-mentality-explained/1922.html ". 31 Ekim 2008'de erişildi.
  15. ^ Senanayake, M., Senthooran, I., Barca, J.C., Chung, H., Kamruzzaman, J. ve Murshed, M. "Robot sürüleri için arama ve izleme algoritmaları: Bir anket."
  16. ^ Gabbai, J.M.E. (2005). "Karmaşıklık ve Havacılık Endüstrisi: Çok Etmenli Sistemler Kullanarak Yapıyı Performansla İlişkilendirerek Ortaya Çıkışı Anlamak". Manchester: Manchester Üniversitesi Doktora Tezi. Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  17. ^ Ibanez J, Gomez-Skarmeta AF, Blat J (2003). "DJ boids: çok kanallı radyo istasyonu programlaması olarak ortaya çıkan toplu davranış". 8. Uluslararası Akıllı Kullanıcı Arayüzleri Konferansı Bildirileri. s. 248–250. doi:10.1145/604045.604089.
  18. ^ Moere A V (2004). "Bilgi Akışı Boids Kullanarak Zamanla Değişen Veri Görselleştirme" (PDF). IEEE Bilgi Görselleştirme Sempozyumu Bildirileri. s. 97–104. doi:10.1109 / INFVIS.2004.65.
  19. ^ Cui Z, Shi Z (2009). "Boid partikül sürüsü optimizasyonu". International Journal of Innovative Computing and Applications. 2 (2): 77–85. doi:10.1504 / IJICA.2009.031778.

Diğer kaynaklar

Dış bağlantılar