基于群智能的计算与仿真方法研究

随着人类认知范围的拓宽,已有的一些智能计算方法在处理复杂问题时,如高维度、多极值等,往往不能取得令人满意的效果.人们从生命现象中受到启示,发明了模拟生命系统的某些行为、功能和特性的群智能方法.对群智能的主要领域群智能计算和群智能仿真进行了阐述,同时还介绍了其相关研究领域.     

群智演化协同计算的研究进展与趋势

群体智能是通过聚集群体智慧协同求解大规模复杂问题的智能方法,其思想最初源于对自然界中社会性生物群体智能行为的模拟。群体生物通过分工合作、相互协调、协同演化,可涌现出整体性的智能行为,完成复杂任务,具有高度的自组织、自适应、自学习能力。受此启发,国内外学者运用数学和计算机工具对群体智能行为进行模拟,从不同角度发展了一系列群体智能涌现与演化的机理和模型。近年来,随着互联网的发展,人类社会基于物联网的群智协同和演化现象进一步拓宽了群智演化计算的范畴,呈现出广阔的应用前景,也对群智演化的理论模型和应用提出了新挑战。2017年,《新一代人工智能发展规划》明确将群体智能列为需重点发展的人工智能理论与技术方向之一。文章将从生物群体、智能体群体和人类社会群体等不同视角,从群智演化协作的模型和机理、群智演化协作的组织结构、群智演化协同决策及群智演化协同计算的应用等角度,总结群智演化计算的主要研究问题,对国内外的最新研究进展进行综述和对比分析,并对该方向未来的发展趋势和主要科学问题进行展望。     

基于群智能的信息认知机制研究

群智能计算是个体认知行为和群体认知规律抽象出的一种非传统的计算智能技术。本文论述群智能计算中的信息认知机制,以及如何利用认知科学的相关研究来探索群智能计算方法。其中主要包括群智能计算中个体和群体的信息利用和分享机制,以及在不同环境的认知过程中的信息利用机制;群智能计算中不同结构和模式的记忆与认知科学中长时记忆、短时记忆、记忆结构和记忆遗忘模型的关系,以及认知记忆机制与环境的对应关系;在不同环境或变化环境下,群智能计算各种自适应策略与社会学习理论中的直接学习和观察学习之间的关系,长期记忆与短期记忆之间在环境变化下的调整机制的关系。相关的研究将促进群智能理论和认知科学的进一步融合发展。     

鱼群集群行为的建模与仿真

群体智能主要针对生物群体中简单智能个体相互作用表现出复杂智能行为进行研究.个体之间的组织结构、关系和群体行为的涌现机制是其研究的关键要素.首先对鱼群游动的规律进行分析,然后采用自底向上的建模方法建立了一种基于向量的数据模型,最后基于java技术建立了鱼群集群行为仿真系统,有效地模拟了个体鱼之间以及环境之间的相互作用,最终涌现出复杂的群体行为的过程.仿真模型和结果对其它群体的研究具有指导意义.     

异构智能群体跟踪控制

对智能群体(swarm)跟踪领航者(1eader)进行了研究.提出了一个混杂控制方法,使智能群体中各个智能体的运动状态渐近地收敛到时变的参考轨迹.用图论模型表示智能体之间的相互作用或通信关系,基于异构的智能群体,建立了动态的有向网络模型.运用矩阵分析法及传统的控制理论进行了稳定性分析,从理论上证明了系统的跟踪误差渐近收敛到零.给出了智能群体跟踪时变参考轨迹及到达集合点(rendezvous)的计算机仿真示例,仿真结果证实了该方法的有效性.     

不确定性复杂硫化过程智能融合控制

针对硫化过程中因模糊性与不确定性导致的塑胶产品成形过程难以控制、产品质量稳定性差的问题.提出一种智能融合控制策略.总结了复杂硫化过程中的控制难点,探讨了硫化过程的控制论特性,研究对不确定性复杂过程的控制策略,提出智能融合控制策略,基于仿人智能构造了控制算法.工程实现效果显示该策略的鲁棒性强、控制精度高.研究结果表明:智能融合控制策略对不确定性复杂硫化过程实施控制是可行与有效的.     

简单巨系统研究及其系统动力学分析

研究大量简单个体依照一定规则相互作用而在宏观上表现出群体智能特性可以用于解决一些复杂的问题.通过对一个实际问题-研究生楼问题的观察和分析,研究了单个个体的行为对整个系统带来的影响.在此基础上,提出了相应的数学模型,并进行了分析,得出了几点有价值的结论.     

基于CAS理论的群体协作维基词条编辑建模仿真

基于复杂适应性系统理论将维基百科用户抽象为内容添加者、内容修改者、内容删除者、多样编辑者和内容浏览者5种主体,建立了群体协作词条编辑模型;基于不同质量词条主体出现的概率配置,利用Netlogo仿真软件构建仿真平台,实现了对群体协作词条编辑的多主体建模仿真.仿真实验表明,多样编辑者是词条质量提升的重要驱动力,其出现概率越大,生成词条质量越高;编辑者“自我修改”行为对提升词条质量起到重要促进作用;主体出现概率配置遵循黄金分割律时,可使群体绩效趋于最大化.词条演化存在语量与语义之间此消彼长、最终达到动态平衡的过程,语量与语义平衡临界点近似为黄金分割点,词条编辑演化遵循着黄金分割律.研究深化了对词条编辑演化、网络群体智能和社会计算的认识.     

群体智能路由和负载平衡算法研究进展

针对当前路由算法不能胜任解决网络不断增加的复杂性问题,通过自然生物群体证明的群体智能,在网络路由方面具有非常强大的研究启发,文中对群体智能算法在计算机网络路由和负载平衡方面的理论及应用研究进展进行了较系统的论述,并比较了应用ACO算法解决路由和负载平衡问题的3个主流研究工作;讨论了群体智能路由算法的收敛停滞问题及其最新解决方法;指出了新的研究方向.     

基于多智能体的人群集散动态模拟模型与实现

智能体从模拟个人的行为出发,以拟人化方法描述、解释、预测一个复杂系统的行为,可以有效仿真群体的行为形态.针对城市中人群流动这一复杂对象,突破传统思维,以复杂自适应系统理论研究为背景,采用基于多智能体系统的建模方法和自下而上的研究思路,提出了研究城市空间内人群流动形态的模型框架,构建了一个城市人群流动动态演化模型,并在此基础上利用GIS(地理信息系统)技术加以实现.