Uciekają (zachowanie)

Dwa stada żurawi pospolitych
Rój przypominający stado szpaków

Stado to zachowanie, które występuje, gdy grupa ptaków, zwana stadem , żeruje lub leci.

Symulacje komputerowe i modele matematyczne, które zostały opracowane w celu naśladowania zachowań stadnych ptaków, można również ogólnie zastosować do „stadnych” zachowań innych gatunków. W rezultacie termin „flokowanie” jest czasami stosowany w informatyce do gatunków innych niż ptaki.

Ten artykuł dotyczy modelowania zachowań stadnych. Z punktu widzenia modelarza matematycznego „uciekanie” jest zbiorowym ruchem grupy samobieżnych jednostek i jest zbiorowym zachowaniem zwierzęcym wykazywanym przez wiele żywych istot, takich jak ptaki , ryby , bakterie i owady . Uważa się, że jest to wyłaniające się zachowanie wynikające z prostych zasad, które są przestrzegane przez jednostki i nie wymaga żadnej centralnej koordynacji.

W naturze

Istnieją podobieństwa z zachowaniem ławic ryb, rojowym zachowaniem owadów i zachowaniem stadnym zwierząt lądowych. W miesiącach zimowych szpaki są znane z tego, że gromadzą się w ogromne stada liczące od setek do tysięcy osobników, które, gdy w ogóle wznoszą się do lotu, tworzą duże pokazy intrygujących wirujących wzorów na niebie nad obserwatorami.

Zachowanie stada zostało zasymulowane na komputerze w 1987 roku przez Craiga Reynoldsa za pomocą jego programu symulacyjnego Boids . Ten program symuluje prostych agentów (boidów), którym wolno poruszać się zgodnie z zestawem podstawowych zasad. Rezultat jest podobny do stada ptaków , ławicy ryb lub roju owadów .

Pomiar

Pomiarów stada ptaków dokonano za pomocą szybkich kamer, a także przeprowadzono analizę komputerową w celu przetestowania prostych zasad gromadzenia się ptaków, o których mowa powyżej. Stwierdzono, że generalnie są one prawdziwe w przypadku stad ptaków, ale zasada przyciągania dalekiego zasięgu (spójność) dotyczy najbliższych 5–10 sąsiadów ptaka stada i jest niezależna od odległości tych sąsiadów od ptaka. Ponadto istnieje anizotropia w odniesieniu do tej tendencji do spójności, przy czym większa spójność jest wykazywana w stosunku do sąsiadów po bokach ptaka, a nie z przodu lub z tyłu. Jest to prawdopodobnie spowodowane tym, że pole widzenia lecącego ptaka jest skierowane na boki, a nie bezpośrednio do przodu lub do tyłu.

Inne niedawne badanie opiera się na analizie nagrań z kamery szybkoobrotowej stad nad Rzymem i wykorzystuje model komputerowy zakładający minimalne zasady zachowania.

Algorytm

Zasady

Podstawowe modele zachowań stadnych są kontrolowane przez trzy proste zasady:

Separacja
Unikaj stłoczenia sąsiadów (odpychanie krótkiego zasięgu)
Wyrównanie
Kieruj się w kierunku średniego kierunku sąsiadów
Spójność
Kieruj się w kierunku średniej pozycji sąsiadów (przyciąganie dalekiego zasięgu)

Dzięki tym trzem prostym zasadom stado porusza się w niezwykle realistyczny sposób, tworząc złożone ruchy i interakcje, które w innym przypadku byłyby niezwykle trudne.

Warianty reguł

Podstawowy model został rozszerzony na kilka różnych sposobów, odkąd zaproponował go Reynolds. Na przykład Delgado-Mata i in. rozszerzył podstawowy model, aby uwzględnić skutki strachu. Węch był używany do przekazywania emocji między zwierzętami za pomocą feromonów modelowanych jako cząstki w swobodnym rozprężającym się gazie.

Hartman i Benes wprowadzili do sojuszu dodatkową siłę, którą nazywają zmianą przywództwa. Ten wół określa szansę ptaka na zostanie liderem i próbę ucieczki.

Hemelrijk i Hildenbrandt wykorzystali atrakcyjność, wyrównanie i unikanie oraz rozszerzyli to o szereg cech prawdziwych szpaków:

  • ptaki latają zgodnie z aerodynamiką stałego skrzydła, obracając się podczas skrętu (tracąc w ten sposób siłę nośną);
  • koordynują z ograniczoną liczbą sąsiadów interakcji wynoszącą 7 (jak prawdziwe szpaki);
  • starają się przebywać nad miejscem do spania (jak szpaki o świcie), a kiedy zdarzy im się oddalić od miejsca do spania, wracają do niego, obracając się; I
  • po czwarte, poruszają się ze względnie stałą prędkością.

Autorzy wykazali, że specyfika zachowania latającego oraz duża liczebność stada i niewielka liczba partnerów interakcji były kluczowe dla stworzenia zmiennego kształtu stad szpaków.

Złożoność

W symulacjach flokowania nie ma centralnego sterowania; każdy ptak zachowuje się autonomicznie. Innymi słowy, każdy ptak musi sam zdecydować, które stada uznać za swoje środowisko. Zwykle środowisko definiuje się jako okrąg (2D) lub kulę (3D) o określonym promieniu (reprezentującym zasięg). [ potrzebne źródło ]

Podstawowa implementacja algorytmu stada ma złożoność ptak przeszukuje wszystkie inne ptaki, aby znaleźć te, które wpadają [ niewłaściwa synteza? ]

Możliwe ulepszenia: [ potrzebne źródło ]

  • bin- kratowy podział przestrzenny. Cały obszar, w którym stado może się poruszać, jest podzielony na wiele pojemników. Każdy pojemnik przechowuje, które ptaki zawiera. Za każdym razem, gdy ptak przenosi się z jednego pojemnika do drugiego, siatka musi zostać zaktualizowana.
    • Przykład: siatka 2D(3D) w symulacji flokowania 2D(3D).
    • Złożoność: , k to liczba otaczających pojemników do rozważenia; właśnie wtedy, gdy kosz dla ptaków zostanie znaleziony w

Lee Spector, Jon Klein, Chris Perry i Mark Feinstein badali pojawienie się zachowań zbiorowych w ewolucyjnych systemach obliczeniowych.

Bernard Chazelle udowodnił, że przy założeniu, że każdy ptak dostosowuje swoją prędkość i pozycję do innych ptaków w określonym promieniu, czas potrzebny do zbieżności do stanu ustalonego jest iterowanym wykładniczym logarytmem wysokości liczby ptaków. Oznacza to, że jeśli liczba ptaków jest wystarczająco duża, czas konwergencji będzie tak długi, że równie dobrze mógłby być nieskończony. Wynik ten dotyczy tylko konwergencji do stanu ustalonego. Na przykład strzały wystrzelone w powietrze na skraju stada spowodują, że całe stado zareaguje szybciej, niż można to wytłumaczyć interakcjami z sąsiadami, które są spowalniane przez opóźnienie czasowe w ośrodkowym układzie nerwowym ptaka. - ptak do ptaka.

Aplikacje

Zachowanie podobne do stada u ludzi może wystąpić, gdy ludzie są przyciągani do wspólnego punktu ogniskowego lub gdy są odpychani, jak poniżej: tłum uciekający przed odgłosami wystrzałów.

W Kolonii w Niemczech dwóch biologów z Uniwersytetu w Leeds wykazało u ludzi zachowanie przypominające stado. Grupa ludzi wykazywała bardzo podobny wzorzec zachowania do stada, gdzie jeśli 5% stada zmieni kierunek, pozostali pójdą w jego ślady. Kiedy jedna osoba została wyznaczona jako drapieżnik, a wszyscy inni mieli jej unikać, stado zachowywało się bardzo podobnie do ławicy ryb.

Flokowanie zostało również uznane za sposób kontrolowania zachowania bezzałogowych statków powietrznych (UAV).

Flokowanie jest powszechną technologią w wygaszaczach ekranu i znalazło zastosowanie w animacji. Flokowanie było używane w wielu filmach do generowania tłumów, które poruszają się bardziej realistycznie. Powrót Batmana ( 1992) Tima Burtona przedstawiał uciekające nietoperze. [ niewłaściwa synteza? ]

Zachowanie flokowania zostało wykorzystane w innych interesujących zastosowaniach. Został zastosowany do automatycznego programowania wielokanałowych internetowych stacji radiowych. Był również używany do wizualizacji informacji i zadań optymalizacyjnych.

Zobacz też

Innych źródeł

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Flocking_(behavior)&oldid=1134470793 ”