3-zone粒子模型的改進及突現(xiàn)行為研究.pdf

1、近年來，自然界中生物群體的突現(xiàn)行為成為人工智能和復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點。這源自其在無人飛行器的協(xié)調(diào)控制、多機器人的編隊控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多智能體系統(tǒng)的直接應(yīng)用。探討突現(xiàn)行為的機制和規(guī)律不僅有助于理解自然界和人類社會中的集群現(xiàn)象，而且在群體系統(tǒng)的設(shè)計和控制中也具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，突現(xiàn)行為研究具有重大的理論意義和應(yīng)用價值。
　　 目前學者們對多個具有突現(xiàn)特性的群體行為模型進行了深入研究，然而對突現(xiàn)行為具體的產(chǎn)生條件、機制及

2、控制方法尚無一致性的結(jié)論。因此還需研究其他具備突現(xiàn)特性的群體行為模型，總結(jié)突現(xiàn)行為產(chǎn)生的通用機理。此外，作為群體行為研究中有代表性的模型之一，3-zone粒子模型是否具有突現(xiàn)特性尚需驗證。
　　 本文以3-zone粒子模型為研究對象，進行了如下研究:
　　 第一，針對3-zone粒子模型存在的全局交互、忽略外界環(huán)境影響等不符合實際的情況，考慮自然界中個體感知范圍有限并易受空氣阻力等因素影響，提出了引入外界干擾的3-zon

3、e粒子模型(the3-zone particle model with externalinterference，簡稱3-zone-EI模型)。通過3-zone-EI模型與3-zone粒子模型的數(shù)值仿真對比，驗證了3-zone粒子模型的突現(xiàn)特性以及模型改進的有效性。同時定量分析了新增參數(shù)對群體突現(xiàn)行為的影響，其結(jié)果表明無需全局交互，僅通過局部交互便可形成突現(xiàn)行為。
　　 第二，針對現(xiàn)有突現(xiàn)定量判定指標體系需要擴展及其通用性尚待驗

4、證等問題，引入了序參數(shù)、群體角動量和平均鄰居距離三個新的指標，采用前面的仿真數(shù)據(jù)對3-zone-EI模型的突現(xiàn)行為進行了定量分析。仿真表明，這些指標能夠很好地解釋群體行為發(fā)生突變的過程，同時也推廣了這套指標的適用范圍。
　　 第三，針對突現(xiàn)定量分析結(jié)論和突現(xiàn)行為控制缺乏理論基礎(chǔ)支撐的問題，采用系統(tǒng)宏微觀分解方法，對3-zone-EI模型的擾動性進行了理論分析。理論分析結(jié)果及其數(shù)值仿真驗證表明，特定條件下突現(xiàn)行為發(fā)生后，個體相對群