活性群體中的集體行為與團體識別研究_321.pdf

1、得益于近幾十年的技術(shù)發(fā)展，對各類復(fù)雜系統(tǒng)的研究引起越來越多的關(guān)注，其中一個方向是對人類以及其他具有能動性的生物群體在空間運動方面的行為進行研究。在生物群體的遷徙、集體覓食、防御，人群的圍觀現(xiàn)象、激動人群的推搡踩踏等各種不同的情境中都涌現(xiàn)出豐富的集體行為。從微觀層面去理解這些宏觀現(xiàn)象的發(fā)生機制，其意義不僅僅在于對生物行為的深入認識，更在于通過適當?shù)姆绞饺フ{(diào)控集體行為，興利除弊。通過對不同生物種類的實驗觀測以及數(shù)據(jù)分析，人們在生物空間運動的

2、個體行為與集體行為方面都積累了豐富的知識，通過建立相應(yīng)的模型，能夠復(fù)現(xiàn)出真實群體中的部分現(xiàn)象。我們根據(jù)Ioannis Karamouzas等人提出的基于預(yù)計碰撞時間的行人間排斥力模型，通過設(shè)置一種非對稱回型通道約束，研究了這種特殊情境下行人群體對環(huán)境約束的響應(yīng)行為，發(fā)現(xiàn)不同參數(shù)的群體對非對稱的邊界約束產(chǎn)生不同的響應(yīng)，為群體與環(huán)境關(guān)系的研究提供啟發(fā)；同時模擬了瓶頸型單出口情況下的群體疏散，就一些優(yōu)化控制方法進行了探討。
　　大數(shù)據(jù)收

3、集、存儲與分析技術(shù)的發(fā)展掀起了數(shù)據(jù)挖掘的大潮，從系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)出發(fā)，分析系統(tǒng)的行為，挖掘隱藏的信息，成為復(fù)雜系統(tǒng)研究的一種新興路徑。壓縮感知(Compressed Sensing)方法是眾多數(shù)據(jù)分析方法中的一種，其主要特點是當線性逆問題(Linear Inverse Problems)的解本身具有稀疏性的時候，只需要少量的約束方程(即少量數(shù)據(jù))，就可以比較準確地找到這個稀疏解。我們將做空間運動的生物群體看作一個相互作用網(wǎng)絡(luò)，運用壓縮

4、感知方法，通過群體中個體的運動數(shù)據(jù)來探測相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，識別其中的小團體，并對該方法運用時的一些問題進行了探討。
　　本文的大體結(jié)構(gòu)以及主要創(chuàng)新之處如下：
　　在第一章，首先介紹了描述活性物質(zhì)(Active Matter)空間運動的幾種方法(類流體力學方法、元胞自動機方法以及社會作用力方法)，接著列了生物集體行為的一些普遍規(guī)律(領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)象、正反饋、負反饋)，最后簡單介紹了幾種常見環(huán)境因素(門、長通道、障礙物)對群體運動的影響

5、。
　　在第二章，介紹了Ioannis Karamouzas等人的預(yù)計碰撞時間排斥力模型，并基于該模型，模擬研究了一種特殊的非對稱回型通道中行人群的運動行為，發(fā)現(xiàn)小群體并不能對通道的不對稱性作出明顯響應(yīng)，而大群體對此比較敏感，在不同的個體偏好運動速率下，其最終的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)取向不同，存在著一個個體偏好運動速率閾值。
　　在第三章，基于Ioannis Karamouzas等人的預(yù)計碰撞時間排斥力，模擬了單出口瓶頸環(huán)境下的人群疏散，

6、發(fā)現(xiàn)適當?shù)剡M行隨機干擾可以使群體疏散更加流暢；另外，在以前研究者們關(guān)于圓形障礙物幫助群體疏散的研究基礎(chǔ)上，我們更加深入地討論了圓形障礙物的大小與位置對群體疏散的影響。
　　在第四章，詳細介紹了壓縮感知方法，并對其基本原理作出了形象直觀的闡述。我們運用社會作用力(Social Force)方法模擬群體運動，生成運動數(shù)據(jù)的時間序列。然后基于運動數(shù)據(jù)，運用壓縮感知方法反推群體中的相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對幾個可能影響推斷準確性的因素進行了討