转~蚂蚁的群体智慧

在户外和小朋友仔细观察了蚂蚁的行为。 我们做的实验是在一张塑料卡片上放一块肉,然后放在蚂蚁出没的地面上,观察蚂蚁们的发现和聚集行为。

对比用肉干和刚刚煮熟的肉粒,发现蚂蚁对肉味是敏感的,所以更容易发现这类食物。虽然蚂蚁们来来往往忙忙碌碌,但是并非是第一时间就发现了好吃的肉,即使是感受到味道也存在定位的问题。更何况我们发现蚂蚁几乎是在随机性地运动,即使有大致的意志前往有肉味的方向,也并非是一次性到达。

来自一个蚁穴的蚂蚁行为方式大致相同,要么就是都行动急促,要么就是都很度定地四处漫游。对这些小个体而言,其实真的没有什么个性(也许上帝看我们也是这样的),发现食物的蚂蚁并非多么英雄,很多时候真是靠运气。某个蚂蚁些微越过一些边界,未必真是主动的突破,而是留下一点突破的气味,后来者就有机会在此基础上更进一步。所以这是一种真实发生的随机发散搜索(Stochastic diffusion search),后面就是传送食物信息和不断增强的路径信息了。完成了食物的搬运,就相当于用智力解决了一个生存的基本问题。

观察中发现,每个蚂蚁个体都可以感知外界的危险,例如人们用物体去拨弄,或者对它吹气会马上出现加速的逃跑反应。蚂蚁一定不知道这是什么类型的危险,也很难有大型动物的判断力,但是对于与自己的行动自由不符合的外力,让它马上警觉,触发避险回路。

另一个特征是蚂蚁对陌生物体或边界的识别,它们能够判断出这个新的物体边界自己不熟悉,或者是个障碍,所以马上绕开,寻找下一个可以前进的方向。障碍物的判断,相对容易,是一个力学问题;判断陌生物体,可能来自于熟悉气味的中断,使它不敢去冒险越过。

蚂蚁的行为方式让人联想更多群体下每个简单个体行为带来的浮现智能(Emergent Intelligence),也就是群体智能(Swarm Intelligence),其实总的看来还是类似“社会神经网络”的回路机制发挥作用。各个蚂蚁随机行动,但是可能发生各种类似神经元的信号传递,这就相当于一个更动态的大脑。单个蚂蚁基本上是在做布朗运动类似的运动(蜜蜂也类似),只是在基因中被编码的一种行为,就是生来不断地随机探索。但是探索的方式带来了可能性(比如碰到食物),并且留下了痕迹,然后信息的反复交换和转换,加强了群体行为的高层含义,看上去很聪明地解决了一个大问题。另一个方向,如果还原,也一定涉及到这个物种内部的生物化学规则。虽然无法看到气味和信息之间的关系,但是从思维中可以想像到这类方式在发挥的作用。所以信息的分享、保留(利用媒介),就形成了群体的模组行为。这时候,其实把整个蚁穴的所有蚂蚁当作一个个体(Agent)也许更合适。模组只是尺度的错觉,一个人,也不过是很多松散的细胞的编码集合体而已,要是看到粒子层面,几乎都是分散的泡沫状态。

短时间内,没有观察到的是不同蚂蚁群之间的关系,尤其是对相同食物如果产生共同兴趣会有什么后果(书上说是会爆发战争,他们如何被激怒变成敌人?),猜想应当也是气味为介质产生不同的行为。至于蚂蚁的基因突变带来了种群的特征不同,暂时只能靠其他知识来做联想。

突然发现这个活动太有价值:小朋友看蚂蚁的各种怪异行为很快乐,我则为这些行为背后的机制而鼓舞。

Reference:

1. Ant Algorithms Solve Difficult Optimization Problems, Marco Dorigo, 2001

2. Computational Intelligence Methods: Ant Colony Optimization, Pavel Kord′ık, Martin Slapak, 2011

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