動物集群運動行為模型系列之五-—本科畢業設計

動物集群運動模型

摘要

本文主要模擬了魚群的集群運動、魚群躲避捕食者追捕的運動情況以及鳥群覓食運動的模擬，以此研究動物個體間的信息傳遞機制，同時也是對群體智能的初步探索。

針對問題一，需要我們給出對魚群集群運動的模型，并編寫程序將運動模擬出來，對此我們建立了Boid模型，根據模型給出的準則以及算法，我們通過matlab編程，在忽略阻力等因素下分別模擬出在平面以及空間魚群的運動，并得出密度必須大于一定值時，魚群才能最終達到同步。魚群的整個集群運動從剛開始的隨機產生的各個個體的不均勻無規則分布到逐漸的聚攏成群再到最后的一致方向的前進。

針對問題二，我們在問題一的模型的基礎上給出了魚群躲避捕食者的模型，制定了魚個體的適度逃離區域和加速逃離區域，分析捕食者與魚個體的關系，給出進一步的模型，通過編寫程序得到模擬的結果，得到了對魚群躲避捕食者的運動的合理的動態模擬，并且給出了模型的改進方向。

針對問題三，我們更加傾向于研究鳥群的覓食行為，因此我們將問題改成鳥群的覓食模擬，將鳥群的覓食行為轉化為求最優解的問題，這正好與問題中提到了有一部分個體掌握食物源位置信息相對應。針對問題，我們建立了粒子群優化模型，通過PSO算法，通過鳥群尋找食物的最短路徑的最優解的問題的分析，我們利用優化算法來模擬了鳥群在山間的覓食行為，得到了鳥群可以繞過我們設定的障礙物(山峰)到達食物點。

關鍵字：動物集群運動 Boid模型 PSO算法 鳥群覓食

一、問題重述

在動物界，大量集結成群進行移動或者覓食的例子并不少見，這種現象在食草動物、鳥、魚和昆蟲中都存在。這些動物群在運動過程中具有很明顯的特征：群中的個體聚集性很強，運動方向、速度具有一致性。通過數學模型來模擬動物群的集群運動行為以及探索動物群中的信息傳遞機制一直是仿生學領域的一項重要內容。

通過觀察附件中給出的圖片和視頻資料，或者在網上搜索相關資料觀察，思考動物集群運動的機理，建立數學模型刻畫動物集群運動、躲避威脅等行為，例如，可以考慮以下問題的分析建模：

1. 建立數學模型模擬動物的集群運動。

2. 建立數學模型刻畫魚群躲避黑鰭礁鯊魚的運動行為。

3. 假定動物群中有一部分個體是信息豐富者(如掌握食物源位置信息，掌握遷徙路線信息)，請建模分析它們對于群運動行為的影響，解釋群運動方向決策如何達成。

建議與說明：

1.在上述問題的討論中，如果能適時分析動物群中的信息傳遞機制無疑是更好的。

2.如果對問題2和問題3之外的其他集群運動行為更感興趣，也可將這兩個問題替換為你所感興趣的問題來討論。

3.建模過程中的數據資料可以在網上查詢或者自行合理設定。若果感到在三維空間討論問題太復雜，可以先在二維空間討論，再推廣至三維空間。

4.最好能對你所做的機理分析模型給出計算機仿真方法以便于實際情況對比評價。

二、模型假設

1.忽略障礙、阻力以及其它無關次要因素對于集群運動的影響

2.問題一魚群中每個個體運動的速度都是恒定一樣的

3.魚群集群運動的模擬中不考慮障礙物的存在

4.忽略其它種群對本文所研究種群的影響

5.不考慮集群中個體的體積，都按粒子處理

三、符號說明

魚群的總數

集群中每個個體的位置矢量

集群中每個個體的速度矢量

集群中每個個體運動的速度

排斥區域的半徑

一致區域的半徑

吸引區域的半徑

慣性權重

粒子數

空間維數

最小速度

最大速度

粒子的位置矢量

捕食者的位置矢量

個體在時刻的預期方向

、 學習因子(加速因子)

、 均勻分布在(0,1)之間的隨機數

在第次迭代時粒子的位置表示

在第次迭代時粒子的速度表示

個體極值

全局極值

四、問題分析

本問題是一個動物集群運動的模型問題，動物的集群運動

總結

以上是生活随笔為你收集整理的boid模型的Matlab程序,动物集群运动行为模型系列之五-—本科毕业设计.doc的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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