От чего зависит, будет ли сеть плотной или разреженной?

Конкурируют три параметра: скорость осаждения следа, скорость его распада и угол/дальность сенсоров. Сильное осаждение и медленный распад усиливают и стягивают существующие пути в плотные «вены», а быстрый распад или широкий угол сенсоров заставляют агентов разбредаться, давая разреженную, более «исследовательскую» сеть.

Это настоящая биологическая модель?

Это вдохновлённая Physarum, но намеренно упрощённая «игрушка»: реальный плазмодий пользуется несколькими хемосигналами, внутриклеточными потоками и ритмическими сокращениями. Симулятор сохраняет лишь главный механизм положительной обратной связи, объясняющий, почему простейшие фуражёры умудряются находить эффективные маршруты.

Зачем нужна диффузия следа?

Без диффузии след был бы шириной в один пиксель, и другие агенты его попросту не «увидели» бы. Диффузия размывает след вбок и превращает его в градиент, по которому уже можно идти, — именно так в стигмергической модели вообще возникают сети.

Слизевик Physarum (агенты)

Тысячи агентов блуждают по сетке и читают поле химического аттрактанта. У каждого агента три сенсора — слева, по центру и справа от направления движения; агент поворачивает в сторону сенсора с наибольшей концентрацией. Где бы агент ни прошёл, он оставляет след в поле; поле затем диффундирует на соседние клетки и экспоненциально распадается на каждом шаге. Эта минималистичная петля «чувствуй → поверни → отложи → диффундируй → распад», известная по работам Джеффа Джонса, моделирует поведение слизевика Physarum polycephalum: из локальных правил спонтанно вырастают разветвлённые транспортные сети, очень похожие на реальные пищевые сети плазмодия.

Для кого: Введение в теорию сложных систем, роевой интеллект и вычислительную биологию; отличный пример того, как локальные правила порождают глобальные структуры.

Ключевые понятия

Physarum polycephalum
агентная модель
хемотаксис
реакция–диффузия
самоорганизация
транспортные сети

Движение агентов

Длина шага1.4 px

Макс. угол поворота0.45 rad

Сенсоры

Угол сенсора (от направления вперёд)0.55 rad

Дальность сенсора9 cells

Поле хемоаттрактанта

Скорость распада0.05

Скорость диффузии0.18

Каждый агент пробует поле хемоаттрактанта тремя сенсорами (слева, по центру, справа) и поворачивает в сторону самого «вкусного». Где он проходит — оставляет след; поле затем диффундирует на соседей и экспоненциально распадается. Положительная обратная связь между следом и движением даёт самоорганизующиеся транспортные сети, как у настоящего слизевика Physarum.

Измеренные величины

Агентов4500

Поле220×130

Как это работает

Тысячи агентов идут по сетке и читают поле хемоаттрактанта тремя сенсорами (слева, прямо, справа). Каждый поворачивает в сторону самого «вкусного» сенсора, оставляет след в поле, а само поле диффундирует на соседние клетки и экспоненциально распадается. Минималистичная петля «чувствуй → поверни → отложи → диффундируй → распад», описанная Джеффом Джонсом для модели Physarum polycephalum, через положительную обратную связь самоорганизуется в разветвлённые транспортные сети, очень похожие на пищевые «вены» настоящего слизевика.

Основные формулы

pos ← pos + v · (cos θ, sin θ)

C(x, y) ← (1 − ρ) · ∇²-blur(C + dep) (распад + диффузия)

Часто задаваемые вопросы

От чего зависит, будет ли сеть плотной или разреженной?: Конкурируют три параметра: скорость осаждения следа, скорость его распада и угол/дальность сенсоров. Сильное осаждение и медленный распад усиливают и стягивают существующие пути в плотные «вены», а быстрый распад или широкий угол сенсоров заставляют агентов разбредаться, давая разреженную, более «исследовательскую» сеть.
Это настоящая биологическая модель?: Это вдохновлённая Physarum, но намеренно упрощённая «игрушка»: реальный плазмодий пользуется несколькими хемосигналами, внутриклеточными потоками и ритмическими сокращениями. Симулятор сохраняет лишь главный механизм положительной обратной связи, объясняющий, почему простейшие фуражёры умудряются находить эффективные маршруты.
Зачем нужна диффузия следа?: Без диффузии след был бы шириной в один пиксель, и другие агенты его попросту не «увидели» бы. Диффузия размывает след вбок и превращает его в градиент, по которому уже можно идти, — именно так в стигмергической модели вообще возникают сети.

Другие симуляторы в этой категории — или все 61.

Вся категория →

НовоеШкольные