基于粒子群理论的鱼群聚集模型——实现鱼群聚集全过程的自动化建模

摘要

随着复杂性科学和群体智能算法的快速发展,群体行为这一基础研究领域逐渐被重视。本文讨论了一类在自然界较为广泛的群体行为,即鱼群的运动和聚集过程。该过程是群体动力学研究的热点方向,但大多研究仅面向鱼群聚集的部分过程,因此本文面向全过程提出了一类依据粒子群理论的有效模型。为了更好地模拟鱼群的聚集,本文将这一过程按系统的有序程度划分为不稳定状态和稳定状态,并对这2种状态分别进行建模。首先,本文使用了一类具有视野域和差异化速率的Boid模型来刻画鱼群的不稳定状态,然后使用了粒子环绕模型来刻画鱼群的稳定状态,弥补了Boid模型的缺陷。最后,模型的仿真结果表明,它较为有效地模拟了鱼群的聚集过程,且容易从二维空间拓展至三维空间中。