鸟群的动力学模型（Boids model）

最新推荐文章于 2024-07-13 23:51:10 发布

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#鸟群 #动力学

本文介绍了Boids模型，探讨了在没有外部干扰和加入捕食者条件下的群体行为变化。通过定义力场和距离函数，模拟了Agent与Agent之间的趋同、避障及与捕食者的关系。加入Ff项后，群体动态更丰富，而捕食者的存在改变了群体的动态平衡。

在这里插入图片描述

import numpy as np

class Boids:
    def __init__(self, Np, Na, home=[0,0]):
        self.Np = Np  # predator
        self.Na = Na  # agent
        self.d = len(home)
        self.home = np.array(home)
        self.predators = np.random.random((Np, self.d*2)) 
        self.agents = np.random.random((Na, self.d*2))
        self.radius_repulsion = 1
        self.radius_alignment = 0.1
        
    def _pairwise_distances(self, X, Y):
        D = -2 * X @ Y.T + np.sum(Y ** 2, axis=1) + np.sum(X ** 2, axis=1)[:, np.newaxis]
        D[D < 0] = 0
        return D
        
    def _force(self):
        Daa = self._pairwise_distances(self.agents[:,:self.d], self.agents[:,:self.d])
        Dap = self._pairwise_distances(self.agents[:,:self.d], self.predators[:,:self.d])

        Neibors_repulsion = (Daa < self.radius_repulsion).astype(int)
        Neibors_alignment = (Daa < self.radius_alignment).astype(int)
        
        Dr = (1/(Daa+np.eye(self.Na))) * Neibors_repulsion
        Fr = np.diag(np.sum(Dr, axis=1))@ self.agents[:,:self.d] - Dr @ self.agents[:,:self.d]

        Fh = self.home - self.agents[: