36、蚁群优化元启发式算法详解

蚁群优化元启发式算法详解

1. 人工蚁决策过程

蚁群表现出复杂的自适应行为，但单只蚂蚁的行为却非常简单。蚂蚁可看作是刺激 - 响应主体，它观察信息素浓度，并根据信息素刺激产生行动，因此可抽象地视为简单的计算主体。人工蚁算法对真实蚂蚁的这种简单行为进行了建模，其逻辑是一个带有一组产生式规则的简单产生式系统，如算法 17.1 所示：

Algorithm 17.1 人工蚁决策过程
Let r ∼U(0, 1);
for each potential path A do
    Calculate PA using, e.g., equation (17.1);
    if r ≤ PA then
        Follow path A;
        Break;
    end
end

该算法在蚂蚁需要做决策的每个点执行。虽然算法 17.1 实现了简单的随机选择机制，但也可使用其他概率选择机制，如轮盘赌选择。

2. stigmergy 与人工信息素

Stigmergy 是一类介导动物间相互作用的机制，由 Grassé 正式定义为通过环境改变介导的间接通信形式。这个定义源于对白蚁筑巢行为的观察，个体的行动由当前巢穴结构触发。

Stigmergy 一词由两个希腊词构成：“stigma”（意为标志）和“ergon”（意为工作）。个体观察信号，触发特定响应或行动，行动可能强化或修改信号，以影响其他个体的行动。

Stigmergy 有两种形式：
- 半构造性 stigmergy：通过环境物理特征的变化进行通信