基于元胞自动机的多智能体双种群共生演化的研究

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复杂系统演化行为的研究是复杂系统研究领域的热点之一。吸引着来自数学,计算机科学、社会科学、控制科学、生物科学和交叉学科领域的广泛关注。元胞自动机是复杂系统的基础模型之一。对基于元胞自动机多智能体种群演化的研究有益于探索复杂系统的内在机制和形成机理,进而广泛应用于生命系统、交通系统、群体机器人系统和人工智能等领域。此外,多智能体种群也具备复杂系统的特性,如层次性和动态性。因此,本文在元胞自动机的基础上引入多智能体种群,设计了一整套的复杂演化规则,仿真多种状态下的演化过程。本文主要工作和具体研究内容如下:(1)构建了基于元胞自动机的多智能体种群演化模型。在该模型中,元胞自动机分为摩尔类型和六边形类型,每个元胞格模拟成一个单独的智能体。同时设计了生存演化规则,根据设计的规则使得多智能体种群能够在元胞空间中进行演化。仿真结果表明,元胞领域不会改变演化的性态,在邻居较多的摩尔型元胞空间中演化的速度更快。(2)研究了两类多智能体种群间的不同分布对多智能体种群共生演化的影响。本文设置了三种不同的分布情况,分布一是同类种群聚集,非同类种群分布距离较远;分布二是同类种群聚集,非同类种群紧密分布;分布三是两类种群近距离的混合分布。仿真对比表明:多智能体种群在分布三的情况下能够更快地达到共生状态,即两类种群距离越近,演化速度越快,复杂系统能够更快达到共生状态。(3)研究了出生率和存活率对两类多智能体种群共生演化的影响。同时,考虑了资源场和灾变等复杂因素对该模型的影响。在保持别的参数相同及确定其中一个多智能体种群的出生率和存活率的情况下,通过二分法和逐级递减法,得出使得两类多智能体种群达到和谐共生状态的另一个多智能体种群的出生率范围为:[0.03906,0.04297],存活率的范围为:[0.82,0.825]。(4)然而,上述仅仅考虑的是和谐理想状态下多智能体种群共生演化,缺少竞争机制的引入。因此,在模型中加入Lotka-Volterra竞争理论,实现两类多智能体种群对元胞空间中资源的竞争。仿真分析表明:两类多智能体种群保持良性竞争,最终达到和谐共生的状态。
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