Лобове зіткнення зграй
Анотація
Актуальність. Дослідження колективної поведінки зграй інтелектуальних агентів з використанням методів математичного та чисельного моделювання пов’язане з вирішенням задач у активно досліджуваних у наш час сферах багатоагентних систем та штучного інтелекту.
Мета. Виявити закономірності розсіяння зграй інтелектуальних агентів при їхньому зіткненні та отримати аналітичні співвідношення кінематики зграй.
Методи дослідження. В основі роботи лежать принципи та методи математичного та чисельного моделювання багатоагентних систем. Колективна поведінка агентів змодельована з використанням алгоритму флокування, що належить до методів моделювання руху, заснованих на векторах сил. Використано аналітичні методи опису кінематики поведінки стай, які добре узгоджуються з результатами моделювання.
Результати. Отримано дані, які визначають головні зміни, що відбуваються зі зграями в наслідок їх зіткнення. Визначено особливості, які відбуваються при взаємодії зграй при зміні кількості агентів у зграях. Визначено, що при збільшенні прицільного параметру зміни в характеристиках зграй стають менш помітними, незважаючи на існуючу взаємодію агентів двох зграй. Визначено, що головний параметр, який визначає поведінку зграй, є величина прискорення на стадії їх взаємодії. Отримана залежність прискорення від значення прицільного параметру нагадує залежність, яка є типовою для фазових переходів.
Висновки. В роботі отримано нові наукові результати, що полягають у виявленні головних закономірностей розсіяння зграй інтелектуальних агентів при їхньому зіткненні та отриманні аналітичних співвідношень кінематики зграй, які добре узгоджуються з даними моделювання.
Завантаження
Посилання
/Посилання
T. Vicsek and A. Zafeiris. “Collective motion,” Physics reports, vol. 517, issues 3-4, 2012, pp. 71-140. URL: https://arxiv.org/pdf/1010.5017 (Last accessed: 01.02.2022).
C. Keys and L. Dugatkin. “Flock size and position effects on vigilance, aggression, and prey capture in the European starling“, The Condor, vol. 92, 1990, pp. 151-159. https://sora.unm.edu/sites/default/files/journals/condor/v092n01/p0151-p0159.pdf
K. Bhattacharya and T. Vicsek. “Collective decision making in cohesive flocks,” New Journal of Physics, vol. 12, 2010, 13 p. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/9/093019/pdf
J. Parrish and W. Hamner. “Animal Groups in Three Dimensions,” Cambridge, England: Cambridge University Phys. Rev. Ess, 1997, 378 p. https://www.cambridge.org/core/books/animal-groups-in-three-dimensions/910F9DF579FCC43241F3560A2964E4F8
Y. Katz, K. Tunstrom, C. Ioannou, C. Huepe and I. Couzin. “Inferring the structure and dynamics of interactions in schooling fish,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 108, no. 46, 2011, pp. 18720-18725. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1107583108
A. Ward, D. Sumpter, I. Couzin, P. Hart and J. Krause. “Quorum decisionmaking facilitates information transfer in fish shoals,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 105, no. 19, 2008, pp. 6948-6953. https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.0710344105
Y. Hayakawa. “Spatiotemporal dynamics of skeins of wild geese,” Europhysics Letters, vol. 89, no. 4, 2010, 48004 (6 p). https://iopscience.iop.org/article/10.1209/0295-5075/89/48004/meta
S. Bazazi, J. Buhl, J. Hale, M. Anstey, G. Sword, S. Simpson and I. Couzin. “Collective motion and cannibalism in locust migratory bands,” Current biology, vol. 18, issue 10, 2008, pp. 735-739. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982208005216
S. Bazazi, C. Ioannou, S. Simpson, G. Sword, C. Torney, P. Lorch and I. Couzin. “The social context of cannibalism in migratory bands of the mormon cricket,” PloS One, vol. 5, issue 12, 2010, 7 p. https://journals.plos.org/plosone/article/file?id=10.1371/journal.pone.0015118&type=printable
N. Bode, J. Faria, D. Franks, J. Krause and A. Wood. “How perceived threat increases synchronization in collectively moving animal groups,” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, vol. 277, 2010, pp. 3065-3070. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2982070/pdf/rspb20100855.pdf
U. Erdmann, B. Blasius and L. Schimansky-Geier. “Active Motion and Swarming,” The European physical journal. Special topics, 2008, p. 157. https://pascal-francis.inist.fr/vibad/index.php?action=getRecordDetail&idt=20331961
C. Frederick, M. Egerstedt and H. Zhou. “Collective Motion Planning for a Group of Robots Using Intermittent Diffusion,” 2020, 18 p. URL: https://arxiv.org/pdf/1904.02804.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
M. Raoufi, A. Turgut and F. Arvin. “Self-organized Collective Motion with a Simulated Real Robot Swarm,” 2019, 12 p. URL: https://arxiv.org/pdf/1904.03230.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
K. Sugawara, R. Arai and M. Sano. “Collective motion of interacting simple robots,” IECON’01, 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (Cat. No.37243), Denver, CO, USA, vol.1, 2001, pp. 428-432. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/976520
G. Caprari, A. Colot, R. Siegwart, J. Halloy and J. Deneubourg. “Animal and Robot Mixed Societies - Building Cooperation Between Microrobots and Cockroaches,” IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 12, 2005, pp. 58-65. https://www.researchgate.net/publication/3344719
J. Halloy, G. Sempo, G. Caprari, C. Rivault, M. Asadpour, F. Tache, I. Said, V. Durier, S. Canonge, J. Ame, C. Detrain, N. Correll, A. Martinoli, F. Mondada, R. Siegwart and J. Deneubourg. “Social integration of robots into groups of cockroaches to control self-organized choices,” Science. vol. 318, 2007, pp. 1155-1158. https://www.cns.nyu.edu/events/spf/SPF_papers/HalloyDeneubourgS07.pdf
S. Ramaswamy. “The Mechanics and Statistics of Active Matter,” Annual Review of Condensed Matter Physics, vol. 1, 2010, pp. 323–345. URL: https://arxiv.org/pdf/1004.1933.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
M. Marchetti, J. Joanny, S. Ramaswamy, T. Liverpool, J. Prost, M. Rao and R. Aditi Simha. “Hydrodynamics of soft active matter,” Reviews of Modern Physics, vol. 85, no. 3, 2013, pp. 1143–1189. http://dspace.rri.res.in/jspui/bitstream/2289/5838/1/2013_RevModPhys_85_1143.pdf
I. Aoki. “A simulation study on the schooling mechanism in fish,” Bulletin of the Japanese Society of Scientific Fisheries, vol. 48, issue 8, 1982, pp. 1081-1088. https://www.jstage.jst.go.jp/article/suisan1932/48/8/48_8_1081/_pdf/-char/en
C. W. Reynolds. “Flocks, herds, and schools: A distributed behavioral model,” Computer graphics, vol. 21, no. 4, 1987, pp. 25-34. https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/37401.37406
D. Shiffman. The nature of code. New York: Magic Book Project, 2012, 520 p. https://natureofcode.com/book
T. Vicsek, A. Zafeiris. Collective motion. Physics reports. 2012. Vol. 517, issues 3-4. P. 71-140. URL: https://arxiv.org/pdf/1010.5017 (Last accessed: 01.02.2022).
C. Keys, L. Dugatkin. Flock size and position effects on vigilance, aggression, and prey capture in the European starling. The Condor. 1990. Vol. 92. P. 151-159. https://sora.unm.edu/sites/default/files/journals/condor/v092n01/p0151-p0159.pdf
K. Bhattacharya, T. Vicsek. Collective decision making in cohesive flocks. New Journal of Physics. 2010. Vol. 12. 13 p. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/9/093019/pdf
J. Parrish, W. Hamner. Animal Groups in Three Dimensions. Cambridge, England: Cambridge University Phys. Rev. Ess. 1997. 378 p. https://www.cambridge.org/core/books/animal-groups-in-three-dimensions/910F9DF579FCC43241F3560A2964E4F8
Y. Katz, K. Tunstrom, C. Ioannou, C. Huepe, I. Couzin. Inferring the structure and dynamics of interactions in schooling fish. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2011. Vol. 108, no. 46. P. 18720-18725. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1107583108
A. Ward, D. Sumpter, I. Couzin, P. Hart, J. Krause. Quorum decisionmaking facilitates information transfer in fish shoals. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008. Vol. 105, no. 19. P. 6948-6953. https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.0710344105
Y. Hayakawa. Spatiotemporal dynamics of skeins of wild geese. Europhysics Letters. 2010. Vol. 89, no. 4. 48004 (6 p.). https://iopscience.iop.org/article/10.1209/0295-5075/89/48004/meta
S. Bazazi, J. Buhl, J. Hale, M. Anstey, G. Sword, S. Simpson, I. Couzin. Collective motion and cannibalism in locust migratory bands. Current biology. 2008. Vol. 18, issue 10. P. 735-739. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982208005216
S. Bazazi, C. Ioannou, S. Simpson, G. Sword, C. Torney, P. Lorch, I. Couzin. The social context of cannibalism in migratory bands of the mormon cricket. PloS One. 2010. Vol. 5, issue 12. 7 p. https://journals.plos.org/plosone/article/file?id=10.1371/journal.pone.0015118&type=printable
N. Bode, J. Faria, D. Franks, J. Krause, A. Wood. How perceived threat increases synchronization in collectively moving animal groups. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 2010. Vol. 277. P. 3065-3070. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2982070/pdf/rspb20100855.pdf
U. Erdmann, B. Blasius, L. Schimansky-Geier. Active Motion and Swarming. The European physical journal. Special topics. 2008. P. 157. https://pascal-francis.inist.fr/vibad/index.php?action=getRecordDetail&idt=20331961
C. Frederick, M. Egerstedt, H. Zhou. Collective Motion Planning for a Group of Robots Using Intermittent Diffusion. 2022. 18 p. URL: https://arxiv.org/pdf/1904.02804.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
M. Raoufi, A. Turgut, F. Arvin. Self-organized Collective Motion with a Simulated Real Robot Swarm. 2019. 12 p. URL: https://arxiv.org/pdf/1904.03230.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
K. Sugawara, R. Arai, M. Sano. Collective motion of interacting simple robots. IECON’01, 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (Cat. No.37243), Denver, CO, USA. 2001. Vol.1. P. 428-432. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/976520
G. Caprari, A. Colot, R. Siegwart, J. Halloy, J. Deneubourg. Animal and Robot Mixed Societies - Building Cooperation Between Microrobots and Cockroaches. IEEE Robotics and Automation Magazine. 2005. Vol. 12. P. 58-65. https://www.researchgate.net/publication/3344719
J. Halloy, G. Sempo, G. Caprari, C. Rivault, M. Asadpour, F. Tache, I. Said, V. Durier, S. Canonge, J. Ame, C. Detrain, N. Correll, A. Martinoli, F. Mondada, R. Siegwart, J. Deneubourg. Social integration of robots into groups of cockroaches to control self-organized choices. Science. 2007. Vol. 318. P. 1155-1158. https://www.cns.nyu.edu/events/spf/SPF_papers/HalloyDeneubourgS07.pdf
S. Ramaswamy. The Mechanics and Statistics of Active Matter. Annual Review of Condensed Matter Physics. 2010. Vol. 1. P. 323–345. URL: https://arxiv.org/pdf/1004.1933.pdf (Last accessed: 01.02.2022).
M. Marchetti, J. Joanny, S. Ramaswamy, T. Liverpool, J. Prost, M. Rao, R. Aditi Simha. Hydrodynamics of soft active matter. Reviews of Modern Physics. 2013. Vol. 85, no. 3. P. 1143–1189. http://dspace.rri.res.in/jspui/bitstream/2289/5838/1/2013_RevModPhys_85_1143.pdf
I. Aoki. A simulation study on the schooling mechanism in fish. Bulletin of the Japanese Society of Scientific Fisheries. 1982. Vol. 48, issue 8. P. 1081-1088. https://www.jstage.jst.go.jp/article/suisan1932/48/8/48_8_1081/_pdf/-char/en
C. W. Reynolds. Flocks, herds, and schools: A distributed behavioral model. Computer graphics. 1987. Vol. 21, no. 4. P. 25-34. https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/37401.37406
D. Shiffman. The nature of code. New York: Magic Book Project. 2012. 520 p. https://natureofcode.com/book