動物集群運動機(jī)理分析與建模仿真設(shè)計

1、動物群落運動機(jī)制分析與建模仿真概括本文以魚群為例，分析和模擬了動物群體運動的機(jī)理。在前人研究的基礎(chǔ)上，首先將真實三維世界中魚類的運動特征抽象化簡化為二維模型；然后，對模型進(jìn)行求解和仿真；最后，根據(jù)問題的特點，進(jìn)行建模。晉升。對于問題一，需要建立一個模型來模擬動物的群體運動。首先分析了個體魚在集群中游動的特點，總結(jié)出離散個體形成集群的四種運動原理：(1)避免碰撞：避免與相鄰個體發(fā)生碰撞；(2)速度匹配：與相鄰個體的速度一致；（3）中心聚合：系統(tǒng)中的個體聚合到中心；(4)慣性因素：個體魚的游動慣性制約著下一個周期的運動方向。了四種運動原理，對每個方向進(jìn)行加權(quán)，建立各個運動方向的數(shù)據(jù)模型：在，最后，

2、基于計算機(jī)編程技術(shù)，建立了魚群行為仿真系統(tǒng)。它生動地模擬了個體魚與環(huán)境的相互作用，最終模擬了復(fù)雜的群體運動過程。針對第二個問題，結(jié)合威脅源的特點，充分利用所建立的模型，并在第一個問題的四個游泳原則的基礎(chǔ)上，分析“威脅回避”對游泳的影響。方向是新增的。在，接下來，對改進(jìn)后的模型進(jìn)行求解和編程以進(jìn)行仿真。針對第三個問題，需要分析群體信息的傳遞方式和機(jī)制，以及影響群體形成和運動的因素。首先闡述了信息傳遞的方法和要素；然后，通過改變不同的編程參數(shù)，利用仿真，分析了信息傳輸距離對集群運動方向的影響。最后，論文概括了在3D環(huán)境中建立的模型和實際應(yīng)用。關(guān)鍵詞集群移動響應(yīng)規(guī)則信息傳遞機(jī)制1. 問題的重述1.1

3、 背景資料自然界的多種生物都存在著復(fù)雜的群體行為，典型的例子有鳥群、魚群、蟻群和蜂群等。這樣的群體行為可以幫助生物避開天敵，增加尋找食物的可能性等，通常通過相互互動形成一個大型群體，從而聚集有限的個體能力，高效完成覓食、遷徙、捕殺等活動敵人。這些動物群體在運動過程中具有明顯的特征：群體內(nèi)個體聚集性強(qiáng)，運動方向和速度一致。通過數(shù)學(xué)模型模擬動物群體的群體運動行為，探索動物群體中的信息傳遞機(jī)制，一直是仿生學(xué)領(lǐng)域的重要內(nèi)容。通過對背景數(shù)據(jù)的分析，動物王國中存在著各種群體結(jié)構(gòu)。他們有自己不同的特點?？偨Y(jié)后，動物群結(jié)構(gòu)可分為以下兩類：(1) 優(yōu)勢群體結(jié)構(gòu)。在這種群體結(jié)構(gòu)中，其中一個人是領(lǐng)導(dǎo)者，其他人是領(lǐng)導(dǎo)

4、者。整個團(tuán)隊的行動由領(lǐng)導(dǎo)者指導(dǎo)。整個群體的移動或覓食受到狼群等領(lǐng)導(dǎo)者的限制。(2)自由式組結(jié)構(gòu)。在這種群體結(jié)構(gòu)中，每個人都是獨立的人。由于受到天敵威脅、被食物驅(qū)使、遷徙目的地等不同的因素，個體聚集在一個群體中。在這樣的群體中沒有絕對的領(lǐng)導(dǎo)者，但所有個體都組成一個群體，作為一個群體移動或覓食，例如一群魚。1.2 目標(biāo)任務(wù)本題給出的群結(jié)構(gòu)是自由形式的群結(jié)構(gòu)。在分析這種結(jié)構(gòu)時，需要從每個人身上進(jìn)行分析?？紤]個人之間的相互關(guān)系。解決他們之間相互幫助、相互制約的規(guī)律。然后使用計算機(jī)模擬來模擬群體的移動或覓食。問題1：主要解決群體運動的模擬問題，描繪群體運動的方向和每個個體的運動規(guī)律。問題2：解決特殊情況

5、下魚的運動規(guī)律。具體來說，學(xué)校的運動行為是避開黑鰭礁鯊。問題3：分析群體信息的傳遞方式和機(jī)制，以及影響群體形成和運動的因素。2、問題分析根據(jù)查找相關(guān)資料，觀看動物群落運動視頻。我們知道自然界中群居的生物，在群系系統(tǒng)中，由于單個個體只有有限的局部感知能力，只能獲得保存自身能力的局部信息，而無法獲得整個群體的全局信息，因此該系統(tǒng)具有去中心化、分布式系統(tǒng)的特點。個體之間的組織結(jié)構(gòu)、關(guān)系和群體行為機(jī)制是本研究的重點。以魚為例。對于第一個問題，題目要求建立一個數(shù)學(xué)模型來模擬動物的群體運動。首先分析單條魚的游泳特征，總結(jié)運動規(guī)律；然后，根據(jù)總結(jié)出的動作原理，建立個體動作的數(shù)據(jù)模型；最后，基于計算機(jī)編程技術(shù)

6、，建立了魚群行為模擬系統(tǒng)。它有效地模擬了個體魚與環(huán)境的相互作用，最終呈現(xiàn)出復(fù)雜的群體行為過程。對于第二個問題，題目要求通過研究魚類逃避鯊魚捕食的過程，建立特殊情況下的群體運動模型。本文考慮對問題一模型的改進(jìn)，通過在模型一中增加個體運動中“避免威脅”的原則，建立滿足問題要求的模型。最后，修改問題1中的程序，模擬魚躲避威脅的模型。第三個問題，需要分析群體信息的傳遞方式和機(jī)制，以及影響群體形成和運動的因素。首先分析了信息傳遞的方式和要素。最后通過編程仿真分析了信息傳輸距離對集群運動方向的影響。3. 模型假設(shè)根據(jù)題中的條件和要求，為了簡化模型建立和問題求解，我們做如下假設(shè)：1.假設(shè)集群中的所有個體在形

7、狀、大小等特征上都相同，并且遵循相同的運動規(guī)則；每條魚都必須依附在魚身上才能生存；3.假設(shè)每條魚的最快速度相同；4. 假設(shè)模型建立時考慮了二維水域。4.符號說明象征闡明象征闡明魚視覺能力圈t+ 1期魚游泳方向強(qiáng)行排除距離t時期魚的游動方向反應(yīng)遲鈍中性距離個人到鄰居平平均位置的方向平行運動標(biāo)記距離鄰居平均方向相互吸引近距離小于與單個方向均值相鄰的碰撞距離標(biāo)準(zhǔn)速度避免威脅方向無反應(yīng)距離鄰居平均值個體魚B游泳方向當(dāng)前個人位置個體魚 C游泳方向當(dāng)前鄰居地點鯊魚的運動方向不同的因素的重量5. 模型建立與解決5.1 模型建立及問題1的解決5.1.1問題一分析生態(tài)系統(tǒng)中個體動物的行為相對簡單。為了研究整個魚

8、群的行為規(guī)律，首先要研究個體的行為規(guī)律和控制反饋方法。本文采用自下而上的思維分析和建模，最后對整條魚進(jìn)行仿真。群的運動。5.1.1.1 個體魚的行為實現(xiàn)為了研究個體魚的運動規(guī)律，首先要明確魚群的幾個定義。通過分析個體魚的運動機(jī)制，如圖1所示，個體魚通過感知模塊感知外界環(huán)境，感知模塊通過協(xié)調(diào)控制將個體魚當(dāng)前的興趣信息傳遞給路徑規(guī)劃模塊系統(tǒng)。路徑規(guī)劃模塊綜合處理感知模塊和狀態(tài)信息，并將決策結(jié)果輸出給運動系統(tǒng)。運動系統(tǒng)在各個層次上執(zhí)行個體魚的行為，個體魚的行為影響環(huán)境狀態(tài)，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。圖1 個體魚行為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖魚群的行為是由個體魚的出現(xiàn)形成的，魚群的行為是由個體魚之間的相互作用形成的。根據(jù)

9、對環(huán)境信息的掌握程度，魚道規(guī)劃分為兩種：(1) 基于完整環(huán)境信息的全局路徑規(guī)劃；(2) 局部路徑規(guī)劃甚至超過傳感器信息。在海洋環(huán)境中，有靜態(tài)障礙物（如巖石）和動態(tài)障礙物（如其他魚類）。環(huán)境動態(tài)變化。同時，魚群不可能擁有關(guān)于環(huán)境的先驗全球信息。路徑規(guī)劃是基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃。5.1.2為問題 1 建模5.1.2.1 魚群高層行為的自組織模型魚群中的個體具有高水平的自組織行為。例如，如果個體魚找到食物，魚群如何接收找到食物的信息，如何調(diào)整魚群的運動方向以及魚群的整體運動。這些是魚群的高級自組織行為。在分析魚群個體高級自組織行為時，建立了魚群個體高級自組織行為模型。它可以分為三個層次：協(xié)調(diào)層

10、次、計劃層次、運動層次。協(xié)調(diào)層有一個協(xié)調(diào)模塊，在功能上相當(dāng)于魚的大腦，也就是控制器。它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)魚感知到的信息與當(dāng)前要實現(xiàn)的意圖和目標(biāo)，以達(dá)到當(dāng)前外部環(huán)境和部門的最佳狀態(tài)。計劃層由自主行為模塊、互操作行為模塊、焦點、行為計劃選項和推理機(jī)制組成。運動階段主要由運動系統(tǒng)組成，其主要功能是根據(jù)行為規(guī)劃的結(jié)果，為魚類選擇適合所選行為的運動。協(xié)調(diào)級運動級規(guī)劃級圖 2 魚群行為框架5.1.2.2 個體魚的行為反應(yīng)規(guī)則通過了解個體魚的行為產(chǎn)生機(jī)制以及個體魚與整個魚群的關(guān)系，應(yīng)立即研究個體魚的行為產(chǎn)生規(guī)律。首先，以避免個體之間的碰撞為首要條件，個體之間的距離必須保持不小于最小相鄰距離（NND）。魚的反應(yīng)方式是根

11、據(jù)魚視覺能力的劃分來定義的。資料顯示，在一些個體較少、密度不是很高的群體中，少數(shù)個體的游泳方向是隨機(jī)的。魚的視覺能力范圍在模型中分為五個距離，如圖3所示。其中為強(qiáng)排斥距離。根據(jù)避碰原理，這個距離相當(dāng)于最小距離NND ，鄰居魚在自己魚的排斥區(qū)內(nèi)，自己魚會向遠(yuǎn)離鄰居魚的方向快速離開；是非反應(yīng)性的中性距離，鄰居魚處于自己魚的無反應(yīng)狀態(tài)。在這個區(qū)域，本地魚會以群體的平均速度前進(jìn)，方向隨機(jī)性很大；根據(jù)魚保持和跟隨目標(biāo)運動的習(xí)慣，建立平行運動的標(biāo)準(zhǔn)距離，相鄰魚在本魚中。在平行標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)，魚會以標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)的速度前進(jìn)，方向不變；為了相互吸引，距離在個體魚的視覺范圍內(nèi)，由于個體魚的聚集行為，有相互靠近的傾向。即

12、當(dāng)鄰居魚在本地魚的吸引區(qū)域內(nèi)時，本地魚會向鄰居魚的方向移動；對于無反應(yīng)距離，鄰居魚在本魚的視覺能力之外，不會影響本魚。圖3 魚類視覺能力示意圖5.1.2.3 個體魚運動模型第一步是獲取個體魚的游泳方向。為了形象地描述個體的游泳規(guī)律，在觀察視頻和搜索數(shù)據(jù)后，我們抽象出三個魚的游泳規(guī)律來產(chǎn)生群體運動：(1)避免碰撞：避免與相鄰個體發(fā)生碰撞；(2)速度匹配：與相鄰個體的速度一致；(3) 中心聚合：系統(tǒng)中的個體聚合到中心。每條魚作為一個獨立的行動者，通過對動態(tài)環(huán)境的局部感知，不斷地調(diào)整自己的運動，并按照上述三個基本原則，實現(xiàn)與整個魚群的協(xié)調(diào)運動。最后，通過計算機(jī)編程獲得了更真實的群體行為模擬。此外，魚

13、的游動方向由于自身的慣性不能立即改變。在對實際問題的分析中，本文增加了第四個影響個體和下一周期運動方向的因素。(4)慣性因素：個體魚的游動慣性對下一周期運動方向的影響。因此，本文將這四個方向的平均方向作為下一刻魚的游動方向。也就是下一刻魚的游動方向。公式表示為：其中，是個體魚在下一周期的游泳方向， 是個體魚在周期t 的游動方向， 是當(dāng)前個體到周期t內(nèi)鄰居平均位置的方向，是鄰居的平均方向，是鄰居小于碰撞距離的方向的當(dāng)前個體方向的平均值?？紤]到每個規(guī)則對魚的影響不同，我們還需要對每個方向進(jìn)行加權(quán)，取加權(quán)平均。重量的大小可以根據(jù)不同的魚來確定。其中，圖 4 魚群中一條魚的游動方向(1)鄰近規(guī)則的實現(xiàn)

14、：每個個體都具有向鄰居中心靠攏的特點，鄰居的中心是觀察到的周圍個體位置的平均值。公式表示為：是鄰居的平均值，是個體的當(dāng)前位置，是每個鄰居的當(dāng)前位置。(2) 對齊規(guī)則的實現(xiàn)：一條魚將與它的鄰居同向游動。公式表示為：是每個鄰居的方向，鄰居的數(shù)量，以及鄰居的平均方向。（3）避碰規(guī)則的執(zhí)行：當(dāng)個體與鄰居距離太近（距離小于碰撞距離）時，應(yīng)自動避讓。公式表示為：是從小于碰撞距離的鄰居到當(dāng)前個體的方向的平均值，并且是小于碰撞距離的鄰居的數(shù)量。(4)由于個體在運動中具有一定的速度，所以前一個循環(huán)的運動方向?qū)ο乱粋€循環(huán)的運動有一定的影響。這種效應(yīng)與個體的運動速度正相關(guān)，因為假設(shè)個體的速度是恒定的，這里也假設(shè)慣性

15、效應(yīng)是恒定的，記為。5.1.2.4 魚群運動模型在實踐中，一個集群是由許多具有上述特征的個體組成的，構(gòu)成系統(tǒng)的個體并不知道整個集群的全局信息，每個個體只能根據(jù)其感知到的局部信息來調(diào)整自己的動作。也就是說，整個系統(tǒng)通過分布式個體調(diào)整而不是集中控制來實現(xiàn)全局協(xié)調(diào)。根據(jù)個體運動規(guī)律，我們通過編程制作了由一定數(shù)量的相同個體組成的群體運動模擬。5.1.3問題一的模型解決方案在問題1的解法中，根據(jù)不同動物群體的具體運動情況，對每個因素采取不同的權(quán)重。因為這個問題的關(guān)鍵是建立一個準(zhǔn)確的模型來描述動物群體的運動規(guī)律。在確定權(quán)重時，可以根據(jù)動物群的具體類型改變模擬程序的相關(guān)參數(shù)，然后將模擬結(jié)果與實際動物運動情況

16、進(jìn)行比較，得到特定類型的不同權(quán)重。本文將不分類討論。我們給定一組權(quán)重對模型進(jìn)行仿真，仿真情況由三種狀態(tài)表示。分為散魚狀態(tài)、集魚狀態(tài)、集魚完成狀態(tài)。圖 5 魚群分散狀態(tài)圖6 Fish聚合狀態(tài)圖7 魚群已經(jīng)聚集從圖中，我們可以看到魚群聚集在一起。然而，由于缺乏數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果仍然不理想。聚合過程不能更好的展示。5.2 第二個問題模型的建立與求解5.2.1問題二分析問題 2 要求我們建立一個數(shù)學(xué)模型來描述魚的運動行為，以避免黑鰭礁鯊。根據(jù)對視頻中魚避開鯊魚的運動特征進(jìn)行仔細(xì)分析，得出以下兩個特征：1、魚群基本保持了集群的形態(tài)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。2.魚群通過改變形狀避開鯊魚的前進(jìn)路線。除了從魚群中逃脫的個體魚

17、外，大多數(shù)魚都成功逃脫了鯊魚的捕食。由于魚成功地避開了鯊魚的捕食，保持了魚的基本特征。在建立本題的模型時，可以參考問題1中的魚群運動模型，在.3中的個體魚群運動模型中加入“避免威脅”的方向約束。5.1.2然后對現(xiàn)有的四個因素進(jìn)行加權(quán)，得到個體魚的運動方向。5.2.2第二個問題模型的建立5.2.2.1 個體魚的行為反應(yīng)規(guī)則個體魚的行為機(jī)制與個體與群體之間的關(guān)系相同。在分析問題1中的三個原則和一個慣性因素時，增加了對“威脅回避”影響的新分析。首先，由于來自環(huán)境的威脅直接影響到個體魚類的生命安全，因此在對各個因素的分析中，將“避免威脅”作為判斷個體魚類走向的最重要條件。而且，在威脅源前面游動的個體魚

18、會改變原來的游動方向，向一側(cè)游動；在威脅源后面游動的個體魚會在與威脅源保證一定方向的基礎(chǔ)上跟隨威脅源。游泳，從而保證了整個集群的完整性和穩(wěn)定性。其次，與第一個問題一樣，考慮“避碰”，即個體之間的距離必須保持不小于相鄰魚之間的最小距離。當(dāng)鄰居魚接近時，根據(jù)五種不同的距離采取相應(yīng)的行為反應(yīng)和動作。5.2.2.2個體魚運動模型為了得出個體魚的游泳方向。在問題1中模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體問題，抽象出魚類避免鯊魚捕食的5條游泳規(guī)則：（1）避免威脅：與威脅源保持距離；(2)避免碰撞：避免與相鄰個體發(fā)生碰撞；(3)速度匹配：與相鄰個體的速度一致；（4）中心聚合：系統(tǒng)中的個體聚合到中心；(5)運動慣性：個體在下

19、一個周期的運動受本周期運動慣性的影響。每條魚個體作為一個獨立的行動者，根據(jù)以上三個基本原則，通過對動態(tài)環(huán)境的局部感知，不斷調(diào)整自身的運動，實現(xiàn)與整個魚群的協(xié)調(diào)運動。最后，通過計算機(jī)編程獲得了更真實的群體行為模擬。因此，本文將這五個方向的平均方向作為下一刻魚的游動方向。也就是下一刻魚的游動方向。公式表示為：其中包括避開威脅源的方向?？紤]到每個規(guī)則對魚的影響不同，我們還需要對每個方向進(jìn)行加權(quán)，取加權(quán)平均。重量的大小可根據(jù)不同魚的具體情況而定。其中，圖8 躲避鯊魚時魚類游動方向分析（1）回避威脅的實現(xiàn)：根據(jù)個體相對于威脅源的位置，個體會選擇不同的回避原則。具體分析如下：圖 9 個體魚避開鯊魚的原理模

20、型其中，A點為鯊魚的位置，即鯊魚的運動方向； B是位于鯊魚前方的個體魚，是魚B的運動方向； C 是位于鯊魚后面的個體魚，是個體魚 C 的運動方向；鯊魚的運動方向是垂直的，穿過鯊魚的位置，鯊魚位置的水平面分為前后兩部分；它是以鯊魚的位置A為圓心，以圓為半徑，個體魚與鯊魚之間的安全距離。圓魚已經(jīng)從整個集群中分離出來，離鯊魚更近。結(jié)合實際情況，為便于建立理想模型，本文認(rèn)為當(dāng)個體與威脅源達(dá)到一定安全距離時，個體將被威脅源捕食；否則，個人處于安全位置。以下兩種情況分別討論：1）當(dāng)個體在移動的威脅源前方時，個體以最大速度沿著威脅源與個體的連線逃逸，遠(yuǎn)離個體。因為威脅源的移動直接威脅到個人的生命安全；因此，

21、當(dāng)存在威脅源時，個體魚應(yīng)本著“避開威脅”的原則，盡可能地改變下一個周期的運動方向。也就是此時“回避威脅”的權(quán)重比較大，非常接近1。此時受這個因素影響的最優(yōu)運動方向為：2）當(dāng)個體在移動的威脅源后面時，由于個體和威脅源的體型一般較小，游泳速度相同，個體的運動更加靈活。因此，在個人運動中，為了盡可能保證集群的完整性和穩(wěn)定性。本文認(rèn)為，個人的運動方向不受威脅源的影響。即此時“回避威脅”的權(quán)重為0。（2）與問題1一樣，“接近規(guī)則的實施” 、“對齊規(guī)則的實施”、“碰撞避免規(guī)則的實施”和“運動慣性的考慮”的實施遵循與問題1相同的規(guī)則。使用相同的模型計算問題的解決方案。5.2.2.3 魚群運動模型集群中的個體

22、并不知道整個集群的全局信息，每個個體根據(jù)其感知到的局部信息來調(diào)整自己的運動方向。在避免被鯊魚捕食的過程中，個體利用自己的信息和附近其他個體的運動方向來避免捕食。最后，根據(jù)每個個體的運動規(guī)律，通過編程，模擬群體的運動，避免捕食。5.2.3第二個問題模型的解法如題1，由于現(xiàn)實中不同因素的復(fù)雜性和不可預(yù)測性，本題不確定模型不同因素的權(quán)重。5.3 求解問題3的模型5.3.1第三題分析通過查找資料、總結(jié)分析，在分析信息豐富的魚類對集群的影響時，首先要了解魚類信息傳遞的作用和信息傳遞機(jī)制。其中，信息傳輸類型、傳輸距離和傳輸速度分別進(jìn)行了分析。5.3.2第三題模型的建立與求解通過一系列的實驗、調(diào)查和推測，魚

23、類學(xué)家認(rèn)為魚群具有以下生物學(xué)意義：1.密集的魚群可以通過大群給捕食者留下強(qiáng)烈的印象，從而混淆甚至嚇跑一些捕食者。此外，密集的魚群可以利用其靈活的形狀變化和快速的速度為大型捕食者制造困難。2.成群游動的魚更容易找到食物來源。因為當(dāng)魚的一側(cè)的魚找到食物時，它們會通過自己特定的信號方式將食物豐富的信息傳遞給組中的其他魚。3 、為魚類繁殖提供便利條件。許多魚互相追逐，以達(dá)到更多的排卵和受精，從而獲得較高的受精率。4.集群游泳可以減少阻力。當(dāng)一群魚游動時，可以根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)知識來分析：前面魚的渦流會降低后面魚的游泳阻力。集群游泳可以節(jié)省能量并提高效率。此外，我們討論了魚群的方向。魚群中少數(shù)信息豐富的

24、人通過發(fā)出一定的信號，將相應(yīng)的信息傳遞給其他魚。其他魚在收到信號后，會根據(jù)自身環(huán)境做出判斷，選擇改變運動方向。動物的信息傳輸機(jī)制包括傳輸距離、傳輸速度、傳輸類型等方面的研究。查找相關(guān)信息并結(jié)合您自己的摘要。三個方面分別討論。在傳播種類方面，根據(jù)相關(guān)資料得出結(jié)論，不同種類的魚類在進(jìn)化過程中根據(jù)不同的信號進(jìn)行傳播。1. 化學(xué)信號。在魚類中，化學(xué)通訊是一種比較常見的信息傳遞和協(xié)調(diào)方式。有些魚通過分泌某些化學(xué)物質(zhì)或交配和繁殖來警告同伴危險。2.聲音信號。不同的魚發(fā)出不同的聲音。一些魚的聲音是無意的，例如游泳和喂食活動的聲音；而有些是為了區(qū)分同類或求偶警告時刻意制造的。聲音在水中的傳播速度非常快，約為

25、1500 m/s。魚類在漫長的進(jìn)化過程中，形成了較為完善的發(fā)聲和接收器官，使魚類能夠快速準(zhǔn)確地收集和識別各種信息。3.光信號。許多深海魚類會發(fā)光。它們的發(fā)光體來源于皮膚，形狀、大小、數(shù)量和位置因物種而異。發(fā)光裝置分泌發(fā)光物質(zhì)螢光素和螢光素酶。螢光素酶催化螢光素與氧氣結(jié)合產(chǎn)生氧化螢光素，氧化螢光素在氧化過程中產(chǎn)生能量并以光的形式釋放出來，從而發(fā)光。4.電信號。有些魚可以通過將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為短期電能來威脅敵人或傳遞信息。在傳輸速度方面，根據(jù)以上分析，無論是聲音、光信號，還是電信號，它們都會以極快的速度將信息傳遞給魚群中的其他魚；化學(xué)物質(zhì)的保留時間更長，影響更廣。專業(yè)。而某一種魚也會發(fā)出不同的信號，

26、根據(jù)不同的需求傳達(dá)不同的信息。本文認(rèn)為信息傳遞速度遠(yuǎn)比魚的活動空間更令人滿意，沒有詳細(xì)分析傳遞速度對信息豐富人群的信息傳遞效果。在傳輸距離方面，根據(jù)問題1的模型，不同的距離對信息豐富人群的傳輸效果會有很大的影響。以下是對不同傳輸距離的具體研究。當(dāng)r值小時，個體速度小，路徑曲率變化不穩(wěn)定。此時，個人受鄰居的影響較小。因此，一小群密集的群體或孤立的個體很可能在模擬開始時出現(xiàn)。一段時間后，群里很容易亂。當(dāng)r取值適中時，路徑的曲率相對穩(wěn)定。這時很可能會出現(xiàn)一個統(tǒng)一的群體，即群體中個體之間的距離與運動的速度和方向相近。在實驗室環(huán)境拍攝的魚群中，個體中存在模擬的魚群，更加逼真。魚群特有的視覺能力是指單位時

27、間內(nèi)信息交換量的差異。當(dāng)r較大時，個體速度較大，路徑曲率變化很不穩(wěn)定。此時個體受鄰居的影響比較分散，容易形成松散而略顯混亂的大群。因此得出結(jié)論，最大視覺能力對群體結(jié)構(gòu)有重要影響。6.模型推廣6.1 3D魚運動的推廣在模擬魚群運動和魚類躲避鯊魚捕食的過程中，本題忽略了水流、溫度等對魚類運動的間接影響。更重要的是，在對問題的分析中，將復(fù)雜的三維現(xiàn)實世界抽象簡化為二維平面，便于分析處理。這樣在不影響描述集群運動特性的效果的情況下，簡化了分析和編程的復(fù)雜性，提高了計算和仿真的效率。通過將二維坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)系坐標(biāo)，可以得到三維坐標(biāo)系下的魚群模擬。獲得三維仿真模型可以更好地分析魚類覓食、洄游和躲

28、避的行為。分析魚群的習(xí)性是有幫助的。為魚群保護(hù)、物種進(jìn)化分析、人工繁育等提供了良好的依據(jù)。接下來，我們將有問題的模型進(jìn)一步擴(kuò)展到3D，編程模擬的魚群游泳畫面如下：圖 10 魚運動的 3D 擴(kuò)展6.2 推進(jìn)集群運動研究與應(yīng)用針對魚群運動的特點，本文模型可以借鑒，進(jìn)一步分析研究熱點“魚群優(yōu)化算法”，從而提高組合優(yōu)化算法的求解精度和收斂速度。此外，該仿生學(xué)的研究還可以擴(kuò)展到“動態(tài)行為預(yù)測”、“多智能體合作與信息傳遞”、“網(wǎng)絡(luò)集群行為研究”等分析。7. 模型評估7.1 模型優(yōu)勢（1）本文充分考慮實際情況，對個體魚和魚群的行為和運動進(jìn)行分析和解決。(2)本文靈活運用Matlab等數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行大部分模型仿

29、真。(3)本文為今后魚類行為研究提供參考。7.2 模型缺點（1）由于能力有限，對某些問題的研究不夠?qū)I(yè)。(2)模型模擬比較粗糙。參考1 班曉娟，寧舒榮，涂樹彥，“人工魚群先進(jìn)自組織行為研究”，中國自動化雜志，第1卷。 2008 年 10 月 34 日第 10 期。2 劉凌飛，周英奇，錢衛(wèi)國，袁，王明，“紅鼻魚種群結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模與仿真可視化”，中國水產(chǎn)雜志，第1卷。 2010 年 12 月 34 日第 12 期。3 簡，曾建超，魚群行為建模與仿真，科技大學(xué)學(xué)報，Vol. 2009 年第 30 期第 1、2 期。附錄1魚運動仿真matlab程序：A=imread(hdsj.jpg);h=圖；顯示（

30、一）；軸軸（0 140 0 110）；軸關(guān)閉；設(shè)置（gcf，顏色，b）；N=50；句柄=零（1，N）；x=蘭德（2，N）；x=x*100；字體大小=地板(rand(1,N)*5+10);沙宇=地板（30）；new_handles_N=0；對于 i=1:N句柄(i)=文本(x(1,i),x(2,i),o,fontsize,fontsize(i),color,w);結(jié)尾鯊魚=文本(100,100,o,fontsize,shayu,color,r);zhuyu=text(0,rand(1)*100,o,fontsize,10,color,w);米=0；步驟=獲取（鯊魚，位置）；temp2=get(zhuyu,位置);而 m-500如果ishandle(h)返回結(jié)尾對于 i=1:Ntemp=get(hand