集群动物运动的研究和模拟仿真
集群动物运动的研究和模拟仿真 摘 要在自然界里，我们经常能够看到某些动物的集群运动行为，比如鱼群的觅食、躲避危险，鸟群的迁徙等这些高度一致性的行为。这些群体当中的个体的行为都是相对比较简单的，但是每
集群动物运动的研究和模拟仿真
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集群动物运动的研究和模拟仿真
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集群动物运动的研究和模拟仿真
摘要
在自然界里，我们经常能够看到某些动物的集群运动行为，比如鱼群的觅食、
躲避危险，鸟群的迁徙等这些高度一致性的行为。这些群体当中的个体的行为都
是相对比较简单的，但是每个个体只需要遵循某种规则后，整个群体就涌现出高
度的群体智能行为。本文主要为了探讨其中的运动机理与规则建立了相应的模
型。
对于模拟动物集群运动，我们先抛开具体的物种和运动形式，并把连续运动
进行离散化，构造了某时刻群体的状态矩阵用来表示所有个体的位置和速度。
，
、位置约束方程
通过建立个体的距离约束方程、速度约束方程和状态转换条件进
而求出任意时刻的群体状态矩阵。根据状态矩阵就可得到群体的运动规律。
鲨鱼捕食鱼群，是一个无领导者的模型。在模拟鲨鱼捕食一问中，经过对视
频的分析，我们将问题归结为小鱼选择最佳的躲避速度（大小和方向），引用最
优化思想建立目标函数
从而确定躲避速度。再根据鲨鱼和小鱼的初始状态以及速度确定了鲨鱼和鱼群的
Matlab“”
运动规律。根据该规律进行编程模拟，我们模拟出了鲨鱼被包围的情
形。
在群体中含有信息丰富者情况下，可以将信息丰富者看做群体的领导者，建
leader-follower
立了模型，根据条件：
，，
leader
确定了的运动，进而确定整个群体的运动。
最后我们通过编写相关的程序来仿真群体的运动，从而检验模型的正确性。
：
离散化状态矩阵最优化leader-follower模型
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