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螞蟻覓食效率 優於谷歌搜尋

賴義中 2014/05/28 14:14 點閱 4136 次
《國家科學院期刊》一項最新研究指出,蟻群覓食的效率極佳,甚至比谷歌搜尋還要好。(photo by 維基百科)
《國家科學院期刊》一項最新研究指出,蟻群覓食的效率極佳,甚至比谷歌搜尋還要好。(photo by 維基百科)

【台灣醒報記者賴義中綜合報導】伊索寓言中,辛勤的螞蟻與懶惰的蚱蜢形成強烈對比,究竟螞蟻如何統合龐大的分工體系?行為科學家研究後發現,單體螞蟻的覓食行動,能夠為同伴留下複雜的路徑網絡,經由比谷歌搜尋還快的高效率計算後,為群體尋找出最佳行動路徑,讓蟻群看似混亂,卻保有最高效率。

這項研究由德國和中國科學家共同發表於美國《國家科學院期刊》。在人類行為中,此種自複雜網絡中分析出最高效率的方法稱為「最佳化」(optimization),普遍應用於人類生活的各項層面,比如網路搜尋。

【費洛蒙路徑分析】
研究團隊將幾乎所有已知的螞蟻覓食相關資訊,轉換為方程式和演算法後進行演算。

他們先假設蟻群覓食存在3階段行為,偵查蟻先自蟻巢出發,以繞圈方式進行散亂的偵查,疲憊了便回巢進食休息;若其中有蟻發現附近有食物,就攜帶一小部分回巢,並沿路留下費洛蒙註記,其他蟻群則可循線跟上,也帶回部分的食物,但由於費洛蒙的量不高,此時的合作關係還不強。

數量龐大的整體蟻群會複製出無數條類似的費洛蒙路線,而由於費洛蒙具揮發性,若路徑較短,味道也較為強烈,蟻群就會選擇這些效率高的路線,並留下更多的費洛蒙,不斷重複此一過程,減少蟻群的時間和能量消耗,完成了路線最佳化。

以往的研究顯示工蟻會將危險性較高的偵查和採集任務交付給年齡較大、對群體價值較低的同伴,以保護年輕蟻,但這次研究則有新看法,科學家認為單體螞蟻的經驗觀乎群體覓食行為,老蟻較瞭解蟻巢週遭的情況,而較年輕蟻卻需要時間去學習。

【比谷歌搜尋還強】
論文作者、德國科學家庫爾特斯強調,「一隻螞蟻稱不上聰明,但一群螞蟻就能成就相當智慧。」他認為,這種由混亂轉換至秩序的機制包含了極複雜的學習機制在內,甚至比谷歌搜尋的演算還要精確。

庫爾特斯解釋,類似的自我組織管理機制在魚群身上也能發現,但蟻群的返巢行為更為特別,其道理亦適用於眾多自然與社會系統中。這套數學模型能應用多種具有返家傾向的動物上,如信天翁,同時也對人類瀏覽網路、或使用智慧運輸系統的行為演進提供另一種觀點。



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