人工智能技术与大数据

第9章　群体智能

我们都曾观察过蚂蚁的行为。它们一个接一个排成一条直线，收集和搬运食物（比自己体型大）到巢穴，用自己的身体架起桥梁填补更大的缝隙。考虑到这些昆虫的大脑在神经元数量和连接方面都远不及人脑，所有这些行为都是不可思议的。这种顺序行为是自然过程固有的，并受到明显的控制。这里需要注意的重点是，这些昆虫都非常的小，单个个体的能力不足以实现如此宏大的目标。然而，当它们作为一个团队工作时，就能实现更大的目标。因此，这些昆虫也被称为社会性昆虫。

社会性昆虫具有一定的突出特征。它们生活在聚居地，个体间有分工，同时有很强的群体互动（直接或间接），非常灵活。所有这些行为一起被应用于实现群体的集体智能。这种现象促使研究人员致力于采用一种新的方法来实现人工智能，即群体智能（Swarm Intelligence，SI）。“群体智能”这个词最初是由Gerardo Beni和Jing Wang于1989年在移动机器人系统中提出的。该AI领域的灵感来自小昆虫（如蚂蚁、蜜蜂和白蚁）的自然行为和协调功能。对于任何SI系统，都会有一组简单的智能代理（与蚁群中的单个蚂蚁相同），也称为智能体（Boid）。这些智能体中的个体将与它们的邻居和环境（上下文）进行交互，以实现各自的目标，最终共同实现一个更大的目标，即解决相关的问题。

SI这个概念吸引了各类研究人员，他们正探索将SI用于更多场景，以解决实际问题。当今世界中大量信息的涌入是无法控制的，由于数据量的不断增加，迅速处理这些信息不再是单个人脑或一个中央系统能承受的。由于总是受到人类或机器硬件个体能力的限制，在信息处理是分布式的、自治的和自然控制的情况下，SI正在成为一种主流的方法。在接下来的几节中，我们将带领读者进一步了解群体智能如何解决一些实际的复杂问题。 ...