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基于Boid模型的动物集群运动行为研究.pdf资源

萌宠菠菠乐园
2024-10-30 09:36

"基于Boid模型的动物集群运动行为研究" 本文通过对Boid模型进行研究并进行改进，运用MATLAB软件对群体在不同环境下的运动进行仿真，形象地展现了动物的集群运动行为。本研究的主要贡献是将Boid模型与Lead-follower模型相结合，模拟动物集群运动行为，同时考虑了捕食者对个体的影响和信息丰富者的引导作用。问题一：在Boid模型的基础上，添加了内聚性、排列性和可变速性三个原则，进行加权建立函数关系，运用MATLAB进行仿真，很好地模拟出了动物的集群运动。个体的位置变化公式为： iiiidirec1(t)pos(t 1)pos(t)*v(t)direc1(t) 问题二：在问题一的基础上，增加了在两种不同情况下个体躲避天敌的原则：当个体离天敌较近时，忽略群体的影响，选择最快方向逃逸；当个体离天敌较远时，主要考虑逃逸，但仍考虑群体的对个体的影响。当个体无法感受到天敌时，按第一问的原则进行运动。对不同环境下的个体建立了不同的函数关系式，使整体效果更加接近实际情况。问题三：考虑了一部分个体是信息丰富者，设置了含有食物的场景，在第一问原则的基础上采用Lead-follower模型，确定了信息丰富者能第一时间发现食物并向其缓慢前进，对其他个体进行引导，达到群体向食物前进的效果，并且通过MATLAB 进行仿真，得到了群体的运动情况。在动物世界，大量集结成群进行移动或者觅食的例子并不少见，这种现象在食草动物、鸟、鱼和昆虫中都存在。这些动物群在运动过程中具有明显的特征：群中的个体聚集性很强，运动方向、速度具有一致性。通过数学模型来模拟动物群的集群运动行为以及探索动物群中信息传递机制一直是仿生学领域的一项重要内容。本研究的模型假设包括：群体所处环境不受天气、气候的影响；群体中的个体之间没有竞争；群体的活动范围有限；个体的感知范围是一个圆形区域。符号说明包括：direc1：个体的本来方向；direc2：指向邻居中心的方向；direc3：邻居的平均方向；direc4：避免碰撞的方向；direc5：远离捕食者的方向；direc6：捕食者运动方向的反方向；direc7：群体的平均位置；direc8：群体的平均方向；v：速度；food：食物的位置；pre：捕食者的位置；ipos：第i个个体的位置；cons：一致性序数；n：群体的个数；m：邻居的个数。本研究的结果表明，基于Boid模型的动物集群运动行为研究能够很好地模拟动物的集群运动行为，并且考虑了捕食者对个体的影响和信息丰富者的引导作用。这种模型可以应用于仿生学、机器人学、自动控制等领域，具有广泛的应用前景。