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群體智慧群體智慧Colletive IntelligenceColletive Intelligence
陳慶瀚陳慶瀚機器智慧與自動化技術機器智慧與自動化技術 (MIAT)(MIAT)實驗室實驗室義守大學電機系義守大學電機系[email protected]@isu.edu.tw20052005年年 1010月月 2525日日
產業研發碩士專班課程
當代系統科學思想
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本週主題本週主題
1.從知識到智慧
2.螞蟻的群體群體行為
3.仿螞蟻群體智慧
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從知識到智慧 從知識到智慧
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智慧的流程智慧的流程
資料 資訊 知識 智慧
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智慧的定義智慧的定義
Faculity 一種認識和理解的能力。
Function 一組心靈的功能,得以對客體產生概念式的、理性的知識。
Aptitute 生物得以適應新環境的本能。
Behavior 自主式的解決問題的行為
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知識 知識 v.s.v.s.智慧智慧
智慧 (Intelligence) 知識 (Knowledge)
行為 (Behavior) 結構 (Structure)
動態系統 (Dynamic System)
型態 (Pattern)
實境 (Real World) 模型 (Model)
複雜 (Complex) 化約 (Reductionist)
存有 (Existent) 表現 (Representive)
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智慧的型態智慧的型態
1.解析式(Analytical)
2.符號式(Symbolic)
IF A THEN B ELSE C...
3.鏈結式(Connectionist)
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知識模型的範例知識模型的範例
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知識的發生知識的發生
1.演繹式 (Deductive)邏輯、解析方法
(例如:公式、定理、法則等 )
2.歸納式 (Inductive)類比學習、自我組織
(類神經網路、歸納式推理等 )
3.突現式 (Emergent)複雜動態系統
(演化、社會性生物群體行為 )
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螞蟻的群體行為Collective Behavior in Ant Colony
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螞蟻的超組織模型螞蟻的超組織模型
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螞蟻搬運食物螞蟻搬運食物
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螞蟻群體解題螞蟻群體解題
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蟻群的溝通和決策蟻群的溝通和決策
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蟻群的分撿行為蟻群的分撿行為
T1
T2
T3
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蟻群的工作派遣行為蟻群的工作派遣行為
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蟻群的築巢行為蟻群的築巢行為
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蟻群的搭橋行為蟻群的搭橋行為
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Bridge Building in Ant ColonyBridge Building in Ant Colony
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仿螞蟻群體智慧Ant-inspired Collective Intelligence
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螞蟻群體解題螞蟻群體解題
由一群簡單功能的個體 (ant)所形成的群體 (ant colony),能夠展現出高可靠度、高適應性的自主化的解決問題的能力。
Collective Problem Solving :
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蟻群覓食蟻群覓食
當螞蟻在食物和巢物之間來回行走時,會分泌一種化學物質:費洛蒙 (pheromone) 。當巢穴到食物之間有許多路徑可以選擇時,個別螞蟻將傾向於選擇費洛蒙較強的路徑。
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蟻群覓食的模型化蟻群覓食的模型化
ijijij tnt
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1
費洛蒙更新
決策機率
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蟻群覓食模擬蟻群覓食模擬
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蟻群覓食與蟻群覓食與 TSPTSP最佳化最佳化
Ant-TSP DEMO
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蟻群自組織分揀蟻群自組織分揀 (Gathering)(Gathering)
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螞蟻自組織分揀規則螞蟻自組織分揀規則
─ 如果螞蟻正搬運一個物資,則牠在某位置 x放下的機率與該物資與 x周圍物資的同質性成正比。
─ 如果螞蟻沒有搬運物資,則牠在某位置 x把一個物資搬起的機率與該物資與 x周圍物資的異質性成正比。
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自組織分揀模型化自組織分揀模型化
感知
決策
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自組織分揀模擬自組織分揀模擬
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分揀系統的性能測量分揀系統的性能測量
以空間熵度量系統的收斂性
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空間熵與分揀收斂
0
10
20
30
40
50
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451
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仿社會行為的群體搜尋仿社會行為的群體搜尋
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個體個體 //社會行為的調節社會行為的調節
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仿社會行為的群體搜尋仿社會行為的群體搜尋
調整搜尋速度:
新的搜尋位置:
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群體解題與最佳化群體解題與最佳化
展示程式
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仿螞蟻群體智慧的解題機制 仿螞蟻群體智慧的解題機制
Positive Feedback: 快速找到最佳解Probabilistic Decision Making: 跳出區域性最佳解Distributed Searching: Anti-control的平行搜尋策略
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群體智慧的工程應用群體智慧的工程應用
─ Design Optimization
─ Data Mining by Clustering
─ Adaptive Task Allocation
─ Multi-robots System
─ Meta-heuristics for Intelligent System
(Classification, Recognition, Prediction, Diagnosis…)
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結結語語
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結語 結語