Eine Ameise inspirierten Ansatz zur mathematischen Abtasten

Tiere wie Ameisen haben die Herausforderung, ihre Umgebung zu erkunden für Lebensmittel und möglicher Orte zum Leben zu suchen. Mit einer großen Gruppe von Individuen, wie eine Ameisenkolonie, eine große Menge an Zeit verschwendet werden würde, wenn die Ameisen immer wieder die gleichen leeren Flächen untersucht.

Das interdisziplinäre Team von der University of Bristol Fakultäten für Ingenieurwissenschaften und Life Sciences, sagte voraus, dass die Studie Spezies, die ‚Rock-Ameise‘, eine Form der chemischen Kommunikation verwendet den gleichen Raum mehrere Male zu vermeiden erkundet.

Lead-Autor, Dr. Edmund Hunt, sagte:

„Dies wäre eine Umkehr der Hänsel und Gretel Geschichte, statt jeweils andere Routen zu folgen, sie sie, um gemeinsam zu erkunden vermeiden würden.

„Diese Theorie zu testen, führten wir ein Experiment, wo wir ließen Ameisen durch einen eine leere Arena eine erkunden. Im ersten Zustand, wir die Arena zwischen dem einzelnen Ameise gereinigt, so dass sie nicht hinter jeder Spur von ihrem Weg verlassen konnten. Im zweiten Zustand wir zwischen Ameisen. die Ameisen im zweiten Zustand (keine Reinigung) machten eine bessere Erforschung der Arena nicht sauber waren, deckten sie mehr Platz.“

In der Mathematik beschreibt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, wie wahrscheinlich jeder von einer Reihe von verschiedenen möglichen Ergebnissen sind: zum Beispiel der Chance, dass eine Ameise Essen an einem bestimmten Ort zu finden. In vielen Natur- und Ingenieurwissenschaften Problemen sind diese Verteilungen sehr komplex, und sie keine ordentliche mathematische Beschreibung. Stattdessen muss man daraus Probe eine gute Annäherung zu erhalten: mit dem Wunsch, zu viel zu vermeiden Abtasten von unwichtigen (geringer Wahrscheinlichkeit) Teilen der Verteilung.

Das Team wollte herausfinden, ob eine Ameise inspirierten Ansatz Annahme dieses Abtastprozesses beschleunigen würde.

„Wir sagten voraus, dass wir den Ansatz von den Ameisen im mathematischen Abtastproblem angenommen simulieren könnten, von hinter einer‚negativen Spur‘zu verlassen, wo bereits abgetastet worden. Wir fanden, dass unsere ant-inspirierten Probenahmeverfahren effizienter waren (schneller) als ein Standardverfahren, die nicht über einen Speicher von nicht verlassen, wo bereits abgetastet worden“, sagte Dr. Jagd.

Diese Erkenntnisse tragen zu einer interessanten Parallele zwischen der Exploration Problem von den Ameisen konfrontiert, und das mathematischen Probenahme Problem der Informationsbeschaffung. Diese Parallele kann unser grundlegendes Verständnis informieren, was die Ameisen entwickelt haben, zu tun: acquire Informationen effizienter.

„Unsere Ameise inspirierten Probenahmeverfahren in vielen Bereichen nützlich sein können, wie Bioinformatik, zur Beschleunigung der Analyse komplexer Probleme auf. Durch die Beschreibung der kollektiven Verhalten der Ameisen in informativen Begriffe, es erlaubt uns auch zu quantifizieren, wie hilfreich sind verschiedene Aspekte ihr Verhalten zu ihrem Erfolg. zum Beispiel, wie viel besser sie durchführen, wenn ihre Pheromone sind weg nicht gereinigt. Das wir Vorhersagen darüber, welche machen lassen konnte Verhaltensmechanismen sind am ehesten durch natürliche Selektion begünstigt werden.“

Quelle: University of Bristol. "An ant-inspired approach to mathematical sampling." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200619094203.htm>.