Uma abordagem de inspiração formiga para amostragem matemático

Animais como formigas têm o desafio de explorar seu ambiente para procurar comida e potenciais lugares para se viver. Com um vasto grupo de indivíduos, como um formigueiro, uma grande quantidade de tempo que seria desperdiçado se as formigas explorada repetidamente as mesmas áreas vazias.

A equipe interdisciplinar da Universidade de Faculdades de Engenharia e Ciências da Vida de Bristol, previu que a espécie de estudo, a 'formiga rock', usa alguma forma de comunicação química para evitar a explorar o mesmo espaço várias vezes.

O autor principal, o Dr. Edmund Hunt, disse:

"Esta seria uma inversão da história Hansel e Gretel, em vez de seguir trilhas uns dos outros, eles iriam evitá-los, a fim de explorar coletivamente.

"Para testar esta teoria, foi realizado um experimento onde deixamos formigas explorar uma uma arena vazia por um. Na primeira condição, limpamos a arena entre cada formiga que eles não poderiam deixar para trás qualquer vestígio de seu caminho. Na segunda condição , nós não limpa entre formigas. as formigas na segunda condição (sem limpeza) fez uma melhor exploração da arena, eles cobriram mais espaço."

Em matemática, uma distribuição de probabilidade descreve qual a probabilidade de cada um de um conjunto de diferentes resultados possíveis: por exemplo, a chance de que uma formiga vai encontrar comida em um determinado lugar. Em muitos problemas de ciência e engenharia, essas distribuições são altamente complexos, e eles não têm uma descrição matemática pura. Em vez disso, deve-se provar com isso obter uma boa aproximação: com um desejo de evitar a amostragem muito de (baixa probabilidade) peças sem importância da distribuição.

A equipe queria descobrir se adotar uma abordagem de inspiração formiga aceleraria esse processo de amostragem.

"Nós previmos que poderia simular a abordagem adoptada pelas formigas no problema de amostragem matemática, deixando para trás uma 'trilha negativo' de onde já foi amostrado. Descobrimos que o nosso método de amostragem de inspiração formiga foi mais eficiente (mais rápido) do que um método padrão que não deixa uma lembrança de onde já foi amostrado ", disse o Dr. Hunt.

Estes resultados contribuem para um interessante paralelo entre o problema exploração confrontado com as formigas, eo problema matemático amostragem de aquisição de informações. Esse paralelo pode informar a nossa compreensão fundamental do que as formigas evoluíram para fazer: informação adquirir de forma mais eficiente.

"Nosso método de amostragem de inspiração formiga pode ser útil em muitos domínios, tais como biologia computacional, para acelerar a análise de problemas complexos. Ao descrever o comportamento coletivo das formigas em termos informativos, mas também nos permite quantificar o quão útil são aspectos diferentes de seu comportamento para o seu sucesso. por exemplo, quanto melhor eles executam quando seus feromônios não são limpos de distância. Isso poderia permitir-nos para fazer previsões sobre quais mecanismos comportamentais são mais susceptíveis de ser favorecido pela seleção natural."

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