Стигмергия - Stigmergy

Пути муравьев, построенные из следов феромона

Стигмергия (/ˈsтɪɡмərdʒя/ STIG-mər-jee ) - это механизм косвенного координация через среду между агентами или действиями.[1] Принцип заключается в том, что след, оставленный в Окружающая среда индивидуальным действием стимулирует выполнение следующего действия тем же или другим агентом. Агенты, которые реагируют на следы в окружающей среде, получают положительные преимущества в плане пригодности, повышая вероятность того, что такое поведение со временем закрепится в популяции.[2]

Стигмергия - это форма самоорганизация. Он создает сложные, на первый взгляд разумные структуры, без необходимости какого-либо планирования, контроля или даже прямой связи между агентами. Таким образом, он поддерживает эффективное сотрудничество между чрезвычайно простыми агентами, которым может не хватать памяти или индивидуальной осведомленности друг о друге.[1][3]

История

Термин «стигмергия» ввел французский биолог. Пьер-Поль Грассе в 1959 году для обозначения термит поведение. Он определил это как: «Стимулирование рабочих результатами, которых они достигли». Оно происходит от греческих слов στίγμα клеймо "отметьте, подпишите" и ἔργον эргон "работа, действие", и фиксирует представление о том, что действия агента оставляют признаки в окружающей среде, признаки, которые он и другие агенты ощущают, и которые определяют и побуждают их последующие действия.[4][5]

Позже было проведено различие между стигмергическим феноменом, который характерен для руководства дополнительной работой, и более общим, не связанным с работой, подстрекательством, для которого термин сематектонический коммуникация была придумана[6] от Э. О. Уилсон, от греческих слов σῆμα сема "знак, жетон" и τέκτων тектон «мастер, строитель»: «Существует потребность в более общем, несколько менее неуклюжем выражении для обозначения вызова любой формы поведения или физиологического изменения свидетельствами работы, выполняемой другими животными, включая особый случай руководства Дополнительная работа."

Стигмергия теперь одна из ключевых[7] концепции в области рой интеллект.

Стигмергическое поведение у нечеловеческих организмов

Стигмергия впервые наблюдалась в социальные насекомые. Например, муравьи обмениваться информацией, устанавливая феромоны (след) на обратном пути к гнезду, когда они нашли пищу. Таким образом, они коллективно развивают сложная сеть троп, эффективно соединяющих гнездо с различными источниками пищи. Когда муравьи выходят из гнезда в поисках пищи, феромон побуждает их следовать по следу к источнику пищи. Сеть следов функционирует как общая внешняя память для муравьиной колонии.[нужна цитата ]

В информатике этот общий метод применяется во множестве техник, называемых оптимизация колонии муравьев, которые ищут решения сложных проблем, откладывая «виртуальные феромоны» на пути, которые кажутся многообещающими.[8]В области искусственные нейронные сети stigmergy можно использовать как вычислительную память. Ф. Галатоло показали, что стигмергическая память может достигать тех же характеристик, что и более сложные и хорошо зарекомендовавшие себя архитектуры нейронных сетей, такие как LSTM [9][10]

Другой эусоциальный существа, такие как термиты, используйте феромоны, чтобы построить свои сложные гнезда, следуя простому децентрализованный набор правил. Каждое насекомое выкапывает «грязный шарик» или подобный материал из окружающей среды, наполняет шарик феромонами и кладет его на землю, первоначально в случайном месте. Однако термитов привлекают феромоны своих товарищей по гнезду, и поэтому они с большей вероятностью бросают свои грязные шарики на своих соседей. Чем больше становится куча грязи, тем она привлекательнее и, следовательно, тем больше в нее будет добавлено грязи (положительный отзыв). Со временем это приводит к строительству столбов, арок, туннелей и камер.[11]

Стигмергия даже наблюдалась у бактерий, различные виды которых дифференцируются в отдельные типы клеток и которые участвуют в групповом поведении, управляемом сложными системами временного и пространственного контроля.[12] Яркие примеры многоклеточного поведения можно найти среди миксобактерии. Миксобактерии путешествуют в рои содержащий много клетки удерживаются вместе межклеточными молекулярными сигналы. Большинство миксобактерий являются хищниками: агрегация выгодна отдельным людям, поскольку она способствует накоплению внеклеточных ферменты которые используются для переваривания жертвенных микроорганизмов. При недостатке питательных веществ клетки миксобактерий объединяются в плодовые тела, внутри которых роящиеся клетки превращаются в спящие миксоспоры с толстыми клеточными стенками. Считается, что процесс плодоношения приносит пользу миксобактериям, обеспечивая рост клеток возобновляется не отдельными клетками, а группой (роем) миксобактерий. Подобные жизненные циклы развиваются среди клеточных слизевые формы. Самый известный из миксобактерий, Myxococcus xanthus и Stigmatella aurantiaca, изучаются в различных лабораториях как прокариотический модели развития.[13]

Анализ человеческого поведения

Стигмерджи учился в эусоциальный существ и физических систем, была предложена в качестве модели анализа некоторых робототехника системы,[14] мульти-агент системы,[15] общение в компьютерная сеть, и онлайн-сообщества.[16]

На Интернет существует множество коллективных проектов, в которых пользователи взаимодействуют только путем изменения локальных частей своей общей виртуальной среды. Википедия является примером этого.[17][18] Огромная структура информации, доступной в вики,[19] или программное обеспечение с открытым исходным кодом проект, такой как Ядро FreeBSD[19] можно сравнить с термит гнездо; один первоначальный пользователь оставляет зерно идеи (мусорный шарик), которое привлекает других пользователей, которые затем развивают и изменяют эту первоначальную концепцию, в конечном итоге создавая сложную структуру связанных мыслей.[20][21]

Кроме того, понятие стигмергии также использовалось для описания того, как совместная работа, такая как проектирование зданий, может быть интегрирована. При проектировании большого современного здания участвует большая и разнообразная сеть участников (например, архитекторов, инженеров-строителей, инженеров-статиков, инженеров по обслуживанию зданий). Их распределенная деятельность может быть частично интегрирована посредством практики стигмергии.[22][23][24]

Анализ человеческих социальных движений

Подъем программное обеспечение с открытым исходным кодом в 21 веке разрушен бизнес-модели некоторых проприетарное программное обеспечение провайдеры и открытый контент проекты как Википедия угрожают бизнес-моделям таких компаний, как Британика. Исследователи изучали совместные проекты с открытым исходным кодом, утверждая, что они дают представление о появлении крупномасштабного однорангового производства и росте экономика подарков.[25]

Стигмергическое общество

Хизер Марш, связанные с Захватывающее движение, Wikileaks, и Анонимный, предложила новую социальную систему, в которой конкуренция как движущая сила будет заменена обществом, основанным на сотрудничестве.[26] Предлагаемое общество не будет использовать представительная демократия но новые формы управления, основанные на идеях и действиях, и методы сотрудничества, включая стигмергию.[27][28][29] «При стигмерги исходная идея дается свободно, и проект управляется идеей, а не личностью или группой личностей. Ни один человек не нуждается в разрешении (конкурентном) или консенсусе (кооперативном), чтобы предложить идею или инициировать проект. "[27]

Некоторые в Гонконге Движение зонтика в 2014 году были процитированы рекомендации, согласно которым стигмергия является шагом вперед.[30][31]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Marsh, L .; Оноф, К. (2008). «Стигмергическая эпистемология, стигмергическое познание» (PDF). Исследование когнитивных систем. 9 (1–2): 136–149. Дои:10.1016 / j.cogsys.2007.06.009.
  2. ^ Льюис, Тед Г. (12 июня 2012 г.). «Когнитивная стигмергия: исследование появления в социальных сетях малых групп». Исследование когнитивных систем. 21: 7–21. Дои:10.1016 / j.cogsys.2012.06.002.
  3. ^ Хейлиген, Фрэнсис (1 декабря 2015 г.). «Стигмергия как универсальный механизм координации I: определение и составные части». Исследование когнитивных систем. 38: 4–13. Дои:10.1016 / j.cogsys.2015.12.002.
  4. ^ Бонабо, Эрик (1999). «Введение редактора: Стигмергия». Искусственная жизнь. 5 (2): 95–96. Дои:10.1162/106454699568692. ISSN  1064-5462.
  5. ^ Тераулаз, Гай (1999). «Краткая история стигмергии». Искусственная жизнь. 5 (2): 97–116. Дои:10.1162/106454699568700. PMID  10633572.
  6. ^ Социобиология: новый синтез, Э. Уилсон, 1975/2000, стр.186.
  7. ^ Парунак, Х. против Д. (2003). "Создание роения". В Proc. конф. on Swarming and Network Enabled Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (C4ISR), Маклин, Вирджиния, США, январь 2003 г.
  8. ^ Зедадра, Уарда; Жуандо, Николя; Сериди, Хамид; Фортино, Джанкарло (02.02.2017). «Мультиагентный фуражинг: современные и исследовательские задачи». Моделирование сложных адаптивных систем. 5 (1): 3. Дои:10.1186 / s40294-016-0041-8. ISSN  2194-3206.
  9. ^ Галатоло, Федерико А .; Cimino, Mario G.C.A .; Ваглини, Джильола (2018). «Использование стигмергии для включения времени в искусственные нейронные сети». Конспект лекций по информатике. 11308: 248–258. arXiv:1811.10574. Bibcode:2018arXiv181110574G. Дои:10.1007/978-3-030-05918-7_22. ISBN  978-3-030-05917-0.
  10. ^ Галатоло, Федерико А .; Cimino, Mario G.C.A .; Ваглини, Джильола (2019). «Использование стигмергии в качестве вычислительной памяти при проектировании рекуррентных нейронных сетей». Труды 8-й Международной конференции по приложениям и методам распознавания образов. 1: 830–836. arXiv:1903.01341. Bibcode:2019arXiv190301341G. Дои:10.5220/0007581508300836. ISBN  978-989-758-351-3.
  11. ^ Beckers, R., Holland, O.E., Deneubourg, J.L. «От локальных действий к глобальным задачам: стигмергия и коллективная робототехника». В архиве 2013-11-04 в Wayback Machine Искусственная жизнь IV. 1994, с.181-189.
  12. ^ Шапиро, Джеймс А. (июнь 1988 г.). «Бактерии как многоклеточные организмы» (PDF). Scientific American. 258 (6): 82–89. Bibcode:1988SciAm.258f..82S. Дои:10.1038 / scientificamerican0688-82. Архивировано из оригинал (PDF) 26 мая 2012 г.. Получено 8 сентября 2013.
  13. ^ Дворкин, Мартин (2007). «Затяжные загадки о миксобактериях» (PDF). Микроб. 2 (1): 18–23. Дои:10.1128 / microbe.2.18.1. Архивировано из оригинал (PDF) 7 ноября 2018 г.. Получено 11 сентября 2013.
  14. ^ Ранджбар-Сахраи, Б., Вайс Г. и Накисаи, А. (2012). Подход к охвату несколькими роботами, основанный на стигмергической коммуникации. В Proc. 10-й Немецкой конференции по мультиагентным системным технологиям, Vol. 7598, стр. 126-138.
  15. ^ Джованна Кастеллано, Марио Г.С.А. Чимино и др. Многоагентная система для обеспечения совместной осведомленности о ситуации с помощью позиционной стигмергии и нейро-нечеткого обучения, Neurocomputing, Vol. 135 (2014) с. 86-97.
  16. ^ Марио Г.С.А. Чимино, Федерико Галатоло, Алессандро Лазцери, Джильола Ваглини. Оценка остроты встречаемости терминов в микроблогах: подход, основанный на вычислительной стигмергии, ICPRAM 2017
  17. ^ Марк Эллиотт о stigmergy, вики-сайтах для граждан и среде для совместной работы. YouTube. 26 августа 2009 г.
  18. ^ Ткач, Натаниэль (2014). Википедия и политика открытости. Издательство Чикагского университета. п. 46. ISBN  978-0-226-19230-7.
  19. ^ а б Infoworld: беседа со Стивом Бербеком о многоклеточных вычислениях В архиве 2008-12-11 на Wayback Machine
  20. ^ Хейлиген Ф. (2007). Почему разработка открытого доступа так успешна? Стигмергическая организация и экономика информации В архиве 2008-10-02 на Wayback Machine, в: Б. Латтербек, М. Бервольф и Р. А. Геринг (ред.), Open Source Jahrbuch 2007, Lehmanns Media, 2007, стр. 165-180.
  21. ^ Марко А. Родригес | Родригес М.А. (2008). Коллективно генерируемая модель мира В архиве 2009-01-06 на Wayback Machine, в: Коллективный разум: создание процветающего мира в мире, ред. М. Тови, страницы 261-264, EIN Press, ISBN  0-9715661-6-X, Октон, Вирджиния, ноябрь 2007 г.
  22. ^ Кристенсен, Л. Р. (2007). Практики стигмергии в архитектурных работах. В материалах международной конференции ACM 2007 г. по поддержке групповой работы (остров Санибел, Флорида, США, 4–07 ноября 2007 г.). ГРУППА 2007. ACM, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 11-20.
  23. ^ Кристенсен, Л. Р. (2008). Логика практик стигмергии: репрезентативные артефакты в архитектурном дизайне. В материалах конференции ACM 2008 г. по совместной работе с компьютерной поддержкой (Сан-Диего, Калифорния, США, 8–12 ноября 2008 г.). CSCW '08. ACM, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 559-568.
  24. ^ Кристенсен, Л. Р. (2014). Практики стигмергии в строительном процессе. Совместная работа, поддерживаемая компьютером (CSCW): журнал совместных вычислений и рабочих практик. Том 23, выпуск 1, страницы 1-19.
  25. ^ "M / C Journal". media-culture.org.au.
  26. ^ Марш, Хизер (2013-06-08). Binding Chaos: массовое сотрудничество в глобальном масштабе. Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN  9781489527684. КАК В  1489527680.
  27. ^ а б Хизер Марш (2012-01-09). «Предложение по управлению: Стигмерджи». Архивировано из оригинал на 2016-01-17. Получено 2016-01-13.
  28. ^ Хизер Марш (24 декабря 2011). «Предложение по управлению в мире после 2011 года». Архивировано из оригинал на 2013-09-01. Получено 2013-07-15.
  29. ^ Хизер Марш (22.02.2012). «Предложение по управлению: концентрические группы пользователей и эпистемологические сообщества». Архивировано из оригинал на 31.08.2013. Получено 2013-07-15.
  30. ^ Ливенворт, Стюарт (19 ноября 2014 г.). «Протестующие в Гонконге, столкнувшись с разделениями, ждут, пока полиция примет меры». McClatchy. Архивировано из оригинал на 2018-04-25. Получено 2018-04-24. с вывеской «Общества Стигмерджи». Этот термин относится к социальной организации муравейников, в которой координация достигается не формальной структурой руководства, а независимыми действиями тех, у кого общие цели.
  31. ^ "Оккупай Централ - Часть 1". www.zonaeuropa.com. Получено 2016-01-13.

дальнейшее чтение