1、鱼类集群运动行为的研究与模拟1鱼类集群运动行为的研究与模拟摘要在动物界中，动物的集群运动现象十分普遍。许多个体行为简单的动物，集群后却能表现出复杂的群体行为。对动物群体的集群运动进行研究和模拟对我们进一步了解动物界中的生物运动情况产生进一步的了解。在本文中，我们基于鱼群算法着重对鱼群的集群运动进行分析。在问题一中，我们建立了鱼类集群运动的初级模型，考虑鱼类聚群运动和随机运动等最一般的情况，利用分隔规则，内聚规则以及步长和方向的随机性进行限制。运用 MATLAB 进行分析模拟，得出不同迭代次数下的鱼群分布及鱼群运动路线图。在问题二中，引入了鱼群的逃逸行为，分别对捕食者和被捕食者设定捕食规则和逃逸
2、规则，通过 MATLAB 仿真对模型进行进一步的模拟，得出了符合现实中捕食行为和逃逸行为的结果。在问题三中，我们假设一部分鱼是信息源丰富者，定义适应度函数，考虑鱼群的追尾行为，按照所定义的最优运动方向算法运用 MATLAB 进行模拟仿真，更好地展现了信息丰富的鱼群对鱼群整体的集群运动所造成的影响。本模型在聚群行为，逃逸行为，觅食行为，追尾行为等方面都给出了很好的模拟，与实际情况较为相符。并且我们通过动画演示非常直观地展现了鱼群聚群行为，逃逸行为，觅食行为，追尾行为。对进一步了解和研究鱼类集群运动行为具有很重要的意义。关键字：集群运动，鱼群算法，计算机仿真。鱼类集群运动行为的研究与模拟2目 录一
3、、 问题重述 .31.1问题背景31.2目标任务3二、 问题分析 .3三、 基本假设 .3四、 符号说明 .3五、 模型建立与求解 .35.1问题一：鱼类集群鱼类集群运动行为的研究与模拟3运动的初级模型35.1.1问题分析及模型准备35.1.2模型的假设鱼类集群运动行为的研究与模拟435.1.3模型的建立与求解35.2问题二：引入逃逸行为的鱼类集群运鱼类集群运动行为的研究与模拟5动模型35.2.1模型假设35.2.2模型的建立与求解35.3问题鱼类集群运动行为的研究与模拟6三：具有信息丰富者条件下的集群运动35.3.1模型假设35.3.2模鱼类集群运动行为的研究与模拟7型的建立与求解3六、 模
4、型的评价 .36.1模型的优点36.2模型的缺点3参考文献 .3附 录 .3鱼类集群运动行为的研究与模拟8一、 问题重述1.1 问题背景在生态系统中，动物个体的行为相对简单，集群后却能表现出复杂的群体行为。例如鱼群，鸟群，蝗虫等动物成群结队的进行运动或觅食的现象十分常见。这些动物群在运动过程中具有很明显的特征：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的信息传递机制一直是仿生学领域的一项重要内容。1.2 目标任务1. 建立数学模型鱼类集群运动行为的研究与模拟9模拟动物的集群运动。2. 建立数学模型刻画鱼群躲避黑鳍礁鲨鱼的运动行为。3. 假定动物群中有一部分个鱼类集群运动行为的研究与模拟10体是信息丰富者(如掌握食物源位置信息，掌握迁徙路线信息)，请建模分析它们对于群运动行为的影响，解
