stringtranslate.com

Стигмергия

Муравьиные тропы, построенные на основе следов феромонов

Стигмергия ( / ˈ s t ɪ ɡ m ər dʒ i / STIG-mər-jee ) — это механизм косвенной координации через окружающую среду между агентами или действиями. [1] Принцип заключается в том, что след, оставленный в окружающей среде индивидуальным действием, стимулирует выполнение последующего действия тем же или другим агентом. Агенты, которые реагируют на следы в окружающей среде, получают положительные преимущества в плане приспособленности, что усиливает вероятность того, что эти формы поведения со временем закрепятся в популяции. [2]

Стигмергия — это форма самоорганизации . Она производит сложные, на первый взгляд, интеллектуальные структуры, без необходимости в каком-либо планировании, контроле или даже прямой коммуникации между агентами. Как таковая, она поддерживает эффективное сотрудничество между чрезвычайно простыми агентами, у которых может отсутствовать память или индивидуальное понимание друг друга. [1] [3]

История

Термин «стигмергия» был введен французским биологом Пьером-Полем Грассе в 1959 году для обозначения поведения термитов . Он определил его как: «Стимулирование рабочих достигнутой ими производительностью». Он происходит от греческих слов στίγμα stigma «отметка, знак» и ἔργον ergon «работа, действие» и отражает идею о том, что действия агента оставляют следы в окружающей среде, знаки, которые он и другие агенты ощущают и которые определяют и побуждают их последующие действия. [4] [5]

Позднее было проведено различие между стигмергическим явлением, которое специфично для руководства дополнительной работой, и более общим, не связанным с работой побуждением, для которого термин сематектоническая коммуникация был придуман [6] Э. О. Уилсоном , от греческих слов σῆμα sema «знак, жетон» и τέκτων tecton «ремесленник, строитель»: «Существует необходимость в более общем, несколько менее неуклюжем выражении для обозначения вызывания любой формы поведения или физиологического изменения посредством свидетельств работы, выполняемой другими животными, включая особый случай руководства дополнительной работой».

Стигмергия в настоящее время является одной из ключевых концепций в области роевого интеллекта . [7]

Стигмергическое поведение у нечеловеческих организмов

Стигмергия впервые была обнаружена у социальных насекомых . Например, муравьи обмениваются информацией, оставляя феромоны (след) на обратном пути в гнездо, когда они нашли еду. Таким образом, они коллективно создают сложную сеть троп, эффективно соединяя гнездо с различными источниками пищи. Когда муравьи выходят из гнезда в поисках пищи, феромон стимулирует их следовать по тропе к источнику пищи. Сеть троп функционирует как общая внешняя память для колонии муравьев. [8]

В информатике этот общий метод был применен в различных методах, называемых оптимизацией муравьиной колонии , которые ищут решения сложных проблем, размещая «виртуальные феромоны» вдоль путей, которые кажутся многообещающими. [9] В области искусственных нейронных сетей стигмергия может использоваться как вычислительная память. Федерико Галатоло показал, что стигмергическая память может достигать тех же показателей, что и более сложные и хорошо известные архитектуры нейронных сетей, такие как LSTM . [10] [11]

Другие эусоциальные существа, такие как термиты , используют феромоны для строительства своих сложных гнезд, следуя простому децентрализованному набору правил . Каждое насекомое зачерпывает «грязевой комок» или подобный материал из своей среды, наполняет его феромонами и кладет на землю, изначально в случайном месте. Однако термитов привлекают феромоны их сородичей, и поэтому они с большей вероятностью будут сбрасывать свои собственные грязевые комки поверх комков своих соседей. Чем больше становится куча грязи, тем она привлекательнее, и, следовательно, тем больше грязи будет добавлено в нее (положительная обратная связь). Со временем это приводит к строительству столбов, арок, туннелей и камер. [12]

Стигмергия наблюдалась у бактерий , различные виды которых дифференцируются в отдельные типы клеток и которые участвуют в групповом поведении, которое направляется сложными временными и пространственными системами контроля. [13] Яркие примеры многоклеточного поведения можно найти среди миксобактерий . Миксобактерии путешествуют стаями, содержащими множество клеток, удерживаемых вместе межклеточными молекулярными сигналами . Большинство миксобактерий являются хищниками: особи выигрывают от агрегации, поскольку она позволяет накапливать внеклеточные ферменты , которые используются для переваривания микроорганизмов-жертв. Когда питательных веществ не хватает, 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, гарантируя, что рост клеток возобновляется группой (роем) миксобактерий, а не изолированными клетками. Похожие жизненные циклы развились среди клеточных слизевиков . Наиболее известные из миксобактерий, Myxococcus xanthus и Stigmatella aurantiaca , изучаются в различных лабораториях как прокариотические модели развития. [14]

Анализ поведения человека

Стигмергия, изучаемая у эусоциальных существ и физических систем, была предложена в качестве модели для анализа некоторых робототехнических систем , [15] многоагентных систем, [16] коммуникации в компьютерных сетях и онлайн-сообществах . [17]

В Интернете существует множество коллективных проектов, в которых пользователи взаимодействуют только путем изменения локальных частей своей общей виртуальной среды. Википедия является примером этого. [18] [19] Массивную структуру информации, доступную в вики , [20] или проекте программного обеспечения с открытым исходным кодом, таком как ядро ​​FreeBSD [20], можно сравнить с гнездом термитов : один первоначальный пользователь оставляет семя идеи (грязевой комок), который привлекает других пользователей, которые затем развивают и изменяют эту первоначальную концепцию, в конечном итоге создавая сложную структуру связанных мыслей. [21] [22]

Кроме того, концепция стигмергии также использовалась для описания того, как может быть интегрирована совместная работа, например, проектирование зданий. Проектирование большого современного здания включает в себя большую и разнообразную сеть участников (например, архитекторов, инженеров-строителей, инженеров-статистов, инженеров по обслуживанию зданий). Их распределенная деятельность может быть частично интегрирована посредством практик стигмергии. [23] [24] [25]

Анализ социальных движений человека

Рост популярности программного обеспечения с открытым исходным кодом в 21 веке нарушил бизнес-модели некоторых поставщиков проприетарного программного обеспечения , а проекты с открытым контентом , такие как Wikipedia, поставили под угрозу бизнес-модели таких компаний, как Britannica . Исследователи изучили совместные проекты с открытым исходным кодом, утверждая, что они дают представление о возникновении крупномасштабного однорангового производства и росте экономики дарения . [26]

Стигмергическое общество

Хизер Марш , связанная с движением Occupy , Wikileaks и Anonymous , предложила новую социальную систему, в которой конкуренция как движущая сила будет заменена более совместным обществом. [27] Это предлагаемое общество будет использовать не представительную демократию, а новые формы управления, основанные на идеях и действиях, и совместные методы, включая стигмергию. [28] [29] [30] «С стигмергией первоначальная идея дается свободно, и проект движим идеей, а не личностью или группой личностей. Ни одному человеку не нужно разрешение (конкурентное) или консенсус (кооперативное), чтобы предложить идею или инициировать проект». [28]

Некоторые участники движения «Гонконгский зонтик » в 2014 году рекомендовали стигмергию как путь вперед. [31] [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Марш, Л.; Оноф, К. (2008). «Стигмергическая эпистемология, стигмергическое познание» (PDF) . Исследования когнитивных систем . 9 (1–2): 136–149. doi :10.1016/j.cogsys.2007.06.009. S2CID  23140721.
  2. ^ Льюис, Тед Г. (12 июня 2012 г.). «Когнитивная стигмергия: исследование возникновения в социальных сетях малых групп». Cognitive Systems Research . 21 : 7–21. doi :10.1016/j.cogsys.2012.06.002. S2CID  40532871.
  3. ^ Хейлиген, Фрэнсис (1 декабря 2015 г.). «Стигмергия как универсальный механизм координации I: Определение и компоненты». Cognitive Systems Research . 38 : 4–13. doi :10.1016/j.cogsys.2015.12.002. S2CID  16431291.
  4. ^ Бонабо, Эрик (1999). «Введение редактора: Стигмергия». Искусственная жизнь . 5 (2): 95–96. doi :10.1162/106454699568692. ISSN  1064-5462. S2CID  35422936.
  5. ^ Theraulaz, Guy (1999). «Краткая история стигмергии». Искусственная жизнь . 5 (2): 97–116. doi :10.1162/106454699568700. PMID  10633572. S2CID  27679536.
  6. ^ Социобиология: Новый синтез , EO Wilson, 1975/2000, стр.186
  7. ^ Парунак, Х. в. Д. (2003). «Создание роения». В материалах конференции по роению и сетевому управлению, контролю, коммуникациям, компьютерам, разведке, наблюдению и рекогносцировке (C4ISR), Маклин, Вирджиния, США, январь 2003 г.
  8. ^ Блюм, Кристиан; Меркл, Дэниел (2008-09-24). Роевой интеллект: Введение и применение. Springer Science & Business Media. С. 9–12. ISBN 978-3-540-74089-6.
  9. ^ Зедадра, Уарда; Жуандо, Николас; Сериди, Хамид; Фортино, Джанкарло (2017-02-02). «Многоагентный фураж: современное состояние и проблемы исследований». Моделирование сложных адаптивных систем . 5 (1): 3. doi : 10.1186/s40294-016-0041-8 . ISSN  2194-3206.
  10. ^ Галатоло, Федерико А.; Чимино, Марио GCA; Вальини, Джильола (2018). «Использование стигмергии для включения времени в искусственные нейронные сети». Mining Intelligence and Knowledge Exploration . Lecture Notes in Computer Science. Vol. 11308. pp. 248–258. arXiv : 1811.10574 . Bibcode :2018arXiv181110574G. doi :10.1007/978-3-030-05918-7_22. ISBN 978-3-030-05917-0. S2CID  53774438.
  11. ^ Галатоло, Федерико А.; Чимино, Марио GCA; Вальини, Джильола (2019). «Использование стигмергии как вычислительной памяти при проектировании рекуррентных нейронных сетей». Труды 8-й Международной конференции по приложениям и методам распознавания образов . Том 1. С. 830–836. arXiv : 1903.01341 . Bibcode :2019arXiv190301341G. doi :10.5220/0007581508300836. ISBN 978-989-758-351-3. S2CID  67855787.
  12. ^ Беккерс, Р., Холланд, О.Е. и Денебург, Дж.Л. «От локальных действий к глобальным задачам: стигмергия и коллективная робототехника». Архивировано 04.11.2013 в Wayback Machine Искусственная жизнь IV. 1994, стр. 181-189.
  13. ^ Шапиро, Джеймс А. (июнь 1988 г.). «Бактерии как многоклеточные организмы» (PDF) . Scientific American . 258 (6): 82–89. Bibcode :1988SciAm.258f..82S. doi :10.1038/scientificamerican0688-82. Архивировано из оригинала (PDF) 26 мая 2012 г. Получено 8 сентября 2013 г.
  14. ^ Дворкин, Мартин (2007). «Затянувшиеся загадки миксобактерий». Микроб . 2 (1): 18–23. doi : 10.1128/microbe.2.18.1 .
  15. ^ Ранджбар-Сахраи, Б., Вайс Г. и Накисаи, А. (2012). Подход к охвату нескольких роботов на основе стигмергической коммуникации. В материалах 10-й немецкой конференции по технологиям многоагентных систем, том 7598, стр. 126-138.
  16. ^ Джованна Кастеллано, Марио GCACimino и др. Многоагентная система для обеспечения совместной осведомленности о ситуации посредством стигмергии на основе позиции и нейро-нечеткого обучения, Neurocomputing, т. 135 (2014) стр. 86-97
  17. ^ Марио GCA Чимино, Федерико Галатоло, Алессандро Лаццери, Джильола Вальини. Оценка остроты вхождения терминов в микроблогах: подход, основанный на вычислительной стигмергии, ICPRAM 2017
  18. ↑ Марк Эллиотт о стигмергии, гражданских вики, средах совместной работы. YouTube . 26 августа 2009 г. Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
  19. ^ Ткач, Натаниэль (2014). Википедия и политика открытости. Издательство Чикагского университета. п. 46. ​​дои : 10.7208/чикаго/9780226192444.001.0001. ISBN 978-0-226-19230-7.
  20. ^ ab Infoworld: беседа со Стивом Бербеком о многоклеточных вычислениях Архивировано 11 декабря 2008 г. на Wayback Machine
  21. ^ Хейлиген Ф. (2007). Почему разработка открытого доступа так успешна? Стигмергическая организация и экономика информации Архивировано 2008-10-02 в Wayback Machine , в: B. Lutterbeck, M. Baerwolff & RA Gehring (ред.), Open Source Jahrbuch 2007, Lehmanns Media, 2007, стр. 165-180.
  22. ^ Марко А. Родригес | Родригес MA (2008). Коллективно созданная модель мира. Архивировано 06.01.2009 в 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. 
  23. ^ Кристенсен, Л. Р. (2007). Практики стигмергии в архитектурной работе. В материалах международной конференции ACM 2007 года по поддержке групповой работы (Остров Санибел, Флорида, США, 4–7 ноября 2007 г.). ГРУППА 2007. ACM, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 11–20.
  24. ^ Кристенсен, Л. Р. (2008). Логика практик стигмергии: репрезентативные артефакты в архитектурном дизайне. В трудах конференции ACM 2008 года по компьютерной поддержке кооперативной работы (Сан-Диего, Калифорния, США, 8–12 ноября 2008 г.). CSCW '08. ACM, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 559-568.
  25. ^ Кристенсен, Ларс Руне (2014). «Практики стигмергии в процессе строительства». Кооперативная работа с компьютерной поддержкой (CSCW) . 23 (1): 1–19. doi :10.1007/s10606-012-9181-3. S2CID  2902658.
  26. ^ Эллиотт, Марк (2006). «Стигмергическое сотрудничество: эволюция групповой работы: введение». M/C Journal . 9 (2). doi : 10.5204/mcj.2599 .
  27. ^ Марш, Хизер (2013-06-08). Связывающий хаос: массовое сотрудничество в глобальном масштабе . CreateSpace Независимая издательская платформа. ISBN 9781489527684. ASIN  1489527680.
  28. ^ ab Heather Marsh (2012-01-09). "Предложение по управлению: Стигмергия". Архивировано из оригинала 2016-01-17 . Получено 2016-01-13 .
  29. ^ Хизер Марш (24.12.2011). «Предложение по управлению в мире после 2011 года». Архивировано из оригинала 01.09.2013 . Получено 15.07.2013 .
  30. ^ Хизер Марш (22.02.2012). "Предложение по управлению: концентрические группы пользователей и эпистемические сообщества". Архивировано из оригинала 31.08.2013 . Получено 15.07.2013 .
  31. ^ Ливенворт, Стюарт (2014-11-19). «Протестующие в Гонконге, столкнувшись с разногласиями, ждут действий полиции». McClatchy . Архивировано из оригинала 2018-04-25 . Получено 2018-04-24 . несут табличку «Общества стигмергии». Термин относится к социальной организации муравейников, в которой координация достигается не формальной структурой руководства, а независимыми действиями тех, кто имеет общие цели.
  32. ^ "Occupy Central - Часть 1". www.zonaeuropa.com . Получено 2016-01-13 .

Дальнейшее чтение