动物集群行为的建模与仿真摘要生态系统中,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。个体行为是构成群体行为的基础,个体之间的组织结构、个体行为之间的关系和群体行为的涌现机制是讨论群体行为的关键要素。本文首先基于 boid 模型的三原则，从个体出发，对动物个体进行建模,分析个体之间的行为规则与相互影响，从而仿真出动物的集群行为。仿真结果在一定程度上反映了动物集群行为的实际情况，但该模型对各个参数的设置非常敏感，动物群体的速度不会趋于稳定一致，而且此模型假设各动物的速率相等且保持不变是不合理的，所以对模型进行了改进。改进模型引入了势场函数，将个体之间的相互作用抽象成吸引力和排斥力，利用牛顿运动定理描述个体运动规律。通过仿真结果发现，动物个体会先调整各自的间距，使其相互靠近以免落单，但又不至于相互碰撞；当动物个体之间的距离接近平衡距离时，动物个体会保持相对位置基本不变，调整各自的速度方向使趋近一致并平稳；另外，个体数目越多，出现落单的可能性就越小。上述结论都是符合实际情况的，说明改进后的模型更合理。鱼群躲避鲨鱼的行为，可以认为是由鲨鱼对鱼群的排斥力引起的，所以在原有合力的基础上再加上由鲨鱼引起的斥力即得到小鱼发现鲨鱼后的合力。仿真得到的结果反映，当有鲨鱼出没时，鱼群会迅速改变运动状态，逃离鲨鱼的攻击。动物群中的信息丰富者可以理解成 Leader-Follower 模型中的 Leader，其他个体都是 Follower。结合问题一中改进的模型和 Leader-Follower 模型，通过 matlab编程仿真得到的结果反映了 Leader 对整个群体的作用和影响。关键词：集群行为 boid 模型 势函数 leader-follower 模型 matlab 仿真1 问题重述在动物界，通常有一些动物会成群地行动，它们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。近几十年来，智能群体(flock／swarm)的协调控制问题引起了讨论人员的极大关注。最近在通信，计算技术，以与相关问题在生物学，社会行为学，统计物理，计算机图形学方面的进展，大大推动了此领域 的讨论。讨论动物集群运动的机理，建立数学模型刻画动物集群运动、躲避威胁等行为，对智能群体(flock／swarm)的协调控制问题有重要地作用。从以下几个方面分析建模：1. 建立数学模型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体是信息丰富者(如...
