基于分级行为选择的人工生命体基因进化算法研究

论文摘要

人工生命有广泛的概念,一个真正的人工生命体是能够自主决定自己的行为,而本文研究的问题之一是人工生命体的基于优先度的行为选择的问题。借鉴已经有的“刺激——驱动”机制与“基于动机”的机制相结合的办法,考虑了外部刺激和内部动机两方面行为选择的影响,我们建立了人工生命体的群集、逃跑、捕食等简单行为模型,依据这些模型进行人工生命体的个人生存和社会活动。我们建立的模型在较低的代价下获得了较好的性能,便于实时观察与处理。对于所建立的行为模型,采用C++作为程序代码开发语言,来实现人工生命体的行为,基于行为考虑,选择速度基因和视野基因,并且采用二进制编码,用遗传进化算法进行分析,通过代码的遗传,交叉,变异,实现人工生命体的遗传,生殖,以及基因突变。建立仿真平台,该平台中创建了一个虚拟的世界,里面的人工生命体对象具有如生长（衰老）、应激反应、能进行能量交换（进食与食物消耗）和生殖等等生命特征,构造了个性化的人工生命体,实现了现实生态系统中的人工生命体逃跑、捕食、生殖、聚集成群等行为,并且实验得到一系列基因数据,统计分析这些数据后,我们发现人工生命体基因的进化中实现了自然中的先天遗传、优胜劣汰等基本规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
• 1.1 人工生命科学的简介
• 1.1.1 人工生命科学的产生
• 1.1.2 人工生命科学的发展
• 1.1.3 人工生命学科的研究内容
• 1.1.4 人工生命学科的特点
• 1.2 人工生命研究的方法和目的
• 1.3 人工生命行为选择研究的国内外状况
• 1.3.1 行为选择的目标
• 1.3.2 行为选择的一些已有研究
• 1.3.3 行为选择网
• 1.3.4 自由流动层
• 1.3.5 行为选择的分级模型
• 1.3.6 人工生命行为选择研究的意义
• 1.4 基因进化研究与行为模型关系
• 1.5 课题的提出
• 1.5.1 行为选择应该是一个不严格的分级
• 1.5.2 由分级行为选择产生的基因进化方式
• 1.5.3 问题的提出
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 第二章 生态系统中人工生命体行为模型建立
• 2.1 基于优先度的行为选择模型
• 2.1.1 逃跑模型
• 2.1.2 捕食模型
• 2.1.3 群集模型
• 2.1.4 闲逛行为
• 2.2 人工生命体行为进化模型设计
• 2.2.1 模型的基本思想
• 2.2.2 生殖规则
• 2.2.3 生殖的实现
• 2.3 本章小结
• 第三章 基因进化的算法基础及算法设计
• 3.1 前言
• 3.2 遗传算法基本介绍
• 3.2.1 遗传算法的发展历史
• 3.2.2 遗传算法的应用领域
• 3.2.3 遗传算法的生物学基础
• 3.3 基本遗传算法
• 3.3.1 基本遗传算法的构成要素
• 3.3.2 基本遗传算法的原理
• 3.4 模式定理与算法性能指标
• 3.4.1 模式定理
• 3.4.2 算法性能指标
• 3.5 基于基因进化的遗传进化算法设计
• 3.5.1 编码方法
• 3.5.2 适应性评价
• 3.5.3 遗传算子的设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于行为选择的基因进化仿真
• 4.1 人工仿真平台的建立
• 4.1.1 仿真环境的设计
• 4.1.2 环境中类对象的程序设计
• 4.1.3 行为在程序中的实现
• 4.2 基于分级的行为优先选择仿真
• 4.2.1 行为优先度的确定
• 4.2.2 几种特殊情况下的行为选择
• 4.3 人工生命体基因进化仿真结果及其结果分析
• 4.3.1 进化初始的分布值和进化状态图
• 4.3.2 进化过程中的数据统计和结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 所完成的工作
• 5.1.1 建立了一种行为选择模型和设计了基因进化算法
• 5.1.2 建立了一个虚拟的人工生命体仿真平台
• 5.2 对人工生命体、生命行为、生态系统研究的影响
• 5.3 对计算机动画、机器人和智能体研究的影响
• 5.4 展望
• 5.4.1 关于行为选择模型和仿真平台
• 5.4.2 关于行为选择优先度的进化模型
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果