[发明专利]一种考虑成群性一致性密集性的集群行为量化分析方法

说明书

本发明提出一种考虑成群性一致性密集性的集群行为量化分析方法，使用集群运动过程中每一时刻的最小子群个体数目来表征集群的成群性，对所有时刻的成群性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的成群性分析结论；使用集群运动过程中每一时刻的个体之间的速度相关性来表征集群的一致性，对所有时刻的一致性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的一致性分析结论；使用集群运动过程中每一时刻的个体之间的平均最小间距来表征集群的密集性，对所有时刻的密集性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的密集性分析结论。本发明能够对集群性能进行准确地分析，有利于后续开展集群参数优化、集群模型验证等工作。

技术领域

本发明涉及的是集群智能技术领域，尤其涉及一种集群行为量化分析方法。

背景技术

自然界中存在着多种多样的集群行为。从聚集起飞分散盘旋的欧椋鸟群到步调一致自由巡游的沙丁鱼群，从状如潮水组织有序的羊群到诡谲难测行踪不定的蝗虫群，它们犹如具有统一意识的单体生命，无一不彰显着令人叹为观止的“群体智能。相对于它们形成的复杂系统，这些生物群体中的个体无一例外都是能力相当有限的，甚至不具有智能，但是它们却通过简单的局部自组织交互，“涌现“出了非常复杂、有序甚至高度智能化的群体行为模式，个体层面的低智能性与群体层面的高协调性形成了鲜明的对比。随着计算机技术，微电子技术等的发展，未来的群体协同必将成为新的趋势，集群系统具有低成本，可替代，易扩展，效率高等诸多优势。

作为集群研究的重要一环，定量分析集群行为是必不可少的。无论是验证集群模型还是优化集群参数，都需要构建特征量对集群行为进行分析评估。目前的集群研究，大多针对某一种特定的集群任务或集群现象展开。例如，雷小康为了分析集群的组群分群等应激现象，设计了组群耗时、分群耗时、应激精度等指标。王原等人为了分析集群到达目标点以及避障的效率，统计了到达目的地的时间、死亡率等特征量。不管是哪种方式，要回答的无非是这样一个问题：究竟什么样的集群才是最理想的集群？对于“理想”的标准，不同的研究者可能有不同的定义。

回归到集群的本质，对于任何一种集群模型，我们都希望看到这样的集群行为能够涌现：首先，集群的构成应该是完整统一的，在没有外界刺激的情况下不会分裂或分散；第二，集群个体的运动应该是协同一致的，这也是集群行为的本质体现；第三，集群个体的空间分布应该密集有序，个体尽量避免发生碰撞。可以说，成群上完整统一、速度上协同一致、空间分布上密集有序是一个集群模型能够涌现出优美的集群行为的最基本和最通用的标准。

因此，如何定量分析一个集群是否达到了成群性、一致性、密集性的标准是一个十分值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定量分析集群运动过程中的成群性、一致性、密集性的方法，为验证集群模型、优化集群参数提供基础。其中：

使用集群运动过程中每一时刻的最小子群个体数目来表征集群的成群性，对所有时刻的成群性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的成群性分析结论；

使用集群运动过程中每一时刻的个体之间的速度相关性来表征集群的一致性，对所有时刻的一致性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的一致性分析结论；

使用集群运动过程中每一时刻的个体之间的平均最小间距(近邻散度)来表征集群的密集性，对所有时刻的密集性进行综合统计分析，得到集群整个运动过程中的密集性分析结论。

在得到了上述分析结论之后，后续可以开展集群参数优化、集群模型验证等工作。

本发明的技术方案为：

所述一种考虑成群性一致性密集性的集群行为量化分析方法，包括以下步骤：

步骤1：针对一个运动中的集群，获取集群的运动总时长T，采集集群运动过程中每一时刻的每一个个体的位置信息以及速度信息；