活性群體中的集體行為與團(tuán)體識(shí)別研究_321.pdf

1、得益于近幾十年的技術(shù)發(fā)展，對(duì)各類復(fù)雜系統(tǒng)的研究引起越來越多的關(guān)注，其中一個(gè)方向是對(duì)人類以及其他具有能動(dòng)性的生物群體在空間運(yùn)動(dòng)方面的行為進(jìn)行研究。在生物群體的遷徙、集體覓食、防御，人群的圍觀現(xiàn)象、激動(dòng)人群的推搡踩踏等各種不同的情境中都涌現(xiàn)出豐富的集體行為。從微觀層面去理解這些宏觀現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制，其意義不僅僅在于對(duì)生物行為的深入認(rèn)識(shí)，更在于通過適當(dāng)?shù)姆绞饺フ{(diào)控集體行為，興利除弊。通過對(duì)不同生物種類的實(shí)驗(yàn)觀測以及數(shù)據(jù)分析，人們?cè)谏锟臻g運(yùn)動(dòng)的

2、個(gè)體行為與集體行為方面都積累了豐富的知識(shí)，通過建立相應(yīng)的模型，能夠復(fù)現(xiàn)出真實(shí)群體中的部分現(xiàn)象。我們根據(jù)Ioannis Karamouzas等人提出的基于預(yù)計(jì)碰撞時(shí)間的行人間排斥力模型，通過設(shè)置一種非對(duì)稱回型通道約束，研究了這種特殊情境下行人群體對(duì)環(huán)境約束的響應(yīng)行為，發(fā)現(xiàn)不同參數(shù)的群體對(duì)非對(duì)稱的邊界約束產(chǎn)生不同的響應(yīng)，為群體與環(huán)境關(guān)系的研究提供啟發(fā)；同時(shí)模擬了瓶頸型單出口情況下的群體疏散，就一些優(yōu)化控制方法進(jìn)行了探討。
　　大數(shù)據(jù)收

3、集、存儲(chǔ)與分析技術(shù)的發(fā)展掀起了數(shù)據(jù)挖掘的大潮，從系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)出發(fā)，分析系統(tǒng)的行為，挖掘隱藏的信息，成為復(fù)雜系統(tǒng)研究的一種新興路徑。壓縮感知(Compressed Sensing)方法是眾多數(shù)據(jù)分析方法中的一種，其主要特點(diǎn)是當(dāng)線性逆問題(Linear Inverse Problems)的解本身具有稀疏性的時(shí)候，只需要少量的約束方程(即少量數(shù)據(jù))，就可以比較準(zhǔn)確地找到這個(gè)稀疏解。我們將做空間運(yùn)動(dòng)的生物群體看作一個(gè)相互作用網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用壓縮

4、感知方法，通過群體中個(gè)體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來探測相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，識(shí)別其中的小團(tuán)體，并對(duì)該方法運(yùn)用時(shí)的一些問題進(jìn)行了探討。
　　本文的大體結(jié)構(gòu)以及主要?jiǎng)?chuàng)新之處如下：
　　在第一章，首先介紹了描述活性物質(zhì)(Active Matter)空間運(yùn)動(dòng)的幾種方法(類流體力學(xué)方法、元胞自動(dòng)機(jī)方法以及社會(huì)作用力方法)，接著列了生物集體行為的一些普遍規(guī)律(領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)象、正反饋、負(fù)反饋)，最后簡單介紹了幾種常見環(huán)境因素(門、長通道、障礙物)對(duì)群體運(yùn)動(dòng)的影響

5、。
　　在第二章，介紹了Ioannis Karamouzas等人的預(yù)計(jì)碰撞時(shí)間排斥力模型，并基于該模型，模擬研究了一種特殊的非對(duì)稱回型通道中行人群的運(yùn)動(dòng)行為，發(fā)現(xiàn)小群體并不能對(duì)通道的不對(duì)稱性作出明顯響應(yīng)，而大群體對(duì)此比較敏感，在不同的個(gè)體偏好運(yùn)動(dòng)速率下，其最終的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)取向不同，存在著一個(gè)個(gè)體偏好運(yùn)動(dòng)速率閾值。
　　在第三章，基于Ioannis Karamouzas等人的預(yù)計(jì)碰撞時(shí)間排斥力，模擬了單出口瓶頸環(huán)境下的人群疏散，

6、發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行隨機(jī)干擾可以使群體疏散更加流暢；另外，在以前研究者們關(guān)于圓形障礙物幫助群體疏散的研究基礎(chǔ)上，我們更加深入地討論了圓形障礙物的大小與位置對(duì)群體疏散的影響。
　　在第四章，詳細(xì)介紹了壓縮感知方法，并對(duì)其基本原理作出了形象直觀的闡述。我們運(yùn)用社會(huì)作用力(Social Force)方法模擬群體運(yùn)動(dòng)，生成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列。然后基于運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用壓縮感知方法反推群體中的相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對(duì)幾個(gè)可能影響推斷準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行了討