Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пути муравьев, построенные из следов феромона

Стигмергия ( / с т ɪ ɡ м ər dʒ я / STIG-mər-Jee ) представляет собой механизм косвенной координации , через окружающую среду, между агентами или действиями. [1] Принцип состоит в том, что след, оставленный в окружающей среде отдельным действием, стимулирует выполнение следующего действия тем же или другим агентом. Агенты, которые реагируют на следы в окружающей среде, получают положительные преимущества в пригодности, повышая вероятность того, что такое поведение со временем закрепится в популяции. [2]

Стигмергия - это форма самоорганизации . Он создает сложные, на первый взгляд разумные структуры, без необходимости какого-либо планирования, контроля или даже прямой связи между агентами. Таким образом, он поддерживает эффективное сотрудничество между чрезвычайно простыми агентами, которым может не хватать памяти или индивидуальной осведомленности друг о друге. [1] [3]

История [ править ]

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

В дальнейшем, было проведено различие между stigmergic явлением, которое является специфическим для указания дополнительной работы, а также конкретного более общих, нерабочего разжигание, для которых термин sematectonic связь была придумана [6] с помощью EO Wilson , от Греческие слова σῆμα сема «знак, лексема», и τέκτων TECTON «ремесленник, строитель»: «Существует необходимость в более общее, несколько менее неуклюжее выражение для обозначения вызывания любой формы поведения или физиологических изменений по свидетельствам работы выполняемые другими животными, включая особый случай руководства дополнительной работой ».

Стигмергия сейчас является одной из ключевых [7] концепций в области разведки роя .

Стигмергическое поведение у нечеловеческих организмов [ править ]

Стигмергия впервые была обнаружена у социальных насекомых . Например, муравьи обмениваются информацией, откладывая феромоны (след) на обратном пути в гнездо, когда они находят пищу. Таким образом, они вместе создают сложную сеть троп, эффективно соединяющую гнездо с различными источниками пищи. Когда муравьи выходят из гнезда в поисках пищи, феромон побуждает их следовать по следу к источнику пищи. Сеть следов функционирует как общая внешняя память для муравьиной колонии. [ необходима цитата ]

В информатике этот общий метод применялся во множестве техник, называемых оптимизацией муравьиных колоний , которые ищут решения сложных проблем путем размещения «виртуальных феромонов» по ​​путям, которые кажутся многообещающими. [8] В области искусственных нейронных сетей стигмерги могут использоваться как вычислительная память. Ф. Галатоло показал, что стигмергическая память может достигать тех же характеристик, что и более сложные и хорошо зарекомендовавшие себя архитектуры нейронных сетей, такие как LSTM [9] [10]

Другие эусоциальные существа, такие как термиты , используют феромоны для строительства своих сложных гнезд, следуя простому децентрализованному набору правил . Каждое насекомое выкапывает «грязный комок» или подобный материал из окружающей среды, заражает шарик феромонами и кладет его на землю сначала в случайном месте. Однако термитов привлекают феромоны своих товарищей по гнезду, и поэтому они с большей вероятностью бросают свои грязные шарики на своих соседей. Чем больше становится куча грязи, тем она привлекательнее и, следовательно, тем больше в нее будет добавлено грязи (положительный отзыв). Со временем это приводит к строительству столбов, арок, туннелей и камер. [11]

Стигмергия даже наблюдалась у бактерий, различные виды которых дифференцируются в отдельные типы клеток и которые участвуют в групповом поведении, управляемом сложными системами временного и пространственного контроля. [12] Яркие примеры многоклеточного поведения можно найти среди миксобактерий . Миксобактерии путешествуют стаями, содержащими множество клеток, удерживаемых вместе межклеточными молекулярными сигналами . Большинство миксобактерий являются хищниками: людям выгодна агрегация, поскольку она способствует накоплению внеклеточных ферментов, которые используются для переваривания микроорганизмов-жертв. При недостатке питательных веществ клетки миксобактерий собираются в плодовые тела., внутри которых роящиеся клетки превращаются в спящие миксоспоры с толстыми клеточными стенками. Считается, что процесс плодоношения приносит пользу миксобактериям, обеспечивая возобновление роста клеток с помощью группы (роя) миксобактерий, а не отдельных клеток. Подобные жизненные циклы развиваются среди ячеистых слизистых форм . Наиболее известные из миксобактерий, Myxococcus xanthus и Stigmatella aurantiaca , изучаются в различных лабораториях в качестве прокариотических моделей развития. [13]

Анализ человеческого поведения [ править ]

Стигмергия училась в eusocial существ и физических системах, была предложена в качестве модели анализа некоторых роботизированных систем, [14] мульти- агент систем, [15] связь в компьютерных сетях и интернет - сообщество . [16]

В Интернете существует множество коллективных проектов, в которых пользователи взаимодействуют только путем изменения локальных частей своей общей виртуальной среды. Википедия - тому пример. [17] [18] Массивную структуру информации, доступную в вики , [19] или в проекте программного обеспечения с открытым исходным кодом, таком как ядро FreeBSD [19], можно сравнить с гнездом термитов ; один первоначальный пользователь оставляет зерно идеи (грязный шар), которое привлекает других пользователей, которые затем развивают и изменяют эту первоначальную концепцию, в конечном итоге создавая сложную структуру связанных мыслей. [20] [21]

Кроме того, концепция стигмергии также использовалась для описания того, как совместная работа, такая как проектирование зданий, может быть интегрирована. Проектирование большого современного здания требует участия большой и разнообразной сети участников (например, архитекторов, инженеров-строителей, инженеров-статиков, инженеров по обслуживанию зданий). Их распределенная деятельность может быть частично интегрирована посредством практики стигмергии. [22] [23] [24]

Анализ человеческих социальных движений [ править ]

Развитие программного обеспечения с открытым исходным кодом в 21 веке нарушило бизнес-модели некоторых поставщиков проприетарного программного обеспечения , а проекты с открытым содержимым, такие как Википедия, поставили под угрозу бизнес-модели таких компаний, как Britannica . Исследователи изучали совместные проекты с открытым исходным кодом, утверждая, что они дают представление о возникновении крупномасштабного однорангового производства и росте экономики подарков . [25]

Стигмергическое общество [ править ]

Хизер Марш , связанная с движением Occupy , Wikileaks и Anonymous , предложила новую социальную систему, в которой конкуренция как движущая сила будет заменена обществом, основанным на сотрудничестве. [26] Предлагаемое общество будет использовать не представительную демократию, а новые формы управления, основанные на идеях и действиях, и методы сотрудничества, включая стигмергию. [27] [28] [29] «С стигмергией первоначальная идея дается свободно, и проект движется идеей, а не личностью или группой личностей. Ни один человек не нуждается в разрешении (соревнование) или консенсусе (сотрудничество) предложить идею или инициировать проект ». [27]

Некоторые участники Гонконгского движения зонтиков в 2014 году рекомендовали стигмергию в качестве пути вперед. [30] [31]

См. Также [ править ]

  • Муравьиная мельница
  • Биосемиотика
  • Тезис о расширенном разуме
  • Спонтанный порядок
  • Рой интеллект
  • Аналогия с часовщиком

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Marsh, L .; Оноф, К. (2008). «Стигмергическая эпистемология, стигмергическое познание» (PDF) . Исследование когнитивных систем . 9 (1–2): 136–149. DOI : 10.1016 / j.cogsys.2007.06.009 .
  2. ↑ Льюис, Тед Г. (12 июня 2012 г.). «Когнитивная стигмергия: исследование появления в социальных сетях малых групп». Исследование когнитивных систем . 21 : 7–21. DOI : 10.1016 / j.cogsys.2012.06.002 .
  3. ^ Heylighen, Фрэнсис (1 декабрь 2015). «Стигмергия как универсальный механизм координации I: Определение и составные части». Исследование когнитивных систем . 38 : 4–13. DOI : 10.1016 / j.cogsys.2015.12.002 .
  4. ^ Бонабо, Эрик (1999). «Введение редактора: Стигмергия». Искусственная жизнь . 5 (2): 95–96. DOI : 10.1162 / 106454699568692 . ISSN 1064-5462 . 
  5. ^ Theraulaz, Guy (1999). «Краткая история стигмергии». Искусственная жизнь . 5 (2): 97–116. DOI : 10.1162 / 106454699568700 . PMID 10633572 . 
  6. ^ Социобиология: новый синтез , Э. О. Уилсон, 1975/2000, стр.186
  7. ^ Parunak, H. v D. (2003). "Создание роения". В Proc. конф. on Swarming and Network Enabled Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (C4ISR), Маклин, Вирджиния, США, январь 2003 г.
  8. ^ Зедадра, Уарда; Жуандо, Николя; Сериди, Хамид; Фортино, Джанкарло (02.02.2017). «Мультиагентный фуражинг: современные и исследовательские задачи» . Моделирование сложных адаптивных систем . 5 (1): 3. DOI : 10,1186 / s40294-016-0041-8 . ISSN 2194-3206 . 
  9. ^ Галатоло, Федерико А .; Чимино, Марио GCA; Ваглини, Джильола (2018). «Использование стигмергии для включения времени в искусственные нейронные сети». Конспект лекций по информатике . 11308 : 248–258. arXiv : 1811.10574 . Bibcode : 2018arXiv181110574G . DOI : 10.1007 / 978-3-030-05918-7_22 . ISBN 978-3-030-05917-0.
  10. ^ Галатоло, Федерико А .; Чимино, Марио GCA; Ваглини, Джильола (2019). «Использование стигмергии в качестве вычислительной памяти при проектировании рекуррентных нейронных сетей». Труды 8-й Международной конференции по приложениям и методам распознавания образов . 1 : 830–836. arXiv : 1903.01341 . Bibcode : 2019arXiv190301341G . DOI : 10.5220 / 0007581508300836 . ISBN 978-989-758-351-3.
  11. ^ Beckers, Р., Голландия, OE и Deneubourg, JL «От локальных действий глобальных задач:. Стигмергия и коллективной робототехника» Архивировано 4 ноября 2013 года на Wayback Machine Artificial Life IV. 1994, с.181-189.
  12. ↑ 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 оригинального (PDF) 26 мая 2012 года . Проверено 8 сентября 2013 года .
  13. ^ Дворкин, Мартин (2007). «Затяжные загадки о миксобактериях» (PDF) . Микроб . 2 (1): 18–23. DOI : 10,1128 / microbe.2.18.1 . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2018 года . Проверено 11 сентября 2013 года .
  14. ^ Ранджбар-Sahraei, Б., Вайс Г. и Nakisaee, A. (2012). Подход к охвату несколькими роботами, основанный на стигмергической коммуникации. В Proc. 10-й Немецкой конференции по мультиагентным системным технологиям, Vol. 7598, стр. 126-138.
  15. ^ Джованна Кастеллано, Марио GCACimino и др. Многоагентная система для обеспечения совместной осведомленности о ситуации с помощью позиционной стигмергии и нейро-нечеткого обучения, Neurocomputing, Vol. 135 (2014) с. 86-97.
  16. ^ Марио GCA Чимино, Федерико Galatolo, Алессандро Lazzeri, Gigliola Vaglini. Оценка остроты встречаемости терминов в микроблогах: подход, основанный на вычислительной стигмергии, ICPRAM 2017
  17. ↑ Марк Эллиотт о стигмерги, гражданские вики, среды для совместной работы . YouTube . 26 августа 2009 г.
  18. ^ Ткач, Натаниэль (2014). Википедия и политика открытости . Издательство Чикагского университета. п. 46. ISBN 978-0-226-19230-7.
  19. ^ a b Infoworld: беседа со Стивом Бербеком о многоклеточных вычислениях. Архивировано 11 декабря 2008 г. на Wayback Machine.
  20. ^ Heylighen F. (2007). Почему разработка открытого доступа так успешна? Стигмергическая организация и экономика информации Архивировано 2 октября 2008 г.в Wayback Machine , в: Б. Латтербек, М. Бервольф и Р. А. Геринг (ред.), Open Source Jahrbuch 2007, Lehmanns Media, 2007, стр. 165-180.
  21. ^ Марко А. Родригес | Родригес MA (2008). Коллективно созданная модель мира. Архивировано 6 января2009 г. в Wayback Machine , в: Коллективный разум: создание процветающего мира в условиях мира, ред. М. Тови, страницы 261-264, EIN Press, ISBN 0-9715661-6-X , Октон, Вирджиния, ноябрь 2007 г. 
  22. Перейти ↑ Christensen, LR (2007). Практики стигмергии в архитектурных работах. В материалах международной конференции ACM 2007 г. по конференции по поддержке групповой работы (остров Санибел, Флорида, США, 4–07 ноября 2007 г.). ГРУППА 2007. ACM, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 11-20.
  23. Перейти ↑ Christensen, LR (2008). Логика практик стигмергии: репрезентативные артефакты в архитектурном дизайне. В материалах конференции ACM 2008 г. по совместной работе с компьютерной поддержкой (Сан-Диего, Калифорния, США, 8–12 ноября 2008 г.). CSCW '08. ACM, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 559-568.
  24. Перейти ↑ Christensen, Lars Rune (2014). «Практики стигмергии в строительном процессе». Совместная работа с компьютерной поддержкой (CSCW) . 23 (1): 1–19. DOI : 10.1007 / s10606-012-9181-3 .
  25. ^ Эллиотт, Марк (2006). «Стигмергическое сотрудничество: эволюция групповой работы: введение» . M / C Journal . 9 (2). DOI : 10.5204 / mcj.2599 .
  26. ^ Марш, Хизер (2013-06-08). Связующий хаос: массовое сотрудничество в глобальном масштабе . Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 9781489527684. ASIN  1489527680 .
  27. ^ a b Хизер Марш (2012-01-09). «Предложение по управлению: Стигмерджи» . Архивировано из оригинала на 2016-01-17 . Проверено 13 января 2016 .
  28. ^ Хизер Марш (2011-12-24). «Предложение по управлению в мире после 2011 года» . Архивировано из оригинала на 2013-09-01 . Проверено 15 июля 2013 .
  29. ^ Хизер Марш (2012-02-22). «Предложение по управлению: концентрические группы пользователей и эпистемологические сообщества» . Архивировано из оригинала на 2013-08-31 . Проверено 15 июля 2013 .
  30. ^ Ливенворт, Стюарт (2014-11-19). «Протестующие в Гонконге, столкнувшись с разногласиями, ждут действий полиции» . Макклатчи . Архивировано из оригинала на 2018-04-25 . Проверено 24 апреля 2018 . с вывеской «Общества Стигмерджи». Этот термин относится к социальной организации муравейников, в которой координация достигается не формальной структурой руководства, а независимыми действиями тех, у кого общие цели.
  31. ^ "Захвати Централ - Часть 1" . www.zonaeuropa.com . Проверено 13 января 2016 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бонабо, Эрик, изд. (Весна 1999 г.). «Спецвыпуск о Стигмерджи» . Искусственная жизнь . 5 (2): 95–96. DOI : 10.1162 / 106454699568692 . ISSN  1064-5462 .
  • Дойл, Марджери Дж .; Марш, Лесли (2013). «Специальный выпуск: Стигмергия в человеческой сфере» . Исследование когнитивных систем . 21 : 1-74. ISSN  1389-0417 .
  • Эллиотт, Марк (май 2006 г.). «Стигмергическое сотрудничество: эволюция групповой работы» . M / C Journal . 9 (2). ISSN  1441-2616 .
  • Хейлиген, Фрэнсис (2016). «Стигмергия как универсальный механизм координации I: Определение и составные части». Исследование когнитивных систем . 38 : 4–13. DOI : 10.1016 / j.cogsys.2015.12.002 . ISSN  1389-0417 .
  • Хейлиген, Фрэнсис (2016). «Стигмергия как универсальный механизм координации II: разновидности и эволюция». Исследование когнитивных систем . 38 : 50–59. DOI : 10.1016 / j.cogsys.2015.12.007 . ISSN  1389-0417 .