Stigmergie

Ameisenwege aus gebaut Pheromon Spuren

Stigmergie (/ˈstɪɡmərdʒi/ Stig-mər-jee) ist ein Mechanismus der indirekten Koordination durch die Umwelt zwischen Agenten oder Handlungen.[1] Das Prinzip ist, dass die Spur in der hinterlassen wurde Umgebung Durch eine individuelle Aktion stimuliert die Leistung einer erfolgreichen Aktion durch denselben oder anderen Agenten. Agenten, die auf Spuren in der Umwelt reagieren, erhalten positive Fitnessvorteile und verstärken die Wahrscheinlichkeit, dass diese Verhaltensweisen innerhalb einer Bevölkerung im Laufe der Zeit festgelegt werden.[2]

Stigmergie ist eine Form von Selbstorganisation. Es erzeugt komplexe, scheinbar intelligente Strukturen, ohne dass eine Planung, Kontrolle oder sogar direkte Kommunikation zwischen den Agenten erforderlich ist. Daher unterstützt es eine effiziente Zusammenarbeit zwischen extrem einfachen Agenten, denen möglicherweise das Gedächtnis oder das individuelle Bewusstsein für einander fehlt.[1][3]

Geschichte

Der Begriff "Stigmergie" wurde vom französischen Biologen eingeführt Pierre-Paul Grassé 1959 zu beziehen Termite Verhalten. Er definierte es als: "Stimulation von Arbeitnehmern durch die Leistung, die sie erzielt haben." Es wird aus den griechischen Wörtern στίγμα abgeleitet Stigma "Mark, Zeichen" und ἔργον Ergon "Arbeit, Handlung" und erfasst die Vorstellung, dass die Handlungen eines Agenten Anzeichen in der Umgebung hinterlassen, und es gibt, dass es und andere Agenten ihre nachfolgenden Handlungen erkennen und anregen.[4][5]

Später wurde zwischen dem stigmergischen Phänomen unterscheidet, das spezifisch für die Anleitung zusätzlicher Arbeiten ist, und der allgemeineren, nicht arbeitspezifischen Anklage, für die der Begriff sematektonisch Die Kommunikation wurde geprägt[6] durch E. O. Wilson, aus den griechischen Wörtern σῆμα sema "Zeichen, Token" und τέκτων Tekton "Craftsman, Builder": "Es besteht ein Bedarf an einem allgemeineren, etwas weniger ungeschickten Ausdruck, um die Evokation jeglicher Form von Verhalten oder physiologischen Veränderungen durch die Beweise der Arbeiten anderer Tiere zu bezeichnen, einschließlich des Sonderfalles der Anleitung von Zusätzliche Arbeit."

Stigmergie ist jetzt eines der Schlüsselkonzepte im Bereich von Schwarmintelligenz.[7]

Stigmergisches Verhalten in nichtmenschlichen Organismen

Stigmergie wurde zuerst in beobachtet Soziale Insekten. Zum Beispiel, Ameisen Informationen austauschen, indem Sie niederlegen Pheromone (die Spur) auf dem Weg zurück ins Nest, als sie Essen gefunden haben. Auf diese Weise entwickeln sie gemeinsam a komplexes Netzwerk von Trails, die das Nest effizient mit verschiedenen Nahrungsquellen verbinden. Wenn Ameisen aus dem Nest kommen, die nach Nahrung suchen, werden sie vom Pheromon angeregt, der Spur zur Nahrungsquelle zu folgen. Das Netzwerk der Trails fungiert als gemeinsam genutztes externes Speicher für die Ameisenkolonie.

In der Informatik wurde diese allgemeine Methode in einer Vielzahl von Techniken angewendet, die genannt werden Ameisenkolonieoptimierung, die nach Lösungen für komplexe Probleme suchen, indem sie "virtuelle Pheromone" auf Pfaden ablegen, die vielversprechend erscheinen.[8] Auf dem Gebiet der künstliche neurale Netzwerke, Stigmergie kann als Rechenspeicher verwendet werden. Federico Galatolo zeigte, dass ein stigmergisches Gedächtnis die gleichen Leistungen komplexer und gut etablierterer neuronaler Netzwerke -Architekturen wie erzielen kann Lstm.[9][10]

Sonstiges eusozial Kreaturen wie z. TermitenVerwenden Sie Pheromone, um ihre komplexen Nester zu bauen, indem Sie einem einfachen folgen dezentral Regelsatz. Jedes Insekt schaufelt ein "Mudball" oder ein ähnliches Material aus seiner Umgebung, verleiht den Ball mit Pheromonen und legt ihn zunächst an einem zufälligen Ort auf. Termiten sind jedoch von den Pheromonen der Nestmates angezogen und fallen daher eher auf ihre eigenen Schlammbälle auf die Nachbarn. Je größer der Schlammhaufen wird, desto attraktiver ist es, und daher wird ihm mehr Schlamm hinzugefügt (positives Feedback). Im Laufe der Zeit führt dies zum Bau von Säulen, Bögen, Tunneln und Kammern.[11]

Stigmergie wurde in beobachtet Bakterien, Verschiedene Arten, von denen sich unterschiedliche Zelltypen unterscheiden und an Gruppenverhalten beteiligen, die von hoch entwickelten zeitlichen und räumlichen Kontrollsystemen geleitet werden.[12] Spektakuläre Beispiele für mehrzelliges Verhalten können unter den gefunden werden Myxobakterien. Myxobakterien reisen herein Schwärme viele enthalten Zellen durch interzelluläres Molekular zusammengehalten Signale. Die meisten Myxobakterien sind räuberisch: Individuen profitieren von der Aggregation, da sie die Akkumulation von extrazellulärem ermöglicht Enzyme die verwendet werden, um Beute Mikroorganismen zu verdauen. Wenn Nährstoffe knapp sind, aggregieren myxobakterielle Zellen in Fruchtkörper, innerhalb dessen verwandeln sich die Schwarmzellen in ruhende Myxosporen mit dicken Zellwänden. Es wird angenommen Zellwachstum wird mit einer Gruppe (Schwarm) von Myxobakterien wieder aufgenommen und nicht mit isolierten Zellen. Ähnliche Lebenszyklen haben sich unter den Zellen entwickelt Schleimpilze. Das bekannteste der Myxobakterien, Myxococcus xanthus und Stigmatella aurantiaca, werden in verschiedenen Labors als untersucht prokaryotisch Entwicklungsmodelle.[13]

Analyse des menschlichen Verhaltens

Stigmergie studiert in eusozial Kreaturen und physikalische Systeme wurden als Modell der Analyse einiger vorgeschlagen Robotik Systeme,[14] Multi-Agent Systeme,[15] Kommunikation in Computernetzwerke, und Online -Communities.[16]

Auf der Internet Es gibt viele kollektive Projekte, bei denen Benutzer nur durch Ändern lokaler Teile ihrer gemeinsamen virtuellen Umgebung interagieren. Wikipedia ist ein Beispiel dafür.[17][18] Die massive Struktur der Informationen in a Wiki,[19] oder an Quelloffene Software Projekt wie das FreeBSD -Kernel[19] könnte mit a verglichen werden Termite Nest; Ein anfänglicher Benutzer hinterlässt einen Saatgut einer Idee (einen Mudball), der andere Benutzer anzieht, die dann auf dieses anfängliche Konzept aufbauen und modifizieren und schließlich eine aufwändige Struktur mit verbundenen Gedanken aufbauen.[20][21]

Darüber hinaus wurde das Konzept der Stigmergie auch verwendet, um zu beschreiben, wie kooperative Arbeiten wie das Baudesign integriert werden können. Das Design eines großen modernen Gebäudes umfasst ein großes und vielfältiges Netzwerk von Akteuren (z. B. Architekten, Bauingenieure, statische Ingenieure, Baudienstleistungsingenieure). Ihre verteilten Aktivitäten können teilweise durch Praktiken der Stigmergie integriert werden.[22][23][24]

Analyse menschlicher sozialer Bewegungen

Der Aufstieg von Quelloffene Software im 21. Jahrhundert hat gestört die Geschäftsmodelle einiger proprietäre Software Anbieter und Inhalt öffnen Projekte wie Wikipedia haben die Geschäftsmodelle von Unternehmen wie gefährdet wie Britannica. Forscher haben kollaborative Open-Source-Projekte untersucht und argumentiert Geschenkwirtschaft.[25]

Stigmergische Gesellschaft

Heather Marsh, in Verbindung mit Beschäftigungsbewegung, Wikileaks, und Anonym, hat ein neues soziales System vorgeschlagen, bei dem der Wettbewerb als treibende Kraft durch eine kollaborativere Gesellschaft ersetzt wird.[26] Diese vorgeschlagene Gesellschaft würde nicht verwenden repräsentative Demokratie Aber neue Formen der Ideen- und Aktionsbasis- und kollaborativen Methoden, einschließlich Stigmergie.[27][28][29] "Mit Stigmergie wird eine anfängliche Idee frei gegeben, und das Projekt wird von der Idee vorangetrieben, nicht von einer Persönlichkeit oder einer Gruppe von Persönlichkeiten. Keine individuelle Bedürfnisgenehmigung (wettbewerbsfähig) oder Konsens (kooperativ), um eine Idee vorzuschlagen oder ein Projekt zu initiieren. "[27]

Einige im Hongkong Dachbewegung Im Jahr 2014 wurden Stigmergy als Weg nach vorne empfohlen.[30][31]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b Marsh, L.; Onof, C. (2008). "Stigmergische Erkenntnistheorie, stigmergische Erkenntnis" (PDF). Forschung für kognitive Systeme. 9 (1–2): 136–149. doi:10.1016/j.cogsys.2007.06.009. S2CID 23140721.
  2. ^ Lewis, Ted G. (12. Juni 2012). "Kognitive Stigmergie: Eine Studie zum Auftauchen in sozialen Netzwerken in kleinen Gruppen". Forschung für kognitive Systeme. 21: 7–21. doi:10.1016/j.cogsys.2012.06.002. S2CID 40532871.
  3. ^ Heylighen, Francis (1. Dezember 2015). "Stigmergie als universeller Koordinationsmechanismus i: Definition und Komponenten". Forschung für kognitive Systeme. 38: 4–13. doi:10.1016/j.cogsys.2015.12.002. S2CID 16431291.
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