Tanz mit Freunden und Feinden: Die Schwarmintelligenz der Boids
Dancing with friends and enemies: boids' swarm intelligence
Ein Mathematica-Enthusiast entdeckt, dass 1000 Tänzer, die zufällig einen Freund und einen Feind wählen, faszinierende Schwarmmuster erzeugen. Jeder Tänzer bewegt sich leicht zur Mitte, macht einen großen Schritt zum Freund und einen kleinen vom Feind weg. Gelegentlich werden Freund und Feind neu gewählt. Das Ergebnis ist ein dynamischer Tanz, der an Vogelschwärme erinnert. Die Simulation zeigt, wie einfache Regeln komplexe kollektive Verhaltensweisen hervorbringen können. Der Beitrag enthält Code und Diskussionen über Variationen, darunter 3D-Versionen und Simulationen mit Millionen von Partikeln.
Die Beschreibung des Systems als Tanz war ein Versuch, das wirbelnde Muster auf dem Bildschirm ohne mathematische Sprache zu erklären.
- markstock
Die Anpassungen, die SW vorgenommen hat, sind bei ähnlichen Simulationen recht üblich:
1) Das Paar aus Anziehung und Abstoßung ist typisch für "Boids"-Simulationen und kommt auch bei den Lennard-Jones-Kräften in Atomen vor (allerdings mit anderen Potenzen für die Abklingrate);
2) Die Kraft für Teilchenabstände, die gegen null gehen, auf null zu setzen, behandelt jedes Teilchen effektiv als "Wolke" und nicht als punktförmig – das nennt man "Regularisierung" bei Wirbelpartikelmethoden und "Plummer-Softening" bei Gravitationsmethoden; der Hauptvorteil liegt bei SIMD und Parallelisierung, da die Notwendigkeit einer (i != j)-Bedingung entfällt; und
3) Die langsame Kontraktion (Multiplikation der Position jedes Teilchens mit (1-epsilon)) ist eine Technik, die generative digitale Künstler verwenden, um sicherzustellen, dass die visuelle Aktivität nicht zu weit von einem Zielpunkt abschweift.
Das Besondere an dieser Simulation ist die (recheneffiziente) Abhängigkeit von einer sehr kleinen Anzahl (hier N=2) von Nachbarteilchen. Das typische O(N^2), das Echtzeitsimulationen auf 10k-50k Teilchen begrenzt, wird zu O(N).
- yehoshuapw
Ich finde es faszinierend, wie (in der neuen Version) weiter entfernte Klumpen getrennt bleiben, bis etwas Kleines aus dem größeren Schwarm sie erreicht, und dann verschmelzen sie alle wieder mit ihm.
- Honali
Was mir hier gefällt, ist, dass das interessante Verhalten erhalten bleibt, nachdem man eine der Hauptannahmen hinter Boids verworfen hat: Lokalität.