Physarum polycephalum 觅食行为的自下而上的稳健建模
种群与进化
2025-08-04 v1
摘要
真实的黏液霜霉 \textit{Physarum polycephalum} 具备执行诸如在食物来源之间形成网络等自组织活动的惊人能力。尽管现有模型在再现黏霜网络的出现方面表现良好，但在探究保证在宏观尺度上具备鲁棒问题解决能力的微观尺度最小机制方面存在局限。为此，我们发展了三个层层递进更复杂的多智能体模型，为理解 \textit{Physarum} 的自组织觅食与网络形成行为提供了灵活的框架。该模型层次结构允许逐步检验使生物启发式计算智能体在营养较稀薄的基质上实现所需行为的最小规则集合。通过引入衡量食物来源之间连通性的量化指标，我们评估了模型对用户定义和生物启发式参数的敏感性，以及模型对智能体间参数异质性的鲁棒性。我们最终观察到模式形成的鲁棒出现，符合实验证据。总体而言，本研究阐明了自组织的基本机制，为在工程系统中发展针对网络形成的去中心化策略指明了方向，同时关注生物保真度与计算效率之间的权衡。
引用
@article{arxiv.2412.19790,
title = {Bottom-up robust modeling for the foraging behavior of Physarum polycephalum},
author = {Damiano Reginato and Daniele Proverbio and Giulia Giordano},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.19790},
year = {2025}
}