秩序性群体行为的计算机模拟 以鱼群为例PDF电子书下载

第一部分 群体行为及其中的未解之谜——秩序性群体行为 3

第1章 动物群体及秩序性群体行为 3

1.1 动物的生活方式 3

1.2 动物为什么群居 5

1.3 动物的秩序性群体行为 7

1.3.1 动物秩序性群体行为的特点 7

1.3.2 鸟的秩序性群体行为 9

1.3.3 鱼的秩序性群体行为 10

1.4 关于鱼的秩序性群体行为研究的问题 13

第2章 为什么及如何研究鱼的秩序性群体行为 15

2.1 鱼的群体行为的特殊之处 15

2.2 无时不在的秩序性群体行为 16

2.3 鱼的秩序性群体行为研究的两大问题 18

2.3.1 鱼的秩序性群体行为的生成及维持 18

2.3.2 鱼为什么要进行秩序性群体行为 19

2.4 鱼的秩序性群体行为研究的主要手段 22

2.5 研究鱼的秩序性群体行为的意义 23

第3章 鱼群的经典研究 25

3.1 牛顿动力学模型 25

3.2 个体决策模型 27

第4章 鱼的个体行为模型构建的基础 32

4.1 可以同时兼顾多个目的而采取行动的鱼 33

4.2 鱼的运动方向和速度可以被分别决定 36

4.3 视觉系统和侧线同时发挥作用 37

4.4 遭遇捕食鱼攻击时被食鱼的逃离方向 39

第一部分结语 43

第二部分 如何生成并维持秩序性群体行为 47

第5章 生成秩序性群体行为的个体行为决策模型 47

5.1 鱼的秩序性群体行为研究的第一个问题 47

5.2 鱼的秩序性群体行为模型 48

5.2.1 鱼如何决定其个体行为 48

5.2.2 鱼的相互作用区域 49

5.2.3 鱼的模仿行为 50

5.2.4 鱼的碰撞回避行为 51

5.3 鱼的运动方向、速度的决定及位置 52

5.3.1 运动方向 52

5.3.2 游动速度 55

5.3.3 所在位置 55

第6章 鱼的秩序性群体行为的评价变量 57

6.1 鱼群的极性ηp（t） 57

6.2 平均最近邻距离ηNND（t） 58

6.3 鱼群所占据的空间大小ηEX（t） 59

6.4 碰撞频率ηCF 59

6.5 四个评价变量的重要性分析 60

第7章 鱼的秩序性群体行为生成的计算机模拟 61

7.1 计算机模拟的实验条件 61

7.2 鱼的模仿行为在鱼群形成中的作用 61

7.3 鱼的秩序性群体行为评价变量随时间的变化 63

7.3.1 ηp（t）、ηNND（t）和ηEX（t）随时间的变化 63

7.3.2 ηp（t）、ηNND（t）和ηEX（t）的时间平均值及ηCF与γAL的依存关系 65

7.4 相互作用区域、鱼群速度分布的参数对鱼的秩序性群体行为的影响 70

7.5 鱼的秩序性群体行为中的自组织临界性 72

第8章 鱼的秩序性群体行为在外界扰动下的动态稳定性 75

8.1 外界扰动的形式 75

8.2 受到外界扰动时鱼群的动态稳定性的评价指标 79

8.3 鱼个体的模仿行为系数γAL的取值范围 81

8.4 分裂型扰动下鱼群的动态稳定性 81

8.5 发散型扰动下鱼群的动态稳定性 85

8.6 扰动时时发生，自我恢复才是王道 88

第二部分结语 91

第三部分 为什么进行秩序性群体行为 95

第9章 遭遇捕食鱼攻击时鱼的个体行为模型 95

9.1 遭遇捕食鱼攻击时鱼的群体逃生行为 95

9.2 鱼的秩序性群体行为模型的扩展 97

9.2.1 虑及能量消耗 97

9.2.2 鱼的逃生战术 99

9.2.3 危险反应区域 100

9.2.4 鱼的运动方向 101

9.2.5 鱼运动速度的决定方法 104

9.3 捕食鱼的攻击方法 105

9.3.1 攻击目标的决定方法 106

9.3.2 捕食鱼运动方向的决定方法 108

9.3.3 捕食鱼运动速度的决定方法 109

9.4 个体逃生战术有效性的评价指标 110

9.5 群体逃生行为的分析变量 111

9.5.1 捕食鱼的目标变换率 112

9.5.2 群的分裂概率以及分裂的子群体数量 112

9.6 捕食鱼和被食鱼个体行为的参数 113

9.6.1 被食鱼的秩序性群体行为的参数和逃生战术的参数 113

9.6.2 表征捕食鱼能力的参数 118

第10章 最优群体逃生行为中鱼个体的逃生战术 119

10.1 被食鱼的逃生行为系数γ？与捕食鱼的成功捕食时间τcap之间的关系 120

10.2 被食鱼的逃生行为系数γ？与捕食鱼的成功捕食率ρcap之间的关系 121

10.3 最优个体逃生战术存在的理由 122

10.3.1 成为目标起到被捕获的时间 122

10.3.2 因遭遇捕食鱼的攻击而导致鱼群分裂的情况 123

10.3.3 单位时间内捕食鱼攻击目标的变换次数 125

10.4 鱼群规模的效果 126

10.4.1 鱼群规模对成功捕食时间τcap的影响 127

10.4.2 鱼群规模效果产生的原因 127

10.4.3 危险反应区域大小带来的影响 128

10.4.4 因鱼群规模的变化导致的最优逃生行为系数γ？的变化 130

10.5 由鱼的群体逃生行为所想到的 132

第11章 并行游动效果与最优群体逃生行为 134

11.1 杂聚群与有序群的比较 134

11.2 杂聚群的混乱效果 135

11.2.1 杂聚群模型及杂聚群的生成 135

11.2.2 杂聚群对群中个体的保护效果 139

11.3 有序群与杂聚群在群体逃生效果上的差异 141

11.4 并行游动可以产生好的防御和逃生效果的原因 143

11.4.1 单位时间内捕食鱼攻击目标的变换次数 143

11.4.2 攻击目标周围的鱼的密度差异 144

11.4.3 感觉到危险的被攻击目标的运动方向与理想逃离方向和周围鱼的运动方向的偏离 146

11.5 并行游动效果的全域性 149

11.6 鱼群中群体效果的层级性 152

第12章 异质鱼对群体逃生行为的影响 155

12.1 混有行为异质鱼时的群体逃生行为 157

12.1.1 自私自利的个体带给群体逃生行为的影响 158

12.1.2 有行为异质鱼混入的鱼群的最优群体逃生行为 163

12.2 外观异质鱼的破坏性力量 165

12.2.1 对可产生最优群体逃生行为的鱼群的影响 166

12.2.2 混杂有外观异质鱼时鱼群的最优群体逃生行为 169

第三部分结语 172

参考文献 173

后记 177