你有没有留神过蚁群是如何寻找食品的和我们的互联网系统很类似,每个蚂蚁独自举动收集食品信息,再会集到一起一直调整门路,直到构成一条最优门路,然而在这个进程中没有任何的中央掌握。
斯坦福大学的研究小组发明沙漠蚂蚁的觅食方法与调节互联网数据流量的tcp协定很相似,他们将蚁群体系称为anternet。anternet跟互联网都应用了正向反馈:tcp协定中会发确认触发下一个数据包的传递,蚁群网络中满载而归的蚂蚁会领导其它蚂蚁出去觅食。
信任每个知道这项研究的人都会赞叹于这些蚂蚁的别具匠心,居然在多少百万年前就开端使用这种智能的互联网算法了。那么还有什么是蚂蚁已经做到,而我们人类还不知道的
蚂蚁有1.3亿年左右的历史,已经进化到可以适应特定环境的多变性和束缚。
蚁群利用简短交换的动态网络来适应四周环境的变更。每个蚂蚁个体并不晓得产生了什么,每个蚂蚁只是依据最近碰到的蚂蚁断定路线:或者是一对一的互碰触角,或者是依据其它蚂蚁在路上留下的化学分泌物。
这种蚁群网络使蚂蚁领有了惊人的多样性,多达11000种的蚂蚁遍布地球每一个角落。所以anternet以及其它蚁群网络可以给我们许多启发。或者我们的信息网络建设可以参考下蚂蚁协议。
解决高操作成本问题
收成蚁蚁群在沙漠中寻找水的过程也会耗费水。蚂蚁在烈日下觅食时会丧失水分,这时他们会从存储的种子中汲取水分。由于蚁群会存储种子,它们的正向反馈系统使得在水源不好找时,蚂蚁可以不用糟蹋精神外出觅食,即便这象征着他们要在气象更潮湿时存储一些种子。
anternet通过这种方法处置高操作高成本问题。在互联网中,tcp协议也可以避免系统在带宽不可用的情况下,在互联网上发送数据。除非是肯定信息可以达到目标地,否则发送是不值得的。
作者最近刚发表了一篇阐明天然抉择目前是如何优化anternet的算法的。作者对300个播种蚁群进行了超过25年的研讨,并且通过基因指纹研讨了哪些蚁群有面对资源稀缺情形,蚂蚁是最小化经营本钱而不是增大存储量。这是一个可连续发展策略,对相似沙漠蚁群或挪动互联网的体系,这都私有云是坚持长期牢靠性同时防止挥霍精神的主要办法。
扩大性
当系统范围扩大时会产生什么就像人类设计的系统,蚂蚁系统也会跟着蚁群的强大而调剂优化,还要有容错才能。
因为大型系统未免会有一些凌乱,所以幻想的解决计划是应用每一个额定蚂蚁的奉献,从这些蚂蚁中取得的好处远弘远于豢养蚂蚁的本钱。大型蚁群系统的最好工具是冗余跟最小化信息量。宏大的蚁群中,各个蚂蚁之间的简略交换并不须要晓得各个蚂蚁的具体信息。
在工程系统中,跟着网络范围的扩展,我们也在应用一些便宜操作寻找确保牢靠成果的解决计划。优雅的自顶向下设计确实有吸引力,然而蚁群算法的鲁棒性表明,容忍一些不完善有时会导致更好的解决方案。
优化先发上风
蚁群算法的多样性表明了进化系统是如何响应环境束缚的。当操作成本较低或蚁群寻找临时的厚味佳肴时,比方寻找花蜜或西瓜皮,抢占先机很主要。因为蚁群相互竞争,第一个找到食物的就有最好的机遇。
一个蚁群在不任何中心节制的情况下如何失掉这种先发上风呢蚂蚁应用的一个策略是树立一个永恒的高速回路,蚂蚁们就在沿路进行搜寻。阿根廷蚂蚁很善于这个,它们会找到任何落在厨房柜子上的面包屑。阿根廷蚂蚁也会调剂本人的路线,一开端良多蚂蚁会在邻近的随机游走,每只蚂蚁都会在一个小规模内彻底搜查,到后来会有一个更直接的路线,四周的蚂蚁会减少,从而全部蚁群可以笼罩更大的。
就像一个散布式的需要响应网络一样,固然不任何的中心把持,每只蚂蚁对本地情形的响应聚合在一起为发生了全部系统的成果。
解决保险破绽
在热带地域,数百种蚂蚁凑集在一起竞争资源,蚁群必需要处置平安问题。这导致了使虚拟服务器用本地信息进行入侵检测和响应的安全协议的进化。
一个蚁群可能会偷盗另一个蚁群的信息来寻找资源,例如其它蚁群蚂蚁的化学分泌物或蚂蚁散布密度。为了应答这种入侵行动,蚂蚁们采用了一种疏松的、随机的身份认证系统,而不是试图完整杜绝这种行动。
这与盘算机的安全系统有显著的类似之处,很显然我们也须要实现对入侵的本地评估和修复。蚂蚁并没有树立一个中央集权来监管黑客,但它们已经找到了应答入侵的策略。
灾害恢复
灾害恢复协议能够参考蚂蚁在树上觅食的进程,由于树枝有可能会断裂。在一个网络回路中,斟酌到疾速恢复,信号或者蚂蚁会在不同的方向保持流虚拟桌面动,假如一个方向断流了,能够从另一个方向重建一个衔接。
同样,早期的光纤网络常常被农业机械或其它的发掘所损坏,一段光纤的损坏有可能让整个系统宕掉。工程师们随后发明,环形网络更轻易修复。
我们的网络在一直进化,通过测试和比拟这些沙漠蚂蚁、热带森林中的蚂蚁和厨房里的蚂蚁的算法,很显明咱们可以参考这些蚂蚁的做法来结构咱们的下一代网络系统。
作者简介:deborah m. gordon是斯坦福大学生物系的教学,她通过蚁群的生态刀片服务器和行为研究群体组织的进化,已经取得guggenheim和行为迷信深度研究核心的奖学金。著有《ants at work无线接入点》及《ant encounter: interaction networks and colony behavior》。