@ 2014.08.06 , 17:03
50

学渣无语了:水母会用模拟退火算法来找食物

[-]

据英国一项针对水母的最新研究,巨型桶水母(barrel jellyfish)不仅是英国海域里最大的水母,还是动物王国里最有谋略的搜寻者之一。为了在海洋中寻找最好的猎物,巨型水母Rhizostoma octopus会利用和世界上最快的超级电脑相关的策略——模拟退火算法(注:模拟退火算法是通过赋予搜索过程一种时变且最终趋于零的概率突跳性,从而可有效避免陷入局部极小并最终趋于全局最优的串行结构的优化算法,其出发点是基于物理中固体物质的退火过程与一般组合优化问题之间的相似性)相类似的办法搜寻猎物最多的地方。

对数学家来说,快速的模拟退火算法是应用在超级计算机里的能够在较短时间内获得复杂问题的最佳解决方案的算法。但对水母来说,它是从一系列接近猎物的路线中选择出最快接近大量浮游生物的最优猎物搜索策略。

研究报告主要作者、英国洛桑研究所科学家Andy Reynolds说:“此前从未在自然界中观察到哪种生物利用这种复杂的搜索战略。但是别的有关运动的数学模式倒是发现不少,最常见的是“莱维行走(之所以取名莱维行走是为了纪念概率论杰出数学家Paul Pierre Lévy)”,相对于这巨型桶水母的做法来说是个不太复杂的做法。莱维行走是一种随机游走,就是在一段小碎步行走中突然出现一个大步行走(在整个行走过程中出现次数很少),这种大跨步几乎不可能会规律地穿插在小碎步中。莱维行走的步伐听起来会很像找某个东西的复杂版本,其实这类似于你在沙发找丢失的车钥匙没找到,然后径直走到衣柜里检查外套口袋里有没有。

Reynolds说:“这种分层嵌套模式在用在搜寻身上效率很高,因为它是把某个地方仔仔细细搜清楚然后再转移搜寻点开始新的密集搜索。”科学家已经发现使用莱维行走搜捕猎物的物种有鲨鱼、企鹅、密封、蚂蚁、乌龟甚至包括人类的狩猎和采集。

像水母一样移动

水母的更优的搜索行为之一是“反弹”,一般发生在它们处在水的某一深度,想要往更深或者更浅的水面去的时候。如果在那个深度没有找到食物它们会再次弹回原来的位置。一些科学家认为,水母在水中弹跳可能会妨碍它们寻找食物的能力,但是据Reynolds介绍,这些不一般的动物总是能找到对它们最好的方式。他说:“水母有时一天在水里像这样上下弹跳几十次,利用这个办法慢慢深入到浮游生物最多的窝里去。”这种行为使得巨型桶水母捕食的效率反而比其他用莱维行走搜寻食物的海洋生物高。

弹跳捕食是不是更好?

如果巨型桶水母用的弹跳型捕食方式是最好的办法,那为什么别的海洋物种不学它们采用相同策略呢?

答案是它们的饮食不一样。Reynolds说:“巨型桶水母能花很长时间来寻找猎物密集分布的地方的优势就在于,它们得吃很多很多的浮游生物才能饱。这和鲨鱼、企鹅它们只需要吃偶然遇见的鱼就能存活不一样。莱维行走的搜索方式对于寻找下一顿来说是个搞笑的办法,而模拟退火算法的突跳式搜索办法则需要经过缜密地寻找来尽可能获得最多、最好的一顿大餐。这就是水母特殊的地方,它们非常挑剔,不像硬骨鱼类任何食物都会吃。”

水母利用的高分辨力与数学家和工程师在超级计算机上用的快速模拟退火算法类似。基于数学和电脑模型,Reynolds的研究发现像巨型桶水母一样,数学界也倾向于利用这样的战略来寻找最好的解决问题的方法,而不是尽可能多的各种可行的解决方案。

本文译自 Livescience,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.6
赞一个 (4)

TOTAL COMMENTS: 50+1

  1. 神响
    @3 years ago
    2502573

    所以什么计算机能比得上一个生物呢,什么控制系统好过封印一个器灵进去呢

    [170] XX [8] 回复 [0]
  2. 阿發
    @3 years ago
    2502579

    这就是一种本能,谢谢。
    要不我每天步行的时候大脑也在对自己小腿大腿进行全局优化运算?

    [158] XX [8] 回复 [0]
  3. xenosaint
    @3 years ago
    2502582

    每个字都认识系列

    [66] XX [4] 回复 [0]
  4. eggaches
    @3 years ago
    2502584

    不如xx系列

  5. 午夜肉鸡
    @3 years ago
    2502585

    饿了-冰箱-厨房-超市?

    [10] XX [0] 回复 [0]
  6. 不注册
    @3 years ago
    2502586

    今天正好看文献看到这个算法!

    但是没看懂.. 连水母都不如…

    [68] XX [4] 回复 [0]
  7. X-WOOD
    @3 years ago
    2502588

    水母不是没有大脑吗?

  8. 小笨
    @3 years ago
    2502597

    @不注册: 我翻译的时候也深深地觉得自己连水母都不如(捂脸)

    [46] XX [3] 回复 [0]
  9. 2502600

    明显是刚学了两天编程的生物学家在扯淡。

    [24] XX [3] 回复 [0]
  10. 基层
    @3 years ago
    2502601

    这些字我都认识,放在一起就看不懂了。

  11. holybreeze
    @3 years ago
    2502602

    材料学低端人士表示,我们上计算材料学都没碰过这个…不过看到四把火还是高兴了下…

  12. pranooa
    @3 years ago
    2502603

    佛曰:模拟退火算法是通过赋予搜索过程一种时变且最终趋于零的概率突跳性,从而可有效避免陷入局部极小并最终趋于全局最优的串行结构的优化算法,其出发点是基于物理中固体物质的退火过程与一般组合优化问题之间的相似性)相类似的办法搜寻猎物最多的地方。

    额。。好像也没有什么问题

  13. 2502606

    学霸又怎么样?到我面前还不是变成老醋海蜇!

    [99] XX [3] 回复 [0]
  14. PassBy
    @3 years ago
    2502607

    不就是一个机会主义者嘛

  15. 2502608

    为什么不说交配的过程中用到了遗传算法。。

  16. 2502613

    我还以为是中医方面的文.

  17. 中指关节炎
    @3 years ago
    2502619

    学渣们敢不敢自曝当年高考数学分数?我先来,8分

  18. 2502628

    真是个shabi写的文章,一种低等的行为模式也被称为高级算法,况且退火算法也算不上很高级。照这样我体内的散热是采用退火算法的,我扔硬币采用蒙特卡洛算法,我说话采用遗传算法,我走路估计路程采用内插和外推算法,我放个pi都包含一百种算法你信不?

    [38] XX [16] 回复 [0]
  19. fineTu
    @3 years ago
    2502629

    这么说蚂蚁找食物的时候也都熟练使用蚁群算法优化路径

  20. 2502636

    我想自杀………

  21. 无敌小萝莉
    @3 years ago
    2502642

    @阿發: 是的,每分每秒你的小脑都在优化动作,并被动作的结果培训

  22. 休特兰
    @3 years ago
    2502654

    所以你们所谓人类智慧表现的高级算法还是仿生学。

  23. 蹲着
    @3 years ago
    2502657

    密封是蜜蜂的意思吗。。

  24. 2502660

    作为一个学渣,我一直在使用神经网络算法求解各种问题。算不算很高端啊

    [10] XX [0] 回复 [0]
  25. 啊拉丁
    @3 years ago
    2502666

    模拟退火算法 是,,,,,什,,,,,,,,么……..

  26. 逃避者
    @3 years ago
    2502679

    再垃圾的设计师设计出来的建筑都比蜜蜂的要伟大……我觉得这句话用在这里挺好的

  27. badboyyoyo
    @3 years ago
    2502684

    badboyyoyo是谁?

  28. 2502692

    也就是说水母脑子也不能说是贬义词吗……高里一定会很高兴的

  29. 荈九
    @3 years ago
    2502738

    私以为这是一种直Σ( ̄。 ̄ノ)ノ

  30. 猫开车
    @3 years ago
    2502771

    学榨无语了:鱼竟用冒泡算法呼吸

  31. 鸡米花
    @3 years ago
    2502783

    这么说小鸟找食物的时候也都熟练使用粒子群算法优化路径

  32. 辛普森
    @3 years ago
    2502819

    我表示第一段括号里的话看了几个字就直接跳过了。。。

  33. badboyyoyo
    @3 years ago
    2502821

    badboyyoyo是谁

  34. 茶苯海明
    @3 years ago
    2502845

    为什么人可以听声辨人?因为耳朵会做傅里叶变换呗

  35. 色狼
    @3 years ago
    2502866

    我没想到火腿还是一种算法,我就知道好吃

  36. zc0592
    @3 years ago
    2502888

    学渣表示没看懂

  37. 2502900

    说水母会模拟退火感觉很奇怪,现在多样性高又速度快的优化算法基本都是仿生的;与其说水母会人类发明的算法,不如说人类一直在抄袭。

  38. 2502903

    还有超级计算机居然用模拟退火,不用能并行的各种进化算法群体算法?

  39. 闲歌
    @3 years ago
    2502957

    科学家已经发现使用莱维行走搜捕猎物的物种有鲨鱼、企鹅、密封、蚂蚁、乌龟甚至包括人类的狩猎和采集。密封是指蜜蜂嘛

  40. 即可发布评论
    @3 years ago
    2502965

    这算法能用来街上搜索漂亮妹子么???

  41. 小怪
    @3 years ago
    2502976

    评论里好多学霸……

  42. 2502987

    别告诉我刚吃那包鱿鱼丝的数学成绩比我还好

  43. 学渣
    @3 years ago
    2503015

    我比楼上的学渣好一点,40分

  44. sandersyao
    @3 years ago
    2503064

    不做水生物研究的神经外科医生不是好程序员

  45. 小笨
    @3 years ago
    2503079

    @蹲着: 是。。。

  46. 2503152

    计算的介质不一样,速度没法比

  47. 2503344

    呵呵,劳资也是天生自带神经网络算法工具箱的好么?

  48. 2503345

    而我家族谱系的存在,则是遗传算法的运用典范

  49. caeser2
    @3 years ago
    2503452

    阿發
    @23 hours ago
    这就是一种本能,谢谢。
    要不我每天步行的时候大脑也在对自己小腿大腿进行全局优化运算?

    实际上不是大脑干的,而是小脑和脑干做的,大脑在维系身体这件事情上只是个吃白饭的。

  50. 2504576

    水母好歹是活的,炙热的铁块在快速冷却的时候都会使用退火算法。

发表评论


24H最赞