Стигмергия
Стигмергия ( / ˈ s t ɪ ɡ m ər dʒ i / STIG-mər-jee ) — это механизм непрямой координации , через окружающую среду, между агентами или действиями. [1] Принцип заключается в том, что след, оставленный в окружающей среде отдельным действием, стимулирует выполнение последующего действия тем же или другим агентом. Агенты, которые реагируют на следы в окружающей среде, получают положительные преимущества в приспособленности, повышая вероятность того, что такое поведение со временем закрепится в популяции. [2]
Стигмергия — это форма самоорганизации . Он создает сложные, казалось бы, разумные структуры без необходимости какого-либо планирования, контроля или даже прямого общения между агентами. По существу, он поддерживает эффективное сотрудничество между чрезвычайно простыми агентами, которым может не хватать памяти или индивидуального знания друг друга. [1] [3]
История
[ редактировать ]Термин «стигмергия» был введен французским биологом Пьером-Полем Грассе в 1959 году для обозначения поведения термитов . Он определил это как: «Стимулирование рабочих за счет достигнутых ими результатов». Оно происходит от греческих слов στίγμα stigma «отметка, знак» и ἔργον ergon «работа, действие» и отражает представление о том, что действия агента оставляют в окружающей среде знаки, знаки, которые он и другие агенты ощущают и которые определяют и побуждают их действия. последующие действия. [4] [5]
Позже было проведено различие между стигмергическим феноменом, который характерен для руководства дополнительной работой, и более общим, не связанным с работой побуждением, для которого был придуман термин сематектоническая коммуникация. [6] Э.О. Уилсона , от греческих слов σῆμα sema «знак, знак» и τέκτων tecton «мастер, строитель»: «Существует необходимость в более общем, несколько менее неуклюжем выражении для обозначения вызова любой формы поведения или физиологического изменение по признакам работы, выполняемой другими животными, включая частный случай руководства дополнительной работой».
Стигмергия сейчас является одной из ключевых концепций в области роевого интеллекта . [7]
Стигмергическое поведение у нечеловеческих организмов
[ редактировать ]Стигмергия впервые наблюдалась у общественных насекомых . Например, муравьи обмениваются информацией, оставляя феромоны (след) на обратном пути в гнездо, когда они нашли пищу. Таким образом, они коллективно создают сложную сеть троп, эффективно соединяющих гнездо с различными источниками пищи. Когда муравьи выходят из гнезда в поисках еды, феромон стимулирует их следовать по следу к источнику пищи. Сеть троп функционирует как общая внешняя память для колонии муравьев. [8]
В информатике этот общий метод применялся в различных методах, называемых оптимизацией муравьиных колоний , которые ищут решения сложных проблем путем размещения «виртуальных феромонов» по путям, которые кажутся многообещающими. [9] В области искусственных нейронных сетей стигмергию можно использовать в качестве вычислительной памяти. Федерико Галатоло показал, что стигмергическая память может достичь тех же характеристик, что и более сложные и хорошо зарекомендовавшие себя архитектуры нейронных сетей, такие как LSTM . [10] [11]
Другие эусоциальные существа, такие как термиты , используют феромоны для строительства своих сложных гнезд, следуя простому децентрализованному набору правил . Каждое насекомое подбирает «комок грязи» или аналогичный материал из окружающей среды, наполняет его феромонами и откладывает на землю, сначала в случайном месте. Однако термитов привлекают феромоны своих товарищей по гнезду, и поэтому они с большей вероятностью бросают свои комки грязи поверх комков грязи своих соседей. Чем больше становится куча грязи, тем она привлекательнее, а значит, тем больше в нее будет добавлено грязи (положительный отзыв). Со временем это приводит к строительству колонн, арок, туннелей и камер. [12]
Стигмергия наблюдалась у бактерий , различные виды которых дифференцируются в отдельные типы клеток и участвуют в групповом поведении, управляемом сложными системами временного и пространственного контроля. [13] Яркие примеры многоклеточного поведения можно найти среди миксобактерий . Миксобактерии путешествуют стаями , содержащими множество клеток, удерживаемых вместе межклеточными молекулярными сигналами . Большинство миксобактерий являются хищными: особям выгодна агрегация, поскольку она позволяет накапливать внеклеточные ферменты , которые используются для переваривания микроорганизмов-жертв. Когда питательных веществ не хватает, миксобактериальные клетки объединяются в плодовые тела , внутри которых роящиеся клетки превращаются в спящие миксоспоры с толстыми клеточными стенками. Считается, что процесс плодоношения приносит пользу миксобактериям, обеспечивая возобновление роста клеток группой (роем) миксобактерий, а не изолированными клетками. Подобные жизненные циклы развились среди клеточных слизевиков . Наиболее известные из миксобактерий Myxococcus xanthus и Stigmatella aurantiaca изучаются в различных лабораториях как прокариотические модели развития. [14]
Анализ поведения человека
[ редактировать ]Стигмергия, изучаемая на эусоциальных существах и физических системах, была предложена в качестве модели анализа некоторых робототехники . систем [15] многоагентные системы , [16] общение в компьютерных сетях и интернет-сообществах . [17]
В Интернете существует множество коллективных проектов, в которых пользователи взаимодействуют только путем изменения локальных частей своей общей виртуальной среды. Arc.Ask3.Ru тому пример. [18] [19] Массивная структура информации, доступной в вики , [20] или проект программного обеспечения с открытым исходным кодом, такой как ядро FreeBSD. [20] можно сравнить с термитником ; один первоначальный пользователь оставляет зародыш идеи (комок грязи), который привлекает других пользователей, которые затем развивают и модифицируют эту первоначальную концепцию, в конечном итоге создавая сложную структуру связанных мыслей. [21] [22]
Кроме того, концепция стигмергии также использовалась для описания того, как может быть интегрирована совместная работа, такая как проектирование зданий. Проектирование большого современного здания предполагает участие большой и разнообразной сети участников (например, архитекторов, инженеров-строителей, инженеров-статиков, инженеров по обслуживанию зданий). Их распределенная деятельность может быть частично интегрирована посредством практики стигмергии. [23] [24] [25]
Анализ социальных движений человека
[ редактировать ]Рост программного обеспечения с открытым исходным кодом в 21 веке разрушил бизнес-модели некоторых поставщиков проприетарного программного обеспечения , а проекты с открытым контентом , такие как Wikipedia, поставили под угрозу бизнес-модели таких компаний, как Britannica . Исследователи изучили совместные проекты с открытым исходным кодом, утверждая, что они дают представление о возникновении крупномасштабного однорангового производства и росте экономики подарков . [26]
Стигмергическое общество
[ редактировать ]Хизер Марш , связанная с движением «Оккупай» , Wikileaks и Anonymous , предложила новую социальную систему, в которой конкуренция как движущая сила будет заменена обществом, более ориентированным на сотрудничество. [27] Это предлагаемое общество будет использовать не представительную демократию , а новые формы управления, основанного на идеях и действиях, а также методы сотрудничества, включая стигмерию. [28] [29] [30] «При стигмергии первоначальная идея дается свободно, и проект управляется идеей, а не личностью или группой личностей. Ни одному человеку не нужно разрешение (конкурентное) или консенсус (кооперативное), чтобы предложить идею или инициировать проект. " [28]
Некоторые участники Гонконгского движения зонтиков в 2014 году рекомендовали стигмеризацию как путь вперед. [31] [32]
См. также
[ редактировать ]- Муравьиная мельница
- Биосемиотика
- Тезис о расширенном разуме
- Зависимость от пути
- Спонтанный заказ
- Аналогия с часовщиком
- р/место
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Марш, Л.; Оноф, К. (2008). «Стигмергическая эпистемология, стигмергическое познание» (PDF) . Исследование когнитивных систем . 9 (1–2): 136–149. дои : 10.1016/j.cogsys.2007.06.009 . S2CID 23140721 .
- ^ Льюис, Тед Г. (12 июня 2012 г.). «Когнитивная стигмергия: исследование возникновения в социальных сетях малых групп». Исследование когнитивных систем . 21 : 7–21. дои : 10.1016/j.cogsys.2012.06.002 . S2CID 40532871 .
- ^ Хейлиген, Фрэнсис (1 декабря 2015 г.). «Стигмергия как универсальный координационный механизм I: Определение и компоненты». Исследование когнитивных систем . 38 : 4–13. дои : 10.1016/j.cogsys.2015.12.002 . S2CID 16431291 .
- ^ Бонабо, Эрик (1999). «Введение редактора: Стигмергия». Искусственная жизнь . 5 (2): 95–96. дои : 10.1162/106454699568692 . ISSN 1064-5462 . S2CID 35422936 .
- ^ Тераулаз, Гай (1999). «Краткая история стигмергии». Искусственная жизнь . 5 (2): 97–116. дои : 10.1162/106454699568700 . ПМИД 10633572 . S2CID 27679536 .
- ^ Социобиология: Новый синтез , Э.О. Уилсон, 1975/2000, стр.186.
- ^ Парунак, Х. против Д. (2003). «Создание роения». В Proc. конф. по роению и сетевому командованию, контролю, связи, компьютерам, разведке, наблюдению и рекогносцировке (C4ISR), Маклин, Вирджиния, США, январь 2003 г.
- ^ Блюм, Кристиан; Меркл, Дэниел (24 сентября 2008 г.). Роевой интеллект: введение и применение . Springer Science & Business Media. стр. 9–12. ISBN 978-3-540-74089-6 .
- ^ Зедадра, Уарда; Жуандо, Николя; Сериди, Хамид; Фортино, Джанкарло (2 февраля 2017 г.). «Многоагентный сбор информации: современное состояние и проблемы исследований» . Моделирование сложных адаптивных систем . 5 (1): 3. дои : 10.1186/s40294-016-0041-8 . ISSN 2194-3206 .
- ^ Галатоло, Федерико А.; Чимино, Марио ГКА; Вальини, Джильола (2018). «Использование стигмергии для включения времени в искусственные нейронные сети». Горная разведка и разведка знаний . Конспекты лекций по информатике. Том. 11308. стр. 248–258. arXiv : 1811.10574 . Бибкод : 2018arXiv181110574G . дои : 10.1007/978-3-030-05918-7_22 . ISBN 978-3-030-05917-0 . S2CID 53774438 .
- ^ Галатоло, Федерико А.; Чимино, Марио ГКА; Вальини, Джильола (2019). «Использование стигмергии в качестве вычислительной памяти при разработке рекуррентных нейронных сетей». Материалы 8-й Международной конференции по приложениям и методам распознавания образов . 1 : 830–836. arXiv : 1903.01341 . Бибкод : 2019arXiv190301341G . дои : 10.5220/0007581508300836 . ISBN 978-989-758-351-3 . S2CID 67855787 .
- ^ Беккерс Р., Холланд О.Э. и Денебур Дж.Л. «От локальных действий к глобальным задачам: стигмергия и коллективная робототехника». Архивировано 4 ноября 2013 г. в Wayback Machine Искусственная жизнь IV. 1994, с.181-189.
- ^ Шапиро, Джеймс А. (июнь 1988 г.). «Бактерии как многоклеточные организмы» (PDF) . Научный американец . 258 (6): 82–89. Бибкод : 1988SciAm.258f..82S . doi : 10.1038/scientificamerican0688-82 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 мая 2012 года . Проверено 8 сентября 2013 г.
- ^ Дворкин, Мартин (2007). «Длительные загадки о миксобактериях» . Микроб . 2 (1): 18–23. дои : 10.1128/микроб.2.18.1 .
- ^ Ранджбар-Сахраи, Б., Вайс Г. и Накисаи, А. (2012). Подход к покрытию с участием нескольких роботов, основанный на стигмергической коммуникации. В Proc. 10-й Немецкой конференции по многоагентным системным технологиям, Vol. 7598, стр. 126-138.
- ^ Джованна Кастеллано, Марио GCACimino и др. Многоагентная система, обеспечивающая совместное понимание ситуации посредством стигмергии на основе позиции и нейро-нечеткого обучения, Neurocomputing, Vol. 135 (2014) стр. 86-97.
- ^ Марио GCA Чимино, Федерико Галатоло, Алессандро Лаццери, Джильола Вальини. Оценка остроты вхождения терминов в микроблогах: подход, основанный на вычислительной стигмергии, ICPRAM 2017
- ^ Марк Эллиот о стигмергии, гражданских вики, средах сотрудничества . Ютуб . 26 августа 2009 г. Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
- ^ Ткач, Натаниэль (2014). Arc.Ask3.Ru и политика открытости . Издательство Чикагского университета. п. 46. дои : 10.7208/чикаго/9780226192444.001.0001 . ISBN 978-0-226-19230-7 .
- ^ Jump up to: а б Infoworld: Разговор со Стивом Бербеком о многоклеточных вычислениях. Архивировано 11 декабря 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ Хейлиген Ф. (2007). Почему разработка открытого доступа настолько успешна? Стигмергическая организация и экономика информации. Архивировано 2 октября 2008 г. в Wayback Machine , в: Б. Латтербек, М. Баервольф и Р.А. Геринг (ред.), Open Source Jahrbuch 2007, Lehmanns Media, 2007, стр. 165-180.
- ^ Марко А. Родригес | Родригес М.А. (2008). Коллективно созданная модель мира. Архивировано 6 января 2009 г. в Wayback Machine , в: Коллективный разум: создание процветающего мира в мире, ред. М. Тови, стр. 261-264, EIN Press, ISBN 0-9715661-6-X , Октон, Вирджиния, ноябрь 2007 г.
- ^ Кристенсен, ЛР (2007). Практики стигмергии в архитектурном творчестве. В материалах международной конференции ACM 2007 г. по конференции по поддержке групповой работы (остров Санибел, Флорида, США, 4–7 ноября 2007 г.). ГРУППА 2007. ACM, Нью-Йорк, 11–20.
- ^ Кристенсен, ЛР (2008). Логика практик стигмергии: репрезентативные артефакты в архитектурном дизайне. В материалах конференции ACM 2008 г. по совместной работе с компьютерной поддержкой (Сан-Диего, Калифорния, США, 8–12 ноября 2008 г.). CSCW '08. ACM, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 559–568.
- ^ Кристенсен, Ларс Руне (2014). «Практики стигмергии в строительном процессе». Совместная работа с компьютерной поддержкой (CSCW) . 23 (1): 1–19. дои : 10.1007/s10606-012-9181-3 . S2CID 2902658 .
- ^ Эллиотт, Марк (2006). «Стигмергическое сотрудничество: эволюция групповой работы: Введение» . Журнал М/К . 9 (2). дои : 10.5204/mcj.2599 .
- ^ Марш, Хизер (8 июня 2013 г.). Связывающий хаос: массовое сотрудничество в глобальном масштабе . Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 9781489527684 . АСИН 1489527680 .
- ^ Jump up to: а б Хизер Марш (9 января 2012 г.). «Предложение по управлению: стигмергия» . Архивировано из оригинала 17 января 2016 г. Проверено 13 января 2016 г.
- ^ Хизер Марш (24 декабря 2011 г.). «Предложение по управлению миром после 2011 года» . Архивировано из оригинала 1 сентября 2013 г. Проверено 15 июля 2013 г.
- ^ Хизер Марш (22 февраля 2012 г.). «Предложение по управлению: концентрические группы пользователей и эпистемические сообщества» . Архивировано из оригинала 31 августа 2013 г. Проверено 15 июля 2013 г.
- ^ Ливенворт, Стюарт (19 ноября 2014 г.). «Протестующие в Гонконге, столкнувшись с разногласиями, ждут действий полиции» . МакКлатчи . Архивировано из оригинала 25 апреля 2018 г. Проверено 24 апреля 2018 г.
несет вывеску «Общества стигмергии». Этот термин относится к социальной организации муравейников, в которой координация достигается не формальной структурой руководства, а независимыми действиями тех, кто имеет общие цели.
- ^ «Оккупай Централ – Часть 1» . www.zoneeuropa.com . Проверено 13 января 2016 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бонабо, Эрик, изд. (весна 1999 г.). «Спецвыпуск о Стигмергии» . Искусственная жизнь . 5 (2): 95–96. дои : 10.1162/106454699568692 . ISSN 1064-5462 . S2CID 35422936 .
- Дойл, Марджери Дж.; Марш, Лесли (2013). «Специальный выпуск: Стигмергия в человеческой сфере» . Исследование когнитивных систем . 21 : 1–74. дои : 10.1016/j.cogsys.2012.06.001 . ISSN 1389-0417 . S2CID 40609378 .
- Эллиотт, Марк (май 2006 г.). «Стигмергическое сотрудничество: эволюция групповой работы» . Журнал М/К . 9 (2). дои : 10.5204/mcj.2599 . ISSN 1441-2616 .
- Хейлиген, Фрэнсис (2016). «Стигмергия как универсальный координационный механизм I: Определение и компоненты». Исследование когнитивных систем . 38 : 4–13. дои : 10.1016/j.cogsys.2015.12.002 . ISSN 1389-0417 . S2CID 16431291 .
- Хейлиген, Фрэнсис (2016). «Стигмергия как универсальный координационный механизм II: Разновидности и эволюция». Исследование когнитивных систем . 38 : 50–59. дои : 10.1016/j.cogsys.2015.12.007 . ISSN 1389-0417 . S2CID 15095421 .
