Prírodou inšpirované algoritmy

MANTA

MANTA (Modeling of ANTnest Activity) patrí medzi typické simulátory mravčích kolónií. Vytvoril ho Alexis Drogoul v laboratóriu J.Ferbera na parížskej univerzite. MANTA má v úmysle poskytovať softvérové prostredie, ktorému je možné klásť otázky týkajúce sa kolektívnych a sociálnych výpočtov. Drogoul pri tvorení tohto programu použil formalizmus objektovo-orientovaného, alebo lepšie, agent-orientovaného programovania.

Hlavná idea programu je založená na modelovaní mravčích kolónií prostredníctvom súborov reaktívnych agentov. Reaktívny agent je typ autonómneho agenta, ktorý môže

• vysielať a prijímať signály

• nemôže sa učiť alebo "myslieť", jednoducho stereotypne reaguje na prijaté správy

MANTA obsahuje tri triedy agentov

• "asistenti", kráľovná, robotníci, trúdy

• "asistovaní", larva v rôznych štádiách vývoja, kukly

• "fyzikálni" agenti: svetlo, vlhkosť, odpadky, mŕtve mravce

Charakteristiky agentov sú podmienené hierarchickou štruktúrou. Vlastnosti sú zahrnuté v programovacej jednotke nazývanej trieda (class). Trieda na nižšom stupni hierarchie dedí vlastnosti tried na vyššom stupni hierarchie. V simulácii, všetci agenti majú:

• rovnakú abstraktnú formu správania sa(trieda EthoBehavior)

• grafickú reprezentáciu (ikonu) (trieda InterfaceBehavior)

• priestorovú lokalizáciu (trieda LocateBehavior)

• schopnosť dospievať (trieda MaturingBehavior)

Drogoul používal simuláciu MANTA na študovanie vzniku spoločenstva u osích kolónií. Sociogenéza je proces, v ktorom jeden jedinec, oplodnená kráľovná, určí vzostup celého spoločenstva hmyzu. Sociogenéza je chúlostivý proces z bioenergetického hľadiska. Na začiatku procesu, jediný zdroj energie získava kráľovná degeneráciou svojich krídlových svalov. Neskôr sa vajíčka vyvinú na robotnice a začnú prinášať krmivo späť do hniezda a živiť kráľovnú. V nasledujúcom štádiu kráľovná musí optimalizovať svoje výdavky na kŕmenie, znášanie nových vajíčok, starať sa o existujúce vajíčka a larvy, a pod.

Sociogenéza u reálneho hmyzu je dobre preskúmaná, obzvlášť sledovanie počtov jedincov rôznych typov(vajcia, larvy, kukly, robotníci) v závislosti na čase. Drogoul rozbehol experimenty, v ktorých jeho MANTA simulátor bol inicializovaný s jednou kráľovnou a rozumným nastavením fyzikálnych parametrov (vlhkosť, svetlo, apod.). Zistil, že dosiahol sociogenézny proces, ktorý vykazoval istú podobnosť s reálnym sociogenéznym procesom. Napríklad zistil, že veľkosť vajíčkovej populácie oscilovala so vzrastajúcou amplitúdou ako v jeho pokusoch, tak i v živej prírode. Tiež zistil, že percento neúspešných sociogenéznych procesov, ktoré končili smrťou kráľovnej, bolo vo výpočtoch tiež podobné s prírodou.

MANTA ilustruje riešenie niektorých ťažkostí umelého života, ktorý v sebe zahŕňa viacero vedných odborov. Program je z hľadiska počítačovej vedy dosť sofistický. Ide o pokus prispôsobiť biológiu a fyziku umelého sveta do tvaru agent- a objektovo-orientovaného programovania. V tomto tvare, program tvorí dokonalý celok, v ktorom sú všetky vlastnosti organizované v presnej hierarchickej forme. Prínos projektu MANTA je v tom, že potvrdzuje často hlásanú ideu, že mravčie spoločenstvá sú softvérovo reprezentovateľné ako hierarchie agentov. V takto poskytnutom konkrétnom príklade ukazuje silu ale i ohraničenia tohto prístupu. Teda, prírodovedný obsah tohto projektu je len málo zrovnateľný s obsahom počítačovej vedy. Toto by však mohlo byť napravené uzavretím lepšej spolupráce s prírodovedcami.