《基於機率切換模型的網路化智慧型群體協作控制機制研究》是依託南開大學，由張建磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於機率切換模型的網路化智慧型群體協作控制機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張建磊
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
智慧型群體通常是指由大量個體經局部動態相互作用而湧現整體有序行為的系統。複雜網路理論為描述群體內部個體之間的相互作用關係提供了有效框架。從控制科學與工程的角度而言，採用演化博弈理論對網路化群體行為進行建模分析與協作控制的研究亟待展開。針對此熱點問題，本項目將融合分散式最佳化的思想，針對局部信息不完備的情況，建立基於機率切換的演化動力學模型。計畫結合系統控制理論和演化博弈理論，分析系統演化的穩定性、收斂性及其他動力學特徵。在理論分析的基礎上，進而開展多機器人系統協作控制算法設計與實驗研究，實現對網路化智慧型群體的有效干預與控制。建立的多機器人系統協作控制平台和算法評價方案，可為多個體分散式工程套用提供必要的理論基礎與方法。
結題摘要
本項目針對網路化智慧型群體的協作控制展開研究，關注個體之間信息互動不完全或受限情況，研究如何提高網路化群體系統適應不確定性的能力。通過借鑑演化博弈理論、分散式最佳化的分析方法，建立可擴展的馬爾科夫切換模型，系統分析該類系統的動力學特性。針對網路化群體中的信息不完備情形，提出基於機率切換模型的狀態演化動力學分析方法。在網路拓撲結構下，把對群體狀態的演化過程的分析轉化為對相對應的隨機矩陣的分析。同時，不同策略轉換機率與個體鄰居個數之間的關係該如何定義，這在異質網路化系統中是一個需要重點考慮的問題。對此，本項目在機率轉換模型基礎上引入了稀薄係數，可以建模鄰居個數變數。理論穩定性分析表明個體對其他成員的影響與網路鄰接數目負相關，並以定理形式給出了多智慧型體系統中多策略的共存條件。為合理體現群體行為的多樣性，建立網路化群體中多狀態演化的動力學模型。通過所提出的機率切換模型，把系統的演化動力學方程穩定性的分析，等價於對非均勻的馬氏鏈的穩定性的分析。進行基於機率切換模型的機器人場地實驗平台的搭建和完善。使用演化博弈理論對多智慧型體覆蓋控制問題建模，將系統中所有智慧型體看作博弈的參與者，它們需要僅利用自身信息和鄰居信息在每一時刻同時做出決策並同步運動，可以選擇的策略集合為每個個體的運動方向。基於這一不斷進行博弈的過程，得到覆蓋控制的模型，並提出評價覆蓋控制效果的性能指標。此外還在算法中加入了孤立節點回歸機制和快速逃離機制。通過國家自然科學基金的資助，本項目組在群體智慧型演化博弈動力學方向取得了一系列研究成果，發表/錄用學術論文21篇（包括SCI二區9篇）。包括IEEE彙刊4篇，Knowledge-based Systems期刊上2篇，International journal of systems science期刊上3篇。EI期刊/會議論文11篇(包括《控制理論與套用》論文1篇)。參編英文著作1部《Modern and Interdisciplinary Problems in Network Science: A Translational Research Perspective》。申請並獲得計算機軟體著作權一項：基於博弈理論的集群智慧型系統仿真軟體v1.0，證書號：軟著登字第2019SR1189798號，項目主持人為第一完成人。全面完成了項目任務書中的各項指標。
