《結構與狀態耦合的多自主體網路系統的同步研究》是依託上海交通大學，由王琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：結構與狀態耦合的多自主體網路系統的同步研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王琳
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多自主體網路系統由大量局部相互作用的個體組成，個體間的相互作用構成了系統的網路結構。現實世界中的大量系統，其網路結構往往受個體狀態的改變而動態變化，網路演化與個體動力學相互影響，耦合在一起。鑒於這類系統現有理論分析的匱乏，本項目將考慮結構與狀態互相耦合的多自主體網路系統，進行以下兩方面的研究:(1) 以幾個典型的集群模型為出發點，分析個體狀態對網路結構的影響；研究網路結構與個體狀態間的耦合關係，給出系統同步的參數條件，揭示系統結構與狀態通過相互作用自組織到有序行為的內在機理。(2)在模型分析的基礎上，利用個體運動時的趨同和避障傾向，提出干預群體行為的有效算法，分析算法的有效性、收斂性及對外界干擾的魯棒性。這類系統的深入研究不僅對理解自然和社會中的複雜現象具有重要意義，同時也能為不斷出現和發展的新技術、新套用，如移動感測器網路，多機器人協作等，提供理論基礎。
結題摘要
結構與狀態互相影響的多自主體網路系統在生物、社會及眾多人造系統中廣泛存在。為了更深入地研究系統結構與狀態自組織到有序行為的內在機理，本項目以典型的集群模型為出發點，分析網路結構與系統狀態間的耦合關係，研究二者互相影響、共同演化的動力學過程。在模型分析的基礎上，進一步研究干預此類系統的有效方法。主要工作包括：(1) 針對無向動態耦合網路：基於Boid模型設計有限勢函式來調整個體間的距離，使得群體在運動中保持連通且避免碰撞。進一步，考慮了速度信息不可測的情況，基於鄰居位置信息設計補償量代替速度信息使得群體達到同步。對於跟蹤問題，考慮了領導者速度變化及加速度不可知的情況，通過整合鄰居的相對速度來補償未知的加速度信息，及通過設計領導者位置和速度的觀測器來估計領導者的加速度，結合有限勢函式自組織保證網路的連通性從而完成跟蹤任務。此外，還考慮了變速Vicsek模型的同步問題，以及具有有限信任度和異質個體的社會學習過程。(2) 針對有向動態耦合網路：研究了具有固定鄰居個數的群體同步，給出了個體鄰居數、運動速率、群體大小及初始狀態與同步間的關係。基於經典的HK學習模型，在信任半徑外引入基於觀點相似性選取的隨機鄰居，研究了信任半徑及隨機鄰居對同步的影響。進一步，提出了一種既有信任半徑又有影響半徑的觀點動力學模型，發現異質性並不總是促進群體達到一致。將貝葉斯學習和鄰居影響結合起來構建學習模型，基於“物以類聚、人以群分”的思想構建自適應網路拓撲結構，研究不同真實狀態下信念的形成、社會結構的演化以及二者的相互作用關係。此外，還研究了有向網路結構對觀點演化及個體競爭的影響。(3) 針對群體干預：在不改變個體已有行為規則的基礎上，利用個體運動的趨同和避碰傾向，設計干預策略。特別地，利用趨同傾向，基於Vicsek模型，通過加入智慧型個體並設計智慧型個體的移動策略使得其在一個固定的周期內能影響到所有個體，並且不產生負面的引導作用。利用避碰傾向，以機器牧羊人牧羊過程為背景，基於Boid模型，對機器人設計基於目標點的干預策略及基於群體最小包絡圓的干預策略，在Netlogo平台上仿真驗證算法的有效性及魯棒性。 受本項目資助發表SCI期刊論文10篇，EI論文11篇。
