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swarm-intelligence-optimizer

An interactive simulator for optimization algorithms inspired by the collective behavior of animals such as ants, bees, birds, and wolves. Users can explore Ant Colony Optimization (ACO), Particle Swarm Optimization (PSO), Artificial Bee Colony (ABC), and Grey Wolf Optimizer (GWO), watching agents solve complex problems using simple local rules that produce emergent intelligent behavior.

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这是什么?

🎯 模拟器提示

📚 术语表

Metaheuristic
一种高级问题解决策略,可指导近乎最优解决方案的搜索过程,适用于各种优化问题,无需特定于问题的知识。
Pheromone
在 ACO 中,人工蚂蚁在溶液图边缘沉积的虚拟化学痕迹,用于通过间接(stigmergic)通信向其他蚂蚁传达有关溶液质量的信息。
Stigmergy
通过修改共享环境、真实蚂蚁使用的机制(信息素踪迹)以及蚁群优化的基础,代理之间进行间接通信。
Fitness Function
评估候选解决方案质量的函数,类似于生物适应性。群体算法试图通过集体搜索来最大化(或最小化)这个函数。
Exploration vs Exploitation
探索搜索空间的新区域(探索)和完善已知的良好解决方案(利用)之间优化的基本权衡。有效的群体算法可以平衡两者。
Convergence
群体的候选解决方案逐渐集中在搜索空间的最优或接近最优区域的过程,理想情况下接近全局最优。
Population
同时搜索解决方案空间的所有候选解决方案(粒子、蚂蚁、蜜蜂、狼)的集合,共享信息以指导集体搜索。
Velocity Update
PSO中,根据个体最佳位置、全局最佳位置和随机因素来调整每个粒子的运动方向和速度的规则。
Evaporation Rate
在 ACO 中,信息素轨迹的速率会随着时间的推移而衰减,从而防止算法过快地收敛于次优解决方案并维持探索。
Waggle Dance
在 ABC 算法和真实蜂群中,蜜蜂与其他蜂群成员共享有关食物来源的位置和质量的信息的通信机制。
Traveling Salesman Problem (TSP)
一个经典的 NP 难组合优化问题,要求访问每个城市一次的最短路线,这是 ACO 和其他群体算法的基准问题。
Inertia Weight
PSO 中的一个参数,用于控制粒子先前速度对其当前运动的影响,平衡动量(探索)与响应性(利用)。
Grey Wolf Hierarchy
在 GWO 中,α(最佳解决方案)、β(第二最佳)、Delta(第三最佳)和 omega(剩余)狼的社会等级制度指导搜索过程。
NP-Hard
一类计算问题,尚无有效的(多项式时间)算法已知,并且群算法等元启发法提供了实用的近似解决方案。
Swarm Robotics
群体智能原理在物理多机器人系统中的应用,其中简单机器人团队通过本地交互进行协调以完成集体任务。
Local Optima
优于所有相邻解决方案但不一定是最佳总体解决方案(全局最优)的解决方案。避免过早收敛到局部最优是所有群体算法的一个关键挑战。
Global Optimum
整个搜索空间中绝对最佳的解决方案。找到全局最优解是优化的最终目标,但证明找到的解决方案确实是全局的对于 NP 困难问题来说通常是棘手的。
Levy Flight
步长取自重尾分布的随机游走模式,用于某些群体算法(例如布谷鸟搜索),以实现远程探索并避免局部最优。
Multi-Objective Optimization
具有多个相互冲突的目标的优化问题,其中没有一个解决方案适合所有目标。群体算法被扩展以寻找非支配解的帕累托最优前沿。
Pareto Front
改善一个目标必然会使另一个目标恶化的一组解决方案,代表多目标优化中的权衡边界。群体算法非常适合发现帕累托前沿。
Benchmark Function
标准化数学函数(例如 Rastrigin、Ackley、Rosenbrock),用于测试和比较不同景观特征的优化算法的性能。
Adaptive Parameter Control
在搜索过程中根据收敛进度自动调整算法参数(种群规模、惯性权重、信息素率)的技术,减少手动调整的需要。
Cuckoo Search
受杜鹃鸟巢寄生启发的群体算法,使用 Levy 飞行进行探索,并利用发现巢穴的概率进行开发,由 Xin-She Yang 和 Suash Deb (2009) 开发。
Whale Optimization Algorithm
受座头鲸气泡网狩猎策略启发的元启发式方法,采用螺旋和收缩包围机制,由 Seyedali Mirjalili (2016) 开发。
Bat Algorithm
受微型蝙蝠回声定位行为启发的群体优化方法,其中频率调谐和脉冲发射速率控制探索和开发,由 Xin-She Yang (2010) 开发。
Self-Organization
在没有外部指导或中央控制的情况下,简单主体之间最初的随机交互自发出现有序模式和结构,这是群体智能的标志。

🏆 关键人物

Marco Dorigo (1992)

在 1992 年的博士论文中发明了蚁群优化(ACO),创立了群体智能最有影响力的分支之一。他的工作表明,使用类似信息素的通信的人工蚂蚁可以解决组合优化问题。

James Kennedy (1995)

受到鸟群和鱼群社会行为的启发,与 Russell Eberhart 共同发明了粒子群优化 (PSO)。 PSO 成为工程和科学领域使用最广泛的优化算法之一。

Craig Reynolds (1986)

创建了 Boids 模拟,演示了如何从三个简单规则(分离、对齐、凝聚)中产生复杂的聚集行为。这项基础工作启发了群体智能算法和电影中的 CGI 人群模拟。

Dervis Karaboga (2005)

开发了人工蜂群 (ABC) 算法,这是一种群体优化方法,其灵感来自蜜蜂的智能觅食行为以及雇佣蜂、旁观蜂和侦察蜂之间的分工。

Russell Eberhart (1995)

与 James Kennedy 共同发明了粒子群优化,并在参数调整、收敛分析以及 PSO 在神经网络训练和工程设计中的应用方面做出了广泛的研究。

Thomas Seeley (1990s-present)

康奈尔大学的一位生物学家,他对蜜蜂决策的详细研究为受蜜蜂启发的算法提供了科学基础,特别是通过他描述集体巢址选择的书《蜜蜂民主》。

Seyedali Mirjalili (2014)

开发了灰狼优化器(GWO)和其他几种受自然启发的元启发式算法,包括鲸鱼优化算法和飞蛾火焰优化,为群体智能工具包的快速扩展做出了贡献。

🎓 学习资源

💬 给学习者的话

{'encouragement': 'Swarm intelligence shows us that you do not need to be the smartest individual to solve the hardest problems -- you just need to work together using simple, honest rules. The same principle applies to learning: every small step you take builds on what others have discovered, and together we advance knowledge.', 'reminder': 'The algorithms you are exploring here are not just academic exercises. ACO routes real delivery trucks, PSO trains real neural networks, and boid-style algorithms animate real movie scenes. Understanding these tools opens doors to careers in AI, logistics, robotics, and data science.', 'action': 'Start by watching ants find the shortest path between cities in the ACO simulation. Then switch to PSO and observe how particles swarm toward the optimal solution. Try adjusting population size and iterations to see how they affect convergence. Each algorithm has a personality -- learn what makes each one special.', 'dream': "We dream of a world where swarm intelligence principles help optimize healthcare delivery in remote villages, route clean water in drought-stricken regions, and coordinate disaster relief drones -- where nature's wisdom serves humanity's most urgent needs.", 'wiaVision': 'WIA Book believes that the algorithms that optimize billion-dollar industries should be understood by everyone, not just a privileged few. Through free, interactive simulators in 206 languages, we bring swarm intelligence education to every learner on Earth.'}

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