生物に学ぶ動的ネットワーク最適化問題の研究

借鉴生物学的动态网络优化问题研究

• 批准号: 18654022
• 负责人: 小林 亮
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18654022/
• 关键词: 真正粘菌; 変形体; 最短経路探索問題; Physarum; Physarum Solver; スタイナー問題; NP完全; カーナビゲーション

真正粘菌変形体は原始的な神経系さえ持たない、単純な体制を持った多核単細胞生物であるが、迷路を解いたり最短経路問題を解く能力があることが、中垣らによって示されている。彼らが迷路を解く際には最終的なルートに管を残すという形を取るが、単純に迷路を解くというだけでなく、餌の量の多さによって多重にルートを残したり、単独の管を残したりと、状況に応じた反応をしている。我々はこのことを実験的に明らかにし、それを再現する数理モデルを提出した。また、真正粘菌変形体は多くの餌を提示された場合には、それらをできるだけ総長が短い経路でつなぐが、これは数理的にいえばスタイナー問題を近似的に解いていることに他ならない。NP完全問題であるスタイナー問題は、最短経路探索問題よりも遙かに困難な問題であり、まともに解けば計算時間の指数的発散という問題に直面するわけであるが、ここでも真正粘菌変形体は「知性」を発揮している。我々はPhysarum Solverを以下のように拡張することにより、スタイナー問題を近似的に解く方法を開発した。まず与えられた点を含む凸包を細かいネットワークで覆い、短い時間間隔ごとに2頂点のペアをランダムに選び(実際はまず一方を選び、他方はそれからなるべく遠い頂点を選ぶ)、それにPhysarum Solverを適用するのである。このようにすると、スタイナー最小木ではないが、それと位相的に等価な経路を求めることができる。これを元にスタイナー点の位置を緩和することにより、スタイナー最小木に到達できるのである。少なくとも正解がわかる程度に頂点数が少ない場合についてはほぼ確実に正解に到達することがシミュレーションによって確かめられた。

The real slime mold is a multi-nucleated single-celled organism with a primitive form of slime mold.が、The solution to the shortest path problem is the ability to get lost. The final なルートに tube を residual すというshaped をtake るが, 単pure lost をsolved くというだけでなく, the amount of bait is too much, the amount of bait is too much, the amount of bait is too much, the condition is too much, and the situation is too much. My 々はこのことを実験’s に明らかにし, それをappearance するMATHEMATICAL モデルをproposed した.また, the true slime mold shape body は多くのbaitをhint されたoccasion には, それらをできるだけ総长が小経路でつなぐが、これはMathematical にいえばスタイナーproblemをApproximate solutionいていることにhimならない. The NP-complete problem is the problem, the shortest path exploration problem is the difficult problem, and the solution is the solution The problem of calculating the exponent of time is faced directly by the problem of the true slime mold transformation body, "intellectual" and "intelligence". I'm using Physarum Solver to solve the following problems and solve them in an approximate way.まず and えられたpointをcontaining convex hull を thin かいネットワークでcoverい, short いtime interval ごとに2 vertex のペアをランダムに选び(実记はまず一 Party を选び, OTHER FANG はそれからなるべく远い climaxを选ぶ), それにPhysarum Solver is applicable to するのである.このようにすると, スタイナー小木ではないが, それとphase’s に Wait価な経路をquest めることができる.これを元にスタイナーPointの Positionのeasing することにより, スタイナー小木にarrives できるのである.小なくとも正解がわかる DegreeにVertex numberが小ないoccasionについてはほぼcorrect実に正解にarrivedすることがシミュレーションによって正かめられた.

项目成果

A mathematical model for adaptive transport network in path finding by the true slime mold

真粘菌寻路的自适应传输网络数学模型

• 发表时间: 2007
• 期刊: J. Theor. Biol. 244
• 作者: A. Tero;R. Kobayashi and T. Nakagaki
• 通讯作者: R. Kobayashi and T. Nakagaki

Physarum solver : -a biologically inspire method of road-network navigation-

绒泡菌求解器：-一种生物启发的路网导航方法-

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica A 363
• 作者: 柴 玲子・石田 宏代・志倉 圭子;他;田中 裕美子;田中 裕美子(分担執筆);田中 裕美子(分担執筆);Gen Nakamura;Gen Nakamura (他3名);中村玄(他2名);中村 玄;T. Nakagaki;小林 亮;T. Nakagaki;A.Tero;R.Kobayashi;A.Tero
• 通讯作者: A.Tero

Minimum-risk path finding by an adaptive amoebal network

• DOI: 10.1103/physrevlett.99.068104
• 发表时间: 2007-08-10
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Nakagaki, Toshiyuki;Iima, Makoto;Showalter, Kenneth
• 通讯作者: Showalter, Kenneth

粘菌による迷路の解法

使用粘菌解决迷宫问题

• 发表时间: 2007
• 期刊: 細胞工学 26
• 作者: 柴 玲子・石田 宏代・志倉 圭子;他;田中 裕美子;田中 裕美子(分担執筆);田中 裕美子(分担執筆);Gen Nakamura;Gen Nakamura (他3名);中村玄(他2名);中村 玄;T. Nakagaki;小林 亮
• 通讯作者: 小林 亮

Effects of food amount on path selection in transport network of an amoeboid organism

食物量对变形虫运输网络路径选择的影响

• 发表时间: 2007
• 期刊: Topological Aspects of Critical Systems and Networks (Proceedings of the international conference on Topological Aspects of Critical Systems and networks)
• 作者: 柴 玲子・石田 宏代・志倉 圭子;他;田中 裕美子;田中 裕美子(分担執筆);田中 裕美子(分担執筆);Gen Nakamura;Gen Nakamura (他3名);中村玄(他2名);中村 玄;T. Nakagaki;小林 亮;T. Nakagaki
• 通讯作者: T. Nakagaki