算法解释了蚂蚁如何创建和修复跟踪网络

想象一下，你是Cephalotes goniodontus物种的成员，这是一种树栖蚂蚁，具有像达斯维达一样的头部，它激发人类称你为“龟蚂蚁”。你正沿着墨西哥哈利斯科州纠结的树冠的一个分支移动，沿着你的殖民地的其他蚂蚁留下的气味踪迹，但是你突然终止了分支被打破的地方。你怎么知道去哪儿?

斯坦福大学生物学教授黛博拉·戈登(Deborah Gordon)在2011年开始研究这些蚂蚁时开始回答这个问题以及许多其他问题。凝视树木 - 有时从梯子顶上 - 戈登花了几个小时记录蚂蚁选择的交叉点。

Gordon的作品于9月29日由美国博物学家在线发表，它开发了一种简单的算法，解释了蚂蚁如何在复杂的植被迷宫中创建，修复和修剪网络。该算法可以解释其他生物过程或提供工程解决方案。

蚂蚁算法

戈登研究过的蚂蚁永远不会离开他们的森林树冠，而是沿着一条连接许多巢穴和食物来源的小道上的葡萄藤，灌木丛和树木的混乱。由于这些食物来源和来源，巢穴消失，树枝断裂，电路每天都会略有变化。

戈登绘制了这些复杂的小径，并设置实验来研究当新食物出现或树枝断裂时蚂蚁的反应。与加州大学圣地亚哥分校Salk生物研究所的Arjun Chandrasekhar和Saket Navlakha一起，Gordon分析了由此产生的数据，以模拟蚂蚁如何修复和修剪它们的踪迹网络。

戈登说：“在每个节点，如果其他人最近没有足够的化学痕迹，蚂蚁可能会迷路。”“所以有一个正在进行的过程不是创建最短路径的网络，而是建立最少路口的网络，蚂蚁必须做出决定并且可能做出错误的路径。似乎进化有利于将蚂蚁保持在一起同样的网络，而不是节省他们走多远的努力。“

C. goniodontus的蚂蚁选择通过跟踪最近越过该交界处的蚂蚁铺设的信息素在交叉点采取哪条路线。信息素蒸发，所以最近蚂蚁最多的路径是最有吸引力的。通过用指甲油标记蚂蚁，戈登发现同样的蚂蚁倾向于从巢中沿着相同的路径行进。

但如果一条线路被破坏，蚂蚁就有一个简单的计划来重新连接线索网络。他们使用所谓的“贪婪搜索”，通过回到最近的交叉点并从该点选择新路径来解决路径中的破裂问题。

戈登说：“即使有什么看起来像是通过返回几个节点来获得更整洁的解决方案，但他们从不使用它。”“他们总是回到最靠近休息点的节点，从那里到最近的节点，依此类推。因为植被如此纠结，他们能够找到通往休息区另一侧的路。”

正如科学中经常发生的那样，算法可以为工程问题提供自然启发的解决方案，从而实现强大而优雅的修复。生成和修复自然网络的算法，如神经元网络和大脑中的突触，帮助我们设计和导航多种工程网络，如Facebook或地铁系统。戈登说，这种由热带树冠中的龟蚂蚁创造的算法是另一个优秀的进化解决方案的例子。