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蚁群算法ACO(antcolonyoptimization)的原理以及实现源代码ByMinidxer|February1,2008之前说的算法基本上都比较枯燥的（废话，算法都很枯燥……），这次要介绍的蚁群算法(AntColonyAlgorithm)却是一种源于自然现象的算法，也是一种metaheuristic，即与具体问题关系不大的优化算法，也就是它是一种用来在图中寻找优化路径的机率型技术。MarcoDorigo于1992年在他的博士论文中引入，其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。小小的蚂蚁总是能够找到食物，他们具有什么样的智能呢？设想，如果我们要为蚂蚁设计一个人工智能的程序，那么这个程序要多么复杂呢？首先，你要让蚂蚁能够避开障碍物，就必须根据适当的地形给它编进指令让他们能够巧妙的避开障碍物，其次，要让蚂蚁找到食物，就需要让他们遍历空间上的所有点；再次，如果要让蚂蚁找到最短的路径，那么需要计算所有可能的路径并且比较它们的大小，而且更重要的是，你要小心翼翼的编程，因为程序的错误也许会让你前功尽弃。这是多么不可思议的程序！太复杂了，恐怕没人能够完成这样繁琐冗余的程序。为什么这么简单的程序会让蚂蚁干这样复杂的事情？答案是：简单规则的涌现。事实上，每只蚂蚁并不是像我们想象的需要知道整个世界的信息，他们其实只关心很小范围内的眼前信息，而且根据这些局部信息利用几条简单的规则进行决策，这样，在蚁群这个集体里，复杂性的行为就会凸现出来。这就是人工生命、复杂性科学解释的规律！下面就是实现如此复杂性的七条简单规则：1、范围：蚂蚁观察到的范围是一个方格世界，蚂蚁有一个参数为速度半径（一般是3），那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界，并且能移动的距离也在这个范围之内。2、环境：蚂蚁所在的环境是一个虚拟的世界，其中有障碍物，有别的蚂蚁，还有信息素，信息素有两种，一种是找到食物的蚂蚁洒下的食物信息素，一种是找到窝的蚂蚁洒下的窝的信息素。每个蚂蚁都仅仅能感知它范围内的环境信息。环境以一定的速率让信息素消失。3、觅食规则：在每只蚂蚁能感知的范围内寻找是否有食物，如果有就直接过去。否则看是否有信息素，并且比较在能感知的范围内哪一点的信息素最多，这样，它就朝信息素多的地方走，并且每只蚂蚁多会以小概率犯错误，从而并不是往信息素最多的点移动。蚂蚁找窝的规则和上面一样，只不过它对窝的信息素做出反应，而对食物信息素没反应。4、移动规则：每只蚂蚁都朝向信息素最多的方向移，并且，当周围没有信息素指引的时候，蚂蚁会按照自己原来运动的方向惯性的运动下去，并且，在运动的方向有一个随机的小的扰动。为了防止蚂蚁原地转圈，它会记住最近刚走过了哪些点，如果发现要走的下一点已经在最近走过了，它就会尽量避开。5、避障规则：如果蚂蚁要移动的方向有障碍物挡住，它会随机的选择另一个方向，并且有信息素指引的话，它会按照觅食的规则行为。7、播撒信息素规则：每只蚂蚁在刚找到食物或者窝的时候撒发的信息素最多，并随着它走远的距离，播撒的信息素越来越少。下面的程序开始运行之后，蚂蚁们开始从窝里出动了，寻找食物；他们会顺着屏幕爬满整个画面，直到找到食物再返回窝。其中，‘F’点表示食物，‘H’表示窝，白色块表示障碍物，‘+’就是蚂蚁了。参数说明：最大信息素：蚂蚁在一开始拥有的信息素总量，越大表示程序在较长一段时间能够存在信息素。信息素消减的速度：随着时间的流逝，已经存在于世界上的信息素会消减，这个数值越大，那么消减的越快。错误概率表示这个蚂蚁不往信息素最大的区域走的概率，越大则表示这个蚂蚁越有创新性。速度半径表示蚂蚁一次能走的最大长度，也表示这个蚂蚁的感知范围。记忆能力表示蚂蚁能记住多少个刚刚走过点的坐标，这个值避免了蚂蚁在本地打转，停滞不前。而这个值越大那么整个系统运行速度就慢，越小则蚂蚁越容易原地转圈。源代码如下(不同编译器可能需做一定修改)：/*ant.c*/#defineSPACE0x20#defineESC0x1b#defineANT_CHAR_EMPTY'+'#defineANT_CHAR_FOOD153#defineHOME_CHAR'H'#defineFOOD_CHAR'F'#defineFOOD_CHAR2'f'#defineFOOD_HOME_COLOR12#defineBLOCK_CHAR177#defineMAX_ANT50#defineINI_SPEED3#defineMAXX80#defineMAXY23#defineMAX_FOOD10000#defineTARGET_FOOD200#defineMAX_SMELL5000#defineSMELL_DROP_RATE0.05#defineANT_ERROR_RATE0.02#defineANT_EYESHOT3#defineSMELL_GONE_SPEED50#defineSMELL_GONE_RATE0.05#defineTRACE_REMEMBER50#defineMAX_BLOCK100#defineNULL0#defineUP1#defineDOWN2#defineLEFT3#defineRIGHT4#defineSMELL_TYPE_FOOD0#defineSMELL_TYPE_HOME1#includestdio.h#includeconio.h#includedos.h#includestdlib.h#includedos.h#includeprocess.h#includectype.h#includemath.hvoidWorldInitial(void);voidBlockInitial(void);voidCreatBlock(void);voidSaveBlock(void);voidLoadBlock(void);voidHomeFoodInitial(void);voidAntInitial(void);voidWorldChange(void);voidAntMove(void);voidAntOneStep(void);voidDealKey(charkey);voidClearSmellDisp(void);voidDispSmell(inttype);intAntNextDir(intxxx,intyyy,intddir);intGetMaxSmell(inttype,intxxx,intyyy,intddir);intIsTrace(intxxx,intyyy);intMaxLocation(intnum1,intnum2,intnum3);intCanGo(intxxx,intyyy,intddir);intJudgeCanGo(intxxx,intyyy);intTurnLeft(intddir);intTurnRight(intddir);intTurnBack(intddir);intMainTimer(void);charWaitForKey(intsecnum);voidDispPlayTime(void);intTimeUse(void);voidHideCur(void);voidResetCur(void);/*---------------*/structHomeStruct{intxxx,yyy;intamount;intTargetFood;}home;structFoodStruct{intxxx,yyy;intamount;}food;structAntStruct{intxxx,yyy;intdir;intspeed;intSpeedTimer;intfood;intSmellAmount[2];inttracex[TRACE_REMEMBER];inttracey[TRACE_REMEMBER];intTracePtr;intIQ;}ant[MAX_ANT];intAntNow;inttimer10ms;structtimestarttime,endtime;intSmell[2][MAXX+1][MAXY+1];intblock[MAXX+1][MAXY+1];intSmellGoneTimer;intSmellDispFlag;intCanFindFood;intHardtoFindPath;/*-----Main--------*/voidmain(void){charKeyPress;inttu;clrscr();HideCur();WorldInitial();do{timer10ms=MainTimer();if(timer10ms)AntMove();if(timer10ms)WorldChange();tu=TimeUse();if(tu=60&&!CanFindFood){gotoxy(1,MAXY+1);printf(Cannotfindfood,maybeablockworld.);WaitForKey(10);WorldInitial();}if(tu=180&&home.amount100&&!HardtoFindPath){gotoxy(1,MAXY+1);printf(God!itissodifficulttofindapath.);if(WaitForKey(10)==0x0d)WorldInitial();else{HardtoFindPath=1;gotoxy(1,MAXY+1);printf();}}if(home.amount=home.TargetFood){gettime(&endtime);KeyPress=WaitForKey(60);DispPlayTime();WaitForKey(10);WorldInitial();}elseif(kbhit()){KeyPress=getch();DealKey(KeyPress);}elseKeyPress=NULL;}while(KeyPress!=ESC);gettime(&endtime);DispPlayTime();WaitForKey(10);clrscr();ResetCur();}/*------generalsubprocess-----------*/intMainTimer(void)/*output:howmuch10mshavepassfromlasttimecallthisprocess*/{staticintoldhund,oldsec;structtimet;inttimeuse;gettime(&t);timeuse=0;if(t.ti_hund!=oldhund){if(t.ti_sec!=oldsec){timeuse+=100;oldsec=t.ti_sec;}timeuse+=t.ti_hund-oldhund;oldhund=t.ti_hund;}elsetimeuse=0;return(timeuse);}charWaitForKey(intsecnum)/*funtion:ifhavekeyin,exitimmediately,elsewait'secnum'sencondsthenexitinput:secnum--waitthissenconds,must3600(1hour)output:keychar,ifnokeyin(exitwhentimeout),returnNULL*/{intsecin,secnow;intminin,minnow;inthourin,hournow;intsecuse;structtimet;gettime(&t);secin=t.ti_sec;minin=t.ti_min;hourin=t.ti_hour;do{if(kbhit())return(getch());gettime(&t);secnow=t.ti_sec;minnow=t.ti_min;hournow=t.ti_hour;if(hournow!=hourin)minnow+=60