Stigmergie – Wikipedia

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Sozialer Netzwerkmechanismus der indirekten Koordination

Ameisenpfade gebaut aus Pheromonspuren

Stigmergie ( STIG-mər-jee) ist ein Mechanismus des indirekten Koordinierung, durch die Umgebung, zwischen Agenten oder Aktionen.[1] Das Prinzip besteht darin, dass die Spuren, die eine einzelne Handlung in der Umwelt hinterlässt, die Ausführung einer nachfolgenden Handlung durch denselben oder einen anderen Agenten stimulieren. Agenten, die auf Spuren in der Umgebung reagieren, erhalten positive Fitnessvorteile, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich diese Verhaltensweisen im Laufe der Zeit innerhalb einer Population festsetzen.[2]

Stigmergie ist eine Form der Selbstorganisation. Es entstehen komplexe, scheinbar intelligente Strukturen, ohne dass es einer Planung, Steuerung oder gar direkten Kommunikation zwischen den Agenten bedarf. Als solches unterstützt es eine effiziente Zusammenarbeit zwischen extrem einfachen Agenten, die möglicherweise kein Gedächtnis oder kein individuelles Bewusstsein füreinander haben.[1][3]

Geschichte[edit]

Der Begriff “Stigmergie” wurde 1959 vom französischen Biologen Pierre-Paul Grassé eingeführt, um sich auf das Verhalten von Termiten zu beziehen. Er definierte es als: “Stimulation der Arbeiter durch die von ihnen erbrachte Leistung.” Es leitet sich von den griechischen Wörtern ab μα Stigma “markieren, unterschreiben” und ἔργον ergon “Arbeit, Handlung” und fängt die Vorstellung ein, dass die Handlungen eines Agenten in der Umgebung Zeichen hinterlassen, die er und andere Agenten wahrnehmen und die ihre nachfolgenden Handlungen bestimmen und anregen.[4][5]

Später wurde unterschieden zwischen dem stigmergischen Phänomen, das spezifisch für die Anleitung zu zusätzlicher Arbeit ist, und der allgemeineren, nicht-arbeitsspezifischen Anregung, für die der Begriff sematektonisch Kommunikation wurde geprägt[6] von EO Wilson, aus den griechischen Wörtern μα sema “Zeichen, Zeichen”, und τέκτων tekton “Handwerker, Baumeister”: “Es bedarf eines allgemeineren, etwas weniger plumpen Ausdrucks, um die Hervorrufung jeglicher Form von Verhalten oder physiologischer Veränderung durch den Nachweis der Arbeit anderer Tiere zu bezeichnen, einschließlich des Sonderfalls der Anleitung von Zusätzliche Arbeit.”

Stigmergie ist jetzt einer der Schlüssel[7] Konzepte im Bereich der Schwarmintelligenz.

Stigmerisches Verhalten bei nicht-menschlichen Organismen[edit]

Stigmergie wurde zuerst bei sozialen Insekten beobachtet. Ameisen tauschen zum Beispiel Informationen aus, indem sie auf dem Weg zurück zum Nest Pheromone (die Spur) ablegen, wenn sie Nahrung gefunden haben. Auf diese Weise entwickeln sie gemeinsam ein komplexes Wegenetz, das das Nest auf effiziente Weise mit verschiedenen Nahrungsquellen verbindet. Wenn Ameisen auf der Suche nach Nahrung aus dem Nest kommen, werden sie durch das Pheromon stimuliert, der Spur zur Nahrungsquelle zu folgen. Das Wegenetz fungiert als gemeinsamer externer Speicher für die Ameisenkolonie.[citation needed]

In der Informatik wurde diese allgemeine Methode in einer Vielzahl von Techniken angewendet, die als Ameisenkolonieoptimierung bezeichnet werden und nach Lösungen für komplexe Probleme suchen, indem sie “virtuelle Pheromone” entlang vielversprechend erscheinenden Pfaden ablagern.[8]

Im Bereich der künstlichen neuronalen Netze kann Stigmergy als Rechenspeicher verwendet werden. F. Galatolo zeigte, dass ein stigmergischer Speicher die gleichen Leistungen wie komplexere und etabliertere neuronale Netzwerkarchitekturen wie LSTM . erreichen kann[9][10]

Andere eusoziale Kreaturen wie Termiten verwenden Pheromone, um ihre komplexen Nester zu bauen, indem sie einem einfachen dezentralisierten Regelwerk folgen. Jedes Insekt schöpft einen „Schlammball“ oder ähnliches Material aus seiner Umgebung, durchtränkt den Ball mit Pheromonen und legt ihn zunächst an einer zufälligen Stelle auf dem Boden ab. Termiten werden jedoch von den Pheromonen ihrer Nestkameraden angezogen und werfen daher eher ihre eigenen Schlammbälle auf die ihrer Nachbarn. Je größer der Schlammhaufen wird, desto attraktiver ist er und desto mehr Schlamm wird ihm hinzugefügt (positives Feedback). Dies führt im Laufe der Zeit zum Bau von Pfeilern, Bögen, Tunneln und Kammern.[11]

Stigmergie wurde sogar bei Bakterien beobachtet, von denen sich verschiedene Arten in verschiedene Zelltypen differenzieren und die an Gruppenverhalten teilnehmen, das von ausgeklügelten zeitlichen und räumlichen Kontrollsystemen gesteuert wird.[12] Spektakuläre Beispiele für vielzelliges Verhalten finden sich bei den Myxobakterien. Myxobakterien reisen in Schwärme enthält viele Zellen, die durch interzelluläre molekulare Signale zusammengehalten werden. Die meisten Myxobakterien sind räuberisch: Individuen profitieren von der Aggregation, da sie die Ansammlung extrazellulärer Enzyme ermöglicht, die zum Verdauen von Beutemikroorganismen verwendet werden. Wenn Nährstoffe knapp sind, aggregieren myxobakterielle Zellen zu Fruchtkörper, in dem sich die schwärmenden Zellen in ruhende Myxosporen mit dicken Zellwänden verwandeln. Es wird angenommen, dass der Fruchtungsprozess Myxobakterien zugute kommt, indem sichergestellt wird, dass das Zellwachstum mit einer Gruppe (einem Schwarm) von Myxobakterien und nicht mit isolierten Zellen wieder aufgenommen wird. Ähnliche Lebenszyklen haben sich bei den zellulären Schleimpilzen entwickelt. Die bekannteste der Myxobakterien, Myxococcus xanthus und Stigmatella aurantiaca, werden in verschiedenen Labors als prokaryontische Entwicklungsmodelle untersucht.[13]

Analyse des menschlichen Verhaltens[edit]

Stigmergie, die in eusozialen Kreaturen und physischen Systemen untersucht wurde, wurde als Modell für die Analyse einiger Robotersysteme vorgeschlagen.[14] Multiagentensysteme,[15] Kommunikation in Computernetzwerken und Online-Communities.[16]

Im Internet gibt es viele kollektive Projekte, bei denen Benutzer nur durch Modifizieren lokaler Teile ihrer gemeinsamen virtuellen Umgebung interagieren. Wikipedia ist ein Beispiel dafür.[17][18] Die massive Informationsstruktur, die in einem Wiki verfügbar ist,[19] oder ein Open-Source-Softwareprojekt wie der FreeBSD-Kernel[19] könnte mit einem Termitennest verglichen werden; Ein erster Benutzer hinterlässt einen Samen einer Idee (einen Mudball), der andere Benutzer anzieht, die dann auf diesem ursprünglichen Konzept aufbauen und es modifizieren, um schließlich eine ausgeklügelte Struktur verbundener Gedanken zu konstruieren.[20][21]

Darüber hinaus wurde das Konzept der Stigmergie auch verwendet, um zu beschreiben, wie kooperative Arbeit wie die Gebäudeplanung integriert werden kann. Der Entwurf eines großen zeitgenössischen Gebäudes umfasst ein großes und vielfältiges Netzwerk von Akteuren (zB Architekten, Bauingenieure, Statiker, Gebäudetechniker). Ihre verteilten Aktivitäten können teilweise durch stigmerische Praktiken integriert werden.[22][23][24]

Analyse menschlicher sozialer Bewegungen[edit]

Der Aufstieg von Open-Source-Software im 21. Jahrhundert hat die Geschäftsmodelle einiger proprietärer Softwareanbieter durcheinander gebracht, und Open-Content-Projekte wie Wikipedia haben die Geschäftsmodelle von Unternehmen wie Britannica bedroht. Forscher haben kollaborative Open-Source-Projekte untersucht und argumentiert, dass sie Einblicke in die Entstehung der groß angelegten Peer-Produktion und das Wachstum der Schenkökonomie liefern.[25]

Stigmerge Gesellschaft[edit]

Heather Marsh, die mit der Occupy-Bewegung, Wikileaks und Anonymous verbunden ist, hat ein neues soziales System vorgeschlagen, in dem der Wettbewerb als treibende Kraft durch eine kollaborativere Gesellschaft ersetzt würde.[26] Diese vorgeschlagene Gesellschaft würde keine repräsentative Demokratie verwenden, sondern neue Formen der ideen- und handlungsbasierten Governance und kollaborative Methoden einschließlich Stigmergie.[27][28][29] “Bei Stigmergy wird eine erste Idee frei gegeben und das Projekt wird von der Idee angetrieben, nicht von einer Persönlichkeit oder einer Gruppe von Persönlichkeiten. Kein Einzelner braucht die Erlaubnis (kompetitiv) oder den Konsens (kooperativ), um eine Idee vorzuschlagen oder ein Projekt zu initiieren. “[27]

Einige Mitglieder der Umbrella-Bewegung in Hongkong im Jahr 2014 wurden zitiert, Stigmergie als Weg nach vorn zu empfehlen.[30][31]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein B Marsch, L.; Onof, C. (2008). “Stigmerge Epistemologie, stigmerge Kognition” (PDF). Kognitive Systemforschung. 9 (1–2): 136–149. mach:10.1016/j.cogsys.2007.06.009.
  2. ^ Lewis, Ted G. (12. Juni 2012). „Kognitive Stigmergie: Eine Studie über die Entstehung in sozialen Netzwerken in kleinen Gruppen“. Kognitive Systemforschung. 21: 7–21. mach:10.1016/j.cogsys.2012.06.002.
  3. ^ Heylighen, Francis (1. Dezember 2015). „Stigmergie als universeller Koordinationsmechanismus I: Definition und Komponenten“. Kognitive Systemforschung. 38: 4–13. mach:10.1016/j.cogsys.2015.12.002.
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  7. ^ Parunak, H. gegen D. (2003). “Schwärmen möglich machen.” In Proz. von Konf. on Swarming and Network Enabled Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (C4ISR), McLean, Virginia, USA, Januar 2003.
  8. ^ Zedadra, Ouarda; Jouandeau, Nicolas; Seridi, Hamid; Fortino, Giancarlo (2017-02-02). “Multi-Agent Foraging: Stand der Technik und Forschungsherausforderungen”. Modellierung komplexer adaptiver Systeme. 5 (1): 3. doi:10.1186/s40294-016-0041-8. ISSN 2194-3206.
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  10. ^ Galatolo, Federico A.; Cimino, Mario GCA; Vaglini, Gigliola (2019). „Verwendung von Stigmergie als Rechenspeicher im Design rekurrenter neuronaler Netze“. Proceedings of the 8th International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods. 1: 830–836. arXiv:1903.01341. Bibcode:2019arXiv190301341G. mach:10.5220/00075811508300836. ISBN 978-989-758-351-3.
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Weiterlesen[edit]