We investigate the emergence of cohesive flocking in open, boundless space using a multi-agent reinforcement learning framework. Agents integrate positional and orientational information from their closest topological neighbours and learn to balance alignment and attractive interactions by optimizing a local cost function that penalizes both excessive separation and close-range crowding. The resulting Vicsek-like dynamics is robust to algorithmic implementation details and yields cohesive collective motion with high polar order. The optimal policy is dominated by strong aligning interactions when agents are sufficiently close to their neighbours, and a flexible combination of alignment and attraction at larger separations. We further characterize the internal structure and dynamics of the resulting groups using liquid-state metrics and neighbour exchange rates, finding qualitative agreement with empirical observations in starling flocks. These results suggest that flocking may emerge in groups of moving agents as an adaptive response to the biological imperatives of staying together while avoiding collisions.


翻译:本研究采用多智能体强化学习框架,探究在开放无边界空间中凝聚性集群行为的涌现机制。智能体整合来自拓扑最近邻的位置与方向信息,通过优化局部成本函数(该函数同时惩罚过度分离与近距离拥挤)来学习平衡对齐与吸引相互作用。由此产生的类Vicsek动力学对算法实现细节具有鲁棒性,并能产生具有高极性序的凝聚性集体运动。最优策略表现为:当智能体与邻近个体足够接近时以强对齐相互作用为主导,在较大间距时则采用对齐与吸引作用的灵活组合。我们进一步利用液态指标和邻居交换率对生成群体的内部结构与动力学进行表征,发现其与椋鸟集群的经验观测结果具有定性一致性。这些结果表明,集群行为可能作为移动智能体群体对"保持聚集同时避免碰撞"这一生物必然需求的适应性响应而涌现。

0
下载
关闭预览

相关内容

《基于分层多智能体强化学习的逼真空战协同策略》
专知会员服务
39+阅读 · 2025年10月30日
开放环境下的协作多智能体强化学习进展综述
专知会员服务
34+阅读 · 2025年1月19日
基于强化学习的无人机集群对抗策略推演仿真
专知会员服务
69+阅读 · 2024年4月14日
智能集群系统的强化学习方法综述
专知会员服务
83+阅读 · 2024年1月1日
深度学习框架下群组行为识别算法综述
专知会员服务
31+阅读 · 2022年10月6日
专知会员服务
19+阅读 · 2021年4月3日
清华大学:从单体仿生到群体智能
专知
18+阅读 · 2022年2月9日
浅谈主动学习(Active Learning)
凡人机器学习
32+阅读 · 2020年6月18日
浅谈群体智能——新一代AI的重要方向
中国科学院自动化研究所
44+阅读 · 2019年10月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员