The Levy walk in which the frequency of occurrence of step lengths follows a power-law distribution, can be observed in the migratory behavior of organisms at various levels. Levy walks with power exponents close to 2 are observed, and the reasons are unclear. This study aims to propose a model that universally generates inverse square Levy walks (called Cauchy walks) and to identify the conditions under which Cauchy walks appear. We demonstrate that Cauchy walks emerge universally in goal-oriented tasks. We use the term "goal-oriented" when the goal is clear, but this can be achieved in different ways, which cannot be uniquely determined. We performed a simulation in which an agent observed the data generated from a probability distribution in a two-dimensional space and successively estimated the central coordinates of that probability distribution. The agent has a model of probability distribution as a hypothesis for data-generating distribution and can modify the model such that each time a data point is observed, thereby increasing the estimated probability of occurrence of the observed data. To achieve this, the center coordinates of the model must be close to those of the observed data. However, in the case of a two-dimensional space, arbitrariness arises in the direction of correction of the center; this task is goal oriented. We analyze two cases: a strategy that allocates the amount of modification randomly in the x- and y-directions, and a strategy that determines allocation such that movement is minimized. The results reveal that when a random strategy is used, the frequency of occurrence of the movement lengths shows a power-law distribution with exponent 2. When the minimum strategy is used, the Brownian walk appears. The presence or absence of the constraint of minimizing the amount of movement may be a factor that causes the difference between Brownian and Levy walks.


翻译:莱维行走(步长出现频率遵循幂律分布)可观察于不同层次生物的迁徙行为中。实验观测到幂指数接近2的莱维行走现象,但其成因尚不明确。本研究旨在提出一个能普适生成逆平方莱维行走(称为柯西行走)的模型,并确定柯西行走出现的条件。我们证明柯西行走在目标导向任务中会普适涌现。所谓"目标导向",是指目标明确但达成方式存在多种可能且无法唯一确定的情形。我们进行了一项模拟实验:智能体在二维空间中观测某概率分布生成的数据点,并连续估计该概率分布的中心坐标。智能体将概率分布模型作为数据生成分布的假设,并能在每次观测数据点后修正模型,以提高对观测数据出现概率的估计。要实现这点,模型中心坐标需接近观测数据坐标。然而在二维空间中,中心修正方向存在任意性——这正是目标导向任务的特征。我们分析了两种策略:一种将修正量随机分配至x轴和y轴方向;另一种则通过最小化移动距离来确定分配方案。研究结果表明:采用随机策略时,移动步长出现频率呈幂指数为2的幂律分布;采用最小化策略时则出现布朗行走。移动量最小化约束的存在与否,可能是导致布朗行走与莱维行走差异的关键因素。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2023新书】随机模型基础,815页pdf
专知会员服务
105+阅读 · 2023年5月10日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月13日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员