蟻群算法(ant colony optimization, ACO)，又稱螞蟻算法，是一種用來(lái)在圖中尋找優(yōu)化路徑的機(jī)率型技術(shù)。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中引入，其靈感來(lái)源于螞蟻在尋找食物過(guò)程中發(fā)現(xiàn)路徑的行為。



為什么小小的螞蟻能夠找到食物？他們具有智能么？設(shè)想，如果我們要為螞蟻設(shè)計(jì)一個(gè)人工智能的程序，那么這個(gè)程序要多么復(fù)雜呢？首先，你要讓螞蟻能夠避開(kāi)障礙物，就必須根據(jù)適當(dāng)?shù)牡匦谓o它編進(jìn)指令讓他們能夠巧妙的避開(kāi)障礙物，其次，要讓螞蟻找到食物，就需要讓他們遍歷空間上的所有點(diǎn)；再次，如果要讓螞蟻找到最短的路徑，那么需要計(jì)算所有可能的路徑并且比較它們的大小，而且更重要的是，你要小心翼翼的編程，因?yàn)槌绦虻腻e(cuò)誤也許會(huì)讓你前功盡棄。這是多么不可思議的程序！太復(fù)雜了，恐怕沒(méi)人能夠完成這樣繁瑣冗余的程序。

然而，事實(shí)并沒(méi)有你想得那么復(fù)雜，上面這個(gè)程序每個(gè)螞蟻的核心程序編碼不過(guò)100多行！為什么這么簡(jiǎn)單的程序會(huì)讓螞蟻干這樣復(fù)雜的事情？答案是：簡(jiǎn)單規(guī)則的涌現(xiàn)。事實(shí)上，每只螞蟻并不是像我們想象的需要知道整個(gè)世界的信息，他們其實(shí)只關(guān)心很小范圍內(nèi)的眼前信息，而且根據(jù)這些局部信息利用幾條簡(jiǎn)單的規(guī)則進(jìn)行決策，這樣，在蟻群這個(gè)集體里，復(fù)雜性的行為就會(huì)凸現(xiàn)出來(lái)。這就是人工生命、復(fù)雜性科學(xué)解釋的規(guī)律！那么，這些簡(jiǎn)單規(guī)則是什么呢？下面詳細(xì)說(shuō)明：

1、范圍：
螞蟻觀察到的范圍是一個(gè)方格世界，螞蟻有一個(gè)參數(shù)為速度半徑（一般是3），那么它能觀察到的范圍就是3*3個(gè)方格世界，并且能移動(dòng)的距離也在這個(gè)范圍之內(nèi)。
2、環(huán)境：
螞蟻所在的環(huán)境是一個(gè)虛擬的世界，其中有障礙物，有別的螞蟻，還有信息素，信息素有兩種，一種是找到食物的螞蟻灑下的食物信息素，一種是找到窩的螞蟻灑下的窩的信息素。每個(gè)螞蟻都僅僅能感知它范圍內(nèi)的環(huán)境信息。環(huán)境以一定的速率讓信息素消失。
3、覓食規(guī)則：
在每只螞蟻能感知的范圍內(nèi)尋找是否有食物，如果有就直接過(guò)去。否則看是否有信息素，并且比較在能感知的范圍內(nèi)哪一點(diǎn)的信息素最多，這樣，它就朝信息素多的地方走，并且每只螞蟻多會(huì)以小概率犯錯(cuò)誤，從而并不是往信息素最多的點(diǎn)移動(dòng)。螞蟻找窩的規(guī)則和上面一樣，只不過(guò)它對(duì)窩的信息素做出反應(yīng)，而對(duì)食物信息素沒(méi)反應(yīng)。
4、移動(dòng)規(guī)則： 
每只螞蟻都朝向信息素最多的方向移，并且，當(dāng)周圍沒(méi)有信息素指引的時(shí)候，螞蟻會(huì)按照自己原來(lái)運(yùn)動(dòng)的方向慣性的運(yùn)動(dòng)下去，并且，在運(yùn)動(dòng)的方向有一個(gè)隨機(jī)的小的擾動(dòng)。為了防止螞蟻原地轉(zhuǎn)圈，它會(huì)記住最近剛走過(guò)了哪些點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)要走的下一點(diǎn)已經(jīng)在最近走過(guò)了，它就會(huì)盡量避開(kāi)。
5、避障規(guī)則：
如果螞蟻要移動(dòng)的方向有障礙物擋住，它會(huì)隨機(jī)的選擇另一個(gè)方向，并且有信息素指引的話，它會(huì)按照覓食的規(guī)則行為。 
7、播撒信息素規(guī)則：
每只螞蟻在剛找到食物或者窩的時(shí)候撒發(fā)的信息素最多，并隨著它走遠(yuǎn)的距離，播撒的信息素越來(lái)越少。

根據(jù)這幾條規(guī)則，螞蟻之間并沒(méi)有直接的關(guān)系，但是每只螞蟻都和環(huán)境發(fā)生交互，而通過(guò)信息素這個(gè)紐帶，實(shí)際上把各個(gè)螞蟻之間關(guān)聯(lián)起來(lái)了。比如，當(dāng)一只螞蟻找到了食物，它并沒(méi)有直接告訴其它螞蟻這兒有食物，而是向環(huán)境播撒信息素，當(dāng)其它的螞蟻經(jīng)過(guò)它附近的時(shí)候，就會(huì)感覺(jué)到信息素的存在，進(jìn)而根據(jù)信息素的指引找到了食物。