动物集群行为的利弊

鱼群行为的建模与仿真

摘 要

本文主要对人工鱼的集群行为，对天敌的有效躲避，和在集群中部分个体获得食物信息的情况下，整个鱼类集群的运动行为进行了研究。并利用MATLAB 工具进行了模拟仿真。

针对问题一，我们对鱼类的集群运动主要提出了聚集、和邻居速度匹配、避免碰撞三个原则。基于这三个原则建立了鱼类单个个体的自治模型，每个个体通过相互作用，使集群形成。本文对三个原则的具体实现进行了分析和假设。得到了计算机模拟仿真下的鱼类集群图形。

针对问题二，在模型一的基础上，我们增加了鱼群有效逃避天敌的规则。并利用MATLAB进行在天敌存在的情况下，鱼类集群行为的运动特征，并且得出了较好的仿真结果。

针对问题三，我们建立了鱼群觅食过程中的信息交流机制，得出了在部分人工鱼知悉食物信息的情况下，整个鱼群的运动状态的仿真结果。

关键词：集群运动 模拟仿真 个体自治

一、问题的提出

在动物界，大量集结成群进行移动或者觅食的例子并不少见，这种现象在食草动物、鸟、鱼和昆虫中都存在。这些动物群在运动过程中具有很明显的特征：群中的个体聚集性很强，运动方向、速度具有一致性。通过数学模型来模拟动物群的集群运动行为以及探索动物群中的信息传递机制一直是仿生学领域的一项重要内容

鱼类集群运动行为研究

摘要

群体智能是指生物群体中简单个体在相互作用中表现出复杂智能的行为。个体之间的组织结构、关系和群体行为的涌现机制是其研究的关键要素，因此，探究个体在群运动中遵循的规律是极其重要的。我们以鱼群为例对动物集群运动进行研究，针对这个鱼群集群运动模型，我们查找资料完成了以下问题：

针对第一问，题目要求我们分析模拟集群运动，我们认为在系统中，集群、觅食、规避障碍是一个整体，所以我们假设环境为二维平面，将集群、觅食、规避障碍放在一起考虑，建立模型确定了集群运动的三个准则：对齐准则、靠近准则、避免碰撞准则。在此基础上我们通过编程模拟出鱼类的集群运动。

针对第二问，我们在第一问的基础上，为鱼群增加逃避行为，并且鱼群遵守逃避准则。用MATLAB编程，实现了对鱼群逃避黑鳍礁鲨鱼模型的仿真。

针对第三问，我们认为信息丰富者是群体内一部分固定的个体，定义为特殊个体，而其他的个体为一般个体，特殊个体的感知范围为一般个体的5倍，一般个体和特殊个体对伙伴中心的影响系数采用二八法。特殊个体主要接受来自环境的信息并影响群体内其他成员的行为，进而对群决策产生影响。在此基础上，我们通过编程进行模拟，可以发现特殊个体周围总是分布着许多一般个体，可见特殊个体对

动物集群运动模型

摘要

本文主要模拟了鱼群的集群运动、鱼群躲避捕食者追捕的运动情况以及鸟群觅食运动的模拟，以此研究动物个体间的信息传递机制，同时也是对群体智能的初步探索。

针对问题一，需要我们给出对鱼群集群运动的模型，并编写程序将运动模拟出来，对此我们建立了Boid模型，根据模型给出的准则以及算法，我们通过matlab编程，在忽略阻力等因素下分别模拟出在平面以及空间鱼群的运动，并得出密度必须大于一定值时，鱼群才能最终达到同步。鱼群的整个集群运动从刚开始的随机产生的各个个体的不均匀无规则分布到逐渐的聚拢成群再到最后的一致方向的前进。

针对问题二，我们在问题一的模型的基础上给出了鱼群躲避捕食者的模型，制定了鱼个体的适度逃离区域和加速逃离区域，分析捕食者与鱼个体的关系，给出进一步的模型，通过编写程序得到模拟的结果，得到了对鱼群躲避捕食者的运动的合理的动态模拟，并且给出了模型的改进方向。

针对问题三，我们更加倾向于研究鸟群的觅食行为，因此我们将问题改成鸟群的觅食模拟，将鸟群的觅食行为转化为求最优解的问题，这正好与问题中提到了有一部分个体掌握食物源位置信息相对应。针对问题，我们建立了粒子群优化模型，通过PSO算法，通过鸟群寻找食物的最短路径的最优解的问

全国中小学“教学中的互联网搜索”优秀教学案例评选

教案设计

一、 教案背景 1，面向学生： □中学 2，学科：生物 2，课时：1课时 3，学生课前准备： （1）课前预习了解基本知识。 （2）讨论、完成课后习题。 二、 教学课题 １：举例说出动物的先天性行为和学习行为、社会行为． ２：能够区分动物先天性行为和学习行为． 3：知道社会行为的特点． 4：初步学会研究动物行为的方法，探究动物行为的成因． 5：培养合作学习的意识． 三、 教材分析 《动物的行为》是济南版八年级生物上册的内容。动物行为是目前生物学研究中的一个十分活跃的领域。动物的行为是动物为适应其生活环境所表现出来的各种活动，动物行为对动物的生存和发展十分有利。教材列举了动物的先天性行为、学习行为、社群行为，。同时让学生在讨论活动中选择自己感兴趣的行为进行研究，增加学习的兴趣。通过探究活动学生了解各种动物行为的特点对动物本身的意义。根据动物行为的获得方式，动物行为可分为“先天性行为”和“后天性行为”。学生通过观察、讨论和交流活动了解动物的先天性行为是动物生来就有的，其实质是动物身体内部遗传物质所控制而产生的，属于本能行为。后天性行为是动物在遗传因素的基础上，

第 周 上课时间 月 日 （星期 ） 本学期累计教案 个

3.4 动物的行为

一、案例背景：

《动物的行为》是浙教版《科学》八年级上册第三章第四节，本节课教材主要包括两部分内容：动物的先天性行为和动物的后天学习行为。在本章的前三节内容中，其实都是讲述动物的行为：环境因素对生物行为的影响；激素对生物行为的调节；神经对动物行为的调节。而这一节内容是在此基础上对动物的各种行为进行归类分析。因此，教师要基于学生已有的知识进行有效教学，防止“零起点”。本节的重点是动物的先天性行为和后天学习行为的分类，难点是分析这两者的区别。而要分清这两类行为，最好的方法就是能在学生面前展示大量的不同动物的行为，丰富学生的感性认识，使学生的思维在量变的积累过程中形成质变。 二、案例描述：

【教学目标】

一、知识目标：

1、了解动物行为的基本类型。

2、学会区别动物的先天性行为和学习行为，并说明这些行为对动物生存的意义。 二、能力目标：

1、熟悉探究实验的一般过程。

2、培养学生的看图能力和对比分析能力。

3、学会与他人交流、合作，共同完成一定的任务。 三、情感、态度价值观

1、同人类学习或自身学习的重要性。

动物的行为 习题（含答案）

一、选择题(本大题共13小题，共26.0分) 1. 不属于动物行为的一项是（ ）

A. 动物体内分解有机物 B. 大雁南飞 C. 狼捕鹿，鹿奔跑 D. 鸟儿鸣叫

2. “几处早莺争暖树，谁家新燕啄新泥”这句诗描写了鸟类下列哪种行为？（ ） A. 攻击行为 B. 取食行为 C. 繁殖行为 D. 防御行为 3. “孔雀开屏”、“蜻蜓点水”等动物行为属于（ ）

A. 防御行为 B. 繁殖行为 C. 攻击行为 D. 节律行为 4. “尝试与错误”是动物的一种行为，下列叙述中不正确的是（ ）

A. “尝试与错误”是动物的一种学习行为

〖教学目标〗 知识目标

1举例说出动物行为的主要类型。

2举例说明动物的社群行为对生存的意义。 能力目标： 通过探究“蚂蚁的觅食行为”和搜集动物行为方面的素材，培养学生进行实验探究的能 力、创新、合作及搜集和处理信息的能力。 情感态度与价值观目标： 〖教学重点、难点〗 教学重点

列举动物行为的主要类型 教学难点

1、动物行为的含义。

2、举例说出动物行为的类型。 〖教学准备〗 教师准备：

1、组织学习小组，选出小组长负责活动的组织、督促与协调工作，活动结束时小组长 给小组成员进行评价。

2、制作多媒体课件；剪辑动物各种行为的影像资料等，进一步突出重点，突破难点， 完成知识的梳理。 学生准备：

1预习本节课内容（见预习提纲及要求）

2搜集各种动物行为的图片的资料以便与同学交流。 教学课时：1课时 ?教学流程设计? 一、新课引入

在我们的地球上，现存百万种以上的动物，天上飞的、地上跑的、水里游的、草 里跳的??千姿百态，瑰丽多彩。闭上眼睛，不论你的思绪遨游在辽阔的海洋、奔跑在 美丽的草原、还是飞翔于蔚蓝的天空??那机警聪明、通晓人意的海豚，矫健优美、快 如闪电的猎豹，稍纵即逝、娇小玲珑的蜂鸟，善于伪装

蚂蚁青蛙麻雀蜘蛛野蒿牛和羊常常被人相提并论,牛能预测天气,羊也不例外

动物的行为能预测天气

牛和羊常常被人相提并论，牛能预测天气，羊也不例外。大科学家牛顿有一回听牧羊人说天要下雨，他便表示怀疑，因为当时天气异常晴朗。可是没出半个小时，果然下起大雨。牛顿大为惊叹，便去请教。牧羊人说，羊是一只“活湿度计”，如果它喜欢躺在屋檐下，天就要下雨；如果羊在草地上蹦跳，则为晴天。

青蛙在动物界被称为“活晴雨表”。当空气干燥时，青蛙皮肤水分蒸发加快，它自然就会呆在水中（以保持皮肤湿润）；而在阴湿多雨的季节，包括下雨前夕空气水分较多时，青蛙就会跳出水面。正因如此，非洲的土著居民只要看到树蛙由水中爬到树上，便开始进行一些防雨、防潮措施。

麻雀在鸟类中可谓“最不珍贵”，但它对天气变化却是“敏感者”。冬季里，如果发现麻雀四处寻食，飞个不停，进巢时，嘴里还叼着杂草、种子之类的东西，这就表明麻雀在囤积食物了，一般3—5天内将要下雪。夏秋季节，天气闷热，空气潮湿，麻雀感到身痒，便飞到浅水地方洗澡散热，这种情况将预示一两天内有雨；如果大群麻雀洗澡，未来则有大到暴雨，故民谚道：“群雀洗凉，落雨大又强。”

蜘蛛也是一种其貌不扬的小动物，但历史上的军事家们可喜欢“看蛛网，测天气”呢！194

动物行为学 （Animal behavior）

（自编讲义）

张永普 编

温州大学生命与环境科学学院

目 录

第一章 绪论

第二章 动物行为的主要类群

第一节 取食行为 第二节 繁殖行为 第三节 通讯行为 第四节 社群行为 第五节 时空行为 第三章、刺激及其作用 一、 刺激分析与筛选 二、 关键刺激

三、 刺激积累与超常刺激

第四章、行为的机能构造（行为生理学） 一、 神经系统与动物行为 二、 激素与动物行为 三、 感觉器官与行为

第五章、动物行为的遗传与发育 第六章、动物行为的进化

１

第一章 绪论

一、 动物行为

研究行为时常常会问二个问题：什么是动物行为？一种动物为什么要以它那种方式去进行活动？

１．概念：动物行为指动物所做的动作，包括动物的位置移动、进食、求偶、争斗和体色变化等等；是为了满足动物的基本生存和繁衍的需要，适应体内、体外环境变化的一切反应的总和。动物的一切行为基本取决于三个因素：外界和内部刺激、动物的感觉器官与神经系统的功能状态和动物机体的结构与生理特性。动物的行为不仅指可见的动态现象，还包括它们的习性、举止、姿态与表情等静态现象（如一些昆虫的假死行为、保护色和拟态）。如动物的睡姿也是一种静态的行为方式，

人教版 初中生物 一线老师编写

《动物的运动与行为》测试题

班级 姓名 分数

一、 单项选择题（每小题3分，共60分）

1．大多数人一听到水陆两栖动物，自然而然就会想到擅长跳跃的青蛙和蟾蜍。与青蛙、蟾蜍的跳跃运动相适应的主要结构是( )

A．坚硬的骨骼 B强有力的后腿C坚硬的骨骼和脚趾 D坚硬的骨骼、强有力的后腿、脚趾

2．在哺乳动物的运动系统中，将骨骼肌连接在骨上的结构是( )

A．关节 B．关节囊 C．肌腱 D．关节软骨

3．人体完成任何一个动作，必须参与的结构是( )

A．骨骼肌、骨、关节 B．骨骼肌、骨、关节、神经系统

C．骨骼肌、关节 D．骨骼肌、关节、神经系统

4．我们在做引体向上，屈肘运动时，主要收缩的肌肉是( )

A．肱二头肌 B．肱三头肌 C．肱二头肌和肱三头肌 D．关节囊 5 ．在家猫身上，当控制某些骨骼肌的神经受到损伤时，这些肌肉( )

A．能接受刺激，但不能收缩 B．瘫痪并可导致肌肉萎缩

C.不能接受刺