《人工智能》教案第12课群体智能

能2课时(90min)知识技能目标： (1)了解群体智能的概念和分类 (2)理解并掌握蚁群算法的基本原理 (3)理解并掌握蚁群算法的算法流程思政育人目标： (1)感受科技力量，增强民族自豪感，加强“科技改变生活”的理念 (2)关心国家大事，抓住机遇，展现新作为，增强爱党、爱国情感 (3)学习工匠精神，培养专注敬业精神教学重点：群体智能的概念和分类课前任务→考勤(2min)→问题导入(3min)→传授新知(50min)→新知导入(3min)→课堂实训(20min)→课堂练习(7min)→课堂小结(3min)→作业布置(2min)主要教学内容及步骤设计意图 (2min) (3min)【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APPAPP签到还算法的相关知识。通过课前学生过问题导入的方法， (50min)26.3群体智能智能”图片，讲解概念群体智能是一种受自然界生物群体的智能现象启发而提出的智能优化群体智能也是指无智能或者仅具有相对简单智能的个体通过合作表现出复杂智能行为的特性。其中，无智能或仅具有简单智能是相对于群体合作表现出来的智能而言的。群体智能是在模拟自然界群体生存现象的基础上，运用一定的数学手段和计算工具，设计相应的算法模型，为解决系统中的复杂行为提供了新的思路。它主要有以下4个特点。 (1)控制是分布式的，不存在控制中心。它能够适应当前网络环境下的工作状态，并且具有较强的鲁棒性，同时不会由于某一个或几个个体出现故障而影响整个问题的求解。 (2)扩充性较好。群体中个体通过改变环境实现相互通信，随着个体 (4)具有自组织性。群体表现出来的复杂行为是通过简单个体的交互原理安排学生扫描二维码“蚁群算法的基本原理”，了解原理蚁群算法是通过模拟自然界蚂蚁寻找路径的方式而提出的一种算的寻路过程来解释蚁群算法的基本原理。向。路径前行，同时释放出信息素。现有两只蚂蚁在A处遇到了从未走过的路通过教师D的路径有两条，即ABD和ACD，蚂蚁随机挑选一条前PPT进行讲解 。PPT展示“16分钟时路径信息素分布”图片，进行讲解 两只蚂蚁经过不同的路径从D处取得食物，经过16分钟后，蚂蚁在AD每一处的信息素是1个，则两条路径上每一 (3)按照信息素的指导，蚂蚁更大概率地选择信息素浓度高的路径，BD (4)按照信息素的指导，出现的第4只蚂蚁还是选择路径ABD，则该综上所述，根据信息素的指导，更多的蚂蚁不断地选择路径ABD，越终所有的蚂蚁都会选择路径ABD，放弃路径ACD。 (1)蚂蚁在路径上释放信息素。 (3)后来的蚂蚁再次遇到该路口时，就更大概率地选择信息素浓度较 最优路径上的信息素浓度越来越高。 (5)最终蚁群找到最优路径。在实际应用中，用蚂蚁的行走路径表示待优化问题的可行解，整个蚂蚁群体的所有路径构成待优化问题的解空间，则蚁群找到的最优路径对应的解便是待优化问题的最优解。过程数然蚂蚁寻路过程中，蚂蚁从A点移动到D点就属于状态转移。在蚁群算法点y的概率pk为xy([t]a[n]b可见，它是由信息素t和启发信息函数n共同决定的。xyxyxyxyxyxyxy确定xy的不同模型有蚂蚁圈系统、蚂蚁数量系统和蚂蚁密度系统等。师】重点强调如下问题一般情况下，在蚁群算法中，参数的设定需要遵循以下3条准则。 (1)尽可能在全局上搜索最优解，保证解的最优性。 (2)算法尽快收敛，节省寻优时间。 (3)尽量反映客观存在的规律，保证仿生算法的真实性。4【学生】聆听、记录、理解PPT流程讲解 (2)蚂蚁k=1，表示第1只蚂蚁。 (3)为蚂蚁k建立禁忌表tabu，同时将蚂蚁k的初始位置节点加k入相应的禁忌表tabu中。k (4)根据随机比例规则确定蚂蚁k要转移的下一个节点。 kk (6)判断蚂蚁k是否走完问题中的所有节点。若走完，则继续(7)；否则转向(4)。 (7)执行蚂蚁k=k+1。 (8)判断k是否大于蚂蚁的总数m。若大于，则继续(9)；否则转向 (3)。 。 (10)更新所有蚂蚁移动路径上的信息素。【教师】提醒：根据各路径上信息素浓度挥发规则xy c 【教师】提醒：根据各路径上信息素浓度挥发规则xy5 6 (2)给定一个整数M，若当前最优解连续M次相同，则循环终止，表 (3)根据目标值控制规则判断是否终止循环。也就是说，给定优化问特点找举例”，进行举例说明【教师】提醒：理解问题并提问 (1)旅行路径是所有路径中最短的。 (2)每个城市只能拜访一次。 (3)从某城市出发，且最终回到该城市。蚂蚁随机置于节点处whileNc<=N(整个循环){fork<=m(对m只蚂蚁的循环){fori<=n(对n个城市的循环){确定蚂蚁k要转移的下一个节点i=i+1}蚂蚁k=k+1国家荣誉感7}计算每只蚂蚁走过的路径长度更新所有蚂蚁路径上的信息素Nc=Nc+1}输出最优解【学生】讨论、举手回答1蚂蚁1的初始位置节点A加入相应的禁忌表tabu中，同时蚂蚁1走的1然后，i=1满足i<=n，利用随机比例规则pk计算蚂蚁1从节点A分别D然后采用轮盘赌法选择下一个移动节点，设为B。更新禁忌1i<=n为止。该循环结束后蚂蚁1的移动路径可记为L、L和L。利用信息素浓度消散规则3入 (3min)8 (20min)蜂群算法是一种模仿蜜蜂繁殖、采蜜等行为的新兴的群体智能优化技掌握它的基本原理，总结它的算法流程，同时探索它的应用领域。【学生】聆听【教师】导入新的知识点：蜂群算法6.4本章实训：蜂群算法过导入趣通过课堂课堂练习 (7min) (3min)作业布置 计算智能的概念及分类。 流程。 流程。 流程。蜂群算法是一种模仿蜜蜂繁殖、采蜜等行为的新兴的群体智能优化技掌握它的基本原理，总结它的算法流程，同时探索它的应用领域。 (1)查阅资料，认识蜂群算法。 (2)分析蜂群算法的基本原理。 (3)研究蜂群算法的实现方法，总结它的算法流程。 (4)联系当前社会，总结蜂群算法在实际生活中的应用领域。 (1)简述蜂群算法的基本原理。 (2)总结蜂群算法流程并画出流程图。 (3)论述蜂群算法的应用领域。 (4)总结实训的心得体会。【学生】聆听、记录、理解、按要求完成实训报告简答题 (1)简述蚁群算法的主要特点。 (1)群体智能是一种受自然界生物群体的智能现象启发而提出的智能领域的关键技术之一。 (2)蚁群算法是通过模拟自然界蚂蚁寻找路径的方式而提出的一种算 (3)蚁群算法已从单纯地求解组合优化问题拓展到了网络路由优化、【教师】布置课后作业知识的能力通过课堂总结知识对相关知识的9通过课后作 (1)群体智能是一种受自然界的智能现象启发而提出的智业复习巩固学 (2)蚁群算法是通过模拟自然界的方式而提出的一种算 (3)蚁群算法中主要包含两个过程，即和。 (4)群体智能的主要特点不包括()。A．扩充性