یک آزمایش واقعی و فوق العاده : پیدا کردن کوتاهترین مسیر توسط مورچه ها

توی مطالب قبلی دوتا از آزمایش های واقعی و مهم انجام شده در ارتباط با کلونی مورچه ها رو مورد بررسی قرار دادیم. برای آگاهی از جزئیات این آزمایش ها می تونید به مطالب زیر مراجعه کنید.

• رفتار کلونی مورچه ها در آزمایش واقعی (مسیرهای برابر از لانه تا غذا)
• رفتار کلونی مورچه ها در آزمایش واقعی (مسیرهای نابرابر از لانه تا غذا)

آزمایش سوم (یک آزمایش فوق العاده) رو قصد داریم توی این مطلب در موردش صحبت کنیم و قدرت خارق العاده مکانیزم پیدا کردن کوتاه ترین مسیر تا غذا توسط مورچه ها رو بررسی کنیم (مسئله کوتاهترین مسیر در کلونی مورچه‌ ها).

شرایط آزمایش: فرض کنید تنها یک مسیر از لانه تا غذا وجود دارد، و مورچه ها در حال تردد از این مسیر هستند و غذا را به خانه انتقال می دهند. از اونجایی که همه مورچه ها از این مسیر عبور میکنند و همانطور که گفتیم مورچه ها در هنگام حرکت فرمون می پاشن حجم فرمون پاشیده شده روی مسیر بسیار زیاد است.
خوب حالا اگر یک مسیر کوتاه تر رو ایجاد کنیم مورچه ها چه واکنشی رو نشون خواهند داد؟ آیا از همون مسیر بلند تر برای آوردن غذا به لانه استفاده خواهند کرد یا مسیر کوتاه تر رو انتخاب میکنند؟ اگر مسیر کوتاهتر رو انتخاب میکنند این امر چطوری اتفاق می افته (دقت داشته باشید که حجم فرمون پاشیده شده رو مسیر بلندتر بسیار زیاد است و روی مسیر کوتاه تر هیچ فرمونی پاشیده نشده است). توی شکل زیر شرایط آزمایش رو می تونید مشاهده کنید.

کوتاهترین مسیر در کلونی مورچه‌ ها

پیش از اینکه این آزمایش رو توضیح بدیم نیاز است تا مفهوم  اکتشاف مسیر یا ” path exploration” رو بدونید، توی این مطلب درباره این مطلب توضیح داده شده است.

با توجه به ” path exploration” ، در ابتدای اضافه شدن مسیر کوتاهتر، تعداد خیلی کمی از مورچه ها مسیر کوتاه تر را انتخاب می کنند. (هنوز تعداد زیادی از مورچه ها مسیر بلند تر رو انتخاب میکنند. چون حجم فرمون پاشیده شده بر روی اون بیشتر است در نتیجه احتمال انتخاب آن توسط مورچه ها بیشتر است). چون این مسیر جدید کوتاهتر است در نتیجه مورچه های که آن را انتخاب میکنند سریعتر به غذا می رسند و بر می گردند و این امر باعث می شود که سرعت افزایش فرمون در این مسیر جدید بیشتر و بیشتر شود.
برای درک بهتر یک مثال رو بررسی میکنیم.
فرض  کنید ما ۱۰ تا مورچه داریم که ۸ تا شون از مسیر بلند تر می رن و ۲ تاشون از مسیر کوتاه تر، و همچنین زمان رفت و برگشت در مسیر بلند ۶ دقیقه است و در مسیر کوتاه ۳ دقیقه. خوب توی ۳ دقیقه چه اتفاقی خواهد افتاد؟ دو تا مورچه مسیر غذا تا لانه رو می رن و بر می گردن در نتیجه ۴ واحد فرمون روی مسیر پاشیده خواهد شد. (دو واحد هنگام رفت مورچه ها و دو واحد هنگام برگشت مورچه ها). توی این۳ دقیق اون ۸ تا مورچه، ۸ واحد به مسیر فرمون پاشیدن (مورچه ها مسیر لانه تا غذا را طی کرده اند).

حالا فرض کنید اون دوتا مورچه برای بار دوم هم مسیر کوتاهتر رو انتخاب کنن، در این صورت تا دقیقه ۶، ۴ واحد دیگه هم فرمون به مسیر کوتاهتر اضافه خواهد شد و مجموعه فرمون ها میشه ۸ تا، ولی در مسیر بلند تر توی این ۶ دقیقه ۱۶ واحد فرمون پاشیده شده است. یعنی در ۶ دقیقه، مسیر کوتاهتر توانست نصف فرمون مسیر بلند فرمون داشته باشد. همانطور که مشخص است سرعت پاشیدن فرمون در مسیر کوتاه تر بیشتر از مسیر بلند تر است در نتیجه احتمال انتخاب مسیر در دور بعد توسط مورچه ها بیشتر می شود در نتیجه سرعت پاشیده شدن فرموون هم به همان نسبت بالاتر می رود تا جایی که همه مورچه ها مسیر کوتاهتر را انتخاب خواهند کرد.
یک مفهوم دیگه در مورد الگوریتم کلونی مورچه ها می مونه به اسم مفهوم  تبخیر فرمون ” Pheromone evaporation” که توی مطلب بعدی در مورد اون بیشتر توضیح میدیم. در واقع این مفهوم تکمیل کننده رفتار کلونی مورچه ها است