基于细菌行为模式的复杂系统建模与优化方法研究

细菌属于最简单的单细胞生物，存在于地球上至少具有35亿年历史，见证并参与了漫长的生物进化过程，其行为模式和演变过程充满了复杂性、动态性和混沌性，其行为模式的研究对复杂系统的建模与优化具有重要的借鉴作用。为此，本项目在借鉴群体生存理论、动物搜索觅食理论等生物学和生态学研究成果的基础上，利用细菌行为中的两个重要现象-生物趋化现象和群体感应机制，开展细菌典型行为与运动特性分析；研究细菌生长繁殖、衰减直至死亡的全生命周期的能量特性和细菌群体的整体特性，并设计相应的进化规则。在此基础上引入生物多样性和协同进化理论，建立群落间的关系结构模型以及种群间的协同进化机制；最终提出基于细菌行为模式及生物多样性的新型优化计算方法，为复杂工程领域的问题求解提供新的模型与方法，并把复杂系统的研究推向与微生态系统相结合的智能领域，为工程科学与生物科学的交叉与融合提供了新的研究视角。

细菌属于最简单的单细胞生物，存在于地球上至少具有35 亿年历史，见证并参与了漫长的生物进化过程，其行为模式和演变过程充满了复杂性、动态性和混沌性，其行为模式的研究对复杂系统的建模与优化具有重要的借鉴作用。为此，本项目在借鉴群体生存理论、动物搜索觅食理论等生物学和生态学研究成果的基础上，利用细菌行为中的两个重要现象—生物趋化现象和群体感应机制，开展了细菌典型行为与运动特性分析；研究了细菌生长繁殖、衰减直至死亡的全生命周期的能量特性和细菌群体的整体特性，并设计相应的进化规则。在此基础上引入生物多样性和协同进化理论，建立了群落间的关系结构模型以及种群间的协同进化机制。在本项目研究中,首先提出了基于生命周期和社会学习的菌群优化模型与算法，其次进行了基于细菌行为模式与生物多样性的算法性能测试研究，并完成了多种群协同进化的细菌行为及生物多样性的仿真建模，最后利用三类不同的复杂工程系统进行了生物算法应用研究，验证了本项目提出的基于细菌行为模式及生物多样性的新型优化算法的有效性。本项目研究成果为复杂工程领域的问题求解提供新的模型与方法，并把复杂系统的研究推向与微生态系统相结合的智能领域，为工程科学与生物科学的交叉与融合提供了新的研究视角。