小小的蚂蚁总是能够到食物，他们具有什么样的智能呢？设想，如果我们要为蚂蚁设计一个人工智能的程序，那么这个程序要多么复杂呢？首先，你要让蚂蚁能够避开障碍物，就必须根据适当的地形给它编进指令让他们能够巧妙的避开障碍物，其次，要让蚂蚁到食物，就需要让他们遍历空间上的所有点；再次，如果要让蚂蚁到最短的路径，那么需要计算所有可能的路径并且比较它们的大小，而且更重要的是，你要小心翼翼的编程，因为程序的错误也许会让你前功尽弃。这是多么不可思议的程序！太复杂了，恐怕没人能够完成这样繁琐冗余的程序。
为什么这么简单的程序会让蚂蚁干这样复杂的事情？答案是：简单规则的涌现。事实上，每只蚂蚁并不是像我们想象的需要知道整个世界的信息，他们其实只关心很小范围内的眼前信息，而且根据这些局部信息利用几条简单的规则进行决策，这样，在蚁这个集体里，复杂性的行为就会凸现出来。这就是人工生命、复杂性科学解释的规律！
下面就是实现如此复杂性的七条简单规则：
1、范围：
蚂蚁观察到的范围是一个方格世界，蚂蚁有一个参数为速度半径（一般是3），那么它能观察到的范围就是3*3个方格世界，并且能移动的距离也在这个范围之内。
2、环境：
蚂蚁所在的环境是一个虚拟的世界，其中有障碍物，有别的蚂蚁，还有信息素，信息素有两种，一种是到食物的蚂蚁洒下的食物信息素，一种是到窝的蚂蚁洒下的窝的信息素。每个蚂蚁都仅仅能感知它范围内的环境信息。环境以一定的速率让信息素消失。
3、觅食规则：
在每只蚂蚁能感知的范围内寻是否有食物，如果有就直接过去。否则看是否有信息素，并且比较在能感知的范围内哪一点的信息素最多，这样，它就朝信息素多的地方走，并且每只蚂蚁多会以小概率犯错误，从而并不是往信息素最多的点移动。蚂蚁窝的规则和上面一样，只不过它对窝的信息素做出反应，而对食物信息素没反应。
4、移动规则：
每只蚂蚁都朝向信息素最多的方向移，并且，当周围没有信息素指引的时候，蚂蚁会按照自己原来运动的方向惯性的运动下去，并且，在运动的方向有一个随机的小的扰动。为了防止蚂蚁原地转圈，它会记住最近刚走过了哪些点，如果发现要走的下一点已经在最近走过了，它就会尽量避开。
5、避障规则：
如果蚂蚁要移动的方向有障碍物挡住，它会随机的选择另一个方向，并且有信息素指引的话，它会按
照觅食的规则行为。
7、播撒信息素规则：
每只蚂蚁在刚到食物或者窝的时候撒发的信息素最
多，并随着它走远的距离，播撒的信息素越来越少。
下面的程序开始运行之后，蚂蚁们开始从窝里出动了，寻食物；他们会顺着屏幕爬满整个画面，直到到食物再返回窝。
其中，‘F’点表示食物，‘H’表示窝，白块表示障碍物，‘+’就是蚂蚁了。
参数说明：
最大信息素：蚂蚁在一开始拥有的信息素总量，越大表示程序在较长一段时间能够存在信息素。信息素消减的速度：随着时间的流逝，已经存在于世界上的信息素会消减，这个数值越大，那么消减的越快。
错误概率表示这个蚂蚁不往信息素最大的区域走的概率，越大则表示这个蚂蚁越有创新性。
速度半径表示蚂蚁一次能走的最大长度，也表示这个蚂蚁的感知范围。
记忆能力表示蚂蚁能记住多少个刚刚走过点的坐标，这个值避免了蚂蚁在本地打转，停滞不前。而这个值越大那么整个系统运行速度就慢，越小则蚂蚁越容易原地转圈。
源代码如下：
/*ant.c*/
#define SPACE 0×20
#define ESC 0×1b
#define ANT_CHAR_EMPTY ‘+’
#define ANT_CHAR_FOOD 153
#define HOME_CHAR ‘H’
#define FOOD_CHAR ‘F’
#define FOOD_CHAR2 ‘f’
#define FOOD_HOME_COLOR 12
#define BLOCK_CHAR 177
#define MAX_ANT 50
#define INI_SPEED 3
#define MAXX 80
#define MAXY 23
#define MAX_FOOD 10000
#define TARGET_FOOD 200
#define MAX_SMELL 5000
#define SMELL_DROP_RATE 0.05
#define ANT_ERROR_RATE 0.02
#define ANT_EYESHOT 3
#define SMELL_GONE_SPEED 50
#define SMELL_GONE_RATE 0.05
#define TRACE_REMEMBER 50
#define MAX_BLOCK 100
#define NULL 0
#define UP 1
#define DOWN 2
#define LEFT 3
#define RIGHT 4
#define SMELL_TYPE_FOOD 0
#define SMELL_TYPE_HOME 1
#include “stdio.h”
#include “conio.h”
#include “dos.h”
#include “stdlib.h”
#include “dos.h”
#include “process.h”
#include “ctype.h”
#include “math.h”
void WorldInitial(void);
void BlockInitial(void);
void CreatBlock(void);
void SaveBlock(void);
void LoadBlock(void);
void HomeFoodInitial(void);
void AntInitial(void);
void WorldChange(void);
void AntMove(void);
void AntOneStep(void);
void DealKey(char key);
void ClearSmellDisp(void);
void DispSmell(int type);
int AntNextDir(int xxx,int yyy,int ddir);
int GetMaxSmell(int type,int xxx,int yyy,int ddir);
int IsTrace(int xxx,int yyy);
int MaxLocation(int num1,int num2,int num3);
int CanGo(int xxx,int yyy,int ddir);
int JudgeCanGo(int xxx,int yyy);
int TurnLeft(int ddir);
int TurnRight(int ddir);
int TurnBack(int ddir);
int MainTimer(void);
char WaitForKey(int secnum);
void DispPlayTime(void);
int TimeUse(void);
void HideCur(void);
void ResetCur(void);
/* ————— */
struct HomeStruct
{
int xxx,yyy;
int amount;
int TargetFood;
}home;
struct FoodStruct
{
int xxx,yyy;
int amount;
}food;
struct AntStruct
{
int xxx,yyy;
int dir;
int speed;
int SpeedTimer;
int food;
int SmellAmount[2];
int tracex[TRACE_REMEMBER];
int tracey[TRACE_REMEMBER];
int TracePtr;
int IQ;
}ant[MAX_ANT];
int AntNow;
getsavefilenameint timer10ms;
struct time starttime,endtime;
int Smell[2][MAXX+1][MAXY+1];
int block[MAXX+1][MAXY+1];
int SmellGoneTimer;
int SmellDispFlag;
int CanFindFood;
int HardtoFindPath;
/* —– Main ——– */
void main(void)
{
char KeyPress;
int tu;
clrscr();
HideCur();
WorldInitial();
do
{
timer10ms = MainTimer();
if(timer10ms) AntMove();
if(timer10ms) WorldChange();
tu = TimeUse();
if(tu>=60&&!CanFindFood)
{
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Can not find food, maybe a block world.”);
WaitForKey(10);
WorldInitial();
}
if(tu>=180&&home.amount<100&&!HardtoFindPath)
{
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“God! it is so difficult to find a path.”);
if(WaitForKey(10)==0×0d) WorldInitial();
else
{
HardtoFindPath = 1;
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(” “);
}
}
if(home.amount>=home.TargetFood)
{
gettime(&endtime);
KeyPress = WaitForKey(60);
DispPlayTime();
WaitForKey(10);
WorldInitial();
}
else if(kbhit())
{
KeyPress = getch();
DealKey(KeyPress);
}
else KeyPress = NULL;
}
while(KeyPress!=ESC);
gettime(&endtime);
DispPlayTime();
WaitForKey(10);
clrscr();
ResetCur();
}
/* —— general sub process ———– */
int MainTimer(void)
/* output: how much 10ms have pass from last time call this process */
{
static int oldhund,oldsec;
struct time t;
int timeuse;
gettime(&t);
timeuse = 0;
if(t.ti_hund!=oldhund)
{
if(t.ti_sec!=oldsec)
{
timeuse+=100;
oldsec = t.ti_sec;
}
timeuse+=t.ti_hund-oldhund;
oldhund = t.ti_hund;
}
else timeuse = 0;
return (timeuse);
}
char WaitForKey(int secnum)
/* funtion: if have key in, exit immediately, else wait ’secnum’ senconds then exit
input: secnum — wait this senconds, must < 3600 (1 hour)
output: key char, if no key in(exit when timeout), return NULL */
{
int secin,secnow;
int minin,minnow;
int hourin,hournow;
int secuse;
struct time t;
gettime(&t);
secin = t.ti_sec;
minin = t.ti_min;
hourin = t.ti_hour;
do
{
if(kbhit()) return(getch());
gettime(&t);
secnow = t.ti_sec;
minnow = t.ti_min;
hournow = t.ti_hour;
if(hournow!=hourin) minnow+=60;
if(minnow>minin) secuse = (minnow-1-minin) + (secnow+60-secin);
else secuse = secnow - secin;
/* counting error check */
if(secuse<0)
{
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Time conuting error, any keyto exit…”);
getch();
exit(3);
}
}
while(secuse<=secnum);
return
(NULL);
}
void DispPlayTime(void)
{
int ph,pm,ps;
ph = endtime.ti_hour - starttime.ti_hour;
pm = endtime.ti_min - starttime.ti_min;
ps = endtime.ti_sec - starttime.ti_sec;
if(ph<0) ph+=24;
if(pm<0) { ph–; pm+=60; }
if(ps<0) { pm–; ps+=60; }
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Time use: %d hour- %d min- %d sec “,ph,pm,ps);
}
int TimeUse(void)
{
int ph,pm,ps;
gettime(&endtime);
ph = endtime.ti_hour - starttime.ti_hour;
pm = endtime.ti_min - starttime.ti_min;
ps = endtime.ti_sec - starttime.ti_sec;
if(ph<0) ph+=24;
if(pm<0) { ph–; pm+=60; }
if(ps<0) { pm–; ps+=60; }
return(ps+(60*(pm+60*ph)));
}
void HideCur(void)
{
union REGS regs0;
regs0.h.ah=1;
regs0.h.ch=0×30;
regs0.h.cl=0×31;
int86(0×10,®s0,®s0);
}
void ResetCur(void)
{
union REGS regs0;
regs0.h.ah=1;
regs0.h.ch=0×06;
regs0.h.cl=0×07;
int86(0×10,®s0,®s0);
}
/* ———— main ANT programe ————- */
void WorldInitial(void)
{
int k,i,j;
randomize();
clrscr();
HomeFoodInitial();
for(AntNow=0;AntNow<MAX_ANT;AntNow++)
{
AntInitial();
} /* of for AntNow */;
BlockInitial();
for(k=0;k<=1;k++)
/* SMELL TYPE FOOD and HOME */
for(i=0;i<=MAXX;i++)
for(j=0;j<=MAXY;j++)
Smell[k][i][j] = 0;
SmellGoneTimer = 0;
gettime(&starttime);
SmellDispFlag = 0;
CanFindFood = 0;
HardtoFindPath = 0;
}
void BlockInitial(void)
{
int i,j;
int bn;
for(i=0;i<=MAXX;i++)
for(j=0;j<=MAXY;j++)
block[i][j] = 0;
bn = 1+ MAX_BLOCK/2 + random(MAX_BLOCK/2);
for(i=0;i<=bn;i++) CreatBlock();
}
void CreatBlock(void)
{
int x1,y1,x2,y2;
int dx,dy;
int i,j;
x1 = random(MAXX)+1;
y1 = random(MAXY)+1;
dx = random(MAXX/10)+1;
dy = random(MAXY/10)+1;
x2 = x1+dx;
y2 = y1+dy;
if(x2>MAXX) x2 = MAXX;
if(y2>MAXY) y2 = MAXY;
>=x1&&<=x2&&>=y1&&<=y2) return;
>=x1&&<=x2&&>=y1&&<=y2) return;
for(i=x1;i<=x2;i++)
for(j=y1;j<=y2;j++)
{
block[i][j] = 1;
gotoxy(i,j);
putch(BLOCK_CHAR);
}
}
void SaveBlock(void)
{
FILE *fp_block;
char FileNameBlock[20];
int i,j;
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(” “);
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Save to file…”,FileNameBlock);
gets(FileNameBlock);
if(FileNameBlock[0]==0) strcpy(FileNameBlock,“Ant.ant”);
else strcat(FileNameBlock,“.ant”);
if ((fp_block = fopen(FileNameBlock, “wb”)) == NULL)
{ gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Creat file %s fail…”,FileNameBlock);
getch();
exit(2);
}
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(” “);
,fp_block);
,fp_block);
,fp_block);
,fp_block);
for(i=0;i<=MAXX;i++)
for(j=0;j<=MAXY;j++)
fputc(block[i][j],fp_block
)
;
fclose(fp_block);
}
void LoadBlock(void)
{
FILE *fp_block;
char FileNameBlock[20];
int i,j,k;
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(” “);
gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Load file…”,FileNameBlock);
gets(FileNameBlock);
if(FileNameBlock[0]==0) strcpy(FileNameBlock,“Ant.ant”);
else strcat(FileNameBlock,“.ant”);
if ((fp_block = fopen(FileNameBlock, “rb”)) == NULL)
{ gotoxy(1,MAXY+1);
printf(“Open file %s fail…”,FileNameBlock);
getch();
exit(2);
}
clrscr();
< = fgetc(fp_block);
< = fgetc(fp_block);
< = fgetc(fp_block);
< = fgetc(fp_block);
,); putch(HOME_CHAR);
,); putch(FOOD_CHAR);
food.amount = random(MAX_FOOD/3)+2*MAX_FOOD/3+1;
/* food.amount = MAX_FOOD; */
home.amount = 0;
home.TargetFood =
(food.amount<TARGET_FOOD)?food.amount:TARGET_FOOD;
for(AntNow=0;AntNow<MAX_ANT;AntNow++)
{
AntInitial();
} /* of for AntNow */;
for(i=0;i<=MAXX;i++)
for(j=0;j<=MAXY;j++)
{
block[i][j] = fgetc(fp_block);
if(block[i][j])
{
gotoxy(i,j);
putch(BLOCK_CHAR);
}
}
for(k=0;k<=1;k++)
/* SMELL TYPE FOOD and HOME */
for(i=0;i<=MAXX;i++)
for(j=0;j<=MAXY;j++)
Smell[k][i][j] = 0;
SmellGoneTimer = 0;
gettime(&starttime);
SmellDispFlag = 0;
CanFindFood = 0;
HardtoFindPath = 0;
fclose(fp_block);
}
void HomeFoodInitial(void)
{
int randnum;
int homeplace;
/* 1 — home at left-up, food at right-down
2 — home at left-down, food at right-up
3 — home at right-up, food at left-down
4 — home at right-down, food at left-up */
randnum = random(100);
if(randnum<25) homeplace = 1;
else if (randnum>=25&&randnum<50) homeplace = 2;
else if (randnum>=50&&randnum<75) homeplace = 3;
else homeplace = 4;
switch(homeplace)
{
case 1: = random(MAXX/3)+1;
< = random(MAXY/3)+1;
< = random(MAXX/3)+2*MAXX/3+1;
< = random(MAXY/3)+2*MAXY/3+1;
break;
case 2: = random(MAXX/3)+1;
< = random(MAXY/3)+2*MAXY/3+1;
< = random(MAXX/3)+2*MAXX/3+1;
< = random(MAXY/3)+1;
break;
case 3: = random(MAXX/3)+2*MAXX/3+1;
< = random(MAXY/3)+1;
< = random(MAXX/3)+1;
< = random(MAXY/3)+2*MAXY/3+1;
break;
case 4: = random(MAXX/3)+2*MAXX/3+1;
< = random(MAXY/3)+2*MAXY/3+1;
< = random(MAXX/3)+1;
< = random(MAXY/3)+1;
break;
}
food.amount = random(MAX_FOOD/3)+2*MAX_FOOD/3+1;
/* food.amount = MAX_FOOD; */
home.amount = 0;
home.TargetFood = (food.amount<TARGET_FOOD)?food.amount:TARGET_FOOD;
/
* data correctness check */
<=0||>MAXX||home.y
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