Foraging motion of swarms as Nash equilibria of differential games
Sürülerin besin kaynağı arama hareketinin diferansiyel oyunların Nash dengesi olarak modellenmesi
- Tez No: 436325
- Danışmanlar: PROF. DR. ARİF BÜLENT ÖZGÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biology, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Sürü hareketi çok oyunculu işbirliksiz oyunun sonucunda ortaya çıkabilir mi sorusunun cevabının olumlu olduğu gösterilmiştir. N oyuncu tarafından oynanan bir boyutlu dinamik (ya da diferansiyel) oyun, karınca sürülerinin hareketini modelleyebilmektedir. Her oyuncu kendi hızını kontrol ederek sınırlı bir zaman aralığında harcadığı çabayı azaltmaktadır. Sürünün üyeleri belirli ilk pozisyonlardan harekete başlamakta ve hedefe doğru yönelmektedir. Bu tarz sürü davranışının iki besin kaynağı modeli için tek Nash dengesinin var olduğu gösterilmiştir. Her iki Nash dengesi de biyolojik sürülerin özelliklerini taşımaktadır. Sürü üyelerinin çiftlerarası mesafesi, sürü ebatı ve sürünün merkezinin hareket eğrisi için açık ifadeler bulunmuştur. Bir boyuttaki sürülerin besin kaynağı arayışı için dört veri yapısı ele alınmıştır. Bunlar tam ve kısmi veri yapıları; hiyerarşik ve tek liderli yapılardır. Tam veri yapısı altında, her oyuncunun diğer tüm oyuncuların pozisyonunu bildiği varsayılmaktadır. Kısmi veri yapısında, her oyuncunun yalnızca komşularının pozisyonunu bildiği varsayılmaktadır. Hiyerarşik lider yapısı altında, sürü üyelerinin sadece ileri baktıkları ve yalnızca önündeki sürü üyeleriyle mesafesini ölçtükleri varsayılmaktadır. Tek liderli yapı altında ise, lider sabit hızla hedefe yönelmektedir ve diğer oyuncular sadece liderin pozisyonunu bilmektedir. Her dört durum için, itme-çekme parametreleriyle ilgili gerçekçi varsayımlar altında Nash dengesinin var olduğu gösterilmiştir. Sürüde pasif liderin varlığının sonuçları da detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Lider ve takipçilerden oluşan sürülerin besin kaynağı arayışı da işbirliksiz çok oyunculu diferansiyel oyun olarak modellenmiştir. Bu kapsamda, hiyerarşik lider yapısı ve tek liderli yapı olmak üzere iki farklı lider yapısı incelenmiştir. Her iki oyunda da pasif liderlik ele alınmıştır, çünkü lider diğer oyuncularla mesafesini ölçmemektedir. Birtakım gerçekçi varsayımlar tanımlanarak, bu durumda Nash dengesinin tek olduğu gösterilmiş ve bu Nash dengesinin özellikleri incelenmiştir. Pasif liderin varlığının toplam pozisyon bilgisi paylaşımından kazanç sağlarken sürü kararlığından kayba sebep olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
The question of whether foraging swarms can form as a result of a non-cooperative game played by individuals is shown here to have an affirmative answer. A dynamic (or, differential) game played by N agents in one-dimensional motion is introduced and models, for instance, a foraging ant colony. Each agent controls its velocity to minimize its total work done in a finite time interval. The agents in the game start from a set of initial positions and migrate towards a target foraging location. Such swarm games are shown to have unique Nash equilibra under two different foraging location specifications and both equilibria display many features of a foraging swarm behavior observed in biological swarms. Explicit expressions are derived for pairwise distances between individuals of the swarm, swarm size, and swarm center location during foraging. Foraging swarms in one-dimensional motion with four different information structures are studied. These are complete and partial information structures, hierarchical leadership and one leader structures. In the complete information structure, every agent observes its distance to every other agent and makes use of this information in its effort optimization. In partial information structure, the agents know the position of only its neighboring agents. In the hierarchical leadership structure, the agents look only forward and measures its distance to the agents ahead. In single leader structure, the agents know the position of only leader. In all cases, a Nash equilibrium exists under some realistic assumptions on the sizes of the weighing parameters in the cost functions. The consequences of having a“passive”leader in a swarm are also investigated. We model foraging swarms with leader and followers again as non-cooperative, multi-agent differential games. We consider two types of leadership structures, namely, hierarchical leadership and a single leader structure. In both games, the type of leadership is assumed to be passive since a leader is singled out only due to its rank in the initial queue. We identify the realistic assumptions under which a unique Nash equilibrium exists in each game and derive the properties of the Nash equilibria in detail. It is shown that having a passive leader economizes in the total information exchange at the expense of aggregation stability in a swarm.
Benzer Tezler
- Stability analysis of swarms
Başlık çevirisi yok
VEYSEL GAZİ
Doktora
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe Ohio State UniversityPROF. KEVİN M. PASSİNO
- Yatay soğuk dövme preslerinde eksenden kaçık parçaların soğuk dövülebilmesi için yeni kalıp sistemi geliştirilmesi ve prototip imalatı
Production of cold forging eccentric parts by new die designs and production prototype for horizontal cold forging presses
NİYAZİ EMRAH KILINÇDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VURAL CEYHUN
- Design and manufacturing of asymmetric spur gear forging die
Asimetrik düz dişli dövme kalıbı tasarımı ve imalatı
MEHMET ALADAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER EYERCİOĞLU
- Design of new die holder system for reducing die exchange time on 1000 ton hot forging press
1000 ton sıcak dövme presinde kalıp değiştirme süresini azaltmak üzere yeni bir kalıp tutucu sistemi geliştirilmesi için tasarım
MUHAMMAD AHMAD SIDDIQUE
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İLHAN GÖKLER
- Yüksek taşıma kapasitesine sahip bir paralel robotun tasarımı ve kontrolü
Design and control of a parallel robot with high payload capability
MUHAMMET ALİ ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE KALYONCU