蟻群算法是一種用來尋找優(yōu)化路徑的概率型算法。它由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出，其靈感來源于螞蟻在尋找食物過程中發(fā)現(xiàn)路徑的行為。

這種算法具有分布計算、信息正反饋和啟發(fā)式搜索的特征，本質(zhì)上是進化算法中的一種啟發(fā)式全局優(yōu)化算法。

蟻群系統(tǒng)（Ant System或Ant Colony System）是由意大利學(xué)者Dorigo、Maniezzo等人于20世紀90年代首先提出來的。他們在研究螞蟻覓食的過程中，發(fā)現(xiàn)單個螞蟻的行為比較簡單，但是蟻群整體卻可以體現(xiàn)一些智能的行為。例如蟻群可以在不同的環(huán)境下，尋找最短到達食物源的路徑。這是因為蟻群內(nèi)的螞蟻可以通過某種信息機制實現(xiàn)信息的傳遞。后又經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻會在其經(jīng)過的路徑上釋放一種可以稱之為“信息素”的物質(zhì)，蟻群內(nèi)的螞蟻對“信息素”具有感知能力，它們會沿著“信息素”濃度較高路徑行走，而每只路過的螞蟻都會在路上留下“信息素”，這就形成一種類似正反饋的機制，這樣經(jīng)過一段時間后，整個蟻群就會沿著最短路徑到達食物源了。

將蟻群算法應(yīng)用于解決優(yōu)化問題的基本思路為：用螞蟻的行走路徑表示待優(yōu)化問題的可行解，整個螞蟻群體的所有路徑構(gòu)成待優(yōu)化問題的解空間。路徑較短的螞蟻釋放的信息素量較多，隨著時間的推進，較短的路徑上累積的信息素濃度逐漸增高，選擇該路徑的螞蟻個數(shù)也愈來愈多。最終，整個螞蟻會在正反饋的作用下集中到最佳的路徑上，此時對應(yīng)的便是待優(yōu)化問題的最優(yōu)解。

規(guī)則

（1）感知范圍

螞蟻觀察到的范圍是一個方格世界，相關(guān)參數(shù)為速度半徑，一般為3，可觀察和移動的范圍為3x3方格。

（2）環(huán)境信息

螞蟻所在環(huán)境中有障礙物、其他螞蟻、信息素，其中信息素包括食物信息素（找到食物的螞蟻留下的）、窩信息素（找到窩的螞蟻留下的），信息素以一定速率消失。

（3）覓食規(guī)則

螞蟻在感知范圍內(nèi)尋找食物，如果感知到就會過去；否則朝信息素多的地方走，每只螞蟻會以小概率犯錯誤，并非都往信息素最多的方向移動。螞蟻找窩的規(guī)則類似，僅對窩信息素有反應(yīng)。

（4）移動規(guī)則

螞蟻朝信息素最多的方向移動，當周圍沒有信息素指引時，會按照原來運動方向慣性移動。而且會記住最近走過的點，防止原地轉(zhuǎn)圈。

（5）避障規(guī)則

當螞蟻待移動方向有障礙物時，將隨機選擇其他方向；當有信息素指引時，將按照覓食規(guī)則移動。

（6）散發(fā)信息素規(guī)則

在剛找到食物或者窩時，螞蟻散發(fā)的信息素最多；當隨著走遠時，散發(fā)的信息素將逐漸減少。

特點

與其他優(yōu)化算法相比，蟻群算法具有以下幾個特點：

（1）采用正反饋機制，使得搜索過程不斷收斂，最終逼近最優(yōu)解。

（2）每個個體可以通過釋放信息素來改變周圍的環(huán)境，且每個個體能夠感知周圍環(huán)境的實時變化，個體間通過環(huán)境進行間接地通訊。

（3）搜索過程采用分布式計算方式，多個個體同時進行并行計算，大大提高了算法的計算能力和運行效率。

（4）啟發(fā)式的概率搜索方式不容易陷入局部最優(yōu)，易于尋找到全局最優(yōu)解。