Dvě hejna jeřábů obecných
Chování hejna je chování, které se projevuje, když skupina ptáků, nazývaná hejno, hledá potravu nebo je v letu. Existují paralely s chováním hejna ryb, rojícím se chováním hmyzu a stádním chováním suchozemských zvířat.
Počítačové simulace a matematické modely, které byly vyvinuty s cílem napodobit chování hejna ptáků, mohou být obecně použity i na chování „hejna“ jiných druhů. V důsledku toho se pojem „hejno“ někdy používá v informatice i na jiné druhy než ptáky.
Tento článek je o modelování chování hejna. Z pohledu matematického modeláře je „hejno“ kolektivním pohybem velkého počtu samohybných entit a je kolektivním zvířecím chováním, které projevuje mnoho živých bytostí, jako jsou ptáci, ryby, bakterie a hmyz. Je považováno za emergentní chování vyplývající z jednoduchých pravidel, která jednotlivci dodržují a nezahrnuje žádnou centrální koordinaci.
Chování hejna bylo poprvé simulováno na počítači v roce 1986 Craigem Reynoldsem s jeho simulačním programem Boids. Tento program simuluje jednoduché agenty (boidy), kteří se smějí pohybovat podle souboru základních pravidel. Výsledek je podobný hejnu ptáků, hejnu ryb nebo hejnu hmyzu.
S těmito třemi jednoduchými pravidly se hejno pohybuje extrémně realisticky a vytváří složitý pohyb a interakci, kterou by jinak bylo extrémně těžké vytvořit.
Základní model byl od doby, kdy ho Reynolds navrhl, rozšířen několika různými způsoby. Například Delgado-Mata a kol.
rozšířili základní model tak, aby zahrnoval účinky strachu. Olfrakce byla používána k přenosu emocí mezi zvířaty, prostřednictvím feromonů modelovaných jako částice ve volném expanzním plynu. Hartman a Beneš
zavedli doplňkovou sílu k vyrovnání, kterou nazývají změna vedení. Tento býk odvrací šanci boida stát se vůdcem a pokusit se uniknout.
Hemerlijk a Hildenbrandt
využili přitažlivosti, vyrovnání a vyhnutí a rozšířili to o celou řadu vlastností skutečných špačků: zaprvé, ptáci létají podle pevné aerodynamiky křídel, zatímco se při otáčení kutálejí (čímž ztrácejí vztlak), zadruhé se koordinují s omezeným počtem interakcí sousedů 7 (jako u skutečných špačků), zatřetí, snaží se zůstat nad spícím místem (jako špačci za úsvitu) a když se náhodou přesunou mimo spící místo, vrátí se do něj otáčením, začtvrté, pohybují se relativní fixní rychlostí. Autoři ukázali, že specifika chování při létání, stejně jako velká velikost hejna a nízký počet interakcí partnerů byly zásadní pro vytvoření variabilního tvaru hejn špačků.
Měření hejna ptáků bylo provedeno pomocí vysokorychlostních kamer a byla provedena počítačová analýza, která otestovala výše zmíněná jednoduchá pravidla hejna. Zjistilo se, že obecně platí v případě hejna ptáků, ale pravidlo dálkové přitažlivosti (koheze) platí pro nejbližších 5-10 sousedů hejna ptáků a je nezávislé na vzdálenosti těchto sousedů od ptáka. Kromě toho existuje anizotropie s ohledem na tuto kohezní tendenci, kdy se větší koheze projevuje směrem k sousedům po stranách ptáka, spíše než vpředu nebo vzadu. To je bezpochyby způsobeno zorným polem letícího ptáka, který směřuje do stran, spíše než přímo dopředu nebo dozadu.
V simulacích hejna neexistuje centrální řízení, každý pták se chová autonomně. Jinými slovy, každý pták se musí sám rozhodnout, která hejna bude považovat za své prostředí. Obvykle je prostředí definováno jako kruh (2D) nebo koule (3D) s určitým poloměrem (představujícím dosah).
Základní implementace flockingového algoritmu má složitost – každý pták hledá všechny ostatní ptáky, aby našel ty, kteří spadnou do jeho prostředí.
Lee Spector, Jon Klein, Chris Perry a Mark Feinstein studovali vznik kolektivního chování v evolučních výpočetních systémech.
V německém Kolíně nad Rýnem dva biologové z Univerzity v Leedsu předvedli u lidí chování podobné hejnu. Skupina lidí vykazovala velmi podobný vzorec chování jako hejno, kdy pokud by 5% hejna změnilo směr, ostatní by ho následovali. Když byl jeden člověk označen za predátora a všichni ostatní se mu měli vyhýbat, chovalo se hejno velmi podobně jako hejno ryb.