初學編程，如何設計模擬一個螞蟻群體的小程序？求幫助？

01-12

初學python編程，想做一個螞蟻群體的計算機模擬的小程序，模擬一窩螞蟻自動築巢，覓食，繁育，死亡，搬家，戰鬥的過程。想先做個基於2D圖形的練練手，思路不太通暢。
我想是這樣的，程序的運行基於對現實螞蟻的計算機模擬，單只螞蟻的行為模式決策應當基於單只螞蟻能夠獲得信息，而不是程序員從上帝視角賦予這隻螞蟻關於全局的信息。比如說覓食時，要模擬螞蟻間的通信，而不是發給全體螞蟻一個坐標。需要仿生學，人工智慧等方面的知識。
想到一些問題，尋求各位的幫助，把你們寶貴的經驗和知識分享給我，實現以後我也會分享代碼。
1、行為模式
——單個蟻是如何決定做什麼任務的？從而實現在覓食，築巢，戰鬥，搬家，後勤等狀態間切換，這個策略涉及到單個蟻與環境交互的問題，以及蟻間通訊的問題，從環境中能獲取哪些信息來支撐單個蟻的自主決策。或者說蟻群當中存在一個管理階級來給每隻螞蟻分配任務，如果有的話，他們的管理策略是什麼。或是兩種模式結合。這個希望得到生物學專業以及人工智慧專業的支持。

——蟻巢中一隻螞蟻如何知道他該去哪個房間做什麼事，他的任務是天生的，還是有人分配的，還是無目的遊走碰到什麼做什麼？他能記住房間的路線嗎？他有固定的休息的房間嗎？
——一隻螞蟻如何決定挖掘方向，如何決定挖掘到什麼深度建立蟻巢？通道的挖掘長度如何確定，分支建立的時機如何確定？
——螞蟻挖掘時如何判斷挖掘進度，比如寬度深度等怎麼計算呢，還有，需要轉彎該怎麼計算。有兩個思路，一個是演算法生成一個通道地圖，螞蟻按圖挖。另一個思路是，讓螞蟻邊挖邊決策，判斷是否夠寬，夠長，轉彎處形狀，等等。
——螞蟻在蟻巢中尋路用什麼計算模型。如何模擬一個任意方向行走的螞蟻遇到障礙時的真實轉彎過程，而不是只能上下左右走。
——如何隨機生成一個土壤環境，以及環境對挖掘路線的影響，可能太複雜，模型後期再加吧
——建立蟻室的時機、大小、用什麼數據結構描述蟻室呢？
——根據蟻室的功能、螞蟻數量確定蟻室的大小，比如棲息、食物儲存
2、計算機描述
——螞蟻的大小如何描述，矩形還是圓形合適？
——土壤如何描述？挖掘的單位、步進。初步設想採用方格簡化描述，把土壤粒子化成一個個小方格，比如大約是一個螞蟻長度的三分之一。每次挖掘，消除一個土壤小方塊。

——挖掘通道如何描述，以及如何設計一個根據環境和前進方向的螞蟻能否通過的演算法。
——蟻窩的圖形如何描述？用什麼數據結構存儲？多邊形如何建模？
——設計一個螞蟻狀態機，狀態檢測演算法，比如挖通道狀態、挖蟻室狀態，設計狀態跳轉的條件。
——由於土塊方格動態被銷毀，如何動態生成導航網格。
暫時想這些，隨時補充

謝邀。

雖然我沒有完整的做過大遊戲，但是玩遊戲還是有很多年了。

以下是個人粗淺的看法，歡迎斧正：

遊戲，最關鍵的是設計核心玩法，有了核心玩法，其他的要圍繞核心來做。

1、挖掘策略

——確定挖掘方向，斜面通道與重力夾角是多少？

我的看法：你既然確立是是2D，那我猜測多半是垂直切面，水平夾角應該&<=45度，適當在主方向的過程中加入一點隨機數的搖擺，這樣出來的洞穴更加自然一些（當然也可以不考慮隨機搖擺，畢竟是遊戲，一切以照顧核心玩法優先）

——通道的挖掘長度如何確定，分支建立的時機如何確定？

我的看法：你可以先網上搜索一下真實的螞蟻巢穴的垂直切面圖，建立一個標準的結構模型，然後挖掘時加入隨機參數進行修正。

——如何隨機生成一個土壤環境，以及環境對挖掘路線的影響，可能太複雜，模型後期再加吧

——建立蟻室的時機、大小、用什麼數據結構描述蟻室呢？

——根據蟻室的功能、螞蟻數量確定蟻室的大小，比如棲息、食物儲存

我的看法：參考真實螞蟻巢穴

2、計算機描述

——螞蟻的大小如何描述，矩形還是圓形合適？

我的看法：大部分遊戲裡面的：地圖、角色、障礙物、道具，在計算機看來都是矩形的

——土壤如何描述？挖掘的單位、步進。初步設想採用方格簡化描述，把土壤粒子化成一個個小方格，比如大約是一個螞蟻長度的三分之一。每次挖掘，消除一個土壤小方塊。

我的看法：給你一個地圖數據：

{0:[1,0,1,1,1,1,1,1,1,1],

1:[1,1,0,0,1,1,0,1,1,1],

2:[1,1,1,1,0,0,1,0,1,1],

3:[1,1,1,2,2,2,2,0,1,1],

4:[1,1,1,1,2,2,1,0,1,1],

5:[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],

6:[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],

7:[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],

8:[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],

9:[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]}

以上字典，key表示從地面到地下的深度，後面的list表示從左邊到右邊的泥土塊，1表示泥土，0表示通道，2表示石頭等障礙物，你把這個數據結構擴大10倍或者更多。

——挖掘通道如何描述，以及如何設計一個根據環境和前進方向的螞蟻能否通過的演算法。

——蟻窩的圖形如何描述？用什麼數據結構存儲？多邊形如何建模？

——設計一個螞蟻狀態機，狀態檢測演算法，比如挖通道狀態、挖蟻室狀態，設計狀態跳轉的條件。

——由於土塊方格動態被銷毀，如何動態生成導航網格。

我的看法：依然是上面那個數據表，你很容易計算從某一點到另外一個點需要通過哪些為0的坐標位置。

——還有通道要支持雙向通行，也就是說螞蟻挖洞時需要挖兩個單位再進行下一步挖掘，這個怎麼計算呢，還有，通道轉彎處怎麼計算呢。有兩個思路，一個是演算法生成一個通道地圖，螞蟻按圖挖。另一個思路是，讓螞蟻邊挖邊決策，判斷是否夠寬，夠長，轉彎處形狀，等等。

我的看法：玩過拼圖么？所有通道默認都是支持雙向通行（你見過只能單向的巢穴？

）而且你一個2D遊戲，不要考慮那麼多邊界問題好么。默認Z軸很寬就好。

——雙向行走的自動尋路用什麼模型，首先得解決如何生成有向路徑的問題。

——如何模擬一個任意方向行走的螞蟻遇到障礙時的真實轉彎過程，而不是只能上下左右走。

我的看法：一個遊戲，重要的是遊戲性，而不是模擬程度，建議觀察一下《紅色警戒》等2D遊戲的單位行動，一般來說設計師會做8個方向的運動效果（左上，上，右上，左，右，左下，下，右下）等。

——單個蟻是如何決定做什麼任務的？從而實現在覓食，築巢，戰鬥，搬家，後勤等狀態間切換，這個策略涉及到單個蟻與環境交互的問題，以及蟻間通訊的問題，從環境中能獲取哪些信息來支撐單個蟻的自主決策。或者說蟻群當中存在一個管理階級來給每隻螞蟻分配任務，如果有的話，他們的管理策略是什麼。或是兩種模式結合。這個希望得到生物學專業的支持。

我的看法：請觀察真實世界的螞蟻巢穴，很多科普視頻。這個也和你的遊戲核心玩法有關係，先想好你的核心玩法。

對於初學者，我建議還是把「生命遊戲」寫寫吧，相對簡單。

就題目里的想法，我不是打擊題主，你的主要問題不在於編程，而是你把自己當成了產品經理，就差個程序員了。

太高深了。

我有個類似的主題：WSN的模擬，但是Python在這方面不算很強，一方面GIL限制了多線程。另外一方面速度不佔優勢。我也在找替代的工具。

謝邀。

我想你是聽說過蟻群演算法然後就誤會了吧？！

蟻群演算法是一種群體計算，用來解決NP問題，通過保留之前搜索狀態空間時的相關信息來提升搜索效率的。這方面有很完整的書籍與演算法介紹，沒必要自己重頭來的。

至於你說的東西，我認為對於一個初學者來說，難度太大了，沒必要。python是腳本級的語言，根本就不需要花費太多的精力，用的時候熟悉一下就可以了。

太高大上了。。。。而且就像其它答案里說的，功能太多了。我覺得題主可以選擇一個方面嘗試一下。至於ai方面可以參考fifa這種遊戲的ai，叫啥狀態機？

謝邀！這個提問如此之長，很有意思，你娃多半是要走上編程的不歸路了，哈哈！

提問是一個宏大的構想，但是你必須先把事情簡單化，一步你不可能跳到終點去；其實也沒有終點，很多內容過於精緻、細節化，但一大半的細節內容是在很後期才會出現，等你真走到那兒了，你會發現其實細節是無窮無盡的，永遠都有提升空間。

建議：階段化。你需要設定最初的、版本1的簡單的目標；然後可能版本2、版本3的大致目標，再往後的東西就別去想了。

記住，最開始的重點是實現，不是精緻。要是追求完美，你將一直沒有成品（哪怕是簡單、粗糙的）出來，這會嚴重地打擊你繼續的願望。而一直有階段性的完成，這是很大的自我激勵。

對於一個初學者，這個模型顯然是too hard to realize.

這個和python關係不大，主要是數學模型。建議你先看看「種群競爭模型」，看懂這個了，再了解一下「隨機過程」、「馬爾科夫鏈」，基本上可以做一個簡單的蟻群動態模型了。

當然，你要先明確，你是想學數學模型，還是想學python。

想學python，就沒必要搞這個。

這是不是需要蟻群演算法？！！！這都是研究生才有的課題。。。你確定你是初學！！！

這也太難了吧，好幾個世界級的難題，真把這些搞定了你估計獲得好幾個諾貝爾獎了

小程序？這簡直是那一個億的小目標啊！

我認為最大的難點不在編程，而在於人類還沒把螞蟻的行為模式研究清楚吶。

謝邀。

我首先想知道你想解決什麼問題。

我的建議是這樣你可以試著寫幾個群落這幾個群落能做的事一樣但是辦事優先策略不一樣

然後這個集群落放在一個環境里讓他們運行模擬他們在同一個環境中成長

說白了就是幾個代碼一起玩dota啊可以試試蠻好玩的

開始可以更簡單，土塊和螞蟻都只佔一方格，在地下可以認為四周都是土，都可攀爬，忽略重力，空洞連通就能走過去。如果沒玩過，可以玩一下《Minecraft》、《輻射：避難所》找靈感。