第1期 吴虎胜，等：群智能新研究：角色-匹配的狼群劳动分工 ·127· 援。如此，狼群中不同角色个体各司其职，形成 了完备的猎物打击链条，如图1所示。 广探狼游猎 猛狼奔装 分割驱散儿 头狼指挥 潜伏待命 接力攻击 巨狼围攻 图1狼群劳动分工和角色区分 Fig.1 Labor division and role differentiation of wolf pack 狼群具有多样化的群体智能行为，但在协作 通过对微妙信息的挖掘和关联，迅速掌握日标整 捕猎中其劳动分工特性表现最为明显，且千百年 体行为特征。 的进化也造就了其不言而喻的生存优势：1)狼群 狼群具备很强的环境适应性，其领地和群体 中不同角色的狼相互协作即可捕杀单匹狼远不能 规模可以根据环境和猎物密度变化而动态调整。 匹敌的大型猎物；2)大大缩短了捕猎作业时间， 在高度变化的复杂捕猎环境中，狼群也能够根 提高了捕猎成功概率。 据猎物的体型大小和群体规模进行动态重组以形 如图2所示，狼群个体的环境学习与认知 成规模不等的捕猎集群2，具有非常强的动态适 能力较强，感知与交互方式多样，群体行动中通 应性。 过有效的“个体-个体”+“个体-环境”交互方式获 1.2特性分析 取和共享信息，为头狼指挥和个体自主决策提供 狼群劳动分工主要有以下3个方面的特征： 指引。 1)个体任务的专职化。狼群中的个体一般按 照角色分工执行与角色相匹配的任务，简单来 个体-环境交互 讲，就是一般情况下，什么角色干什么事（此种专 猎物 职化现象在人类社会中也同样普遍存在)。多次 目视观察 体型 执行特定任务的某一角色类型的个体经过学习强 个 个体 感知残留气味 群体规模 化成为该任务的“专家”，下次执行该任务的趋向 个 体 遗留气味 运动状态 性越大，且不同角色的个体不会随意转换自身角 色而执行其他任务。个体专职化避免了狼群不同 目视观察 环境 角色类型的个体在不同任务间的频繁切换而导致 个体 感知残留气味 地形 的系统动荡，同时有助于任务经验的积累，降低 了个体的学习和适应成本，进而提高了任务的执 障碍 行效率。 气候 2)个体角色的可塑性。角色可塑性主要反映 狼群在动态复杂环境下的适应能力。在内部变化 或环境扰动下，各角色也并不是一成不变的，不 图2狼群感知与交互方式 同个体的角色也可基于一定条件改变，以适应任 Fig.2 Perception and interaction mode of wolf pack 务或环境的需求。例如猎物过于强大，承担围攻 嚎叫和遗留气味是生物狼群个体-个体交互 任务的狼不足以将其捕杀，那么原先承担潜伏或 的主要途径，不同的嚎叫声调和长短可以传达多 侦察任务的部分个体会自发地迅速转变自身角色 样化信息；通过主动遗留气味（如狼的粪便、排尿 为围攻狼，且转换的速度和个体数量随任务紧迫 等)宣示领地主权和传达信息给同伴22。个体- 程度而调整。再例如，通常情况下，拥有最佳基 环境交互主要依靠猎物残留气味和目视观察，通 因的头狼独享交配权，头狼即“种狼”，如此最大 过感知猎物残留的气味可以准确判断猎物状态， 概率地保证了后代的优秀，也控制了狼群的数 个体依靠敏锐的目视观察把握目标的细微特征， 量：但当灾难来临，例如大面积染病或者气候异援。如此，狼群中不同角色个体各司其职，形成 了完备的猎物打击链条，如图 1 所示。 头狼指挥 潜伏待命 接力攻击 巨狼围攻 探狼游猎 猛狼奔袭 分割驱散 图 1 狼群劳动分工和角色区分 Fig. 1 Labor division and role differentiation of wolf pack 狼群具有多样化的群体智能行为，但在协作 捕猎中其劳动分工特性表现最为明显，且千百年 的进化也造就了其不言而喻的生存优势：1) 狼群 中不同角色的狼相互协作即可捕杀单匹狼远不能 匹敌的大型猎物；2) 大大缩短了捕猎作业时间， 提高了捕猎成功概率[20]。 如图 2 所示，狼群个体的环境学习与认知 能力较强，感知与交互方式多样，群体行动中通 过有效的“个体−个体”+“个体−环境”交互方式获 取和共享信息，为头狼指挥和个体自主决策提供 指引。 目视观察 目视观察 感知残留气味 感知残留气味 个体 个体 遗 留 气 味 个体−环境交互 嚎 叫 猎物 群体规模 体型 运动状态 环境 障碍 地形 气候 个 体 个 体 交 互 − 图 2 狼群感知与交互方式 Fig. 2 Perception and interaction mode of wolf pack 嚎叫和遗留气味是生物狼群个体−个体交互 的主要途径，不同的嚎叫声调和长短可以传达多 样化信息；通过主动遗留气味 (如狼的粪便、排尿 等) 宣示领地主权和传达信息给同伴[21-22]。个体− 环境交互主要依靠猎物残留气味和目视观察，通 过感知猎物残留的气味可以准确判断猎物状态， 个体依靠敏锐的目视观察把握目标的细微特征, 通过对微妙信息的挖掘和关联, 迅速掌握目标整 体行为特征[23]。 狼群具备很强的环境适应性，其领地和群体 规模可以根据环境和猎物密度变化而动态调整。 在高度变化的复杂捕猎环境中，狼群也能够根 据猎物的体型大小和群体规模进行动态重组以形 成规模不等的捕猎集群[24] ，具有非常强的动态适 应性。 1.2 特性分析 狼群劳动分工主要有以下 3 个方面的特征： 1) 个体任务的专职化。狼群中的个体一般按 照角色分工执行与角色相匹配的任务，简单来 讲，就是一般情况下，什么角色干什么事 (此种专 职化现象在人类社会中也同样普遍存在)。多次 执行特定任务的某一角色类型的个体经过学习强 化成为该任务的“专家”，下次执行该任务的趋向 性越大，且不同角色的个体不会随意转换自身角 色而执行其他任务。个体专职化避免了狼群不同 角色类型的个体在不同任务间的频繁切换而导致 的系统动荡，同时有助于任务经验的积累，降低 了个体的学习和适应成本，进而提高了任务的执 行效率。 2) 个体角色的可塑性。角色可塑性主要反映 狼群在动态复杂环境下的适应能力。在内部变化 或环境扰动下，各角色也并不是一成不变的，不 同个体的角色也可基于一定条件改变，以适应任 务或环境的需求。例如猎物过于强大，承担围攻 任务的狼不足以将其捕杀，那么原先承担潜伏或 侦察任务的部分个体会自发地迅速转变自身角色 为围攻狼，且转换的速度和个体数量随任务紧迫 程度而调整。再例如，通常情况下，拥有最佳基 因的头狼独享交配权，头狼即“种狼”，如此最大 概率地保证了后代的优秀，也控制了狼群的数 量；但当灾难来临，例如大面积染病或者气候异 第 1 期 吴虎胜，等：群智能新研究：角色−匹配的狼群劳动分工 ·127·