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Comportamiento de bandada

El comportamiento de bandada es el comportamiento exhibido cuando un grupo de pájaros, llamado bandada, busca alimento o está volando. Hay paralelismos con el comportamiento de un cardumen de peces, el de un enjambre de insectos y el de una manada de animales terrestres.

Una bandada de estorninos en formación similar a un enjambre.

Las simulaciones por ordenador y los modelos matemáticos que se han desarrollado para emular el comportamiento de bandada, generalmente se pueden aplicar también al comportamiento de bandada o "flocking" (del término en inglés) de otras especies. Como resultado de ello, el término "flocking" a veces se aplica, en informática, para distintas especies, no solo de aves.

Este artículo trata sobre la modelación del comportamiento de bandada. Desde la perspectiva del modelador matemático, "flocking" es el movimiento colectivo de un gran número de entidades auto propulsadas y es un comportamiento animal colectivo exhibido por muchos seres vivos como pájaros, pez, bacterias, e insectos.[1]​ Está considerado un comportamiento emergente que surge de sencillas reglas que siguen los individuos y no implica ningún tipo de coordinación central.

El comportamiento"flocking" fue simulado por primera vez en un ordenador en 1987 por Craig Reynolds con su programa de simulacro, "Boids" ("bird-oid object").[2]​ Este programa simula agentes sencillos (boids) que se mueven de acuerdo a un conjunto de reglas básicas. El resultado es semejante a un bandada de pájaros, un banco de peces, o un enjambre de insectos.

Reglas del "flocking"

Los modelos básicos del comportamiento "flocking" son controlados por tres sencillas reglas:

  1. Separación - evitar aglomeración de vecinos (repulsión de corto alcance)
  2. Alineación - dirigir hacia un rubro promedio de vecinos.
  3. Cohesión - dirigir hacia la posición media de los vecinos (atracción de largo alcance)

Con estas tres reglas sencillas, la bandada se mueve de una manera extremadamente realista, creando movimiento complejo y una interacción que sería extremadamente difícil de crear de otra manera.

El modelo básico se ha extendido en varias maneras diferentes desde que Reynolds lo propuso. Por ejemplo, Delgado-Mata et al. amplió el modelo básico para incorporar los efectos del miedo.[3]​ El olfato se utiliza para transmitir la emoción entre los animales, a través de las feromonas modeladas en forma de partículas en un gas de expansión libre. Hartman y Benes introdujeron una fuerza complementaria a la alineación que ellos llaman el cambio de liderazgo.[4]​ Esta dirección define la posibilidad de que el ave se convierta en un líder y trate de escapar. Hemelrijk y Hildenbrandt utilizan la atracción, la alineación y la evasión y las amplían con una serie de rasgos de estorninos reales: en primer lugar, las aves vuelan de acuerdo a la aerodinámica de las alas fijas, mientras que ruedan al girar (perdiendo así ascenso), segundo, coordinan con un limitado número de vecinos de interacción, que son 7 (como en los estorninos reales), en tercer lugar, tratan de mantenerse por encima del lugar para dormir (como los estorninos al amanecer) y cuando, por casualidad, se mueven hacia el exterior desde el sitio para dormir, vuelven girando, cuarto, se mueven a una velocidad fija relativa.[5]​ Los autores mostraron que las características específicas de comportamiento de vuelo, así como una bandada de gran tamaño y un bajo número de socios que interactúan fueron esenciales para la creación de la forma variable de las bandadas de estorninos.

Medición

Las mediciones de bandadas de aves se han realizado utilizando cámaras de alta velocidad, y un análisis de la computadora se ha hecho para poner a prueba las reglas simples de "flocking" antes mencionadas.[6]​ Se ha encontrado que por lo general son válidas en el caso de bandadas de aves, pero la regla de atracción de largo alcance (cohesión) se aplica a los 5-10 vecinos más cercanos del pájaro y es independiente de la distancia de estos vecinos del ave. Además, hay una anisotropía con respecto a esta tendencia coherente, siendo percibido con más relación en los vecinos laterales al ave, en lugar de en frente o detrás. Esto es sin duda debido al campo de visión del pájaro que vuela siendo dirigido a los lados más que directamente adelante o hacia atrás.

Otro estudio reciente se basa en un análisis de las imágenes de una cámara de alta velocidad de bandadas sobre Roma, y utiliza un modelo informático asumiendo normas mínimas de comportamiento.[7][8][9][10]

Complejidad algorítmica

En simulaciones del flocking, no hay control central; cada ave se comporta de forma autónoma. En otras palabras, cada ave tiene que decidir por sí mismo qué bandadas considerar como su entorno. Por lo general, el medio ambiente se define como un círculo (2D) o esfera (3D) con un radio determinado (que representa a su alcance).[cita requerida]

Una aplicación básica de un algoritmo de"flocking" tiene complejidad   - cada ave busca a través de todas las otras aves para encontrar a los que caen en su entorno.

Mejoras posibles:

  • Subdivisión espacial del depósito-enrejado. Toda el área en la que la bandada puede moverse está dividida en un gran número de depósitos. Cada depósito almacena que aves contiene. Cada vez que un pájaro se mueve desde un recipiente a otro, el enrejado tiene que actualizarse.
    • Ejemplo: rejilla 2D(3D) en una simulación de bandadas 2D(3D).
    • Complejidad:  , k es el número de depósitos envolventes a considerar; solo cuando el depósito del ave se encuentra en .

Lee Spector, Jon Klein, Chris Perry y Mark Feinstein estudiaron la aparición de la conducta colectiva en los sistemas de computación evolutiva.[11]

Bernard Chazelle probó que bajo la suposición que cada pájaro ajusta su velocidad y posición a los otros pájaros dentro de un radio fijo, el tiempo que se necesita para converger a un estado estacionario es una exponencial iterada de la altura logarítmica en el número de aves. Esto significa que si el número de pájaros es bastante grande, el tiempo de convergencia será tan grande que también pueda ser infinito.[12]​ Este resultado se aplica solo a convergencia de estado firme. Por ejemplo, las flechas disparadas por el aire en el borde de una bandada causarán que toda la bandada reaccione más rápido de lo se que puede explicar por la interacción de los vecinos, que son frenados por el tiempo de retraso en el sistema nervioso central de pájaro a pájaro.

Aplicaciones

En Colonia, Alemania, dos biólogos de la Universidad de Leeds demostraron un comportamiento de bandada en los seres humanos. El grupo de personas exhibieron un patrón de comportamiento muy similar al de una bandada, en la que si el 5% de la bandada cambiara de dirección, los demás harían lo mismo. Cuando una persona se designó como un depredador y todo el mundo lo evitaba, la bandada se comportó muy parecido a un banco de peces.[13]

El "flocking" también ha sido considerado como medio para controlar el comportamiento de vehículos aéreos no tripulados (UAV).

El "flocking" es una tecnología común en protectores de pantallas, y ha encontrado su uso en animación. El flocking ha sido utilizado en muchas películas para generar multitudes que se mueven de manera más realista.[14]​ Batman Returns de Tim Burton (1992) presentó bandadas de murciélagos, y El Rey León de Disney (1994) incluyó estampidas de antílopes Africanos.

El "flocking" ha sido el comportamiento utilizado para otras aplicaciones interesantes. Se ha aplicado para programar automáticamente las emisoras de radio de varios canales de Internet.[15]​ También se ha utilizado para la visualización de información y para las tareas de optimización.[16][17]

Referencias

  1. "Alternating steady state in one journal = Journal of Physics A". arXiv:cond-mat/9811336. 
  2. Reynolds, Craig W. (1987).
  3. Delgado-Mata C, Ibanez J, Bee S et al. (2007).
  4. Hartman C, Benes B (2006).
  5. Hemelrijk, C. K., Hildenbrandt, H. (2011).
  6. Feder, Toni (October 2007).
  7. Hildenbrandt, H; Carere, C; Hemelrijk, CK (2010).
  8. Hemelrijk, CK; Hildenbrandt, H (2011).
  9. Project Starflag
  10. Swarm behaviour model by University of Groningen
  11. Spector, L.; Klein, J.; Perry, C.; Feinstein, M. (2003).
  12. Bernard Chazelle, The Convergence of Bird Flocking, J. ACM 61 (2014)
  13. "http://psychcentral.com/news/2008/02/15/herd-mentality-explained/1922.html el 29 de noviembre de 2014 en Wayback Machine.".
  14. Gabbai, J. M. E. (2005).
  15. Ibanez J, Gomez-Skarmeta A F, Blat J (2003).
  16. Moere A V (2004).
  17. Cui Z, Shi Z (2009).
  •   Datos: Q3851846
  •   Multimedia: Swarming

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El comportamiento de bandada es el comportamiento exhibido cuando un grupo de pajaros llamado bandada busca alimento o esta volando Hay paralelismos con el comportamiento de un cardumen de peces el de un enjambre de insectos y el de una manada de animales terrestres Dos bandadas de grullas comunes Una bandada de estorninos en formacion similar a un enjambre Las simulaciones por ordenador y los modelos matematicos que se han desarrollado para emular el comportamiento de bandada generalmente se pueden aplicar tambien al comportamiento de bandada o flocking del termino en ingles de otras especies Como resultado de ello el termino flocking a veces se aplica en informatica para distintas especies no solo de aves Este articulo trata sobre la modelacion del comportamiento de bandada Desde la perspectiva del modelador matematico flocking es el movimiento colectivo de un gran numero de entidades auto propulsadas y es un comportamiento animal colectivo exhibido por muchos seres vivos como pajaros pez bacterias e insectos 1 Esta considerado un comportamiento emergente que surge de sencillas reglas que siguen los individuos y no implica ningun tipo de coordinacion central El comportamiento flocking fue simulado por primera vez en un ordenador en 1987 por Craig Reynolds con su programa de simulacro Boids bird oid object 2 Este programa simula agentes sencillos boids que se mueven de acuerdo a un conjunto de reglas basicas El resultado es semejante a un bandada de pajaros un banco de peces o un enjambre de insectos Indice 1 Reglas del flocking 2 Medicion 3 Complejidad algoritmica 4 Aplicaciones 5 ReferenciasReglas del flocking EditarLos modelos basicos del comportamiento flocking son controlados por tres sencillas reglas Separacion evitar aglomeracion de vecinos repulsion de corto alcance Alineacion dirigir hacia un rubro promedio de vecinos Cohesion dirigir hacia la posicion media de los vecinos atraccion de largo alcance Con estas tres reglas sencillas la bandada se mueve de una manera extremadamente realista creando movimiento complejo y una interaccion que seria extremadamente dificil de crear de otra manera El modelo basico se ha extendido en varias maneras diferentes desde que Reynolds lo propuso Por ejemplo Delgado Mata et al amplio el modelo basico para incorporar los efectos del miedo 3 El olfato se utiliza para transmitir la emocion entre los animales a traves de las feromonas modeladas en forma de particulas en un gas de expansion libre Hartman y Benes introdujeron una fuerza complementaria a la alineacion que ellos llaman el cambio de liderazgo 4 Esta direccion define la posibilidad de que el ave se convierta en un lider y trate de escapar Hemelrijk y Hildenbrandt utilizan la atraccion la alineacion y la evasion y las amplian con una serie de rasgos de estorninos reales en primer lugar las aves vuelan de acuerdo a la aerodinamica de las alas fijas mientras que ruedan al girar perdiendo asi ascenso segundo coordinan con un limitado numero de vecinos de interaccion que son 7 como en los estorninos reales en tercer lugar tratan de mantenerse por encima del lugar para dormir como los estorninos al amanecer y cuando por casualidad se mueven hacia el exterior desde el sitio para dormir vuelven girando cuarto se mueven a una velocidad fija relativa 5 Los autores mostraron que las caracteristicas especificas de comportamiento de vuelo asi como una bandada de gran tamano y un bajo numero de socios que interactuan fueron esenciales para la creacion de la forma variable de las bandadas de estorninos Medicion EditarLas mediciones de bandadas de aves se han realizado utilizando camaras de alta velocidad y un analisis de la computadora se ha hecho para poner a prueba las reglas simples de flocking antes mencionadas 6 Se ha encontrado que por lo general son validas en el caso de bandadas de aves pero la regla de atraccion de largo alcance cohesion se aplica a los 5 10 vecinos mas cercanos del pajaro y es independiente de la distancia de estos vecinos del ave Ademas hay una anisotropia con respecto a esta tendencia coherente siendo percibido con mas relacion en los vecinos laterales al ave en lugar de en frente o detras Esto es sin duda debido al campo de vision del pajaro que vuela siendo dirigido a los lados mas que directamente adelante o hacia atras Otro estudio reciente se basa en un analisis de las imagenes de una camara de alta velocidad de bandadas sobre Roma y utiliza un modelo informatico asumiendo normas minimas de comportamiento 7 8 9 10 Complejidad algoritmica EditarEn simulaciones del flocking no hay control central cada ave se comporta de forma autonoma En otras palabras cada ave tiene que decidir por si mismo que bandadas considerar como su entorno Por lo general el medio ambiente se define como un circulo 2D o esfera 3D con un radio determinado que representa a su alcance cita requerida Una aplicacion basica de un algoritmo de flocking tiene complejidad O n 2 displaystyle O n 2 cada ave busca a traves de todas las otras aves para encontrar a los que caen en su entorno Mejoras posibles Subdivision espacial del deposito enrejado Toda el area en la que la bandada puede moverse esta dividida en un gran numero de depositos Cada deposito almacena que aves contiene Cada vez que un pajaro se mueve desde un recipiente a otro el enrejado tiene que actualizarse Ejemplo rejilla 2D 3D en una simulacion de bandadas 2D 3D Complejidad O n k displaystyle O nk k es el numero de depositos envolventes a considerar solo cuando el deposito del ave se encuentra enO 1 displaystyle O 1 Lee Spector Jon Klein Chris Perry y Mark Feinstein estudiaron la aparicion de la conducta colectiva en los sistemas de computacion evolutiva 11 Bernard Chazelle probo que bajo la suposicion que cada pajaro ajusta su velocidad y posicion a los otros pajaros dentro de un radio fijo el tiempo que se necesita para converger a un estado estacionario es una exponencial iterada de la altura logaritmica en el numero de aves Esto significa que si el numero de pajaros es bastante grande el tiempo de convergencia sera tan grande que tambien pueda ser infinito 12 Este resultado se aplica solo a convergencia de estado firme Por ejemplo las flechas disparadas por el aire en el borde de una bandada causaran que toda la bandada reaccione mas rapido de lo se que puede explicar por la interaccion de los vecinos que son frenados por el tiempo de retraso en el sistema nervioso central de pajaro a pajaro Aplicaciones EditarEn Colonia Alemania dos biologos de la Universidad de Leeds demostraron un comportamiento de bandada en los seres humanos El grupo de personas exhibieron un patron de comportamiento muy similar al de una bandada en la que si el 5 de la bandada cambiara de direccion los demas harian lo mismo Cuando una persona se designo como un depredador y todo el mundo lo evitaba la bandada se comporto muy parecido a un banco de peces 13 El flocking tambien ha sido considerado como medio para controlar el comportamiento de vehiculos aereos no tripulados UAV El flocking es una tecnologia comun en protectores de pantallas y ha encontrado su uso en animacion El flocking ha sido utilizado en muchas peliculas para generar multitudes que se mueven de manera mas realista 14 Batman Returns de Tim Burton 1992 presento bandadas de murcielagos y El Rey Leon de Disney 1994 incluyo estampidas de antilopes Africanos El flocking ha sido el comportamiento utilizado para otras aplicaciones interesantes Se ha aplicado para programar automaticamente las emisoras de radio de varios canales de Internet 15 Tambien se ha utilizado para la visualizacion de informacion y para las tareas de optimizacion 16 17 Referencias Editar Alternating steady state in one journal Journal of Physics A arXiv cond mat 9811336 Reynolds Craig W 1987 Delgado Mata C Ibanez J Bee S et al 2007 Hartman C Benes B 2006 Hemelrijk C K Hildenbrandt H 2011 Feder Toni October 2007 Hildenbrandt H Carere C Hemelrijk CK 2010 Hemelrijk CK Hildenbrandt H 2011 Project Starflag Swarm behaviour model by University of Groningen Spector L Klein J Perry C Feinstein M 2003 Bernard Chazelle The Convergence of Bird Flocking J ACM 61 2014 http psychcentral com news 2008 02 15 herd mentality explained 1922 html Archivado el 29 de noviembre de 2014 en Wayback Machine Gabbai J M E 2005 Ibanez J Gomez Skarmeta A F Blat J 2003 Moere A V 2004 Cui Z Shi Z 2009 Datos Q3851846 Multimedia Swarming Obtenido de https es wikipedia org w index php title Comportamiento de bandada amp oldid 134017815, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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