Schwarmintelligenz

Aus Wikiversity
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Eingang zu einem Ameisennest (Pune, Maharashtra, Indien)
Weberameisen werden biologische biological control for citrus cultivation in southern China
Neuronen und Netwerkkonnektivität

Schwarmintelligenz (SI) ist das kollektives Verhalten von dezentralisiert, selbstorganisiert Systemen, natürlich oder künstlich. SI-Systeme bestehen typischerweise aus einer Population von Individuen, die in einem Netzwerk miteinander und mit ihrer Umgebung interagieren. Die Inspiration kommt oft von der Natur, insbesondere von biologischen Systemen. Die Individuen in Komplexe adaptive Systeme folgen

  • (Individuelles Verhalten) die Individuen in einem Schwarm haben individuelle Erfahrungen, befinden sich an verschiedenen Orten in einem Schwarm, nehmen verschiedene Merkmale in ihrer Umgebung wahr.
  • (Schwarminteraktion)' die Schwarminteraktion wird durch einen Input von Informationen aus dem Schwarm und einen Output von Informationen an den Schwarm bestimmt. Die Gemeinschaft der Schwarmeinzelgänger hört/reagiert auf das Output anderer (in ihrer Nachbarschaft). Die Interaktion des Schwarms kann durch das Netzwerk der Individuen im Schwarm verbreitet werden.
  • (Umweltinteraktion)' Darüber hinaus wird das Verhalten der Individuen durch die Interaktion mit der Umwelt bestimmt. Zusammen mit der Interaktion mit den Nachbarn werden individuelle Wahrnehmungen im Schwarm als Netzwerk von Individuen propagiert.

Insgesamt wird das individuelle Verhalten durch die individuellen Wahrnehmungen im Schwarm, die Informationen von anderen Individuen (wie Warnungen vor Raubtieren oder Informationen über zugängliche Nahrung) bestimmt. Die Schwarmintelligenz entsteht dadurch, dass ohne eine zentralisierte Kontrollstruktur, die diktiert, wie sich die Individuen im Schwarm verhalten sollen, lokale und bis zu einem gewissen Grad zufällige Interaktionen zwischen solchen Agenten zur emergence eines "intelligenten" globalen Verhaltens führen, das den einzelnen Agenten unbekannt ist.

Schwarmgemeinschaften[Bearbeiten]

Schwarm-Eigenschaften[Bearbeiten]

Modellierung des Schwarmverhaltens[Bearbeiten]

Schwarmintelligenz in der menschlichen Bevölkerung[Bearbeiten]

  • Verbindung der Teams,
  • Vielfalt des Wissens der Individuen,
  • individuelle Vorlieben und Leistung der Schwarmleistung opfern

Lernaufgabe[Bearbeiten]

Schwarm-Ignoranz vs. Schwarmintelligenz[Bearbeiten]

In dieser Lernaufgabe führen wir den Begriff der Schwarm-Ignoranz ein. Es ist kein offiziell definierter wissenschaftlicher Begriff. Es ist künstlich, mit der Schwarmintelligenz zu kontrastieren.

  • Nehmen wir an, dass Lemminge sich ähnlich wie die in der Näche befindlichen Mitglieder des Schwarms verhalten und gemeinsam auf den Rand der Klippe zulaufen und das Schwarmverhalten sich nicht ändern, wenn die ersten Lemminge herunterfallen. Erklären Sie das fehlende Schwarmverhalten oder versuchen Sie, den Begriff der "Schwarm-Ignoranz als Gegenteil der Schwarmintelligenz zu definieren!
  • Können Sie in der Geschichte (Finanzmarkt, Börse, Diktatoren, ...) Beispiele finden, die Aspekte der Schwarmintelligenz und Schwarm-Ignoranz zeigen?
  • (Psychologie)' Können Sie sich dem Thema "Schwarm-Ignoranz" und "Schwarmintelligenz" aus der psychologischen Perspektive nähern? Was sind nach Ihrer Definition Treiber für die Schwarm-Ignoranz?

Ausbildung und Hilfe zur Selbsthilfe[Bearbeiten]

  • Erklären Sie die Rolle von Bildung und Hilfe zur Selbsthilfe im Kontext von Schwarmintelligenz und einer menschlichen Bevölkerung/Gemeinschaften! Berücksichtigen Sie dabei die Netwerkstruktur in einem Schwarm. Einerseits eine entralisierte Versorgung, von der alle im Schwarm abhängig sind und die Unterstützung verucht diese Abhängigkeiten aufrecht zu erhalten im Gegensatz zu einer Struktur in der Einzelne auch in die Lage versetzt wird sich selbst und anderen im Schwarm zu helfen.
  • Betrachten Sie die Wechselwirkung von Bildung und Hilfe zu Selbsthilfe bezogen auf die Nachhaltigkeit. Ist durch Individuen im Schwarm für die Versorgung gesichert, können auch diese Dienste im Schwarm ggf. langsam wegfallen oder zumindest in der Versorgungsqualität abfallen. Welche Rolle spielt dabei die Möglichkeiten des Schwarm Kompetenzen an andere Schwarmmitglieder Lernen und Bildung weitergeben kann. Informationen im Schwarm zu verteilen bedeutet dabei nicht nur bestimmte Aufgaben erledigen zu können, sondern auch Methoden für die Erledigung der Aufgaben im Schwarm zu teilen.
  • Welche Vorteile haben zentralisierte Vorsorgungseinrichtungen, die alle im Schwarm versorgen im Vergleich zu denzentralen Strukturen, die auch eine gewisse Diversität zeigen (siehe auch Biodiversität)


Opfern spezialisierten Kompetenzen zur Verteidigung der Kolonie[Bearbeiten]

Insekten bilden Kolonien und spezialisieren sich auf bestimmte Gebiete:

  • Füttern der Larven,
  • das Sammeln von Lebensmitteln,
  • Soldateninsekten verteidigen Raubtiere,
  • ...

Versuchen Sie, wissenschaftliche Beweise und Beispiele zu finden, in denen Insekten ihre Spezialisierung auf bestimmte Aufgaben aufgeben und in einem Schwarm kohärent handeln, um z.B. die Kolonie zu verteidigen oder gemeinsam auf ein Risiko zu reagieren, dem die Kolonie ausgesetzt ist!

Störende Einflüsse für die Schwarmleistung[Bearbeiten]

Schwärme von Individuen werden erzeugt, weil sie im Vergleich zu einer losen Ansammlung unabhängiger Individuen einen evolutionären Nutzen zu haben scheinen. Dies ist eine Aufgabe aus dem Bereich Systemdenken. Wenden Sie diese Grundideen auf

  • Teams für Entwicklung und Innovation
  • Problemlösungsteams,
  • Staaten mit Demokratie und
  • Mannschaften im Sport an, die mit anderen Mannschaften konkurrieren.

Störende Kräfte für die Schwarmleistung können kommen

  • von außen, z.B.
    • Raubtier,
    • Virus oder übertragbare Krankheit,
    • konkurrierende Fußballmannschaft,
    • konkurrierende Unternehmen auf einem globalen Markt,
  • von innen, z.B.
    • Entwickler, die nur ihre eigene Agenda zum persönlichen Nutzen vorantreiben,
    • Spieler, die lieber ein Tor schießen, als anderen Spielern der Mannschaft, die in einer erfolgreicheren Position sind, die Möglichkeit zu geben, das Tor zu schießen,
    • Menschen, die in einer Gesellschaft ein Verbrechen begehen.

Die Beispiele kommen aus verschiedenen Bereichen (Forschungs- und Entwicklungsteams, Sport, Gesellschaft, Wirtschaft). Alle Schwärme haben eine gewisse Verwundbarkeit. Alle Beispiele sind NICHT reine Schwarmintelligenz-Anwendungen. Sie könnten zentralisierte Kontrollstrukturen identifizieren. Erklären und vergleichen Sie die verschiedenen Ansätze eines

  • zentralisierte Antwort und
  • Schwarmreaktion auf störende Kräfte für die Gemeinschaft. Wie arbeitet die Gemeinschaft gemeinsam gegen störende Kräfte? Was sind die Probleme und Herausforderungen bei den Reaktionsmethoden?

Historische Perspektive[Bearbeiten]

  • Suchen Sie nach alten hochentwickelten Kulturen (z.B. Ägypten, ...). Wo haben sie sich entwickelt (Zugang zu Wasser, Flüssen)? Wann haben sie sich entwickelt, z.B. als es eine hohe Wasserverfügbarkeit gab oder als es nur begrenzte Wasserressourcen gab und die Gemeinschaften Intelligenzstrategien entwickeln müssen, um die Ressourcen zu verteilen und zu teilen? Leiten Sie Ihre Schlussfolgerungen für die Entstehung von Schwarmintelligenz in der menschlichen Gesellschaft ab!

Informations- und Kommunikationstechnologie[Bearbeiten]

In biologischen Schwärmen können wir die Kohärenz des Schwarmes durch die räumliche Vernetzung beobachten. Betrachtet man die Informations- und Kommunikationstechnologie, so kann man das Schwarmverhalten durch den Einsatz von mobilen Geräten betrachten. Wo finden wir konstruktives Schwarmverhalten und die Entstehung von Schwarmintelligenz? Wo finden wir störende Aspekte des Schwarmverhaltens in kollaborativen Netzwerken? Jährliche Grippeepidemien in einem Land wirken sich auf die Leistung eines Unternehmens aus, weil die Mitarbeiter im Team krank sind? Was sind Ähnlichkeiten und Unterschiede zu biologischen und Computerviren hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die wirtschaftliche Leistung eines Unternehmens? Wie reagieren Gesellschaft und Wirtschaft auf dieses Risiko, und wie kann Schwarmintelligenz durch den Aufbau von Kapazitäten im Bereich Risikokompetenz entstehen?

Wissenschaftlicher Hackathon[Bearbeiten]

Erforschen Sie das Konzept eines wissenschaftlichen Hackathons und vergleichen Sie den SciHack-Ansatz mit der Schwarmintelligenz!

Vom Lernenden zum Autor[Bearbeiten]

Lernressourcen können den Lernenden dazu anleiten, Autor zu werden (siehe Learner2Author. Die Erstellung eines Quiz in Wikiversity für Selbsteinschätzung ist eine Aufgabe, die Fragen für Sie als Lernender zu beantworten und dann ein Quiz dafür zu erstellen.

ToDo für Lernressource[Bearbeiten]

  • sich in Submodul zerlegen
  • einen Lernpfad zu erstellen, da das Ausgraben jedes einzelnen Themas zu viel Arbeitsaufwand verursacht und der Lernende das Gesamtbild des Themas verliert
  • ein Quiz in Wikiversity für Selbsteinschätzung erstellen.

Herausragende Forscher im Bereich Schwarmintelligenz[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literaturquellen[Bearbeiten]

  • Bernstein, Jeremy Project Swarm. URL: http://www.projectswarm.net/abstract.php - Report on technology inspired by swarms in nature
  • Bernstein, Jeremy. "Project Swarm". Report on technology inspired by swarms in nature.
  • Bonabeau, Eric; Dorigo, Marco; Theraulaz, Guy (1999). Swarm Intelligence: From Natural to Artificial Systems. lSBN 0-19-513159-2. Complete bibliography
  • Engelbrecht, Andries. Fundamentals of Computational Swarm Intelligence. Wiley & Sons. lSBN 0-470-09191-6.
  • Fisher, L. (2009). The Perfect Swarm : The Science of Complexity in Everyday Life. Basic Books.
  • Fister I, XS Yang, I Fister, J Brest and D Fister (2013) "A Brief Review of Nature-Inspired Algorithms for Optimization" Elektrotehniski Vestnik, 80 (3): 1–7.
  • Horn, Eva; Gisi, Lucas (Ed.) Marco (2009). Schwärme – Kollektive ohne Zentrum. Eine Wissensgeschichte zwischen Leben und Information. Bielefeld. lSBN 978-3-8376-1133-5.
  • Kaiser, Carolin; Kröckel, Johannes; Bodendorf, Freimut (2010). "Swarm Intelligence for Analyzing Opinions in Online Communities". Proceedings of the 43rd Hawaii International Conference on System Sciences. pp. 1–9.
  • Kennedy, James; Eberhart, Russell C. Swarm Intelligence. lSBN 1-55860-595-9.
  • Miller, Peter (July 2007), "Swarm Theory", National Geographic Magazine
  • Resnick, Mitchel. Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in Massively Parallel Microworlds. lSBN 0-262-18162-2.
  • Ridge, E.; Curry, E. (2007). "A roadmap of nature-inspired systems research and development". Multiagent and Grid Systems 3 (1): 3–8. CiteSeerx: 10.1.1.67.1030.
  • Ridge, E.; Kudenko, D.; Kazakov, D.; Curry, E. (2005). "Moving Nature-Inspired Algorithms to Parallel, Asynchronous and Decentralised Environments". Self-Organization and Autonomic Informatics (I) 135: 35–49. CiteSeerx: 10.1.1.64.3403.
  • Swarm Intelligence (journal). Chief Editor: Marco Dorigo. Springer New York. ISSN 1935-3812 (Print) 1935-3820 (Online: https://www.springer.com/journal/11721 )
  • Waldner, Jean-Baptiste (2007). Nanocomputers and Swarm Intelligence. ISTE. lSBN 978-1-84704-002-2.
  • Yang, Xin-She (2011). "Metaheuristic Optimization". Scholarpedia 6 (8): 11472. doi:10.4249/scholarpedia.11472.
  • Zimmer, Carl (November 13, 2007). "From Ants to People: an Instinct to Swarm". The New York Times.nce]]