לך אל הנמלה, היא תפתור לך את האלגוריתם

מה בין נמלים ופתרון בעיות מעולם המתמטיקה? האם פתרון אלגוריתמים מסובכים יכול לקבל השראה מעולם הטבע?

מתוך הסרט: Antz

עוד משחר הילדות, המשפט הידהד בראשנו – הנמלה היא מודל חיקוי, ועלינו ללמוד את דרכיה. כילדים, אולי לא הבנו את המשמעות האמיתית של היכולות האמיתיות הטמונות בנמלים שעוזרות להן לשרוד ולשגשג (טוב, הכל יחסי), אך מדענים החליטו ללכת עם התיאוריה כמה צעדים קדימה, כדי להראות שיש הגיון בדרכן גם כאשר צריך לפתור בעיות מתמטיות מורכבות.

מחקר שפורסם ב ” Journal of Experimental Biology” ונערך על ידי כריס רד ומדלן בקמן מאוניברסיטת סידני באוסטרליה, מתאר ניסוי שנערך על נמלי ארגנטינה במהלכו הציבו נמלים מול מבוך שמוביל אותן למקור אוכל. אבל כדי להבין מה הקשר בין נמלים ובין מתמטיקה, נסביר קודם את השיטה בה נמלים מחפשות מזון בטבע ויודעות להביא אותו חזרה לקן.

כמה נמלים צריך כדי למצוא את הדרך הקצרה ביותר לאוכל?

בטבע הנמלים הולכות בצורה רנדומלית כשהן צריכות למצוא מקור אוכל. כשהן נעות, הן מדווחות לנמלים אחרות מהו המסלול שעברו על ידי הותרת עקבות של פירומונים. פירומונים אלו הם הכלי העיקרי להסקת המסקנות וליצירת הנתיב בטוב ביותר בין הקן למקור האוכל – נמלה שזיהתה נתיב בו נעשה חיפוש מזון על ידי נמלה קודמת תפנה מנתיב החיפוש ותסמן מסלול חדש וקצר יותר וכך גם תעשה זו הבאה אחריה. באופן זה יוצר הנחיל פריסה רחבה ויעילה של חיפוש מזון. בדרכה חזרה לקן, הנמלה תצטרך לחפש שוב את הדרך אך תשאיר שוב עקבות שיעידו על כך שמצאה מזון. הנמלים שיגיעו אחריה ידעו ללכת בצורה קצרה יותר ממנה למקום בו נמצא המזון על פי עוצמת ריח הפרומונים עד שיגיעו ליצירת המסלול האופטימלי בין הקן למקור המזון.

כעת, לאחר שהבנו את הדרך בה נמלים יוצרות לעצמן את הנתיבים, נחזור למחקר –  החוקרים במקרה זה יצרו מבוך אליו הכניסו 12 מושבות של נמלים אשר היו צריכות להגיע לצידו השני תוך שעה. כדי לסבר את האוזן נסביר כי קיימות 32,768 דרכים לעשות זאת. לאחר שעברה שעה, הדרך שמצאו הנמלים נחסמה במכוון על ידי החוקרים והן היו צריכות למצוא דרך חלופית. הקבוצה הראשונה של הנמלים שהוכנסה למבוך והגיעה למחוז חפצה בדרך הקצרה הוכנסה שוב למבוך לאחר מכן ומצאה שוב את דרכה לאוכל בדרך הקצרה ביותר שוב (למעט זו שנחסמה כמובן). גם קבוצות אחרות הצליחו להגיע בזמן כמעט זהה אך ארוך יותר מהקבוצה שכבר היתה במבוך לפני כן. מעניין היה לראות כי הקבוצות השונות מצאו את דרכן מהר יותר כאשר כבר עברו את הדרך בעבר באמצעות המידע שנקלט מהפירומונים שפוזרו לאורך המבוך. למעשה, הנמלים למדו להסתגל לסביבה הדינמית ולא התבלבלו בזכות חוזקן כקבוצה.

הקשר בין הנמלה והאלגוריתם

דוגמא לאנלוגיה שאפשר לעשות בין הממצאים של המחקר אפשר למצוא בעולם האינטרנט – למשל בדרך בה מתבצעת סריקת רשת האינטרנט. הרשת נסרקת על ידי “בוטים” או עכבישים (Spiders)  שונים של מנועי החיפוש. עבודתו של כל אחד מהם נעשית לבד, אך אם נלמד ליישם את מודל הנמלים, נוכל לנצל נכון יותר את התנהגות הבוטים אשר יוכלו ללמוד את דרכם הנכונה באמצעות התחקות אחרי בוטים אחרים שהגיעו למידע לפניהם. דוגמאות דומות אפשר לראות בשילוב הטכניקה במציאת פתרונות לייעול פסי ייצור, בעיות תנועה בכבישים ואפילו להתאים את המודל לשדה הקרב לפריסת חיילים או ציוד בצורה אופטימלית.

במקרה שתואר הנמלים לא הסתמכו רק על חישוב מתמטי וגיאומטרי על מנת למצוא את הנתיב בקצר ביותר לפתרון המבוך, אלא הן לגמרי כוונו על ידי “מצפן” פנימי שעזר להן להגיע ליעדן. לפעמים, אפשר לראות כיצד מספר גדול של “סוכנים טפשים” וזולים יכולים להגיע לתשובה מהירה יותר מאשר גוף אחד גדול ומסובך, וכנראה גם יקר יותר. אם נסתכל על עולם המחשבים, הוא בנוי בבסיסו על שתי ספרות בלבד, אשר באמצעות כללים פשוטים יוצרים כוח חישוב גדול יותר מזה של האדם היחיד.

ההשראה שנותנות הנמלים לאנושות כדי למצוא פתרונות לאלגוריתמים מסובכים, נמצאות כבר בשימוש גם במערכות רובוטיקה, מחשבים ובינה מלאכותית. בשורה התחתונה אפשר בהחלט ללמוד מהנמלים כי לכל בעיה יש מספר דרכים לפתרון, למרות שנראה במבט ראשון כי הטבע דינמי הרבה יותר מעולם האלגוריתמים.

רוצים לזכות ב -Xbox 360 ובבקר קינקט? השתתפו והכריעומי הובילו את העולם הטכנולוגי בשנת 2010

מורן בר

מייסדת ומנהלת החברה, יזמית בעלת נסיון רב שנים בתעשיית ההיי-טק עם רקע נרחב בתחום האחסון והתקשורת ובעולם המדיה החברתית. היתה שותפה למיזמי אינטרנט גדולים וביניהם אתר 2eat הישראלי. בוגרת ממר"מ ועו"ד העוסקת בתחום דיני הפרטיות וטכנולוגיה.

הגב

1 תגובה על "לך אל הנמלה, היא תפתור לך את האלגוריתם"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
רמי
Guest

אהבתי את הכתבה!

wpDiscuz

תגיות לכתבה: