蟻群演算法(ant colony optimization, aco)，又稱螞蟻演算法，是一種用來在圖中尋找優化路徑的機率型技術。它由marco dorigo於2023年在他的博士**中引入，其靈感**於螞蟻在尋找食物過程中發現路徑的行為。
為什麼小小的螞蟻能夠找到食物？他們具有智慧型麼？設想，如果我們要為螞蟻設計乙個人工智慧的程式，那麼這個程式要多麼複雜呢？
首先，你要讓螞蟻能夠避開障礙物，就必須根據適當的地形給它編進指令讓他們能夠巧妙的避開障礙物，其次，要讓螞蟻找到食物，就需要讓他們遍歷空間上的所有點；再次，如果要讓螞蟻找到最短的路徑，那麼需要計算所有可能的路徑並且比較它們的大小，而且更重要的是，你要小心翼翼的程式設計，因為程式的錯誤也許會讓你前功盡棄。這是多麼不可思議的程式！太複雜了，恐怕沒人能夠完成這樣繁瑣冗餘的程式。
然而，事實並沒有你想得那麼複雜，上面這個程式每個螞蟻的核心程式編碼不過100多行！為什麼這麼簡單的程式會讓螞蟻幹這樣複雜的事情？答案是：
簡單規則的湧現。事實上，每只螞蟻並不是像我們想象的需要知道整個世界的資訊，他們其實只關心很小範圍內的眼前資訊，而且根據這些區域性資訊利用幾條簡單的規則進行決策，這樣，在蟻群這個集體裡，複雜性的行為就會凸現出來。這就是人工生命、複雜性科學解釋的規律！
那麼，這些簡單規則是什麼呢？下面：
範圍螞蟻觀察到的範圍是乙個方格世界，螞蟻有乙個引數為速度半徑（一般是3），那麼它能觀察到的範圍就是3*3個方格世界，並且能移動的距離也在這個範圍之內。
環境螞蟻所在的環境是乙個虛擬的世界，其中有障礙物，有別的螞蟻，還有資訊素，資訊素有兩種，一種是找到食物的螞蟻灑下的食物資訊素，一種是找到窩的螞蟻灑下的窩的資訊素。每個螞蟻都僅僅能感知它範圍內的環境資訊。環境以一定的速率讓資訊素消失。
覓食規則
在每只螞蟻能感知的範圍內尋找是否有食物，如果有就直接過去。否則看是否有資訊素，並且比較在能感知的範圍內哪一點的資訊素最多，這樣，它就朝資訊素多的地方走，並且每只螞蟻多會以小概率犯錯誤，從而並不是往資訊素最多的點移動。螞蟻找窩的規則和上面一樣，只不過它對窩的資訊素做出反應，而對食物資訊素沒反應。
移動規則
每只螞蟻都朝向資訊素最多的方向移，並且，當周圍沒有資訊素指引的時候，螞蟻會按照自己原來運動的方向慣性的運動下去，並且，在運動的方向有乙個隨機的小的擾動。為了防止螞蟻原地轉圈，它會記住最近剛走過了哪些點，如果發現要走的下一點已經在最近走過了，它就會盡量避開。
避障規則
如果螞蟻要移動的方向有障礙物擋住，它會隨機的選擇另乙個方向，並且有資訊素指引的話，它會按照覓食的規則行為。
播撒資訊素規則
每只螞蟻在剛找到食物或者窩的時候撒發的資訊素最多，並隨著它走遠的距離，播撒的資訊素越來越少。
綜述根據這幾條規則，螞蟻之間並沒有直接的關係，但是每只螞蟻都和環境發生互動，而通過資訊素這個紐帶，實際上把各個螞蟻之間關聯起來了。比如，當乙隻螞蟻找到了食物，它並沒有直接告訴其它螞蟻這兒有食物，而是向環境播撒資訊素，當其它的螞蟻經過它附近的時候，就會感覺到資訊素的存在，進而根據資訊素的指引找到了食物。
說了這麼多，螞蟻究竟是怎麼找到食物的呢？
在沒有螞蟻找到食物的時候，環境沒有有用的資訊素，那麼螞蟻為什麼會相對有效的找到食物呢？這要歸功於螞蟻的移動規則，尤其是在沒有資訊素時候的移動規則。首先，它要能盡量保持某種慣性，這樣使得螞蟻盡量向前方移動（開始，這個前方是隨機固定的乙個方向），而不是原地無謂的打轉或者震動；其次，螞蟻要有一定的隨機性，雖然有了固定的方向，但它也不能像粒子一樣直線運動下去，而是有乙個隨機的干擾。
這樣就使得螞蟻運動起來具有了一定的目的性，盡量保持原來的方向，但又有新的試探，尤其當碰到障礙物的時候它會立即改變方向，這可以看成一種選擇的過程，也就是環境的障礙物讓螞蟻的某個方向正確，而其他方向則不對。這就解釋了為什麼單個螞蟻在複雜的諸如迷宮的地圖中仍然能找到隱蔽得很好的食物。
當然，在有乙隻螞蟻找到了食物的時候，其他螞蟻會沿著資訊素很快找到食物的。
螞蟻如何找到最短路徑的？這一是要歸功於資訊素，另外要歸功於環境，具體說是計算機時鐘。資訊素多的地方顯然經過這裡的螞蟻會多，因而會有更多的螞蟻聚集過來。
假設有兩條路從窩通向食物，開始的時候，走這兩條路的螞蟻數量同樣多（或者較長的路上螞蟻多，這也無關緊要）。當螞蟻沿著一條路到達終點以後會馬上返回來，這樣，短的路螞蟻來回一次的時間就短，這也意味著重複的頻率就快，因而在單位時間裡走過的螞蟻數目就多，灑下的資訊素自然也會多，自然會有更多的螞蟻被吸引過來，從而灑下更多的資訊素……；而長的路正相反，因此，越來越多地螞蟻聚集到較短的路徑上來，最短的路徑就近似找到了。也許有人會問區域性最短路徑和全域性最短路的問題，實際上螞蟻逐漸接近全域性最短路的，為什麼呢？
這源於螞蟻會犯錯誤，也就是它會按照一定的概率不往資訊素高的地方走而另闢蹊徑，這可以理解為一種創新，這種創新如果能縮短路途，那麼根據剛才敘述的原理，更多的螞蟻會被吸引過來。
引申說明
跟著螞蟻的蹤跡，你找到了什麼？通過上面的原理敘述和實際操作，我們不難發現螞蟻之所以具有智慧型行為，完全歸功於它的簡單行為規則，而這些規則綜合起來具有下面兩個方面的特點：
1、多樣性
2、正反饋
多樣性保證了螞蟻在覓食的時候不置走進死胡同而無限迴圈，正反饋機制則保證了相對優良的資訊能夠被儲存下來。我們可以把多樣性看成是一種創造能力，而正反饋是一種學習強化能力。正反饋的力量也可以比喻成權威的意見，而多樣性是打破權威體現的創造性，正是這兩點小心翼翼的巧妙結合才使得智慧型行為湧現出來了。
引申來講，大自然的進化，社會的進步、人類的創新實際上都離不開這兩樣東西，多樣性保證了系統的創新能力，正反饋保證了優良特性能夠得到強化，兩者要恰到好處的結合。如果多樣性過剩，也就是系統過於活躍，這相當於螞蟻會過多的隨機運動，它就會陷入混沌狀態；而相反，多樣性不夠，正反饋機制過強，那麼系統就好比一潭死水。這在蟻群中來講就表現為，螞蟻的行為過於僵硬，當環境變化了，螞蟻群仍然不能適當的調整。
既然複雜性、智慧型行為是根據底層規則湧現的，既然底層規則具有多樣性和正反饋特點，那麼也許你會問這些規則是**來的？多樣性和正反饋又是**來的？我本人的意見：
規則**於大自然的進化。而大自然的進化根據剛才講的也體現為多樣性和正反饋的巧妙結合。而這樣的巧妙結合又是為什麼呢？
為什麼在你眼前呈現的世界是如此栩栩如生呢？答案在於環境造就了這一切，之所以你看到栩栩如生的世界，是因為那些不能夠適應環境的多樣性與正反饋的結合都已經死掉了，被環境淘汰了！
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