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Sistemi intelligenti basati su metafora naturale Andrea Roli [email protected] DEIS - Universit ` a degli Studi di Bologna Sistemi intelligenti basati su metafora naturale – p.1 Sommario Intelligenza e natura Computazione Evolutiva Swarm Intelligence Riferimenti Proposte per tesine Sistemi intelligenti basati su metafora Intelligenza e natura La natura ha sviluppato tecniche “intelligenti” per risolvere problemi. Per esempio: Adattamento alle variazioni ambientali Il sistema immunitario Coordinazione tra insetti sociali (le termiti costruiscono nidi senza un progetto, le formiche muovono oggetti grandi senza un coordinatore, ecc.) Sistemi intelligenti basati su metafora naturale – p.3 Metafora naturale I sistemi (intelligenti) basati su metafora naturale utilizzano modelli di fenomeni e processi naturali per risolvere problemi. Caratteristiche: Robustezza Adattatività Modelli subsimbolici Obiettivi: Risoluzione di problemi Progettazione di sistem adattativi Simulazione Esperimenti controllati Sistemi intelligenti basati su metafora

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Sis

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tura

le–

p.2

Inte

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enti

cont

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ti

Sis

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enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.4

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Sis

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i

Com

puta

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eE

volu

tiva

Sw

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Inte

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nce

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tem

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basa

tisu

met

afor

ana

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le–

p.5

Com

puta

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cara

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sem

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tem

iint

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p.6

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le–

p.7

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Cod

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reun

sist

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nzio

neob

ietti

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isul

tato

diun

prog

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pres

tazi

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iuna

rete

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ecc.

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getta

rem

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lleso

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pier

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egl

iin

divi

duip

iùad

atti.

Sis

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met

afor

ana

tura

le–

p.8

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p.10

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p.11

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11

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isig

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indi

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i

Sis

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basa

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met

afor

ana

tura

le–

p.12

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e

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sia

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Cre

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nede

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razi

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gene

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sost

ituis

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men

tela

prec

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tem

iint

ellig

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tisu

met

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le–

p.13

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tori

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duzi

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lica

Ric

ombi

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App

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popo

lazi

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wh

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tem

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p.14

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p.15

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le–

p.16

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tem

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met

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le–

p.17

Alg

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Sem

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am

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indi

vidu

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Sis

tem

iint

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.18

Est

ensi

onie

varia

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Esi

ston

onu

mer

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idi

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ione

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one.

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a)M

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pare

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oin

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omos

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Sel

ezio

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tSel

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tro

dire

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Sis

tem

iint

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.19

Est

ensi

onie

varia

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L’al

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mo

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esse

reap

plic

ato

intu

ttica

siin

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una

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zion

ee

degl

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iric

ombi

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em

utaz

ione

che

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risul

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anco

raso

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eltip

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finito

.

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erir

eali

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oluz

ione

:

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utaz

ione

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bazi

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acce

ttata

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lich

e

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Sis

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le–

p.20

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Est

ensi

onie

varia

nti

Per

mut

azio

nidi

inte

ri

-S

oluz

ione

:

N ,Z N ! #N 2 #%%%#N$[\ è

una

perm

utaz

ione

di

Z . #< #%%%#7\

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utaz

ione

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edi

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Cro

ssov

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ppur

e

N / (ris

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usat

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V .

Sis

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ana

tura

le–

p.21

Pro

gram

maz

ione

Gen

etic

a

Gli

indi

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beri

che

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ogra

mm

iin

unlin

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4

T6

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cond

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i.

Sis

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ana

tura

le–

p.22

Pro

gram

maz

ione

Gen

etic

a

Mu

tazi

on

e

Sos

tituz

ione

casu

ale

diun

sotto

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roco

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roge

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Sis

tem

iint

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tura

le–

p.23

Pro

gram

maz

ione

Gen

etic

a

Cro

ssov

er

Sis

cam

bian

odu

eso

ttoal

beri

(sce

ltia

caso

)pe

rge

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redu

efig

li.

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4

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5>+ 2

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4

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IF 3

4

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<1

+ 2

2IF

<1

2

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.24

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Sis

tem

iacl

assi

ficat

ori

Sis

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iada

ttativ

icom

post

ida

rego

ledi

tipo

“se%%%

allo

ra”.

Im

ecca

nism

idia

datta

men

toso

noqu

elli

tipic

ideg

lial

gorit

mi

gene

tici(

sele

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e,cr

osso

ver,

mut

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ne).

SIS

TE

MA

A

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IFIC

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ZIO

NI

ME

SS

AG

GI

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.25

Sis

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iacl

assi

ficat

ori

Sis

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iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.26

Coe

volu

zion

e

Co

mp

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iva

Lesp

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ivor

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App

licaz

ioni

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rato

ridi

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Co

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iva

Lesp

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evol

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mpe

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sopr

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vere

nell’

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ente

.P

eres

empi

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rass

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pplic

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ni:

algo

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igen

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nicc

hia”

per

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idi

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izza

zion

em

ulti-

crite

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Sis

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iint

ellig

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basa

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met

afor

ana

tura

le–

p.27

App

licaz

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_ Pro

getta

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edi

turb

ine,

com

pone

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iaer

ei,c

ircui

tiel

ettr

onic

i.

_ App

rend

imen

toin

sist

emia

reti

neur

ali(

es.

robo

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_ Ana

lisid

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gnal

i

_ Otti

miz

zazi

one

_ Pre

visi

one

ean

alis

idis

erie

stor

iche

(es.

prev

isio

nefin

anzi

aria

)

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.28

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Rife

rimen

tibi

blio

grafi

ci

M.M

itche

ll.In

trod

uzio

neag

lial

gorit

mig

enet

ici.

Apo

geo,

1999

.

D.E

.Gol

berg

.G

enet

icA

lgor

ithm

sin

Sea

rch,

Opt

imiz

atio

nan

dM

achi

neLe

arni

ng.

Add

ison

-Wes

ley,

1989

.

W.B

.Lan

gdon

,R.P

oli.

Fou

ndat

ions

ofG

enet

icP

rogr

amm

ing

.S

prin

ger,

2001

.

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.29

Ris

orse

inIn

tern

et

Evo

Net

:ht

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evon

et.d

cs.n

apie

r.ac.

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w.g

enet

ic-p

rogr

amm

ing.

com

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rogr

amm

ing.

com

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l

ww

w.c

s.bg

u.ac

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` sippe

r/ca

slin

ks.h

tml

ww

w.s

anta

fe.e

du

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.30

Sw

arm

Inte

llige

nce

Inte

llig

enza

colle

ttiv

aem

erg

ente

ing

rup

pid

iag

enti

(sem

plic

i).

Pre

nde

orig

ine

dam

etaf

ore

em

odel

lide

lcom

port

amen

todi

inse

ttiso

cial

i.

For

mic

hee

ricer

cadi

cibo

,rip

artiz

ione

dell

avor

o,rio

rdin

amen

todi

larv

e.

Term

itie

cost

ruzi

one

dini

di

Api

eco

stru

zion

ee

disp

osiz

ione

diar

eesp

ecifi

che

nell’

alve

are.

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.31

Sw

arm

Inte

llige

nce

Pro

prie

tàde

llem

etaf

ore

disi

stem

idii

nset

tiso

cial

i:

Ela

bora

zion

edi

strib

uita

Inte

razi

onid

irette

ein

dire

tte

Age

ntic

onse

mpl

icic

apac

itàco

mpu

tazi

onal

i

Fle

ssib

ilità

Rob

uste

zza

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.32

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Sw

arm

Inte

llige

nce

Pro

blem

iris

olti

con

succ

esso

dagl

iins

etti

soci

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Ric

erca

dici

bo

Rip

artiz

ione

dell

avor

o

Rag

grup

pam

ento

diog

getti

Ord

inam

ento

dila

rve

Cos

truz

ione

dini

di

Tras

port

oco

oper

ativ

o

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.33

Aut

o-or

gani

zzaz

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Ilpr

inci

pio

fond

amen

tale

dels

ucce

sso

disi

stem

iain

telli

genz

aco

lletti

vaè

l’aut

o-or

gani

zzaz

ione

:

insi

eme

dim

ecca

nis

mid

inam

icin

eiq

ual

ico

mp

aio

no

stru

ttu

rea

livel

log

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ale,

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gu

ito

alle

inte

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on

itra

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mp

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dil

ivel

loin

feri

ore

.

Car

atte

ristic

he:

Cre

azio

nedi

stru

tture

spaz

io-t

empo

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Mul

tista

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à(e

sist

enza

dipi

ùst

atis

tabi

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Esi

sten

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bifo

rcaz

ioni

afr

onte

diva

riazi

onid

ipa

ram

etri

criti

ci.

Sis

tem

iint

ellig

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.34

Aut

o-or

gani

zzaz

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Ingr

edie

nti:

Inte

razi

onim

ultip

letr

aag

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Age

ntis

empl

ici(

per

esem

pio

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tisu

rego

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Sis

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icom

post

ida

num

eros

iage

nti

Fee

dbac

kpo

sitiv

o(a

mpl

ifica

zion

e)A

mpl

ifica

zion

edi

fluttu

azio

nica

sual

iefo

rmaz

ione

dist

ruttu

reR

info

rzo

deip

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rndi

com

port

amen

topi

ù“d

iffus

i”

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dbac

kne

gativ

o(r

egol

azio

ne)

Sat

uraz

ione

Com

petiz

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Esa

urim

ento

diris

orse

Sis

tem

iint

ellig

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.35

Stig

mer

gia

Par

ticol

are

form

adi

com

un

icaz

ion

ein

dir

etta

usat

ada

gli

inse

ttiso

cial

iper

coor

dina

rsi.

Due

indi

vidu

iint

erag

isco

noin

dire

ttam

ente

quan

doun

odi

essi

mod

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l’am

bien

tee

l’altr

ore

agis

ceal

nuov

oam

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tein

unm

omen

tosu

cces

sivo

.

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.36

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Ant

Alg

orith

ms

Alg

oritm

iisp

irati

alco

mpo

rtam

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colle

ttivo

delle

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iche

dura

nte

laric

erca

dici

bo.

App

licat

iini

zial

men

tea

prob

lem

idio

ttim

izza

zion

eco

mbi

nato

ria(D

orig

o19

92).

App

licat

ianc

hea

prob

lem

idir

outin

ge

clas

sific

azio

nedi

info

rmaz

ioni

.

Sis

tem

iint

ellig

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.37

Ant

Alg

orith

ms

Mec

cani

smif

onda

men

tali:

1.O

gnif

orm

ica

depo

sita

sult

erre

noun

aso

stan

zach

imic

a(f

erom

one

)ne

ltra

gitto

dalp

unto

incu

isit

rova

ilci

boal

form

icai

o.

2.La

scel

tade

lper

cors

oda

segu

ireal

laric

erca

dici

boè

guid

ata

dall’

inte

nsità

delf

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più

èin

tens

oin

una

dire

zion

e,m

aggi

ore

sarà

lapr

obab

ilità

disc

eglie

reta

ledi

rezi

one.

3.Il

fero

mon

eev

apor

ane

ltem

po,q

uind

irim

ango

no“m

arca

ti”so

loip

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rsiu

sati

più

freq

uent

emen

te.

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.38

Ant

Alg

orith

ms

(1)

(3)

(2)

(4)

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.39

Ant

Sys

tem

App

licaz

ione

alpr

oble

ma

delc

omm

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viag

giat

ore

(Tra

velin

gS

ales

man

Pro

blem

):tr

ovar

eun

cam

min

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lung

hezz

am

inim

ach

epa

ssip

ertu

ttele

città

una

eun

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lavo

lta.

-N

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a città

-A

rchi

a colle

gam

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tra

leci

ttà

-P

esis

ugli

arch

i

a dist

anze

tra

due

città

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.40

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Ant

Sys

tem

Lefo

rmic

hear

tifici

alic

ostr

uisc

ono

una

solu

zion

em

uove

ndos

ida

unno

doal

l’altr

o.A

dog

niite

razi

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lare

gola

ditr

ansi

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egu

ida

lasc

elta

deln

odo

succ

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vo.

Lare

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zion

edi

pend

eda

lfer

omon

e(

b )eda

una

funz

ione

euris

tica

(

c ).

Sis

tem

iint

ellig

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basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.41

Ant

Sys

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Lapr

obab

ilità

dipa

ssar

eda

llaci

ttà

+ alla

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d per

lafo

rmic

a

L è:

�e /f,gih j

kml nopq ksr nopt

uwv x amm

issi

bilivkml nvp

q k r nvpt

se

d O

amm

issi

bili

e

9

altr

imen

ti

y e

z bila

ncia

nol’i

mpo

rtan

zare

lativ

adi

fero

mon

ee

euris

tica.

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.42

Ant

Sys

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Qua

ndo

tutte

lefo

rmic

he(

L ,. #%%%#; )ha

nno

cost

ruito

una

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zion

e,si

aggi

orna

ilfe

rom

one.

b /f�Z . H{\}|b /f:@�~ e��!� be /f

� be /f,� ! � v

sela

form

ica

L hape

rcor

sol’a

rco

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9

altr

imen

ti

{ èilc

oeffi

cien

tedi

evap

oraz

ione

e� e è

lalu

nghe

zza

del

circ

uito

perc

orso

dalla

form

ica

L .

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.43

Ant

Sys

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An

tS

yste

mA

lgo

rith

m

Initi

aliz

ePhe

rom

oneV

alue

s()

wh

ilete

rmin

atio

nco

nditi

ons

notm

etd

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ral

lant

s

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Sol

utio

n(

b ,c )en

dfo

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eDel

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rom

oneU

pdat

e(){

Eva

pora

zion

e+

rinfo

rzo}

end

wh

ile

Sis

tem

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enti

basa

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met

afor

ana

tura

le–

p.44

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iS

iste

mi

Ant

Col

ony

Opt

imiz

atio

n

Ant

Net

Sw

arm

bots

Rac

colta

era

ggru

ppam

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diog

getti

Spo

stam

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diog

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digr

andi

dim

ensi

oni

(tra

spor

toco

oper

ativ

o)A

utoa

ssem

blag

gio

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

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tura

le–

p.45

App

licaz

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_ Otti

miz

zazi

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icin

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Sis

tem

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p.46

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arm

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nce.

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rsity

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999.

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le–

p.47

Ris

orse

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anta

fe.e

du

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tura

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p.48

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Pro

post

epe

rte

sine

Alc

une

idee

:

Pro

getto

eim

plem

enta

zion

edi

algo

ritm

ievo

lutiv

iper

:G

ioch

iA

nalis

idis

erie

stor

iche

epr

evis

ione

finan

ziar

iaA

nalis

idid

inam

iche

coop

erat

ive/

com

petit

ive

Sim

ulaz

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disi

stem

imul

ti-ag

ente

Pro

getto

eim

plem

enta

zion

edi

sist

emi“

swar

m”

per:

Ana

lisid

idat

iS

imul

azio

nedi

robo

tcoo

pera

tivi

Esp

erim

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dico

mpu

tazi

one

emer

gent

eS

imul

azio

nedi

sist

emim

ulti-

agen

te

Sis

tem

iint

ellig

enti

basa

tisu

met

afor

ana

tura

le–

p.49