Kooperation in selbstorganisierten heterogenen Schwärmen

In heterogenen Schwärmen haben Individuen verschiedene Qualifikationen oder Interessen, die deren Verhalten maßgeblich beeinflussen können. Sie treten nicht nur in der Natur, sondern auch zunehmend in technischen Anwendungen auf. Die hier zusammengefasste Dissertation erforscht das Problem der Teambildung mit einem Fokus auf multikriterieller Entscheidungsfindung. Anhand von Multi-Agent-Systemen wurden Strategien zur Bildung von Teams, die mehrere Ressourcen abbauen, analysiert. Informationsarme Entscheidungsmechanismen erwiesen sich als sehr effektiv. Darüberhinaus wurde ein Model mit Agenten, die Ressourcen multikriteriell ordnen, entwickelt. Es zeigte sich, dass die Art der Ordnungsrelation den Optimierungsprozess und die Lösungsqualität beeinflusst, sowohl in Multi-Agent-Systemen, als auch bei multikriteriellen Metaheuristiken. Eine hohe Diversität von Ordnungsrelationen im System stellte sich als sehr profitabel heraus. 1 Schwarmintelligenz und multikriterielle Entscheidungsfindung In der Natur wird Komplexität typischerweise durch dezentrale, verteilte und heterogene Systeme organisiert. Über Millenia hinweg wurden sie durch evolutionäre Prozesse geformt und können heute diversen Selektionsdrücken widerstehen. Dank ihrer außergewöhnlichen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit haben sie sich auf allen Kontinenten verbreitet. Besonders faszinierend sind die einfachen Mechanismen, die beispielsweise sozialen Insektenstaaten eine umfangreiche Nährstoffversorgung sichern, hygienische Standards erhalten und Schutz vor Räubern und Konkurrenten bieten. Diese Eigenschaften sind leider nicht typisch für humane Gesellschaften. Doch, wo das menschliche Gehirn komplex und vielschichtig ist, haben Insekten deutlich einfachere Nervensysteme. Wenn tatsächlich Schwärme aus einfachen Individuen besser geeignet sind zur Erfüllung einfacher aber essentieller Aufgaben als zentralisierte Systeme, dann kann das Entwickeln von Strategien auf Schwarmebene maßgeblich für unsere Zukunft sein. Heterogene Schwärme Schwärme können aus identischen Individuen bestehen, doch meistens sind sie ob natürlich oder künstlich heterogen. Insbesondere wenn die Schwarmmitglieder zur Bewältigung verschiedener Aufgaben entwickelt wurden, zeichnen sie sich durch individuelle Fähigkeiten aus. Es ist nicht ausgeschlossen, dass sie auch Aufgaben, für die sie nicht designt wurden, bearbeiten können, wenngleich weniger effizient. In Notsituationen kann es jedoch zwingend erforderlich sein, dass bestimmte Aufgaben erfüllt werden und Effizienz eine untergeordnete Rolle spielt. Flexible Individuen sind hierbei besonders gut geeignet, wenn sie ihre Fähigkeiten mit entsprechenden Kosten anpassen können. Im Folgenden werden die Mitglieder eines Schwarms als Agenten bezeichnet. 1 Englischer Titel der Dissertation: “Cooperation in Self-Organized Heterogeneous Swarms” 2 Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, [email protected] Steffen Hölldobler et. al. (Hrsg.): Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2015, Lecture Notes in Informatics (LNI), Gesellschaft für Informatik, Bonn 2016 209