自然与人工群体中群体规模与数量的自组织调控

从动物社会到自组织多智能体系统，群体会根据任务和环境调整其群体结构。然而，群体如何确定适当的群体规模以及应形成的子群数量，仍不清楚。我们提出群体规模与数量调节问题（Group Size and Number Regulation Problem，GSNRP），探讨个体如何仅利用局部信息来调节群体规模与数量。首先，我们建立了一个图论模型，证明简单的跟随行为足以形成符合理论预期的群体结构，但不足以主动调节群体规模和数量。其次，我们基于感知到的群体规模，在一种去中心化的裂变—融合机制中对个体的群体规模偏好进行操作化。通过多智能体仿真，我们验证了该机制在三种信号传递机制下均能实现稳定收敛，其范围从仅感知位置到连续传递群体规模信息。利用野生白鼻长尾浣熊（浣熊科哺乳动物）的跟踪数据，我们对个体的群体规模偏好进行标定，并表明该控制器能够复现观测到的群体规模、子群数量及转换统计特征。这一样本内案例研究表明，该模型在描述层面与自然界的裂变—融合动态一致，但并未确立其潜在的行为机制。这些结果表明，自然群体与人工构造的群体可能共享用于调节群体结构的局部原则，包括感知、偏好与响应。

从动物社会到自组织多智能体系统，群体会根据任务和环境调整其群体结构。然而，它们如何确定适宜的群体规模以及应形成的子群数量，仍不明确。我们提出群体规模与数量调控问题（Group Size and Number Regulation Problem，GSNRP），探讨个体如何仅利用局部信息调节群体规模与数量。首先，我们建立了一个图论模型，证明简单的跟随行为足以形成符合理论预期的群体结构，但不足以主动调节群体规模与数量。其次，我们基于感知到的群体规模，在一种去中心化的裂变—融合机制中实现个体对群体规模的偏好。通过多智能体仿真，我们验证了该机制在三种信号传递机制下均能实现稳定收敛，其范围涵盖仅依赖位置感知到连续传递群体规模信息的情形。利用对野生白鼻长尾浣熊（一种浣熊科哺乳动物）的追踪数据，我们校准了个体对群体规模的偏好，并表明该控制器能够再现选定的群体规模、子群数量及转变统计特征。这一基于样本内数据的案例研究表明，该模型在描述层面与自然界的裂变—融合动态保持一致，但并未确立其潜在的行为机制。这些结果表明，自然群体与工程群体在调节群体结构时，可能共享感知、偏好与响应的局部原则。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.25.746978v1?rss=1

🏷️ 群体规模调控 裂变—融合机制 多智能体系统 动物社会行为 自组织群体 局部信息决策