De l'hormiguería als ordinadors

2001/02/04 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia

• Patenteak/Asmakizunak
• Multimedia
• Ingurumena

Aquest tipus de problemes sorgeixen no sols en les formigoneres, sinó també en la macromunda humana. Com es pot fer el camí més curt d'una manera eficaç? Uns científics deixen de pensar i se centren en les formigues reals. Han trobat una bona solució.

Sense conèixer el camí més directe, totes les formigues parteixen alhora. Cada individu, guiat per la seva intuïció, avançarà des d'on vulgui. D'aquesta forma es treballaran tots i cadascun dels camins, incloent el més adequat i el pitjor. L'estratègia de les formigues és marcar la millor via perquè a partir d'un moment tots els transportistes la utilitzin. En els encreuaments s'emeten feromones (compostos químics) per a marcar el camí. En principi marcaran tots els camins, clar. Com saber quin és el millor? Els que han anat pel camí més curt agafen el sucre i fan el camí a casa més ràpid que els altres. Aquest camí serà, per tant, el primer que marqui dues vegades. Els que vénen de darrere només han de seguir el camí més marcat per a accelerar el desplaçament. Els primers "exploradors" han trobat la solució al problema de la volta. No és mala idea.

A voltes en el laboratori

Per a analitzar el mètode, els científics han portat els formiguers al laboratori i han realitzat nombrosos assajos per diferents vies artificials. No obstant això, el mètode a vegades falla. I és que per a aconseguir un èxit segur, el camí més llarg ha de ser almenys el doble que la resta. Si són similars, les formigues no sempre decidiran bé. A més, si per casualitat queda marcat el camí més llarg, tota la colònia l'acceptarà.

Els científics han inventat un altre tipus de proves. A les formigues se'ls amaga el camí més curt fins que acaben les primeres exploracions. En aquest cas les formigues marquen el camí més llarg i el consideren definitiu. Encara que els científics presenten un camí més curt, les formigues canvien el seu comportament.

Però hi ha una altra cosa que cal tenir en compte. Els senyals químics emesos no duren per sempre, ja que les feromones s'evaporen. Quan es produeix una ràpida evaporació, la colònia ha d'actualitzar sovint el camí cap al menjar. En aquests casos és difícil tenir marcats continus llargs i a poc a poc es tria el camí més curt. Aquesta prova és una estratègia molt útil en la naturalesa, ja que l'aparença del terreny de joc pot tenir molts canvis.

Formigues teòriques

L'aplicació directa de l'estratègia de les colònies de formigues és un problema conegut del venedor. El venedor ha de vendre el seu producte en diverses ciutats. Res més entrar en el cotxe ha d'organitzar bé el viatge, quina ciutat visitarà al principi, a on anirà i com completarà el viatge sense passar dues vegades per la mateixa ciutat. L'última condició del viatge és que ha de finalitzar a la ciutat d'inici.

Les formigues de l'ordinador dissenyen sengles viatges amb les feromones cibernètiques abocades en els encreuaments presos. Per a completar el viatge, les formigues tendeixen a elegir la direcció més marcada en les creus. D'aquesta forma es descarten oportunitats a poc a poc efectives. A més, l'ordinador elimina les feromones deixades en les creus perquè els esforços no s'enforteixin per casualitat.

Hi ha programes informàtics que quan es comença a detectar una solució canvien les condicions inicials i fan més sessions. Això ha donat lloc a mètodes molt ràpids i competitius en l'estudi d'aquesta mena de problemes. De fet, aquests programes també són útils en sistemes en contínua evolució. Encara que sigui d'una solució menyspreable, totes les direccions de les creus tenen almenys un petit nivell de feromona. Aquesta és la capacitat d'adaptació de la metodologia.

El mètode de les formigues té importants aplicacions en la vida real. Per exemple, a la regió de Suïssa en italià s'utilitza per a indicar la procedència dels camions que transporten gasolina i, en general, per a tractar problemes relacionats amb els mitjans de transport.

Altres trucs de formigues

Existeixen molts problemes reals amb les característiques adequades per a utilitzar la cerca del camí més curt. A més, es poden traduir al llenguatge dels ordinadors. No obstant això, en alguns casos aquesta metodologia falla, sobretot quan les opcions són similars. La base d'aquesta mena de mètodes és la cerca estadística. Per exemple, en el mètode vist s'utilitza l'estadística de concentracions de feromones.

Però en la vida real sorgeixen imprevistos. Repassem les formigues que estan portant menjar. Han trobat el camí més curt i estan treballant de manera eficaç. Però, de sobte, comença una tempesta i la pluja converteix el camí més curt en perillós. Cada gota d'aigua caiguda del cel pot matar un parell de formigues. Els que es troben en la zona sense protecció s'han estancat i hi ha una gran confusió. Les formigues posteriors han començat a empènyer i algú està treballant en el camí inicialment descartat.

Amb el pas del temps, el camí més llarg és protegit, per la qual cosa les feromones han proliferat i la colònia ha optat per aquest camí. Adaptació de l'estratègia. Una vegada allí, la majoria de les formigues es dirigiran al camí més curt. No té la mateixa aparença que els problemes del trànsit?

El principal recurs és la informació que cada individu trasllada a les creus de la xarxa d'aquest sistema d'encaminament. L'experiència de cadascun és petita, però és reflex de la tendència general. Encara que en el cas del trànsit, és imprescindible tenir en compte l'evaporació de les feromones. En cas contrari, existeix el risc que la informació quedi obsoleta. Aquest tipus d'estratègies resulten de gran utilitat per al control del trànsit urbà. També s'utilitzen algorismes que consideren que la informació continguda en les creus pot estar deteriorada. A més del trànsit, són sistemes molt adequats per a gestionar el transport d'informació en les xarxes informàtiques.

Publicat en el suplement Natura de Gara