De la hormiguería a los ordenadores

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

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Este
tipo de problemas surgen no sólo en las hormigoneras, sino también en la macromunda humana. ¿Cómo se puede hacer el camino más corto de una manera eficaz? Unos científicos dejan de pensar y se centran en las hormigas reales. Han encontrado una buena solución.

Sin conocer el camino más directo, todas las hormigas parten a la vez. Cada individuo, guiado por su intuición, avanzará desde donde quiera. De esta forma se trabajarán todos y cada uno de los caminos, incluyendo el más adecuado y el peor. La estrategia de las hormigas es marcar la mejor vía para que a partir de un momento todos los transportistas la utilicen. En los cruces se emiten feromonas (compuestos químicos) para marcar el camino. En principio marcarán todos los caminos, claro. ¿Cómo saber cuál es lo mejor? Los que han
ido por el camino más corto cogen el azúcar y hacen el camino a casa más rápido que los demás. Este camino será, por tanto, el primero que marque dos veces. Los que vienen de atrás sólo tienen que seguir el camino más marcado para acelerar el desplazamiento. Los primeros "exploradores" han encontrado la solución al problema de la vuelta. No es mala idea.

A vueltas en el laboratorio

Para
analizar el método, los científicos han llevado los hormigueros al laboratorio y han realizado numerosos ensayos por diferentes vías artificiales. Sin embargo, el método a veces falla. Y es que para conseguir un éxito seguro, el camino más largo tiene que ser al menos el doble que el resto. Si son similares, las hormigas no siempre decidirán bien. Además, si por casualidad queda marcado el camino más largo, toda la colonia lo aceptará.

Los científicos han inventado otro tipo de pruebas. A las hormigas se les esconde el camino más corto hasta que terminan las primeras exploraciones. En este caso las hormigas marcan el camino más largo y lo consideran definitivo. Aunque los científicos presentan un camino más corto, las hormigas cambian su comportamiento.

Pero hay otra cosa que hay que tener en cuenta. Las señales químicas emitidas no duran para siempre, ya que las feromonas se evaporan. Cuando se produce una rápida evaporación, la colonia debe actualizar frecuentemente el camino hacia la comida. En estos casos es difícil tener marcados continuos largos y poco a poco se elige el camino más corto. Esta prueba es una estrategia muy útil en la naturaleza, ya que la apariencia del terreno de juego puede tener muchos cambios.

Hormigas teóricas

La aplicación directa de la estrategia de las colonias de hormigas es un problema conocido del vendedor. El vendedor debe vender su producto en varias ciudades. Nada más entrar en el coche tiene que organizar bien el viaje, qué ciudad va a visitar al principio, a dónde irá y cómo completará el viaje sin pasar dos veces por la misma ciudad. La última condición del viaje es que debe finalizar en la ciudad de inicio.

Las hormigas del ordenador diseñan sendos viajes con las feromonas cibernéticas vertidas en los cruces tomados. Para completar el viaje, las hormigas tienden a elegir la dirección más marcada en las cruces. De esta forma se descartan oportunidades poco a poco efectivas. Además, el ordenador elimina las feromonas dejadas en las cruces para que los esfuerzos no se fortalezcan por casualidad.

Hay programas informáticos que cuando se empieza a detectar una solución cambian las condiciones iniciales y hacen más sesiones. Esto ha dado lugar a métodos muy rápidos y competitivos en el estudio de este tipo de problemas. De hecho, estos programas también son útiles en sistemas en continua evolución. Aunque sea de una solución despreciable, todas las direcciones de las cruces tienen al menos un pequeño nivel de feromona. Esta es la capacidad de adaptación de la metodología.

El
método de las hormigas tiene importantes aplicaciones en la vida real. Por ejemplo, en la región de Suiza en italiano se utiliza para indicar la procedencia de los camiones que transportan gasolina y, en general, para tratar problemas relacionados con los medios de transporte.

Otros trucos de hormigas

Existen muchos problemas reales con las características adecuadas para utilizar la búsqueda del camino más corto. Además, se pueden traducir al lenguaje de los ordenadores. Sin embargo, en algunos casos esta metodología falla, sobre todo cuando las opciones son similares. La base de este tipo de métodos es la búsqueda estadística. Por ejemplo, en el método visto se utiliza la estadística de concentraciones de feromonas.

Pero en la vida real surgen imprevistos. Repasemos las hormigas que están trayendo comida. Han encontrado el camino más corto y están trabajando de forma eficaz. Pero, de repente, comienza una tormenta y la lluvia convierte el camino más corto en peligroso. Cada gota de agua caída del cielo puede matar un par de hormigas. Los que se encuentran en la zona sin protección se han estancado y hay una gran confusión. Las hormigas traseras han empezado a empujar y alguien está trabajando en el camino inicialmente descartado.

Con el
paso del tiempo, el camino más largo es protegido, por lo que las feromonas han proliferado y la colonia ha optado por este camino. Adaptación de la estrategia. Una vez allí, la mayoría de las hormigas se dirigirán al camino más corto. ¿No tiene la misma apariencia que los problemas del tráfico?

El
principal recurso es la información que cada individuo traslada a las cruces de la red de este sistema de encaminamiento. La experiencia de cada uno es pequeña, pero es reflejo de la tendencia general. Aunque en el caso del tráfico, es imprescindible tener en cuenta la evaporación de las feromonas. De lo contrario, existe el riesgo de que la información quede obsoleta. Este
tipo de estrategias resultan de gran utilidad para el control del tráfico urbano. También se utilizan algoritmos que consideran que la información contenida en las cruces puede estar deteriorada. Además del tráfico, son sistemas muy adecuados para gestionar el transporte de información en las redes informáticas.

Publicado en el suplemento Natura de Gara