蚂蚁群行为酷似互联网传输协议 _蚂蚁

表面上，蚂蚁和互联网好像没什么共同之处，但二者之间却存在惊人的相似性。据物理学家组织网近日报道，斯坦福大学研究人员发现，一种叫做收获蚁的蚂蚁在决定派多少蚂蚁出去找食物时，所用方法和互联网TCP(传输控制协议)确定还有多少带宽可用来传输数据的方法极为相似。相关论文发表在《公共科学图书馆·计算生物学》杂志上。
斯坦福大学生物学教授黛博拉·戈登与计算机科学教授、研究网络文件传输的专家巴拉基·普拉巴卡尔合作，研究一个蚁群在派觅食蚁出去找食物时，它们是怎样做决定的。“从本质上说，蚂蚁确定能得到多少食物的方法，和传输文件时TCP确定还有多少带宽可用的算法是一样的。”普拉巴卡尔说。
TCP是在互联网上管理数据、控制拥堵的一种算法，在整体上允许早期网络从几十个结点扩增到今天的数十亿用户。其工作原理是：A作为源头，传一份文件到目的地B ，此文件被分解为若干小包， B每接到一个小包，发送一个确认给A，表示文件已经到达。
这种反馈回路让TCP能畅通运行而避免拥堵：如果返回确认的速度比数据发送速度慢，表示已没有多少带宽，源头控制的数据传输就会相应地慢下来；如果返回确认更快，源头就会加快传输速度。这一过程决定了还有多少带宽和数据传输速度。
收获蚁的觅食行为与此很相似。戈登发现，收获蚁离开巢穴出去觅食的速度和能获得的食物多少有关(相当于可用带宽) 。一般情况，觅食蚁只有找到食物才会回巢。如果食物丰富，它们返回的速度快，就会有更多同伴出去觅食；如果觅食速度变慢，甚至有些同伴开始空手而归，觅食就可能停止。
普拉巴卡尔写下了一只蚂蚁觅食的算法(TCP—影响算法)，并预测觅食行为取决于可找到的食物数量，戈登则通过实验来控制觅食蚁返回的速度。他们发现，TCP—影响算法几乎与实验中蚂蚁的行为精确吻合。
他们还发现，蚂蚁还遵循TCP的两个阶段。一个叫缓慢启动，用于描述源头在开始发送一个大波包时需要计算的带宽；同样，收获蚁在开始觅食时，会先派些蚂蚁去看看能找到的食物多不多，然后再根据情况增加或减少外派蚂蚁的速度。另一阶段叫超时，此时数据传输连接中断，源头停止发送文件包；同样，如果一些觅食蚁返回巢穴的速度超过20分钟，就没有蚂蚁再出去。
“蚂蚁早就发现了我们现在所知的算法，它们一直这么做了上百万年。”普拉巴卡尔说，如果上世纪70年代发现这一点的话，那时TCP还没写出来，收获蚁就能影响互联网的设计。
戈登认为研究蚁群行为有助于我们设计互联网系统。地球上的蚂蚁有1.1万种，它们生活在不同的地方，处理着各种生态问题。“蚂蚁已经进化出了处理我们意想不到的问题的能力。从计算的角度来说，每一只蚂蚁的能力是有限的，但蚁群集体却能完成复杂的任务。蚂蚁算法必然是简单的、分布式的而且可升级，这正是我们在大型分布式设计系统中所需要的特性。理解蚂蚁如何管理自身行为，有助于发现更多对互联网算法有益的应用。”戈登说。
【蚂蚁群行为酷似互联网传输协议】
科技日报(常丽君)