Skip to main content
main-content

Tipp

Weitere Artikel dieser Ausgabe durch Wischen aufrufen

28.09.2018 | Ausgabe 4/2018

Natural Computing 4/2018

A stochastic approach to shortcut bridging in programmable matter

Zeitschrift:
Natural Computing > Ausgabe 4/2018
Autoren:
Marta Andrés Arroyo, Sarah Cannon, Joshua J. Daymude, Dana Randall, Andréa W. Richa
Wichtige Hinweise
A conference version of this paper was presented at DNA23 in September 2017 (Andrés Arroyo et al. 2017). This paper differs substantially from the conference version. In particular, all of the proofs of Sect. 4 are new.

Abstract

In a self-organizing particle system, an abstraction of programmable matter, simple computational elements called particles with limited memory and communication self-organize to solve system-wide problems of movement, coordination, and configuration. In this paper, we consider a stochastic, distributed, local, asynchronous algorithm for “shortcut bridging”, in which particles self-assemble bridges over gaps that simultaneously balance minimizing the length and cost of the bridge. Army ants of the genus Eciton have been observed exhibiting a similar behavior in their foraging trails, dynamically adjusting their bridges to satisfy an efficiency trade-off using local interactions. Using techniques from Markov chain analysis, we rigorously analyze our algorithm, show it achieves a near-optimal balance between the competing factors of path length and bridge cost, and prove that it exhibits a dependence on the angle of the gap being “shortcut” similar to that of the ant bridges. We also present simulation results that qualitatively compare our algorithm with the army ant bridging behavior. Our work gives a plausible explanation of how convergence to globally optimal configurations can be achieved via local interactions by simple organisms (e.g., ants) with some limited computational power and access to random bits. The proposed algorithm also demonstrates the robustness of the stochastic approach to algorithms for programmable matter, as it is a surprisingly simple extension of our previous stochastic algorithm for compression.

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu diesem Inhalt zu erhalten

Sie möchten Zugang zu diesem Inhalt erhalten? Dann informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 69.000 Bücher
  • über 500 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 50.000 Bücher
  • über 380 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Maschinenbau + Werkstoffe​​​​​​​




Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 58.000 Bücher
  • über 300 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Literatur
Über diesen Artikel

Weitere Artikel der Ausgabe 4/2018

Natural Computing 4/2018 Zur Ausgabe

EditorialNotes

Preface

OriginalPaper

Bonding calculus

Premium Partner

    Bildnachweise