Алгоритм розпізнавання простих графів колективом агентів

Abstract

Нині досить динамічно розвиваються напрямки автоматизації та роботизації різних процесів. Звісно, це стосується і дослідження різноманітних середовищ, де організація роботи людини є складнішою або навіть небезпечнішою, ніж організація роботи в тих самих умовах спеціальних роботизованих систем. Це робить актуальними дослідження, спрямовані на розпізнавання (побудову мапи) невідомих графів мобільними агентами. У представленій роботі запропоновано новий алгоритм розпізнавання скінчених, неорієнтованих графів без петель і кратних ребер за допомогою двох агентів різного типу. Один з агентів – агент-дослідник, що пересувається по графу, зчитує та змінює мітки елементів графа і передає інформацію про свої дії іншому агенту – агенту-експериментатору. Робота агента-дослідника базується на методі обходу графа у глибину. Агент-дослідник має скінчену пам'ять, що не залежить від розмірності графа. Другий агент – це агент-експериментатор, що перебуває поза межами досліджуваного графа. Головним завданням цього агента є побудова представлення досліджуваного графа (у вигляді переліку ребер і вершин) у своїй пам'яті на основі інформації, яку він отримує від агента-дослідника. Агент-експериментатор має скінчену внутрішню пам'ять, що необмежено зростає, розмірність якої залежить від кількості вершин графа над розпізнаванням якого працюють агенти.

Також детально розглянуто режими роботи агента-дослідника із зазначенням пріоритетності їхньої активації залежно від навколишніх умов і перелік повідомлень, якими обмінюються агенти у процесі роботи алгоритму. Наведено повний алгоритм роботи агента-експериментатора з обробки отриманих повідомлень, на основі яких і відбувається розпізнавання графа. Виконано аналіз часової, ємнісної, комунікаційної складності побудованого алгоритму та проаналізовано кількість переходів по ребрах, які виконує агент-дослідник під час обходу графа. З'ясовано, що запропонований алгоритм має квадратичні (від кількості вершин досліджуваного графа) часову, ємнісну та комунікаційну складності. Верхню оцінку кількості переходів по ребрах, які здійснює агент-дослідник, оцінено як O(n^2), де n – кількість вершин у графі. Для роботи запропонованого алгоритму розпізнавання графа агенту-досліднику необхідно дві фарби різного кольору й один камінь.