群れの行動に関する統一理論は可能か

タマス・ヴィチェックの説。
「観察される現象は多種多彩だが、それを生み出すのは単純ないくつかの基本的自然法則(例えば熱力学の法則のような)かもしれない」
» 「群れ」の科学 Page6 « WIRED.jp

 スティーヴン・ウルフラムの説。
「 群れに見られる創発特性は、雪片や貝殻や脳や、さらには宇宙そのものの複雑さをつくっているものと同一の、単純なプログラムに基づいている」
» 「群れ」の科学 Page6 « WIRED.jp

イアン・カズンの説。
「株価も神経システムも魚の群れも説明できる隠された理論があるかは疑わしいと思っています。それはどちらかというと無邪気な考えというものです。何もかもに当てはまる方程式があると考えるのは危険です」
» 「群れ」の科学 Page7 « WIRED.jp

統一的な説明は可能だとするほうにロマンを感じるが、ロマンチックなものが真理というわけではないし…。

模倣による障害物の回避行動

鳥か魚の群れが空中か水中を飛んでいるまたは泳いでいるとする。
障害物があれば彼らはそれを避けて移動する。
次のアニメはそれを簡単ににシミュレートしたもので、群れが障害物を回避する様子を示している。



ここで画面の中央に置いた円が障害物。
それぞれの鳥または魚の行動は、
1. 各個体はどれも同じ速さで移動する。
2. 移動する方向は、自分の近くにいる個体が向かっている方角の平均値とする。
3. 障害物に近づいた個体は円の接線方向に向きを変える。
というルールによっている。

これらのルールに従って移動する群れに何が起こるか。障害物にどう対応するか。
画面の右上から降りてくる大群の動きにその特色が顕著に現れている。
この群れがまっすぐ進めばほとんどの個体は障害物に突き当たり、それぞれに回避行動を取らなければならない。けれども実際に起きていることはそうではない。
群れの先頭にいる少数の個体は、障害物に近づいたことを知ってルール3により自ら進む方向を変える。これに対して、あとに続く多数の個体は障害物を察知して向きを変えるのではなく、ルール2によって周囲の個体の動きを真似ることで結果的に障害物を回避している。

群れのメンバーの大半は、障害物や危険物をそれと意識せずに避けている。他のメンバーの行動を真似るだけでそうしたことが可能になる。
はやい話が「烏合の衆」である。オンライン辞書を見ると、
「規律も統制もなく、ただ寄り集まっているだけの集団。秩序のない人々の集まりや軍勢にいう。からすの集まりが無秩序でばらばらであることから」
とある。ただ寄り集まって、たがいの動きを真似ているだけの群れが、「用心」や「判断」といったコストを払うことなく、といっても障害物に直面した個体は自発的な行動をとるのだが、全体としては少ないコストで行動を最適化している。

関連記事 » robottage: 鳥の群舞の簡単シミュレーション

空中のハトと地上のハト

空中で群れているハトと地上で群れているハトの違い。
空中のハトは集団的で、地上のハトは個人的。

空を舞うハトの群れは協調的に見える。
群れは同じ方向を目指して飛ぶ。直線的ということではなく、ときには直線的に一方向を目指し、ときには渦を巻いて飛ぶ。全体として協調的で、見た目に美しい形状をなして飛翔する。
地上から舞い上がった瞬間も同様で、同じ方向を目指して舞い上がり、協調的な舞いを見せて、どこかへ集団で去って行ったり、いっせいに地上に舞いもどったりする。

地上で群れているハトは、「群れている」という点では集団的だが、個々には勝手に動いている。
少数の群れを見ているとそのことがかえってよくわかる。それぞれ勝手に動いていた個体どうしが、ときに並行して歩くことがある。しかしそれは協調性の現れというより、身体の接触を避けるためにたまたま並行して歩いたとしか見えない。2羽のハトがしばし寄り添うことがあっても、すぐに離れて別々の方向へ歩いてゆく。
空中にあるときのような協調性は地上では見られない。地上では群れがそろって一方向に進むとか、渦状をなすとかはない。

地上のハトの個人性は舞い上がった瞬間に崩れ、群れは集団的行動に移る。
この移行について「集団的意思」といったものを想定する必要はない。まず1羽が飛び上がり、他の個体がつぎつぎにこれを模倣する結果、全体の動きが集団的になると考えられる。これについては「模倣で生まれる群れの集合知」を参照。