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README.md
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# Da insiemi di agenti a sistemi swarm adattativi
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# `1-ticks`
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_Di [Balugani Lorenzo](https://github.com/LBindustries), [Calzolari Chiara](https://github.com/Cookie-CHR) e [Pigozzi Stefano](https://github.com/Steffo99)_
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## Descrizione
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Il progetto complessivo consiste in una **serie di realizzazioni di un modello multiagente** e di esperimenti su di esso; ogni nuova versione del modello è più raffinata della precedente. La versione iniziale non è un sistema collettivo; la versione finale realizza un sistema collettivo i cui elementi sono capaci di evolvere e di adattarsi all’ambiente.
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## Ambiente
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L’ambiente è un [toroide](https://it.wikipedia.org/wiki/Toro_(geometria)) composto da 150x150 patch.
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Dopo il `setup` dell'ambiente, una percentuale configurabile di patch conterrà cibo (<span style="background-color: yellow; color: black;">gialle</span>), mentre le restanti saranno vuote (<span style="background-color: black; color: white;">nere</span>).
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### Termiti
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Dopo il `setup`, nell'ambiente saranno presenti un numero configurabile di termiti.
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Le termiti normalmente sono <span style="background-color: white; color: black;">bianche</span>, ma diventano <span style="background-color: orange; color: black;">arancioni</span> quando trasportano cibo.
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Esse (una alla volta, in ordine casuale) effettueranno ad ogni `tick` le seguenti azioni:
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1. **Ricerca**: la termite _vaga_ per l'ambiente fino a quando non incontra un pezzo di cibo, che _raccoglie_, per poi _allontanarsi_ dalla sua posizione attuale.
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1. **Vaga**: la termite ruota di un angolo configurabile di gradi, poi avanza di un passo.
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2. **Raccoglie**: la termite rimuove il cibo dalla patch in cui si trova e inizia a trasportarlo, cambiando colore.
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3. **Allontana**: la termite si gira in una direzione casuale, ed effettua un numero configurabile di passi in avanti detto `rg_inerzia`.
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2. **Deposito**: la termite _vaga_ per l'ambiente fino a quando non trova un posto dove depositare il cibo, lo _deposita_ e poi si _allontana_ dalla sua posizione attuale.
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1. **Vaga**: la termite ruota di un angolo configurabile di gradi, poi avanza di un passo.
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2. **Deposita**: la termite inserisce il cibo nella patch in cui si trova, e smette di trasportarlo, tornando al suo colore originale.
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3. **Allontana**: la termite si gira in una direzione casuale, ed effettua un numero configurabile di passi in avanti detto `rg_libera`.
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## Dinamica del sistema
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Le termiti spostano ad ogni `tick` un pezzo di cibo da una patch a un'altra, che si trova ad una certa distanza dalla prima, effettuando una **unità di lavoro**.
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Così facendo, le termiti raccolgono il cibo in **magazzini** progressivamente sempre più compatti e vicini tra loro, che lentamente si uniscono fino a formare un unico magazzino comprendente tutto il cibo dell'ambiente.
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## Feedback del sistema
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Nel sistema sono presenti due tipi di feedback:
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- <span style="background-color: lightgreen; color: darkgreen;">**Positivo**: Più grande è un magazzino, più probabilità una termite avrà di capitarci sopra ed appoggiare lì il proprio cibo, portandolo a ingrandirsi nel tempo.
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- <span style="background-color: lightcoral; color: darkred;">**Negativo**: Meno grande è un magazzino, meno probabilità una termite avrà di capitarci sopra ed appoggiare lì il proprio cibo, portandolo a ridursi nel tempo.
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### Esperimenti
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Tutti gli esperimenti sottostanti sono stati eseguiti con i parametri di default qui elencati:
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- `densita_materiale`: 20
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- `numero_termiti`: 100
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- `rg_inerzia`: 20
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- `rg_libera`: 20
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- `angolo_virata`: 100
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#### Esperimento 1: Variazioni al valore di `rg_inerzia`
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Si sono misurati i **magazzini formatosi dopo 1000 tick** al variare del parametro `rg_inerzia`.
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Dai dati sperimentali emerge che il parametro non influenza particolarmente il numero di magazzini; eventuali variazioni sono da ricondursi alla casualità dello stato iniziale di questo modello.
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Tentativi di interpolazione non hanno fornito nessun risultato con i dati raccolti: il best fit è stato con la curva logaritmica, avente un misero `R^2 = 0.263`.
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##### Dati sperimentali
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|`rg_inerzia`| Run 1 | Run 2 | Run 3 | Run 4 | Run 5 | Run 6 | Run 7 | Run 8 | Run 9 | Run 10 | Media |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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|5|4| 6| 6| 6| 7| 6| 6| 6| 4| 5|**5.6**|
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|25|4 |5 |4 |5 |4 |5 |5 |4 |4 |4|**4.4**|
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|45|6 |4 |2 |5 |4 |7 |6 |7 |4 |6|**5.1**|
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|55|4 |5 |4 |5 |3 |5 |4 |4 |4 |6|**4.4**|
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|65|5 |5 |5 |7 |6 |6 |5 |5 |5 |6|**5.5**|
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|85|4 |4 |4 |4 |6 |5 |5 |3 |4 |3|**4.2**|
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##### Grafico
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#### Esperimento 2: Variazioni al valore di `rg_libera`
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Si sono misurati i **magazzini formatosi dopo 1000 tick** al variare del parametro `rg_libera`.
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Dai dati sperimentali emerge che il valore del parametro `rg_libera` è inversamente proporzionale al numero di magazzini creatosi dopo 1000 tick.
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Probabilmente l'andamento è esponenziale: con il parametro impostato a 5 i magazzini sono ancora talmente tanti da risultare incalcolabili, ma aumentarla anche solo a 10 e li rende un numero definito.
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Interpolando con una curva esponenziale, si è ottenuto un `R^2 = 0.989`.
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##### Dati sperimentali
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| `rg_libera` | Run 1 | Run 2 | Run 3 | Run 4 | Run 5 | Run 6 | Run 7 | Run 8 | Run 9 | Run 10 | Media |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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|5 | _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_| _N/D_|**_N/D_**|
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|10 |7 |9 |9 |7 |9 |7 |8 |9 |8 |8 |**8.1**|
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|15 |7 |6 |7 |7 |6 |7 |6 |8 |7 |7 |**6.8**|
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|20 |5 |5 |6 |5 |5 |7 |6 |6 |4 |5 |**5.4**|
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|25 |4 |5 |4 |4 |5 |4 |4 |4 |4 |5 |**4.3**|
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|30 |4 |3 |3 |3 |3 |2 |3 |4 |4 |3 |**3.2**|
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|35 |3 |2 |2 |2 |2 |2 |3 |3 |2 |3 |**2.4**|
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|40 |1 |2 |1 |2 |1 |2 |2 |3 |2 |1 |**1.7**|
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##### Grafico
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#### Esperimento 3: Variazioni al numero di termiti nel sistema
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Si è misurato il tempo necessario perchè quantità le termiti formassero 6 raggruppamenti di cibo al variare delle quantità di termiti.
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Si è ipotizzato che formare 6 raggruppamenti richieda un numero di _unità di lavoro_ costante (dipendente dalla disposizione iniziale del cibo).
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Effettuando gli esperimenti, si è verificata questa ipotesi: si è notata una dipendenza inversa tra il numero di tick richiesti e il numero di termiti presenti nel modello secondo la formula `termiti * tick_richiesti = costante`
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Si è riusciti a determinare il valore della costante (con un margine di errore): esso è **~79875 unità di lavoro**.
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##### Dati sperimentali
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| Termiti | Run 1 | Run 2 | Run 3 | Run 4 | Run 5 | Run 6 | Run 7 | Run 8 | Run 9 | Run 10 | Media tick | Media unità di lavoro |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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| 10 | 7000 | 6000 | 6000 | 7500 | 6000 | 8000 | 9000 | 10000 | 6000 | 7000 | **7250** | **72500** |
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| 100 | 700 | 800 | 800 | 700 | 900 | 800 | 900 | 600 | 700 | 700 | **760** | **76000** |
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| 250 | 320 | 440 | 360 | 400 | 320 | 440 | 360 | 360 | 240 | 320 | **356** | **89000** |
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| 500 | 180 | 160 | 120 | 120 | 180 | 200 | 160 | 240 | 160 | 120 | **164** | **82000** |
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| _Media_ | | | | | | | | | | | | _**79875**_ |
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##### Grafico
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#### Esperimento 4: Variazioni al valore `angolo_virata`
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Si sono misurati i **magazzini formatosi dopo 1000 tick** al variare del parametro `angolo_virata`.
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Dai dati sperimentali si nota che la variazione del numero dei magazzini è pressochè nulla; si può quindi dire che la variazione dell'angolo di virata non influenza il numero magazzini creati dalle termiti.
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##### Dati sperimentali
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|Angolo_virata|Valore medio magazzini| Run 1 | Run 2 | Run 3 | Run 4 | Run 5 |
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|---|---|---|---|---|---|---|
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|45|5 |6 |5 |6 |5 | **5.4** |
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|90|5 |6 |6 |7 |6 | **6.0** |
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|135|6 |7 |5 |6 |8 | **6.4** |
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|180|7 |7 |6 |6 |6 | **6.4** |
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|225|5 |5 |6 |7 |7 | **6.0** |
|
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|270|6 |6 |6 |7 |7 | **6.4** |
|
||||
|315|5 |6 |6 |7 |5 | **5.8** |
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|360|6 |7 |6 |6 |6 | **6.2** |
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#### Grafico
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## Branches
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Sono disponibili vari branch con variazioni a questo progetto:
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- [`1-group-counter`: Aggiunge conteggio automatico dei magazzini](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/1-group-counter)
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- [`1-efficiency-tiredness`: Aggiunge parametri di efficienza e stanchezza alle termiti](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/1-efficiency-tiredness)
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- [`1-ticks`: Fa muovere le formiche di una sola unità per ogni tick](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/1-ticks)
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Questo progetto estende il progetto [`1-base`](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/1-base) limitando a 1 il numero di passi che le termiti possono effettuare per tick se esse non hanno raccolto cibo.
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