unimore/apprevol-2020-turtle007
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@ -1,60 +1,102 @@
# Da insiemi di agenti a sistemi swarm adattativi
# `2-metabolismo`
_Di [Balugani Lorenzo](https://github.com/LBindustries), [Calzolari Chiara](https://github.com/Cookie-CHR) e [Pigozzi Stefano](https://github.com/Steffo99)_
## Descrizione
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.
Questo progetto estende il progetto [`2-base`](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/2-base) aggiungendo nuovi parametri alle formiche del sistema.
## Ambiente
L’ambiente è un [toroide](https://it.wikipedia.org/wiki/Toro_(geometria)) composto da 150x150 patch.
### Ricomparsa del cibo
Dopo il `setup` dell'ambiente, questo conterrà 3 gruppi di cibo, un nido e un numero configurabile di formiche.
Se attivata tramite lo switch `food-respawn`, questa feature fa ricomparire il cibo all'interno dell'ambiente dopo `food-r-*` tick (con un offset di `food-o-*` tick).
### Formiche
```lisp
to try-respawn-food-*
if ticks mod food-r-* = food-o-* [
add-food-*
]
end
```
Dopo il `setup`, nell'ambiente saranno presenti un numero configurabile di formiche, 3 ammassi di cibo e un nido (la posizione di queste entità può essere modificata dall'utente). I colori delle formiche (che trasportano cibo o meno), del cibo e del nido possono essere modificati dall'utente.
_L'asterisco indica il numero della pila di cibo, da 1 a 3._
Esse (una alla volta, in ordine casuale) effettueranno ad ogni `tick` le seguenti azioni:
### Velocità delle formiche
1. Se la formica trasporta del cibo, si orienta verso il nido e rilascia feromoni.
2. Se la formica non trasporta del cibo, si orienta verso una possibile fonte di feromoni. Se il feromone percepito non è nell'intervallo 0.05-2 viene ignorato.
3. La formica si ruota a destra e a sinistra di angolo casuale (il cui massimo può venire scelto dall'utente) e si muove avanti di 1.
4. La formica tenta di prendere del cibo da terra. Se c'è del cibo e non ne sta trasportando altro, lo raccoglie, girandosi poi di 180°.
5. La formica tenta di appoggiare del cibo a terra. Se trasporta del cibo e si trova sopra il nido, lo deposita, girandosi poi di 180°.
Alle formiche è stato aggiunto il parametro `speed`.
Le patch (una alla volta, in ordine casuale) effetuano ad ogni `tick` le seguenti azioni:
```lisp
ants-own [speed]
```
1. Le patch fanno evaporare il ferormone (il quale viene poi diffuso nel go).
2. In base alla configurazione, le patch vengono colorate per mostrare:
a. Se viene attivato lo switch `show-pheromone`, viene mostrato il feromone.
b. Se viene attiato lo switch `show-distance`, viene mostrata la distanza della patch dal nido.
c. Se viene attivato lo switch `show-food`, viene mostrato il cibo.
d. Se viene attivato lo switch `show-nest`, viene mostrato il nido.
Esso è inizializzato a un **numero intero casuale** tra `min-speed` (1) e `max-speed` (2) al momento di creazione della formica, e rappresenta quante volte una formica può agire in un tick.
```lisp
repeat speed [
fd 1
t-try-pick-up-food
if t-try-drop-food [
t-resupply
]
]
```
## Dinamica del sistema
### Metabolismo delle formiche
Le formiche, ad ogni `tick`, in base a ciò che trasportano, cercano o di prendere del cibo o di portarlo verso il nest. Sulla via di ritorno al nest, le formiche rilasciano feromone, che spinge altre formiche a risalirlo per giungere quindi alla fonte di cibo.
L'ambiente gioca un ruolo importante dal momento che, facendo evaporare i feromoni, elimina vecchi percorsi che portano a fonti di cibo esaurite.
Alle formiche sono stati aggiunti i parametri `metabolism` e `hunger`.
```lisp
ants-own [metabolism hunger]
```
Il parametro `hunger` rappresenta quanta "fame" ha una formica; alla creazione, le formiche partiranno con `max-hunger` (400) punti.
Ogni tick, l'`hunger` di ogni formica perde `metabolism` punti, che saranno ripristinati a `max-hunger` solo se la formica porterà una patch di cibo al formicaio.
Se una formica scende sotto 1 punto `hunger`, essa morirà, e un'altra sarà creata nel nido al suo posto con parametri diversi.
```lisp
to t-consume-food
set hunger hunger - metabolism
if hunger <= 0 [
t-die
]
end
to t-resupply
set hunger max-hunger
end
to t-die
set ant-deaths ant-deaths + 1
set ants-to-respawn ants-to-respawn + 1
die
end
to respawn-ants
create-ants ants-to-respawn [t-setup-ant]
set ants-to-respawn 0
end
```
## Feedback del sistema
Nel sistema sono presenti due tipi di feedback:
- <span style="background-color: lightgreen; color: darkgreen;">**Positivo**: Più intensa e recente è la traccia di feromone, più le formiche contribuiranno ad aumentarne l'intensità tornando dalla fonte di cibo.
- <span style="background-color: lightcoral; color: darkred;">**Negativo**: Con l'esaurimento della fonte di cibo, il feromone viene a mancare, cancellando un percorso non più produttivo.
In aggiunta ai feedback precedenti, in questo progetto abbiamo nuovi feedback:
## Esperimenti
- <span style="background-color: lightcoral; color: darkred;">**Negativo**: Le formiche con `metabolism` troppo alto o `speed` troppo bassa per consegnare cibo al formicaio in tempo moriranno, lasciando il posto a nuove formiche con parametri diversi.</span>
- <span style="background-color: lightgreen; color: darkgreen;">**Positivo**: La casualità dei parametri delle nuove formiche favorirà quelle con parametri più adeguati all'ambiente.</span>
TBD
## Dinamica del sistema
## Branches
Le formiche continueranno a portare cibo al formicaio all'infinito; le meno adeguate di esse moriranno, mentre le più adeguate continueranno a vivere.
Variazioni al modello sono visibili nei branch di questo repository.
Con il progredire dei tick, ogni parametro avrà un valore che sarà prevalente nelle formiche: esso sarà il valore ideale del parametro nell'ambiente corrente.
In particolare, si evidenziano i branch:
## Osservazioni
- [`2-poison`](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/2-poison), una versione del modello che include anche una sorgente di veleno.
- [`2-ant-apocalypse`](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/2-ant-apocalypse), una versione del modello che rende necessario alle formiche di nutrirsi, pena la morte.
- [`2-death-and-rebirth`](https://github.com/Steffo99/turtle007/tree/2-death-and-rebirth), una versione del modello che rende necessario alle formiche di nutrirsi, pena la morte, ma che permette loro anche di riprodursi in situazioni di prosperità.
Con le impostazioni di default, il valore ideale del parametro `speed` sarà **2**:
![](img/speed.png)
Invece, il valore ideale del parametro `metabolism` sarà 1:
![](img/metabolism.png)
Si ipotizza che qualsiasi siano i valori minimi e massimi di `speed` e `metabolism`, verranno favoriti **valori più alti** di `speed` e **valori più bassi** di `metabolism`.