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蟻人教你如何規劃城市

發布時間:2016.05.04
澳大利亞肉蟻在樹上聚餐
    無論你是在玩《模擬城市》游戲,還是真的在進行城市規劃,要想將地鐵區域和它四周的基本資源連接起來,這需要你做些艱難的決定。這些難題的關鍵在于如何平衡成本、效率和彈性。

    舉一個新興遠郊地區發展的例子來說。如果世界上所有高速公路收費站的錢都歸你,很簡單你可以把它直接用到現有的地鐵服務區和大型中心上,同時修建額外的道路以備交通擁堵或路面維修時所用。那將是一個非常有效而可靠的網絡,但它并不是非常符合成本效益。你就會發現這一系統光維持就十分昂貴,高速公路收費站的錢可能根本就不夠,也更別說要完善拓展了。

    如果你不是一只螞蟻(當然你不是),你就會發現自己處在尷尬的境地了。
    澳大利亞肉蟻,屬紫紅色虹臭蟻屬(Iridomyrmex purpureus)。它們住在碎石和沙子下的蟻窩里,常常外出探險,在附近樹木分泌的蜜汁上舉行盛會,排成數百米的隊伍出行。因為這些微型的公路系統并沒有過度修建,不是每個巢穴都直接連接到樹木,但它們被很好地維護著。假設有植物或雜草闖進了蟻徑,這些群居者就會像人類清理路徑那樣,清掃它們的蟻徑。
 肉蟻運輸系統的范例:圓點代表巢穴,綠塊代表樹木,虛線表示直接連接巢穴和樹木的蟻徑
    一群研究人員最近試圖弄清楚這些群居的螞蟻是如何在沒有任何集中規劃下,建立如此高效的運輸網絡?;谝郧瓣P于肉蟻蟻徑的研究,研究人員模擬出了這些網絡的發展過程。在學術期刊《Journal of the Royal Society Interface》中,研究小組稱他們已經明確了這個規劃系統的基本“規則”。

    很神奇地,從蟻穴到可以獲取食物的樹,肉蟻清楚地知道每條蟻徑的長度。只有當新道路比現有的道路都短的時候,它們才會將選擇開辟。而如果某個蟻穴沒有直接跟樹木相連,它們就必須前往距離最近的蟻穴獲取食物。換句話說,因為知道維護道路網絡的成本很高,螞蟻們就選擇將道路數量保持在最低的限度。

    來自瑞典烏普薩拉大學的數學家阿里安娜•博蒂內利(Arianna Bottinelli)和她的研究團隊,將這種潛在的規則稱為“最小連接模型”(minimum linking model),簡稱MLM;他們寫道:
    我們發現這個“最小連接模型”,決定了肉蟻如何構建運輸網絡、平衡堅固性、成本和效率,從而達到地區最優。
    MLM模型在最多有15個蟻穴的肉蟻聚居地里都能完美運作。然而,當研究人員想要將這個模型應用于有2000個蟻穴以上的大型聚居地時,這個運輸網絡就失去了它的堅固性。成本依然很低,效率也很高,但當他們用草來摧毀蟻徑時,整個系統崩潰就了。因為它沒有替代備用的線路。

    研究人員推測,這就是肉蟻的聚居地規模往往只在15個蟻穴以內的原因。畢竟,不顧及堅固性只會把整個蟻群聚居地暴露在自然災害的風險中——比如上面研究人員的那根草、天敵或競爭對手等。一旦聚居地的蟻穴數量達到15個左右,一些肉蟻里會分離出去開辟一片新的地方,就像西部大開發的拓荒一樣。

 肉蟻將它們的運輸系統維護得驚人地干凈
    人類一直很懂得把握成本-效率的原則,但是自然也在不斷地提醒著,我們同樣需要堅固和有彈性的網絡。為此,研究人員發現,一旦生活的社區達到一定的規模,我們可以對肉蟻的規劃模型進行調整:允許更多新的路徑連接,連接到學校、超市、發電廠等,更適合人類的發展。這些調整會讓整個系統耗資更多一些,但同時也增加了堅固性。
    這項研究僅限于肉蟻聚居地。對某個人類社區持續觀察60到80年太浪費時間了,很少會有那么充足的資金資助,研究人員也無法應付那些叫喊著“別踏進這兒一步!”的居民。因此,依靠模型也不失為一個好方法。研究人員認為,當某個地區的發展的確需要一條新的主干道,或者可以通過現有交通網絡跟這些主要區域相連時,這樣的模型會幫助城市規劃人員更好地做出決定。
文章來源:界面網




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