蟻人教你如何規(guī)劃城市
發(fā)布時(shí)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(jìn)行城市規(guī)劃，要想將地鐵區(qū)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(guān)鍵在于如何平衡成本、效率和彈性。
舉一個(gè)新興遠(yuǎn)郊地區(qū)發(fā)展的例子來說。如果世界上所有高速公路收費(fèi)站的錢都?xì)w你，很簡(jiǎn)單你可以把它直接用到現(xiàn)有的地鐵服務(wù)區(qū)和大型中心上，同時(shí)修建額外的道路以備交通擁堵或路面維修時(shí)所用。那將是一個(gè)非常有效而可靠的網(wǎng)絡(luò)，但它并不是非常符合成本效益。你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這一系統(tǒng)光維持就十分昂貴，高速公路收費(fèi)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(dāng)然你不是），你就會(huì)發(fā)現(xiàn)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(xiǎn)，在附近樹木分泌的蜜汁上舉行盛會(huì)，排成數(shù)百米的隊(duì)伍出行。因?yàn)檫@些微型的公路系統(tǒng)并沒有過度修建，不是每個(gè)巢穴都直接連接到樹木，但它們被很好地維護(hù)著。假設(shè)有植物或雜草闖進(jìn)了蟻徑，這些群居者就會(huì)像人類清理路徑那樣，清掃它們的蟻徑。
肉蟻運(yùn)輸系統(tǒng)的范例：圓點(diǎn)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(guī)劃下，建立如此高效的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)?；谝郧瓣P(guān)于肉蟻蟻徑的研究，研究人員模擬出了這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程。在學(xué)術(shù)期刊《Journal of the Royal Society Interface》中，研究小組稱他們已經(jīng)明確了這個(gè)規(guī)劃系統(tǒng)的基本“規(guī)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(zhǎng)度。只有當(dāng)新道路比現(xiàn)有的道路都短的時(shí)候，它們才會(huì)將選擇開辟。而如果某個(gè)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?yàn)橹谰S護(hù)道路網(wǎng)絡(luò)的成本很高，螞蟻們就選擇將道路數(shù)量保持在最低的限度。
來自瑞典烏普薩拉大學(xué)的數(shù)學(xué)家阿里安娜•博蒂內(nèi)利（Arianna Bottinelli）和她的研究團(tuán)隊(duì)，將這種潛在的規(guī)則稱為“最小連接模型”（minimum linking model），簡(jiǎn)稱MLM；他們寫道：
我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)“最小連接模型”，決定了肉蟻如何構(gòu)建運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、平衡堅(jiān)固性、成本和效率，從而達(dá)到地區(qū)最優(yōu)。
MLM模型在最多有15個(gè)蟻穴的肉蟻聚居地里都能完美運(yùn)作。然而，當(dāng)研究人員想要將這個(gè)模型應(yīng)用于有2000個(gè)蟻穴以上的大型聚居地時(shí)，這個(gè)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)就失去了它的堅(jiān)固性。成本依然很低，效率也很高，但當(dāng)他們用草來摧毀蟻徑時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)崩潰就了。因?yàn)樗鼪]有替代備用的線路。
研究人員推測(cè)，這就是肉蟻的聚居地規(guī)模往往只在15個(gè)蟻穴以內(nèi)的原因。畢竟，不顧及堅(jiān)固性只會(huì)把整個(gè)蟻群聚居地暴露在自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)中——比如上面研究人員的那根草、天敵或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等。一旦聚居地的蟻穴數(shù)量達(dá)到15個(gè)左右，一些肉蟻里會(huì)分離出去開辟一片新的地方，就像西部大開發(fā)的拓荒一樣。
肉蟻將它們的運(yùn)輸系統(tǒng)維護(hù)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(jiān)固和有彈性的網(wǎng)絡(luò)。為此，研究人員發(fā)現(xiàn)，一旦生活的社區(qū)達(dá)到一定的規(guī)模，我們可以對(duì)肉蟻的規(guī)劃模型進(jìn)行調(diào)整：允許更多新的路徑連接，連接到學(xué)校、超市、發(fā)電廠等，更適合人類的發(fā)展。這些調(diào)整會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)耗資更多一些，但同時(shí)也增加了堅(jiān)固性。
這項(xiàng)研究?jī)H限于肉蟻聚居地。對(duì)某個(gè)人類社區(qū)持續(xù)觀察60到80年太浪費(fèi)時(shí)間了，很少會(huì)有那么充足的資金資助，研究人員也無法應(yīng)付那些叫喊著“別踏進(jìn)這兒一步！”的居民。因此，依靠模型也不失為一個(gè)好方法。研究人員認(rèn)為，當(dāng)某個(gè)地區(qū)的發(fā)展的確需要一條新的主干道，或者可以通過現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)跟這些主要區(qū)域相連時(shí)，這樣的模型會(huì)幫助城市規(guī)劃人員更好地做出決定。
文章來源：界面網(wǎng)
