人工智能鱼 科学出版社
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北京朝阳
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作者袁红春，杨蒙召 编
出版社科学出版社
ISBN9787030782922
出版时间2024-03
版次1
印刷时间2024-03
装帧平装
开本16开
页数176页
定价59元
货号1203240178
上书时间2024-05-19
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目录
第1章绪论1
1.1仿生学的概念与应用1
1.1.1仿生学的定义1
1.1.2仿生学的基本要素2
1.1.3仿生学与科技创新3
1.2鱼类行为学及其研究内容4
1.2.1行为学定义与研究内容4
1.2.2鱼类行为分析5
1.2.3鱼类行为与环境的关系6
1.2.4鱼类感觉系统与行为能力7
1.3人工智能鱼仿生功能与行为12
1.3.1仿生的主要功能14
1.3.2常见的仿生行为16
1.4人工智能鱼分类研究18
1.4.1虚拟鱼18
1.4.2机器鱼18
1.5本章小结20
第2章鱼体的建模和形变21
2.1数理知识基础21
2.1.1“弹簧-质点”模型21
2.1.2牛顿运动定律与生物力学分析23
2.1.3常微分方程的数值解法24
2.2鱼体的身体结构与几何网格模型25
2.2.1常见鱼体的身体结构25
2.2.2鱼体的几何网格模型25
2.3鱼体运动的动力学模型28
2.3.1鱼的运动模式分析28
2.3.2鱼类运动的常见模拟方法30
2.3.3基于“弹簧-质点”模型的鱼体运动形变30
2.3.4鱼体游动时的动力学模型31
2.4基于几何物理模型组合优化的鱼体运动设计32
2.4.1鱼体设计32
2.4.2建模仿真结果与分析34
2.5本章小结35
第3章鱼的感知和认知37
3.1鱼的感知和认知机理37
3.1.1鱼的感知37
3.1.2鱼的认知38
3.2人工智能鱼的感知和认知能力分析39
3.3虚拟鱼感知和认知的仿真与设计41
3.3.1基于YOLO模型的虚拟鱼物体辨别能力仿真41
3.3.2融合情感的虚拟鱼认知行为设计45
3.4本章小结50
第4章鱼的游泳行为和能力51
4.1鱼的游泳动作和鱼鳍的功用51
4.2鱼的游泳方式和速度53
4.2.1游泳方式53
4.2.2游泳速度56
4.3鱼的节能原理和方式57
4.3.1耐久力的生理构造57
4.3.2特殊的节能方式59
4.3.3鱼类运动的减阻原理60
4.3.4特殊的游泳行为60
4.4人工智能鱼的游泳行为设计61
4.4.1虚拟鱼的局部波状模式设计61
4.4.2机器鱼部分结构设计和功能模型66
4.5本章小结69
第5章鱼的典型行为规划和路径规划70
5.1鱼的典型行为及其特征70
5.2人工智能鱼的行为规划分析70
5.3人工智能鱼的意图优先级规划71
5.4个体鱼智能行为规划72
5.4.1典型行为规划73
5.4.2人工智能鱼的运动模型80
5.5路径规划方法介绍83
5.5.1避障路径规划问题的定义83
5.5.2位置获取和环境表示84
5.5.3规划方法85
5.5.4搜索方法87
5.6虚拟鱼路径规划的仿真89
5.6.1改进的A*算法89
5.6.2鱼体三维建模90
5.6.3仿真实现91
5.7本章小结95
第6章鱼类群体行为学96
6.1鱼群的定义96
6.2研究鱼类集群行为的主要方法96
6.2.1实验室水槽观察法97
6.2.2潜水观测法97
6.2.3超声波影像分析法98
6.2.4数学模型模拟和仿真法98
6.3鱼群行为的优势99
6.3.1社交互动99
6.3.2觅食优势99
6.3.3生殖优势100
6.3.4水动力效率100
6.3.5捕食者回避101
6.4鱼群整体结构动态变化102
6.4.1描述鱼群动态结构的参数102
6.4.2鱼群群体形状与运动速度的关系103
6.5鱼群行为模型与功能设计103
6.5.1集群设计原则103
6.5.2Aggregation鱼群汇聚抢食模型105
6.5.3School鱼群汇聚逃逸模型105
6.5.4鱼群仿真功能方法的设计106
6.6机器鱼集群特征及其应用107
6.6.1机器鱼群的基本行为107
6.6.2机器鱼群的应用107
6.7本章小结108
第7章鱼群-捕食者模型的仿真设计109
7.1鱼群-捕食者模型概述109
7.2鱼群-捕食者模型的构建109
7.2.1紧凑行为111
7.2.2躲避行为112
7.2.3球形行为113
7.2.4被驱赶行为114
7.2.5液泡行为115
7.2.6喷泉行为116
7.2.7沙漏行为118
7.2.8闪光行为119
7.2.9分裂行为121
7.2.10汇合行为122
7.3鱼群-捕食者模型算法的设计122
7.3.1紧凑-躲避行为算法122
7.3.2球形行为算法123
7.3.3被驱赶、液泡和沙漏行为算法124
7.3.4喷泉行为算法125
7.3.5闪光行为算法126
7.3.6分裂行为算法127
7.3.7汇合行为算法128
7.4基于鱼群-捕食者模型的目标选择策略模型129
7.4.1鱼群行为模型的构建129
7.4.2捕食者行为模型的构建130
7.4.3鱼群特征参数的设定132
7.4.4无捕食者群体状态和有捕食者使用目标选择策略P的群体状态对比132
7.4.5同一鱼群规模下3种不同目标选择策略的效果对比135
7.4.6不同鱼群规模下3种目标选择策略的效果对比136
7.5本章小结137
第8章人工智能鱼案例设计与分析138
8.1基于“弹簧-质点”模型的鱼类游泳动作行为仿真138
8.1.1案例介绍138
8.1.2主要开发平台和技术138
8.1.3案例的总结构图138
8.1.4海洋环境的设计与实现138
8.1.5虚拟鱼的具体设计与仿真142
8.2南非拟沙丁鱼群洄游仿真146
8.2.1案例介绍146
8.2.2主要开发平台和技术146
8.2.3沙丁鱼群洄游的仿真与实现146
8.3基于机器鱼的水质pH值检测152
8.3.1案例介绍152
8.3.2主要开发平台和技术153
8.3.3机器鱼的构造和功能153
8.3.4水质pH值检测154
8.4AIFish——面向动态识别的人工智能鱼设计156
8.4.1案例介绍156
8.4.2主要开发平台和技术156
8.4.3采用Vuforia插件实现AR识别156
8.4.4基于AlexNet网络对鱼类的识别160
8.4.5基于深度学习的动态识别
鱼类效果164
8.5本章小结165
参考文献166
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内容简介
本书将计算机技术和鱼类行为学相结合，研究人工智能鱼（虚拟鱼和仿生机器鱼）的仿真和研制，介绍仿生学的概况、鱼体的建模和形变、人工智能鱼的感知和认知、鱼的游泳行为和能力、鱼的典型行为规划和路径规划、鱼类群体行为学、鱼群-捕食者模型的仿真设计等主要内容，最后从虚拟鱼和机器鱼两个方面给出人工智能鱼的案例设计与分析，详细介绍4个案例的应用和实现。本书内容翔实，图文并茂，运用理论结合实践的方式介绍人工智能鱼的设计，具有一定的指导意义。本书适合作为高等学校计算机、人工智能及相关专业本科课程的教材，也可以作为海洋类、水产类专业的选修教材，同时还可作为研究人工智能与海洋学科交叉融合的研究生教材。
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