蟻群演算法 C/C++ 實作解析（三）：信息素更新與螞蟻單步邏輯

概覽

本文為系列第三部分，涵蓋世界狀態更新（信息素揮發）、螞蟻單步移動 AntOneStep、按鍵處理 DealKey、信息素顯示 DispSmell/ClearSmellDisp、下一步方向決策 AntNextDir 核心邏輯。

核心模組詳解

1. WorldChange：信息素時空動態

• 全域計時器 SmellGoneTimer 累積 timer10ms，達 SMELL_GONE_SPEED 觸發一次揮發週期。
• 雙層信息素（食物/巢穴）獨立揮發：Smell[k][i][j] -= 1 + Smell[k][i][j] * SMELL_GONE_RATE（基礎衰減 + 比例衰減）。
• 濃度歸零截斷；開啟顯示旗標 SmellDispFlag 時同步更新螢幕字符（數字 0-9、# 代表高濃度）。
• 不覆蓋食物 F、巢穴 H 字符。

2. AntMove：螞蟻併發移動調度

• 遍歷 MAX_ANT 隻螞蟻，各自獨立計時器 SpeedTimer 依 speed 決定移動頻率。
• 移動前清除舊位置字符，呼叫 AntOneStep 計算新位置，繪製新位置（攜帶食物顯示不同字符）。
• 軌跡記憶：環狀緩衝區 tracex[]/tracey[] 記錄最近 TRACE_REMEMBER 步座標。
• 信息素釋放邏輯：

// 攜帶食物 → 尋找巢穴，釋放食物信息素
if (ant[AntNow].food) {
    if (SmellAmount[FOOD] > 0) {
        drop = SmellAmount[FOOD] * SMELL_DROP_RATE;
        if (drop > current_cell_smell) update_cell(drop);
        SmellAmount[FOOD] -= drop;
    }
}
// 空身 → 尋找食物，釋放巢穴信息素
else {
    if (SmellAmount[HOME] > 0) { ...同理... }
}

• 到達巢穴/食物時，對應信息素量重置為 MAX_SMELL（強化源頭濃度）。

3. AntOneStep：單步狀態機

1. 呼叫 AntNextDir 決定下一步方向。
2. 根據方向更新座標 (xxx, yyy)。
3. 攜帶食物狀態：
• 到達巢穴 → home.amount++、重置螞蟻 AntInitial()。
• 路過食物點 → 重置食物信息素量 MAX_SMELL。
4. 空身狀態：
• 到達食物點且食物量 > 0 → 撿起食物 food=1、food.amount--、食物信息素量 MAX_SMELL、巢穴信息素量歸零、掉頭 TurnBack、清空軌跡記憶、設定 CanFindFood=1。
• 路過巢穴 → 重置巢穴信息素量 MAX_SMELL。

4. AntNextDir：核心決策演算法

輸入：當前座標 (xxx, yyy)、當前朝向 ddir。輸出：下一步朝向 testdir。

1. 通行性分析：CanGoState = CanGo(xxx, yyy, ddir) → 解碼出 cangof, cangol, cangor 三布林值。
2. 信息素類型選擇：攜帶食物 → 尋巢穴信息素 (HOME)；空身 → 尋食物信息素 (FOOD)。
3. 三方向最大信息素：msf, msl, msr = GetMaxSmell(type, xxx, yyy, 當前/左/右方向)。
4. 最大值方向：maxms = MaxLocation(msf, msl, msr)。
5. 候選方向選擇（優先跟隨最大信息素，受通行性約束）：
• maxms=0（無信息素）→ testdir=NULL，進入隨機選擇。
• maxms=1（前方最大）→ 若可通行選前方，否則比較左右較大者。
• maxms=2（左最大）→ 若可通行選左，否則比較前/右。
• maxms=3（右最大）→ 若可通行選右，否則比較前/左。
6. 隨機擾動/錯誤機制：
• 機率 SMELL_DROP_RATE 或 testdir==NULL 觸發隨機選擇。
• 根據 CanGoState 以不同權重隨機：
  如 State=0（全通）：90% 直行、5% 左、5% 右。
  State=1（前阻）：50% 左、50% 右。
  State=7（死胡同）：100% 掉頭。

5. 互動與除錯功能

• DealKey：p 暫停顯示耗時、t 切換信息素顯示、1/2/3 顯示食物/巢穴/雙重信息素、s/l 存檔/讀檔地圖。
• DispSmell：將信息素濃度映射為字符（0-9、#），支援單一/雙重類型顯示。