【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)成。例如，你可以為一個居住著單細(xì)胞動物的池塘建立模型。在最高層，生成包括個體的“Swarm”：“Swarm”代表池塘而每個個體代表池塘里的一個動物。動物的細(xì)胞也可以看作是由多個個體（細(xì)胞質(zhì)）組成的“Swarm”。這時需要連接兩個模型，池塘作為一個由細(xì)胞組成的“Swarm”，細(xì)胞也作為一個可分解的“Swarm”。 還由于“Swarm”可以在模擬運(yùn)行過程中建立和釋放，Swarm可用來建立描述多層次的動態(tài)出現(xiàn)的模型。 通過建造模型“Swarm” 和觀察員“Swarm”， 將模型和數(shù)據(jù)收集分離開，一個完整的實驗儀器就建立起來了。就像一個玻璃下的模擬世界，不同的觀察員“Swarm” 可用來實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)收集和實現(xiàn)控制協(xié)議，但是模型本身沒有發(fā)生變化。 環(huán)境在一些模型中，特別是在那些具有認(rèn)知部件的個體模擬中，系統(tǒng)運(yùn)動的一個重要因素在于一個主體對于自己所處環(huán)境的認(rèn)識。Swarm的一個特點就是不必設(shè)計一個特定類型的環(huán)境。環(huán)境自身就可以看作一個主體。通常情況下，主體的環(huán)境就是主體自身。第3章 生態(tài)仿真系統(tǒng)的設(shè)計該生態(tài)仿真系統(tǒng)模擬兩個物種在一個空間中的競爭和共存的情況。物種 A和物種B具有以下不同特點：物種A：生命周期長，繁殖力弱。具體體現(xiàn)為繁殖期在生命周期中的時間所占比例相對較短。物種B：生命周期短，但是繁殖能力強(qiáng)，具體體現(xiàn)為繁殖期在整個生命周期的所占比例相對較長。將兩個物種同時放入一個封閉的空間中，按照時間步驟隨機(jī)繁殖生長。同時將兩個物種的生長參數(shù)和情況通過圖形和表格的形式，直觀的表示出來。生態(tài)仿真系統(tǒng)按照要求，對生態(tài)系統(tǒng)中的物種進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。改變物種A和物種B的參數(shù)，進(jìn)行其他的運(yùn)行實驗。 生態(tài)仿真系統(tǒng)的模塊構(gòu)成。Swarm 的模擬程序包括四類對象：Model Swarm，Observer Swarm，模擬主體和環(huán)境。其中，Model Swarm 和Observer Swarm 是swarm 類的子類，swarm類是Swarm 模擬的基本構(gòu)造塊，一個swarm 是一系列對象以及這些對象的行為時間表的組合。生態(tài)仿真系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可以分為以下四個部分：模型swarm（Model Swarm）、觀察員swarm（Observer Swarm）、模擬主體和環(huán)境。 Observer SwarmModel SwarmAgentSpaceSwarm 生態(tài)仿真系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Model Swarm模塊是建立整個系統(tǒng)的模型。Observer Swarm是模型具體的控制和表現(xiàn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集?？臻gAgent和環(huán)境Space放在Observer Swarm 里面，是具體的對象。 系統(tǒng)模塊說明系統(tǒng)基于元胞自動機(jī)模型建立的生態(tài)仿真平臺，目的是為植物的空間動態(tài)繁衍，它和周圍環(huán)境資源的關(guān)系，以及物種間的競爭共存在時空序列上提供一個仿真手段。建立空間：空間建立使用元胞自動機(jī)理論中的空間模型，使用2維正方空間模型，進(jìn)行空間限制。newX = xPos + [uniformIntRand getIntegerWithMin: 1 withMax: 1]。newY = yPos + [uniformIntRand getIntegerWithMin: 1 withMax: 1]。newX = (newX + worldXSize) % worldXSize。newY = (newY + worldYSize) % worldYSize。算法表示：建立一個周期空間，當(dāng)在空間中的點移動超越窗體表示范圍時，能回到窗體的空間。參數(shù)定義worldXSize空間尺寸worldYSize空間尺寸在空間柵格中建立對象。建立物種A，物種B兩個對象：植物A，植物B對象植物A，植物B在一個空間(Space)中成長，自我繁殖。繁殖的方式植物A和植物B具有以下不同特點：植物A：生命周期長，繁殖力弱。具體體現(xiàn)為繁殖期在生命周期中的時間所占比例相對較短。植物B：生命周期段，但是繁殖能力強(qiáng)，具體體現(xiàn)為繁殖期在整個生命周期的所占比例相對較長。對象參數(shù)：參數(shù)定義numAgentA植物A初始個體數(shù)量numAgentB植物B初始個體數(shù)量deathAgeMinA植物A 最小死亡年齡deathAgeMaxA植物A最大死亡年齡deathAgeMinB植物B最小死亡年齡deathAgeMaxB植物B最大死亡年齡worldXSize = 100； worldYSize = 100；numAgents1； numAgents2deathAgeMinA； deathAgeMaxA；deathAgeMinA； deathAgeMaxB；建立模型，在空間中加載Agent對象后，就產(chǎn)生了一系列的對象。對象個體是獨立的。每個Agent代表的植物A或者B具有獨立屬性。植物種類(classNo)：該Agent所代表的植物種類。初始數(shù)量(Number)：表示初始時的植物數(shù)量。 年齡(age) ：植物的年齡。死亡年齡(deathAge)：植物的死亡年齡，個體的死亡年齡出生時就決定，使用隨機(jī)函數(shù)在min和max之間產(chǎn)生一個整數(shù)。位置(x,y)：表示該植物在空間中的具體位置。行為規(guī)則：主體的行為規(guī)則包括初始規(guī)則，生長規(guī)則，死亡規(guī)則。初始規(guī)則：在模型建立時，開始分布的規(guī)則。在生態(tài)仿真平臺中，原始的植物是隨機(jī)在100100的空間中分布的。初始個體的年齡為1，但是死亡年齡是按照參數(shù)設(shè)定的區(qū)間中隨機(jī)分布的。生長規(guī)則：先判斷周圍4個空間格是否有植物生長，如果有空間沒有植物生長，那么就占領(lǐng)該空間，在這個空格中添加一個自己的后代，初始化這個個體的年齡為0，并在死亡年齡區(qū)間中隨機(jī)產(chǎn)生一個死亡年齡。如果空間已經(jīng)被占領(lǐng)，那么就不占領(lǐng)那塊空間。死亡規(guī)則：檢查個體自己的年齡，如果達(dá)到出生時設(shè)定的死亡年齡，就死亡，并空出自己所占有的空間。這個規(guī)則能產(chǎn)生生長規(guī)則所需要的新空間?，F(xiàn)在模型建立完成，已經(jīng)定義好環(huán)境，行為對象，行為規(guī)則以及需要的參數(shù)和變量。只要激活這個模型就可以運(yùn)行。 Swarm模型實現(xiàn)ObserverSwarm管理著模型，并由它來顯示模型運(yùn)行的結(jié)果和統(tǒng)計。形象的說，ObserverSwarm扮演著模型的觀察者的角色，并將觀察的結(jié)果在窗口中通過曲線形式表現(xiàn)出來。模型的規(guī)則通過Model文件表示，Model定義參數(shù)，初始化模型，建立行動規(guī)則。這些規(guī)則通過具體的函數(shù)和方法實現(xiàn)。例如，使用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生一系列隨機(jī)的點。植物生長的規(guī)則，檢查周圍空間的方法，在沒有被占領(lǐng)的空間中繁殖個體。產(chǎn)生兩個List來管理產(chǎn)生的代表植物的agent。管理List的方法有，在List中添加個體，將死亡的個體從List中移去?？傊?，模型用到的大多數(shù)方法都在Model中實現(xiàn)。模型的環(huán)境包含在Swarm中的Sugarspace文件中，文件定義了模型空間的大小。模型的個體屬性通過Sugaragent文件定義，包含初始個數(shù)，死亡年齡的區(qū)間，年齡檢查機(jī)制等。通過下圖詳細(xì)說明Swarm實現(xiàn)模型的過程：第4章 生態(tài)仿真系統(tǒng)運(yùn)行和結(jié)果 仿真平臺系統(tǒng) 平臺及主要命令 平臺上。使用命令行的形式運(yùn)行。主要命令有：Cd：進(jìn)入/退出文件。Dir：查找文件目錄 Make：編譯當(dāng)前文件夾中內(nèi)容。Make clean：清空當(dāng)前文件夾中編譯產(chǎn)生的內(nèi)容。．/ ：運(yùn)行可執(zhí)行文件。 系統(tǒng)面板說明1．主面板(右)： Start ：開始 Stop ：停止Next ：下一步（單步）Save ：保存Quit ：退出 2．ObserverSwarm面板： 3．植物A和B的參數(shù)說明面板： 4．兩種植物的 Population 和Time二維曲線面板5．對象數(shù)據(jù)面板 6．運(yùn)行空間面板 仿真系統(tǒng)的運(yùn)行假設(shè)運(yùn)行例子一：參數(shù)： worldXSize = 100。 worldYSize = 100。 numAgents1 = 2。 numAgents2 = 2。 deathAgeMinA = 5。 deathAgeMaxA = 5。 deathAgeMinB = 5。 deathAgeMaxB = 5。 隨機(jī)產(chǎn)生起始位置：植物A(blue) x = 28 x = 54y =36。 y = 70植物B(yellow) x = 21 x = 75 y = 71 y = 49開始運(yùn)行，讓兩種植物自由生長，充滿150X150的空間。運(yùn)行充滿空間之后在運(yùn)行一段時間后所得到的植物區(qū)域分布如下圖：植物數(shù)量隨時間曲線如下圖：結(jié)果分析：兩個不同植物在相同的個體數(shù)量，年齡區(qū)間的情況下。進(jìn)行模模擬的運(yùn)行。 ，數(shù)量逐漸增多，逐漸充滿整個空間，然后物種之間發(fā)生碰撞，發(fā)生競爭。因為參數(shù)一致，所以競爭結(jié)果為兩種植物數(shù)量基本保持一致，兩條植物數(shù)量線幾乎靠在一起。但是可以發(fā)現(xiàn)，線條并不是完全重合，這是因為模型運(yùn)行是具有隨機(jī)性，較能