【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 構(gòu)成。例如，你可以為一個(gè)居住著單細(xì)胞動(dòng)物的池塘建立模型。在最高層，生成包括個(gè)體的“Swarm”：“Swarm”代表池塘而每個(gè)個(gè)體代表池塘里的一個(gè)動(dòng)物。動(dòng)物的細(xì)胞也可以看作是由多個(gè)個(gè)體（細(xì)胞質(zhì)）組成的“Swarm”。這時(shí)需要連接兩個(gè)模型，池塘作為一個(gè)由細(xì)胞組成的“Swarm”，細(xì)胞也作為一個(gè)可分解的“Swarm”。 還由于“Swarm”可以在模擬運(yùn)行過(guò)程中建立和釋放，Swarm可用來(lái)建立描述多層次的動(dòng)態(tài)出現(xiàn)的模型。 通過(guò)建造模型“Swarm” 和觀察員“Swarm”， 將模型和數(shù)據(jù)收集分離開(kāi)，一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)儀器就建立起來(lái)了。就像一個(gè)玻璃下的模擬世界，不同的觀察員“Swarm” 可用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)收集和實(shí)現(xiàn)控制協(xié)議，但是模型本身沒(méi)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(gè)體模擬中，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要因素在于一個(gè)主體對(duì)于自己所處環(huán)境的認(rèn)識(shí)。Swarm的一個(gè)特點(diǎn)就是不必設(shè)計(jì)一個(gè)特定類(lèi)型的環(huán)境。環(huán)境自身就可以看作一個(gè)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(jì)該生態(tài)仿真系統(tǒng)模擬兩個(gè)物種在一個(gè)空間中的競(jìng)爭(zhēng)和共存的情況。物種 A和物種B具有以下不同特點(diǎn)：物種A：生命周期長(zhǎng)，繁殖力弱。具體體現(xiàn)為繁殖期在生命周期中的時(shí)間所占比例相對(duì)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(gè)生命周期的所占比例相對(duì)較長(zhǎng)。將兩個(gè)物種同時(shí)放入一個(gè)封閉的空間中，按照時(shí)間步驟隨機(jī)繁殖生長(zhǎng)。同時(shí)將兩個(gè)物種的生長(zhǎng)參數(shù)和情況通過(guò)圖形和表格的形式，直觀的表示出來(lái)。生態(tài)仿真系統(tǒng)按照要求，對(duì)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(shí)驗(yàn)。 生態(tài)仿真系統(tǒng)的模塊構(gòu)成。Swarm 的模擬程序包括四類(lèi)對(duì)象：Model Swarm，Observer Swarm，模擬主體和環(huán)境。其中，Model Swarm 和Observer Swarm 是swarm 類(lèi)的子類(lèi)，swarm類(lèi)是Swarm 模擬的基本構(gòu)造塊，一個(gè)swarm 是一系列對(duì)象以及這些對(duì)象的行為時(shí)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(gè)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(gè)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(duì)象。 系統(tǒng)模塊說(shuō)明系統(tǒng)基于元胞自動(dòng)機(jī)模型建立的生態(tài)仿真平臺(tái)，目的是為植物的空間動(dòng)態(tài)繁衍，它和周?chē)h(huán)境資源的關(guān)系，以及物種間的競(jìng)爭(zhēng)共存在時(shí)空序列上提供一個(gè)仿真手段。建立空間：空間建立使用元胞自動(dòng)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(gè)周期空間，當(dāng)在空間中的點(diǎn)移動(dòng)超越窗體表示范圍時(shí)，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(duì)象。建立物種A，物種B兩個(gè)對(duì)象：植物A，植物B對(duì)象植物A，植物B在一個(gè)空間(Space)中成長(zhǎng)，自我繁殖。繁殖的方式植物A和植物B具有以下不同特點(diǎn)：植物A：生命周期長(zhǎng)，繁殖力弱。具體體現(xiàn)為繁殖期在生命周期中的時(shí)間所占比例相對(duì)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(gè)生命周期的所占比例相對(duì)較長(zhǎng)。對(duì)象參數(shù)：參數(shù)定義numAgentA植物A初始個(gè)體數(shù)量numAgentB植物B初始個(gè)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(duì)象后，就產(chǎn)生了一系列的對(duì)象。對(duì)象個(gè)體是獨(dú)立的。每個(gè)Agent代表的植物A或者B具有獨(dú)立屬性。植物種類(lèi)(classNo)：該Agent所代表的植物種類(lèi)。初始數(shù)量(Number)：表示初始時(shí)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(gè)體的死亡年齡出生時(shí)就決定，使用隨機(jī)函數(shù)在min和max之間產(chǎn)生一個(gè)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(zhǎng)規(guī)則，死亡規(guī)則。初始規(guī)則：在模型建立時(shí)，開(kāi)始分布的規(guī)則。在生態(tài)仿真平臺(tái)中，原始的植物是隨機(jī)在100100的空間中分布的。初始個(gè)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(zhǎng)規(guī)則：先判斷周?chē)?個(gè)空間格是否有植物生長(zhǎng)，如果有空間沒(méi)有植物生長(zhǎng)，那么就占領(lǐng)該空間，在這個(gè)空格中添加一個(gè)自己的后代，初始化這個(gè)個(gè)體的年齡為0，并在死亡年齡區(qū)間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)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(gè)體自己的年齡，如果達(dá)到出生時(shí)設(shè)定的死亡年齡，就死亡，并空出自己所占有的空間。這個(gè)規(guī)則能產(chǎn)生生長(zhǎng)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(duì)象，行為規(guī)則以及需要的參數(shù)和變量。只要激活這個(gè)模型就可以運(yùn)行。 Swarm模型實(shí)現(xiàn)ObserverSwarm管理著模型，并由它來(lái)顯示模型運(yùn)行的結(jié)果和統(tǒng)計(jì)。形象的說(shuō)，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(guò)曲線(xiàn)形式表現(xiàn)出來(lái)。模型的規(guī)則通過(guò)Model文件表示，Model定義參數(shù)，初始化模型，建立行動(dòng)規(guī)則。這些規(guī)則通過(guò)具體的函數(shù)和方法實(shí)現(xiàn)。例如，使用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生一系列隨機(jī)的點(diǎn)。植物生長(zhǎng)的規(guī)則，檢查周?chē)臻g的方法，在沒(méi)有被占領(lǐng)的空間中繁殖個(gè)體。產(chǎn)生兩個(gè)List來(lái)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(gè)體，將死亡的個(gè)體從List中移去?？傊Ｐ陀玫降拇蠖鄶?shù)方法都在Model中實(shí)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(gè)體屬性通過(guò)Sugaragent文件定義，包含初始個(gè)數(shù)，死亡年齡的區(qū)間，年齡檢查機(jī)制等。通過(guò)下圖詳細(xì)說(shuō)明Swarm實(shí)現(xiàn)模型的過(guò)程：第4章 生態(tài)仿真系統(tǒng)運(yùn)行和結(jié)果 仿真平臺(tái)系統(tǒng) 平臺(tái)及主要命令 平臺(tái)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(shuō)明1．主面板(右)： Start ：開(kāi)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(shuō)明面板： 4．兩種植物的 Population 和Time二維曲線(xiàn)面板5．對(duì)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(kāi)始運(yùn)行，讓兩種植物自由生長(zhǎng)，充滿(mǎn)150X150的空間。運(yùn)行充滿(mǎn)空間之后在運(yùn)行一段時(shí)間后所得到的植物區(qū)域分布如下圖：植物數(shù)量隨時(shí)間曲線(xiàn)如下圖：結(jié)果分析：兩個(gè)不同植物在相同的個(gè)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(mǎn)整個(gè)空間，然后物種之間發(fā)生碰撞，發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)閰?shù)一致，所以競(jìng)爭(zhēng)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(xiàn)幾乎靠在一起。但是可以發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)條并不是完全重合，這是因?yàn)槟Ｐ瓦\(yùn)行是具有隨機(jī)性，較能