【文章內容簡介】 Disaster, Institute of Resources Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China 200211[3] 撒力，熊范綸 《一個基于Swarm的人工生態(tài)系統(tǒng)模型》[M] 系統(tǒng)仿真學報 VOL 17 No 3 may 2005 P714。[4] 丁 浩, 楊小平 （中國人民大學信息學院 北京）《SWARM—一個支持人工生命建模的面向對象模擬平臺》[M]系統(tǒng)仿真學報 2002年第5月 VOL14 P570。[5] 甘 濤， 《元胞自動機與現代科學中的計算主義》[D] 碩士論文 中國人民大學 北京 2004[6] 黃 樨 (南京林業(yè)大學計算中心) 《數學與計算機仿真在生態(tài)學研究中的應用》[M]南京林業(yè)大學學報, , , 2001 , 6366 開題報告內容一．選題的意義： 仿真技術是高科技發(fā)展的前沿，是可對各種問題進行多學科綜合研究的邊緣科學。生態(tài)仿真系統(tǒng)可以建立模型對生態(tài)系統(tǒng)進行仿真，在時間，空間上對系統(tǒng)整體進行運算。具有節(jié)省開支、周期短、見效快、可控、安全無破壞性、極易修改結構及參數、易于考慮多種因素的綜合作用等優(yōu)點。它可以避免一般研究方法由于難于考慮各種因素相互間的動態(tài)影響，使研究結果與實際情況相距甚遠的缺點，而且可以減少投資風險和避免造成人力、資金的浪費。為此，發(fā)達國家在眾多領域中廣泛采用了仿真技術。：生態(tài)仿真系統(tǒng)在技術上分析，是一個建立模型的過程，并通過計算機來實現，因此可以從建立模型和計算機實現兩方面考慮：元胞自動機模型為生態(tài)仿真系統(tǒng)提供了一個具有參考價值的模型?，F有的元胞自動機模型理論可以作為理論基礎。元胞自動機由一些被稱為“元胞”的基本部件組成，元胞可以具有一些狀態(tài)，例如或“生”或“死”，或者是7種顏色中的一種，等等。這些狀態(tài)應該是離散的，而且元胞在某一時刻只能處于一種狀態(tài)之中，例如要么就“生”，要么就是“死”。這些元胞規(guī)則地排列在被稱為“元胞空間”的空間網格上。元胞的空間可以是一維、二維或多維的歐幾里德空間。網格是離散的，且每個網格只能容納一個元胞。元胞的狀態(tài)會隨著時間變化，而且時間步也是離散的。元胞的狀態(tài)變化是依據某個確定的規(guī)則。規(guī)則一般定義為：一個元胞在下一時刻的狀態(tài)由此時刻所圍繞著它的那些元胞的狀態(tài)以及它自身的狀態(tài)所共同決定。元胞空間內的元胞依照這樣的局部規(guī)則進行同步的狀態(tài)更新，整個元胞的空間則表現為在離散的時間上的變化。概括起來說，元胞自動機是定義在一個由具有離散、有限狀態(tài)組成的元胞空間上，并按照一定局部規(guī)則，在離散的時間上進行演化的動力學系統(tǒng)。計算機實現可以應用swarm平臺來操作。Swarm是復雜適應系統(tǒng)建立模型而設計的軟件平臺。1995 年SFI 發(fā)布了Swarm 的beta 版，此后，大約30個用戶團體已經安裝了Swarm并用它積極地開展建模工作，并完成了一定的論文。Swarm已經幫助提供了討論模擬技術和方法論的焦點，還提供在特定的研究團體中模型組件和庫的共享，這是智力交換的一個重要形式。最終，建立一個用于模型定義的形式化框架建立一個特定用于實驗科學工具的計算機程序的必要標準。 開發(fā)Swarm 的目的就是通過科學家和軟件工程師的合作制造一個高效率的可信的可重用的軟件實驗儀器，它能給予科學家們一個標準的軟件工具集，就象提供了一個設備精良的軟件實驗室?guī)椭藗兗芯τ谘芯抗ぷ鞫侵圃旃ぞ摺?Swarm 實際上是一組用ObjectiveC 語言寫成的類庫，這是一種面向對象的C 語言。一部分圖形界面，如圖表、按鈕和窗口，是用TCL/TK 描述的。Swarm 最初只能在Unix 操作系統(tǒng)和X Windows 界面下運行，1998 年四月伴隨著 1 .1版的發(fā)布，Swarm 推出了可以在Windows 95/98/NT 上運行的版本。1999 年Swarm又提供了對Java 的支持，從而使Swarm 越來越有利于非計算機專業(yè)的人士使用。 Swarm的建模思想就是讓一系列獨立的Agent通過獨立事件進行交互，幫助研究由多個體組成的復雜適應系統(tǒng)的行為。通過這些類庫包括許多可重用的類以支持模擬實驗的分析、顯示和控制，即用戶可以使用Swarm 提供的類庫構建模擬系統(tǒng)使系統(tǒng)中的主體和元素通過離散事件進行交互。由于Swarm 沒有對模型和模型要素之間的交互作任何約束，所以Swarm 可以模擬任何物理系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)或社會系統(tǒng)。事實上在各個廣泛的研究領域都有人在用Swarm 編寫程序，這些領域包括生物學經濟學物理學化學和生態(tài)學等。三、研究內容和方法利用Swarm平臺，采用自下而上的建模思想，建立了一個人工生態(tài)系統(tǒng)，并對局部生態(tài)環(huán)境下昆蟲競爭的演化行為以及互相抑制作用進行模擬。針對不同環(huán)境條件設定相應的仿真參數，可以得到恰當的種群演化結果，有助于生態(tài)管理的科學決策。所建立的人工生態(tài)系統(tǒng)模型為局部生態(tài)研究提供了嶄新的實驗手段。采用環(huán)境、主體和行為規(guī)則集三部分組成模型，其基本框架是將局部生態(tài)環(huán)境進行均勻的網格劃分，其中單元格是作物植株個體的生長空間，同時也可以被昆蟲個體作為棲息地所占據。這樣一塊就被分成了若干個“細胞”，所有的“細胞”構成了模型建立所依據的細胞空間。植物的演化過程由其行為規(guī)則控制，這些規(guī)則決定了主體與主體之間、主體與環(huán)境之間相互作用的方式。四、關鍵問題：生態(tài)仿真的關鍵問題是模型的建立：模型建立主要包括：環(huán)境，主體，行為規(guī)則，參數和變量。環(huán)境：由一個獨立的生態(tài)環(huán)境組成，并將它設置為模型中的Space空間。供兩個物種在里面生長。 主體：由兩種植物為主體，兩種植物的生長屬性參數和行為規(guī)則不同，在同一片空間中構成競爭關系。主體具有以下幾個主要參數作為植物的屬性：參數定義numAgentsA植物A初始個體數量numAgentsB植物B初始個體數量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最大死亡年齡行為規(guī)則：