【正文】 和理論 ，把研究對象視為系統(tǒng)來解決認識和實踐中的各種問題和方法的總稱 。整體性原則是系統(tǒng)方法的首要原則。這是指系統(tǒng)方法的歷時性原則。 亦稱整體優(yōu)化原則 。 （ 4） 模型化原則 。 模型化原則是采用系統(tǒng)化方法時求得最優(yōu)化的保證 。 系統(tǒng)科學方法的作用 為人們提供了新的思想模式，是推動科技整體化、綜合化的重要方法。為人們提供了制定系統(tǒng)最佳方案以實行優(yōu)化組合和優(yōu)化管理的手段。 ? 近代自然科學基本上屬于探索簡單性的科學 ， 人們形成了一種信念 ， 即認為一旦掌握了簡單性的實體和關(guān)系 ， 任何復雜的對象都可以構(gòu)造和計算出來 。 ? 復雜系統(tǒng)各要素之間存在非線性 。 ? 系統(tǒng)不但存在 ， 還在生長和消逝著 。 復雜適應系統(tǒng)理論 的最基本的思想 ? 復雜適應系統(tǒng)也即 CAS(Complex Adaptive System)。 ? 所謂具有適應性，就是指它能夠與環(huán)境以及其它主體進行交流，在這種交流的過程中“學習”或“積累經(jīng)驗”，并且根據(jù)學到的經(jīng)驗改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。 復雜適應系統(tǒng)的例子 ? 生物有機體 ? 生態(tài)系統(tǒng) ? 經(jīng)濟 ? 運輸 為什么使用 AgentBased Modelling ? 傳統(tǒng)的建模方法能夠描述宏觀的系統(tǒng)，但是并不能解釋一些特性的來源； ? 不能很好的處理離散系統(tǒng)； ? ABM能夠很好的針對以上問題進行處理，它是傳統(tǒng)建模方法的一個補充。 所謂具有適應性 ， 就是指它能夠與環(huán)境以及其它主體進行交流 ， 在這種交流的過程中 “ 學習 ” 或 “ 積累經(jīng)驗 ” ， 并且根據(jù)學到的經(jīng)驗改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式 。 基于 CAS思想的要點 : A)主體 (Adaptive Agent)是主動的、活的實休。正是這個特點，使得它能夠用于經(jīng)濟、社會、生態(tài)等其它方法難于應用的復雜系統(tǒng)。以往的建模方法往往把個體本身的內(nèi)部屬性放在主要位置，而沒有對于個體之間，以及個體與環(huán)境之間的相互作用給予足夠的重視。 基于 CAS思想的要點 : C)這種建模方法不象許多其他的方法那樣，把宏觀和微觀截然分開，而是把它們有機地聯(lián)系起來。 D)這種建模方法還引進了隨機因素的作用，使它具有更強的描述和表達能力 CAS了描述復雜適應性的 6個特點 : ? 分散的相互作用 全局現(xiàn)象是由許多分散的異質(zhì)主體的相互作用產(chǎn)生的 ， 任意給定主體的行動依賴于對有限數(shù)目其他主體的行動和這些主體共同建立的積累狀態(tài) 。經(jīng)濟行為通過法律制度 、 設(shè)定的角色和波動的聯(lián)系調(diào)節(jié) 。 CAS了描述復雜適應性的 6個特點 : ? 層次交叉的組織 經(jīng)濟中具有許多層次和相互作用 。 整個組織不僅具有層次性 ， 層次間還存在許多相互作用 。 CAS了描述復雜適應性的 6個特點 : ? 永遠創(chuàng)新 新行為和新結(jié)構(gòu)可能刺激更新的行為和更新的結(jié)構(gòu)的創(chuàng)立 ， 產(chǎn)生一個持續(xù)創(chuàng)新的狀態(tài) 。 靜態(tài)被動態(tài)代替 。 均衡是暫時的 ， 非均衡是常態(tài) 。 CAS的 7個有關(guān)概念 ? 1． 聚集 (Aggregation)有兩個含義。 – 主體通過“粘合”形成較大的更高一級的主體 ——介主體（ metaagent）。標識的作用在于區(qū)別主體。標識的作用在于促進主體選擇性的相互作用。因為這樣，復雜系統(tǒng)的行為才會如此難以預測；才會經(jīng)歷曲折的進化過程，呈現(xiàn)出豐富多彩的性質(zhì)和狀態(tài)。CAS理論認為這些流的渠道是否通暢、周轉(zhuǎn)迅速到什么程度，都直接影響系統(tǒng)的演化過程。每個主體都安頓在由以該主體與其他主體相互作用所限定的小生境上（ niche，或翻譯為生態(tài)位） CAS理論認為，多樣性產(chǎn)生的原因在于適應過程中，是一種動態(tài)模式，具有持續(xù)性和內(nèi)聚性。最終，結(jié)構(gòu)的變化，必須使主體能夠預知再次遇到該情形時會隨之發(fā)生的后果，主體由此來適應環(huán)境。 第三節(jié) 模型與模擬方法 1. 模型 2. 建摸與模擬 3. 模擬軟件平臺 SWARM的介紹 4. 模擬軟件平臺 STARLOGO的介紹 5. 應用舉例 具體 地用 模型與模擬方法探索復雜性 模型 數(shù)學模型 模擬 基于主體的建模方法和 CAS 模型方法 定義：模型是在結(jié)構(gòu)或 /和行為的重要方面和所研究的系統(tǒng)相似的 ，真實的或想象的系統(tǒng)的映象 。 模型與原型 ? 模型的建立不是“原型的重復”，而是按研究目的的實際需要和側(cè)重面，尋找一個便于進行系統(tǒng)研究的“替身”。 ? 在原型系統(tǒng)及模型之間存在著“反饋”的關(guān)系，根據(jù)對原型系統(tǒng)規(guī)律的認識，可以建立模型。 模型應用范圍 ? 人類對世界的探索過程，就是建立各種模型表示的過程。 – 靜態(tài)結(jié)構(gòu)的模型稱為靜態(tài)模型 – 描述事物發(fā)生、發(fā)展、演化過程的模型稱為動態(tài)模型。 – 從最初原始的思維意象模型，發(fā)展到借用外在的工具搭建的各種模型，包括繪畫模型、建筑雕塑模型、工具模型等，再到哲學和神學中發(fā)展出的各種理論模型。 – 物質(zhì)模型是以某種速度、形式相似、人造或自然的模型實體去再現(xiàn)原型。 – 思維模型是人們在頭腦中創(chuàng)造出來的，并且運用它在思維中進行邏輯推理、數(shù)學演算和“思想實驗”，可分為形象的（唯象的）模型和符號的（標志性的）模型。 （ 2）預測的需要。 （ 4）技術(shù)理性和工具的需要。運用這種實物模型，進行模擬實驗或模型實驗，以獲取關(guān)于客體的某種規(guī)律性認識。 最為典型和運用得最多的就是生物模型 。 另一方面 ， 把某類生物作為人的科學模型來研究 ， 獲得對人體的認識 。 思維形式的科學模型 對要研究的對象，按照一定的研究目的，經(jīng)過科學的分析而抽象出它的本質(zhì)屬性 特征，構(gòu)造一種思維形式的模擬物，即思維模型，常表現(xiàn)為抽象的、數(shù)學的、理論的形 態(tài)。 （ 2）數(shù)學模型： （ 3）理論模型： （ 4）半經(jīng)驗半理論模型： 二 建立模型的方法論原則 模型具有工具性與對象性雙重性質(zhì)。要求具有本質(zhì)上的相似性。 ? 多種知識和方法的綜合運用。 思想實驗實際上是思維操作亦即邏輯推理的結(jié)果 。 ? 模型是研究復雜系統(tǒng)的關(guān)鍵 。 四 模型的多樣性和有限性 ? 多樣性 ? 局限性：常常過于簡化 。 ?主觀性：對于目標有效。 ?漸進性：隨認識和實踐的發(fā)展而發(fā)展。 即用數(shù)學語言表達事物的狀態(tài) 、 關(guān)系和過程 ， 經(jīng)推導 、 演算和分析 ， 以形成解釋 、判斷和預言的方法 。 數(shù)學方法在科學認識中的作用 ? 為科學技術(shù)研究提供簡潔精確的形式化語言 ? 為科學技術(shù)研究提供數(shù)量分析和計算的方法： ? 為科學研究提供邏輯推理的工具 計算機模型方法： 所要研究問題的數(shù)學模型，轉(zhuǎn)換為能輸入計算機進行數(shù)值運算的形式，或直接建立計算機仿真模型，在計算機上通過系統(tǒng)地變換參數(shù)作大量數(shù)值計算。 ? PC， 網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)，人，社會是系統(tǒng)，它們之間是模擬關(guān)系。 ? 模擬要素有四：原型，轉(zhuǎn)化，模型，系統(tǒng)同一性。 ——狀態(tài)和過程的割裂。 ——忽視個體或元素的主動性。 基于主體的建模方法 多主體建模的理論 常見縮寫 CAS plex adaptive system ? MAS MultiAgent System ? ABM Agent based Model ? ACE Agent based Computional Economy ? 。它不像解微分方程組那樣給出通解或一個函數(shù)。 計算機模型的一般特點（續(xù)） ? （ 3）計算機建模用其程序模擬現(xiàn)象，計算機語言被證明是便于進行模擬的。用計算機程序能靈活地描述各種復雜的進程。 有人對美國 1000家最大的公司的計劃系統(tǒng)應用定量分析方法的情況調(diào)查時，得到不同方法應用的頻數(shù)表，發(fā)現(xiàn)在各種定量分析方法中模擬方法所占的比重很大。 – 人具有直覺，其思維方式是很靈活的。 – 計算機有大的存儲器，又有高速運算的能力，所以它可以同時顧及系統(tǒng)的各方面結(jié)構(gòu)或易于展現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)變化的具體情節(jié) ? 計算機模型發(fā)揮了人機兩方面的優(yōu)勢，通過人的直覺、思維和推理，一塊一塊地構(gòu)筑模型，送入計算機，然后可迅速地逐步計算。一般來說，用解析式表示量之間的關(guān)系，明確、清晰、令人信服。對復雜而靈活的問題，就要用模擬的辦法。人工智能的原理就是從人腦處理問題的模式中抽象出來的。 計算機建模方法優(yōu)勢 ? 經(jīng)濟性 對于一個大型的系統(tǒng)、直接實驗成本十分昂貴，使用計算機建模實驗能大大地降低實驗成本，而且可以多次重復使用； ? 安全性 對于某些系統(tǒng)，如載人宇宙飛行器、核電站控制、直接實驗往往是危險的和不允許的； ? 預見性 對于經(jīng)濟、社會、生物、戰(zhàn)爭等非工程系統(tǒng)，直接實驗幾乎是不可能的。 計算機模擬局限性 ? 各種模型都是基于建模者的認知水平和觀測能力的結(jié)果，從而模型模擬的可信度缺乏統(tǒng)一的測量尺度，因此結(jié)果很難被大眾采納而形成公共知識； ? 根據(jù)測不準定理，觀測事實不過是一種近似結(jié)果，由于建模者的參與，觀測事實的細節(jié)和觀測指標的取舍都帶有建模者預先設(shè)計的痕跡，得到的結(jié)果很難客觀 ? 第三，建模者本身就是有限信息和有限理性的主體，就是現(xiàn)實系統(tǒng)的參與者。 ? 這些局限在通常的實驗研究方法中也同樣存在，但在計算機建模方法中更容易引起人們的質(zhì)疑 模擬軟件平臺的介紹 Swarm Starlogo SWARM簡介 背景 Swarm的歷史與簡介 面向?qū)ο蟮募夹g(shù) 用 Swarm建模的思想和方法 對 Swarm的感性認識 —— 例子 Swarm類庫簡介 背景 ? 早期的科學家通常自己制造實驗儀器，自己磨透鏡，自己連探測器，甚至自己制造計算機。 ? 計算機模擬程序?qū)嶋H上就是用軟件制造的實驗儀器，這種方法在某些方面已經(jīng)取代了物理實驗儀器。 ? Swarm是一個高效率的 、 可信的 、 可重用的軟件實驗儀器 。 Swarm是一個面向?qū)ο蟮念悗?，用戶可以通過調(diào)用這些類庫簡化模擬工作。 Swarm類用 Objective C編寫， Objective C是一種面向?qū)ο蟮?C語言。 既可用于 Unix平臺又可以用于 Windows 95/98/NT。 因此 ， 常用的開發(fā)工具 ，如 Jbuilder3， Visual Cafe 4等都可以用來編寫和調(diào)試基于Java的 Swarm程序 。在 Unix下，可以使用 Kaffe（ Blackdown JDK（ SUN JDK（ 2） 系統(tǒng)中還必須安裝 emacs， emacs是一個 GNU的編輯器，由于它配置靈活，功能強大，可以免費獲得，又與開發(fā)工具具有一定的集成性，應用非常廣泛。 對象在客觀世界中的意義是很簡單的 ，即明確的物體 ， 小到一個螺絲釘 、 大到一個生物 、 一個社會 ， 都是實實在在的對象 。 實際上 ， 我們在認識世界的時候就是面向?qū)ο蟮?， 我們通過了解系統(tǒng)中這些實實在在的對象來把握整個系統(tǒng)的各個方面 。用 Swarm建模的思想和方法 Swarm建?？蚣苁且幌盗歇毩⒌闹黧w通過獨立事件進行交互 。 Swarm模擬的基本單位是主體 ， 一個主體就象系統(tǒng)中的一個演員 ， 是能夠產(chǎn)生動作并影響自身和其他個體的一個實體 。 主體定義 Swarm系統(tǒng)中的基本對象 ——模擬部件 。 get parameters initialize for 1 to timesteps do: for 1 to num_agents do: agentidosomething end for show state end for quit 提供一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲主體的狀態(tài)和行為 初始化，設(shè)定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸入輸出等 將狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出給程序 在編程語言中的實現(xiàn) 主體的組織結(jié)構(gòu) 活動主體 模型 Swarm 靜態(tài)主體 探測器 Swarm 建模結(jié)構(gòu)： 探測器 輸出界面 模型 “ swarm” SWARM就是許多個體 （ 對象 ） 組成的一個群體 ， 這些個體共享一個行為時間表和內(nèi)存池 。 “ swarm”中的個體就象系統(tǒng)中的演員 ， 是能夠產(chǎn)生動作并影響自身和其他個體的一個實體 。 在 SWARM中特定的事件發(fā)生在特定的時間 ， 按照時間表安排的順序進行 。模型按照這種安排好的事件的執(zhí)行順序向前發(fā)展 ， 并盡量使這些事件看起來象同步發(fā)生的 。 輸入是模型參數(shù)：如世界的大小 ， 主體的個數(shù)等環(huán)境參數(shù) 。 觀察員 “ swarm” 模型 “ swarm”只是定義了被模擬的世界 。 在 SWARM計算機模擬中 ， 這些觀察對象放在一個叫觀察員 “ swarm”的 “ swarm”中 。 ?輸入是對觀察工具的配置 ， 例如生成哪類圖表 。 在圖形模式下運行時，觀察員 “ swarm”中的大部分對象被用來