多主体建模工具Netlogo介绍课件.ppt

1、多主体建模工具多主体建模工具NetlogoNetlogo介绍介绍张江张江北京师范大学管理学院系统科学系北京师范大学管理学院系统科学系北师大复杂系统暑期学校北师大复杂系统暑期学校2010多主体模拟多主体模拟计算机模拟计算机模拟v.s.v.s.数学分析数学分析多主体模拟多主体模拟v.s.v.s.计算机模拟计算机模拟多主体模拟的特性：多主体模拟的特性：每个主体都是一个独立的对象；每个主体都是一个独立的对象；主体运行于一个虚拟的宇宙主体运行于一个虚拟的宇宙主体之间可以通过相互作用产生涌现主体之间可以通过相互作用产生涌现二个实例二个实例Game of LifeGame of Life生命游戏生命游戏19

2、701970年，年，John ConwayJohn Conway提出了一个有趣的提出了一个有趣的计算机程序：生命计算机程序：生命游戏游戏这是一个方格世界，这是一个方格世界，每个方格仅仅有黑、每个方格仅仅有黑、白两种颜色白两种颜色生命游戏的规则生命游戏的规则想象一个外星空间存活者很多方格生命，如果一个方格是黑色的，那么这里就有一个生命，如果是白色的就没有每个方格周围都有8个邻居诞生规则诞生规则如果某时刻，一个空方格（白色）周围邻居中有三个活的生命（黑如果某时刻，一个空方格（白色）周围邻居中有三个活的生命（黑色方格），那么该方格就会诞生一个新生生命（白色色方格），那么该方格就会诞生一个新生生命（白

3、色黑色）黑色）死亡规则死亡规则在某时刻，对于已经占领某方格的生命体（黑色）只有当它的邻居中有在某时刻，对于已经占领某方格的生命体（黑色）只有当它的邻居中有2 2个或个或者者3 3个是活的（黑色），它才会继续存活，否则不是因为过分拥挤就是因个是活的（黑色），它才会继续存活，否则不是因为过分拥挤就是因为过分孤独而死亡（黑色为过分孤独而死亡（黑色白色）白色）BoidBoid模型模型每只鸟的邻域每只鸟的邻域A birds Neighborhood规则规则11靠近靠近Cohesion:steer to move toward theaverage position of neighbors规则规则22对

4、齐对齐Alignment:steer towards the average heading of neighbors 规则规则33避免碰撞避免碰撞Separation:steer to avoid crowding neighborsSwarmRepastProcessingNetlogoNetlogo的历史的历史Logo语言最早是为了乐高机器人玩具语言最早是为了乐高机器人玩具设计的，这些机器人被称为设计的，这些机器人被称为:Turtle（海龟）（海龟）.之后，之后，Mitchel Resnick,Eric Klopfer 等等人把人把 Logo语言扩展成为语言扩展成为Star-Logo工具

5、工具NetLogo是是Star-Logo的最新版本的最新版本NetLogo是一个很容以上手的高级建模玩具。是一个很容以上手的高级建模玩具。一个简单实例：气体模型一个简单实例：气体模型Step by stepStep by step打开打开Netlogo界面，添加界面，添加2个按钮个按钮setup和和go，注意把，注意把go上面的上面的Forever勾上勾上选择选择Procedure选项卡，编写代码选项卡，编写代码写下代码：写下代码：to setupcreate-turtles 50 setxy random-xcor random-ycor set heading random 360End运

6、行看一下效果，在运行看一下效果，在create-turtles前面前面加一行加一行clear-all再为再为go按钮添加一下代码按钮添加一下代码to go ask turtles forward 1 End运行看一下效果运行看一下效果可以在可以在clear-all后面添加：后面添加：set-default-shape turtles“circle”语句语句试着调节视图的大小试着调节视图的大小试着调节边界条件试着调节边界条件仿真的基本框架仿真的基本框架初始化to setup每一个仿真周期to go是否结束？结束对所有Turtle循环ask turtles每个Turtle做出决策forward 1

7、是否BoidBoid模型模型在Models Library中Biology菜单下找到Flocking手动建立手动建立Game of LifeGame of LifeTipsTips新的对象：新的对象：Patch(Patch(一个方格）一个方格）对象的属性：对象的属性：patches-own x,y,patches-own x,y,Ask patchesAsk patches：对所有的：对所有的patchpatch对象循环对象循环Ask turtlesAsk turtles：对所有的：对所有的TurtlesTurtles对象循环对象循环set living count neighbors wit

8、h pcolor=blackliving=0;for each agent in neighbors if agent.pcolor=black living=living+1;相当于：一个简单生态系统一个简单生态系统TipsTipsTurtle可以在各个可以在各个Patch上游走上游走每个每个Turtle可以直接访问可以直接访问Patch对象对象Observer对象：一个可以操纵全局的观察者，对象：一个可以操纵全局的观察者，例如例如Plot偏好依附模型偏好依附模型每个周期添加一个节点每个周期添加一个节点这个节点将以较大的概率连接这个节点将以较大的概率连接度数较大的节点度数较大的节点调用调用N

9、etlogoNetlogo中的算法自动将网中的算法自动将网络排序络排序TipsTipsLinksLinks（网络连接）：与（网络连接）：与Turtles,PatchesTurtles,Patches并列的并列的系统对象系统对象create-link-withcreate-link-with：创建连接语句：创建连接语句count link-neighborscount link-neighbors：计算当前：计算当前TurtleTurtle的连接的连接数数layout-springlayout-spring按照一定的算法自动排布网络节点按照一定的算法自动排布网络节点更多的更多的NetLogoNe

10、tLogo模型模型“Party Model”“Party Model”A big party with 10 A big party with 10 roomsroomsBoys and girls Boys and girls distribute in different distribute in different roomsroomsBoy(girl)feels Boy(girl)feels uncomfortable if uncomfortable if there are too many there are too many girls(boys)girls(boys)The

11、y move to other They move to other roomsroomsWhat distribution will What distribution will form?form?Segregation and Pattern FormationSegregation and Pattern FormationTwo types of people Two types of people living in a cityliving in a cityEach person canEach person canMove around within Move around

12、within a given rangea given rangeSettle down if the Settle down if the number of same number of same type neighbors is type neighbors is big enoughbig enoughOtherwise,keep Otherwise,keep movingmovingPattern formationPattern formationThomas C.SchellingThomas C.SchellingIn 1960,he found the phenomenon

13、 of segregation of black and white.One day in flight,a simple game with coins came up his mindHe invented this segregation modelHe won Nobels prize in 2005A Toy Model of Urban Road Network GrowthA Toy Model of Urban Road Network GrowthThe traffic flow is determined by the road networkThe network is

14、shaped by flows in a long timeGrowth of urban road networks Co-evolution of road network and traffic flowImplementation in NetlogoImplementation in NetlogoGiven a green landscape with N*N cellsW:Number of cars ever visiting this cellCars travel around in this landscape,a car willrepeat the cell with bigger W mostlyexplore new cells with a small probabilityThe roads that never been repeated are deleted every 100 time steps更多的更多的NetlogoNetlogo特征特征3D视图视图Java AppletHubNet更多资源更多资源 NetLogoNetLogo中文手册中文手册A Chinese versionhttp:/ library习惯习惯NetLogo谢谢！谢谢！