复杂系统突现Swarm模型特征判定论文.doc

Swarm模型突现行为特征分析及判定方法【摘要】 突现作为复杂系统功能构成的一种方式，是复杂系统的重要特征之一。目前已有部分学者通过各种方法研究突现行为产生的机制，然而对突现特征研究至今依然未成体系，也没有系统的研究方法。通过建立适当的计算模型并对模型中突现行为进行研究，可以便捷地观察或计算突现系统演变过程中的典型特征，从而进一步探索突现产生的原因和条件。Swarm是基于自然界动物群集行为建立的一个仿生模型，具有规则简单、行为丰富的特征，为复杂系统突现行为的研究提供了一种简单的模式。本论文根据系统动力学建模方法，给出了Swarm模型的系统化定义，并在此基础上对Swarm突现产生过程中的动力学特征及混沌特征进行了分析。第一，在动力学特征方面，使用数学推理方法证明了在一定初始条件下，当Swarm发生突现行为时各动力学参量的均方差均收敛到一定取值范围，该结论也得到了仿真实验支持，即在特定条件下通过设定初始状态及模型参数可以有效约束Swarm模型的整体行为。其后，根据Swarm的动力学特征，总结了一套突现行为的动力学判定方法，实验表明此方法可以有效地判定Swarm系统突现是否发生及其发生的临界点。第二，在混沌特征方面，使用混沌理论方法，通过分.更多还原【Abstract】 Emergence, as one of the most important properties of complex system, makes a way for complex system to produce its spatial or temporal function. At present, many researchers try to find the generating mechanism of emergence through varies methods. But there are no systematic methods for emergence analysis. It is a compact way to analyze the cause and condition of emergence by establishing appropriate computer model and observing the evolution process in emergent behavior. Swarm model is establi.更多还原 【关键词】 复杂系统； 突现； Swarm模型； 特征； 判定； 【Key words】 complex system； emergence； Swarm model； property； judgment； 摘要 3-4 Abstract 4 第一章 绪论 7-14 1.1 研究背景及意义 7-9 1.2 研究现状及存在的问题 9-12 1.2.1 突现行为特征研究现状 9-11 1.2.2 研究领域存在的主要问题 11-12 1.3 论文主要工作及组织结构 12-14 1.3.1 论文主要工作 12-13 1.3.2 论文组织结构 13-14 第二章 突现系统建模方法及相关理论基础 14-24 2.1 突现系统动力学建模方法 14-17 2.1.1 基于多Agent的建模方法 14-15 2.1.2 基于简单规则的仿生模型 15-16 2.1.3 基于人工势场的吸引-排斥模型 16 2.1.4 具有外部控制的动力学模型 16-17 2.2 Swarm模型简介及其特征定量分析 17-21 2.2.1 Swarm原始模型介绍 17-18 2.2.2 动力学参数特征挖掘 18-19 2.2.3 突现行为定量评价指标 19-21 2.3 混沌特征分析方法 21-23 2.3.1 关联维数 21-22 2.3.2 测度熵 22-23 2.4 本章小结 23-24 第三章 Swarm突现特征分析及判定方法 24-46 3.1 突现特征研究思路 24 3.2 Swarm模型的系统化定义及行为 24-27 3.2.1 Swarm系统定义 24-26 3.2.2 Swarm行为观测 26-27 3.3 Swarm模型动力学参量特性定性推理 27-32 3.3.1 能量计算 27-28 3.3.2 动力学参量特性推理 28-32 3.4 Swarm模型动力学参量特性验证 32-37 3.4.1 动力学参量计算 32-34 3.4.2 动力学参量特性的实验验证 34-37 3.5 突现行为的动力学判定方法 37-42 3.5.1 突现判定算法构造思路 37 3.5.2 动力学参量变化规律分析 37-39 3.5.3 判定算法总结及验证 39-42 3.6 Swarm系统的混沌特征分析 42-45 3.6.1 系统演化混沌特征分析 42-44 3.6.2 系统演化有序性分析 44-45 3.7 本章小结 45-46 第四章 Swarm定量评价指标有效性分析及应用 46-54 4.1 Swarm定量研究问题及角度 46-47 4.2 Swarm定量评价指标有效性分析 47-50 4.2.1 定量评价指标分类 47-48 4.2.2 定量评价指标的有效性验证 48-50 4.3 指标综合评价效果及应用实例 50-53 4.3.1 定量评价指标综合有效性总结 50-51 4.3.2 定量评价指标应用实例 51-53 4.4 本章小结 53-54 第五章 Swarm行为展示及数据分析系统设计 54-61 5.1 需求分析 54-55 5.2 系统总体设计 55 5.3 系统详细设计 55-57 5.3.1 行为展示模块 56-57 5.3.2 数据分析模块 57 5.3.3 扩展模块 57 5.4 系统测试 5