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多主体建模工具Netlogo介绍 2010 多主体模拟 计算机模拟v s 数学分析多主体模拟v s 计算机模拟多主体模拟的特性 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之间可以通过相互作用产生涌现二个实例 GameofLife 生命游戏 1970年 JohnConway提出了一个有趣的计算机程序 生命游戏这是一个方格世界 每个方格仅仅有黑 白两种颜色 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 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 黑色 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2个或者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为过分孤独而死亡 黑色 白色 Boid模型 每只鸟的邻域 Abird sNeighborhood 规则1 靠近 Cohesion steertomovetowardtheaveragepositionofneighbors 规则2 对齐 Alignment steertowardstheaverageheadingofneighbors 规则3 避免碰撞 Separation steertoavoidcrowdingneighbors Swarm Repast Processing Netlogo Netlogo的历史 Logo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 Turtle 海龟 之后 MitchelResnick EricKlopfer等人把Logo语言扩展成为Star Logo工具 NetLogo是Star Logo的最新版本NetLogo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 Stepbystep 打开Netlogo界面 添加2个按钮setup和go 注意把go上面的Forever勾上选择Procedure选项卡 编写代码写下代码 tosetupcreate turtles50 setxyrandom xcorrandom ycorsetheadingrandom360 End运行看一下效果 在create turtles前面加一行clear all再为go按钮添加一下代码togoaskturtles forward1 End运行看一下效果 可以在clear all后面添加 set default shapeturtles circle 语句试着调节视图的大小试着调节边界条件 仿真的基本框架 初始化tosetup 每一个仿真周期togo 是否结束 结束 对所有Turtle循环askturtles 每个Turtle做出决策forward1 是 否 Boid模型 在ModelsLibrary中Biology菜单下找到Flocking 手动建立GameofLife Tips 新的对象 Patch 一个方格 对象的属性 patches own x y Askpatches 对所有的patch对象循环Askturtles 对所有的Turtles对象循环 setlivingcountneighborswith pcolor black living 0 foreachagentinneighbors ifagent pcolor black living living 1 相当于 一个简单生态系统 Tips Turtle可以在各个Patch上游走每个Turtle可以直接访问Patch对象Observer对象 一个可以操纵全局的观察者 例如Plot 偏好依附模型 每个周期添加一个节点这个节点将以较大的概率连接度数较大的节点调用Netlogo中的算法自动将网络排序 Tips Links 网络连接 与Turtles Patches并列的系统对象create link with 创建连接语句countlink neighbors 计算当前Turtle的连接数layout spring按照一定的算法自动排布网络节点 更多的NetLogo模型 PartyModel Abigpartywith10roomsBoysandgirlsdistributeindifferentroomsBoy girl feelsuncomfortableiftherearetoomanygirls boys TheymovetootherroomsWhatdistributionwillform SegregationandPatternFormation TwotypesofpeoplelivinginacityEachpersoncanMovearoundwithinagivenrangeSettledownifthenumberofsametypeneighborsisbigenoughOtherwise keepmovingPatternformation ThomasC Schelling In1960 hefoundthephenomenonofsegregationofblackandwhite Onedayinflight asimplegamewithcoinscameuphismindHeinventedthissegregationmodelHewonNobel sprizein2005 AToyModelofUrbanRoadNetworkGrowth ThetrafficflowisdeterminedbytheroadnetworkThenetworkisshapedbyflowsinalongtimeGrowthofurbanroadnetworks Co evolutionofroadnetworkandtrafficflow ImplementationinNetlogo GivenagreenlandscapewithN NcellsW NumberofcarsevervisitingthiscellCarstravelaroundinthislandscape acarwillrepeatthecellwithbiggerWmostlyexplorenewcellswithasmallprobabilityTheroadsthatneverbeenrepeatedaredelete