基于Netlogo建?；A(chǔ)知識講解課件

Netlogo建模基礎(chǔ)知識講奕深Netlogo建?；A(chǔ)知識講etLogo簡介1.基本情況NetLogo是一個用來對自然和社會現(xiàn)象進行仿真的可編程建模環(huán)境建模仿真集成環(huán)境由美國西北大學(xué)連接學(xué)習(xí)與計算機建模中心（CenterforConnectedLearningandComputer-BasedModeling，CCL）開發(fā)。2002年發(fā)布了1.0版本，用戶手冊為4.0.2版本，最新為4.1.1版本NetLogo簡介1.基本情況2.主要功能多主體建模（重點）多個移動Agent分布在二維空間中，每個Agent自主行動，所有主體并行異步更新，整個系統(tǒng)隨著時間推進而動態(tài)變化。運行控制仿真輸出提供了多種手段實現(xiàn)仿真運行監(jiān)視和結(jié)果輸出實驗管理BahaviorSpace，自動管理仿真運行，并記錄結(jié)果。系統(tǒng)動力學(xué)仿真參與式仿真HubNet模型庫2.主要功能多主體建模（重點）3.軟件特色完全可編程簡單語言結(jié)構(gòu)是LOGO語言的擴展，支持智能體和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以定義無限個智能體和變量多種內(nèi)置命令幫助使用支持整型和雙精度型浮點數(shù)計算跨平臺、可復(fù)用的應(yīng)用。3.軟件特色完全可編程二、NetLogo仿真框架1.NetLogo軟件

二、NetLogo仿真框架1.NetLogo軟件基于Netlogo建?；A(chǔ)知識講解課件2.模型的抽象總體：大量的可移動主體在二維空間中交互作用，隨著時間推進，微觀個體的屬性不斷發(fā)生變化，系統(tǒng)的宏觀特征也因此而變化。從三個方面理解：主體空間表達仿真推進2.模型的抽象總體：（1）主體（Agents）虛擬世界由主體構(gòu)成，主體能夠接受命令，進行活動，所有主體的行為并行發(fā)生。NetLogo中共有三類主體，turtles（海龜）patches（瓦片）observer（觀察者）（1）主體（Agents）虛擬世界由主體構(gòu)成，主體能夠接受命主體類型turtles指能夠在世界中移動的主體。世界是二維的，劃分為由patches組成的網(wǎng)格，每個patch占據(jù)一個矩形小塊。patch不能移動patch也是主體patch和turtle一樣可以有自己的屬性和行為observer是一個全局主體，它觀察著由turtles和patches構(gòu)成的世界，能夠執(zhí)行指令獲取世界全部或部分的狀態(tài)，或?qū)崿F(xiàn)對世界的控制。主體類型turtles指能夠在世界中移動的主體。虛擬世界虛擬世界（2）空間表達每個patch有二維坐標（pxcor,pycor）坐標值為整數(shù)。默認情況下，二維世界的水平、垂直坐標范圍為（-17，17）每個turtle也有坐標（xcor,ycor）turtle坐標不必是整數(shù)，因此turtle不一定正好位于某個patch的中心。一個patch上也可以同時有多個turtles。實際上對turtle而言，NetLogo的空間是連續(xù)的。（2）空間表達每個patch有二維坐標（pxcor,pyco（3）仿真推進沒有明確的仿真時鐘變量，也沒有提供特定的事件處理機制仿真推進是通過不斷重復(fù)執(zhí)行某個例程實現(xiàn)的模型中至少要有初始化例程和仿真執(zhí)行例程初始化例程實現(xiàn)對模型初始狀態(tài)的設(shè)置，生成所需的turtles，設(shè)置其狀態(tài)，以及其它工作。仿真的執(zhí)行通過例程go實現(xiàn)，在go例程中編寫所需執(zhí)行的各種指令，完成一個仿真步的工作。需要在Interface頁中建立一個按鈕與go例程相聯(lián)系，該按鈕是一個永久（forever)按鈕，點擊后將不斷重復(fù)執(zhí)行g(shù)o例程，直到遇到stop指令或用戶再次點擊該按鈕則仿真終止。（3）仿真推進沒有明確的仿真時鐘變量，也沒有提供特定的事件處2.建模基本過程NetLogo模型包括可視化部件和例程兩部分，二者具有緊密聯(lián)系。先在Interface中創(chuàng)建可視化控件，然后在Procedures中實現(xiàn)相應(yīng)的代碼，通過設(shè)置控件的屬性將二者聯(lián)系起來。2.建?；具^程NetLogo模型包括可視化部件和例程兩部分Interface中主要有三類部件運行控制參數(shù)控制仿真顯示Procedure中的例程分為兩類：命令（command）例程報告（reporter）例程Interface中主要有三類部件仿真的基本框架初始化tosetup每一個仿真周期togo是否結(jié)束？結(jié)束對所有Turtle循環(huán)askturtles每個Turtle做出決策forward1是否仿真的基本框架初始化tosetup每一個仿真周期togo三、編程指南三、編程指南breed[]turtles-own[]globals[]tosetup[]endtogo[]endaskturtles[setpcolorwhite]set-default-shapeturtles"person"setxyrandom-xcorrandom-ycorsetturtles-ownrandomsetage(22+random53)setage(age+1)sethouse0clear-all(ca)forward(fd)1create-turles100sprout-breedsnumber[]sproutnumber[]hatchnumber[]hatch-breedsnumber[]askone-ofmen[setbreed]ififelsebreed[]四、生態(tài)系統(tǒng)建模示例假設(shè)要模擬一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中有一種生物以青草為食，通過吃草獲取能量、該類生物經(jīng)歷成長、繁殖、死亡過程。四、生態(tài)系統(tǒng)建模示例假設(shè)要模擬一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)，1.初始化創(chuàng)建生物群體，并將它們隨機分布在空間中。例程（demo1）tosetup;;定義例程setupclear-all;;設(shè)置整個世界為初始狀態(tài);;創(chuàng)建100個turtles，創(chuàng)建后各turtle默認坐標是（0，0）create-turtles100;;命令所有turtle執(zhí)行語句setxyrandom-xcorrandom-ycor;;各turtle坐標隨機產(chǎn)生，實現(xiàn)turtles在空間中的隨機分布askturtles[setxyrandom-xcorrandom-ycor]end1.初始化創(chuàng)建生物群體，并將它們隨機分布在空間中。to2.仿真執(zhí)行例程實現(xiàn)turtle隨機移動實現(xiàn)go例程，與forever按鈕聯(lián)系go調(diào)用move-turtles例程2.仿真執(zhí)行例程實現(xiàn)turtle隨機移動增加代碼:(demo2)togo;;定義仿真執(zhí)行例程gomove-turtles;;調(diào)用例程move-turtlesendtomove-turtles;;定義例程move-turtles;;所有turtle執(zhí)行[]中的命令序列askturtles[rightrandom360;;右轉(zhuǎn)一個角度，度數(shù)隨機產(chǎn)生forward1;;前進距離1]end增加代碼:(demo2)togo3.青草的模擬為模擬青草的存在設(shè)置patches為綠色改寫setup例程，其中調(diào)用了兩個新的例程setup-turtles和setup-patches，分別設(shè)置turtle和patch的初始狀態(tài)3.青草的模擬為模擬青草的存在設(shè)置patches為綠色demo3tosetupclear-allsetup-patches;;調(diào)用例程setup-patchessetup-turtles;;調(diào)用例程setup-turtlesendtosetup-patches;;命令所有patches執(zhí)行指令setpcolorgreen;;該指令將patch顏色設(shè)置為綠色askpatches[setpcolorgreen]endtosetup-turtlescreate-turtles100askturtles[setxyrandom-xcorrandom-ycor]enddemo3tosetup4.主體行為現(xiàn)在增加一些行為，假設(shè)turtle以青草為食，通過吃草獲得能量，移動時要消耗能量。patch代表青草，綠色表示有，黑色表示無。為實現(xiàn)這樣的模型，需要重新定義turtles的屬性和行為，然后重寫go例程。首先給turtle增加變量energy以存儲當前能量值，另外添加吃草獲取能量的例程，還要修改移動例程以反映能量消耗。4.主體行為現(xiàn)在增加一些行為，假設(shè)turtle以青草為食，通自定義turtle變量，修改goturtles-own[energy];;聲明turtle變量energytogomove-turtles;;turtle隨機移動，消耗能量eat-grass;;吃草獲取能量end自定義turtle變量，修改goturtles-own[en定義eat-grassturtle吃草獲取能量修改patch顏色表示草的有無toeat-grass;;如果turtle所在patch顏色為綠色，表示有草，則吃草，;;令該patch顏色變?yōu)楹谏硎疽褵o草，然后自身能量增加10askturtles[ifpcolor=green[setpcolorblacksetenergy(energy+10)]]end定義eat-grassturtle吃草獲取能量toeat-修改原來的move-turtles例程，添加能量消耗指令。tomove-turtlesaskturtles[rightrandom360forward1setenergyenergy-1;;移動后能量減少1]end修改原來的move-turtles例程，添加能量消耗指令。t假設(shè)turtle能量小于等于0就死亡，當能量大于50就繁殖；青草以一定的恢復(fù)率再生。由于主體行為發(fā)生了改變，需重新定義go例程，togomove-turtles;;移動eat-grass;;吃草reproduce;;繁殖check-death;;死亡regrow-grass;;青草再生end假設(shè)turtle能量小于等于0就死亡，當能量大于50就繁殖；toreproduceaskturtles[ifenergy>50[;;如果能量大于50則繁殖setenergyenergy-50;;母體能量減少50hatch1[setenergy50];;產(chǎn)生一個后代，初始能量50]]endtocheck-deathaskturtles[ifenergy<=0[die];;如果能量小于等于0則死亡]endtoregrow-grassaskpatches[;;青草以0.03的概率再生ifrandom100<3[setpcolorgreen]]endtoreproduce5.監(jiān)視仿真運行監(jiān)視器控件(monitor)顯示turtle數(shù)量，monitor表達式“countturtles”主體標簽每個主體有一個變量lable5.監(jiān)視仿真運行監(jiān)視器控件(monitor)6.圖形輸出在Interface中創(chuàng)建Plot控件，在Procedures中編制繪圖例程。繪圖概念每個Plot控件必須指定一個唯一名，在繪圖時通過Plot名指定在哪個Plot上繪圖繪圖時必須使用某個畫筆，畫筆默認是黑色實線，也可以創(chuàng)建自定義畫筆 6.圖形輸出在Interface中創(chuàng)建Plot控件，在Pro繪制turtles數(shù)量和青草數(shù)量曲線添加Plot控件創(chuàng)建兩個畫筆，分別指定顏色添加do-plots例程修改setup和go例程繪制turtles數(shù)量和青草數(shù)量曲線添加Plot控件tosetupclear-allsetup-patchessetup-turtles

do-plots;;繪制初始點endtogomove-turtleseat-grassreproducecheck-deathregrow-grass

do-plots;;隨仿真運行繪制圖形endtodo-plotsset-current-plot“totals”;;選定plot控件set-current-plot-pen“turtles”;;選定畫筆turtlesplotcountturtles;;繪制turtles數(shù)量

set-current-plot-pen“grass”;;選定畫筆grassplotcountpatcheswith[pcolor=green];;繪制青草數(shù)量endtosetup7.仿真參數(shù)控制參數(shù)控件開關(guān)(switch)、滑動條(slider)、選擇器(chooser)這些控件都對應(yīng)一個全局變量,在Procedures中將這些全局變量作為參數(shù)使用在程序中，就能實現(xiàn)仿真參數(shù)的控制。 7.仿真參數(shù)控制參數(shù)控件例如：選擇仿真時長用滑動條設(shè)置仿真時長，對應(yīng)變量名terminate-time添加全局變量ticks修改go例程,隨著仿真修改ticks當ticks=terminate-time時停止例如：選擇仿真時長用滑動條設(shè)置仿真時長，對應(yīng)變量名termi代碼globals[ticks];;聲明全局變量ticks…togo

ifticks>=terminate-time[stop];;判斷是否應(yīng)停止move-turtleseat-grassreproducecheck-deathregrow-grassdo-plots

setticksticks+1;;時鐘推進end代碼globals[ticks];;聲明全局五、建模技術(shù)1.訪問鄰域原語Neighbors，Moore鄰域neighbors4，vonNeumann鄰域<agentset>in-radius<number><agentset>at-points<list>五、建模技術(shù)1.訪問鄰域原語2.主體交互T-P交互turtle能夠直接訪問所在之處的patch，對該patch的屬性進行讀寫askturtles[setpcolorblue]turtle還可以利用空間相關(guān)操作獲取所需的patches，然后對這些patches的屬性進行讀寫askturtles[setpcolor-ofpatch-at10blue] 2.主體交互T-P交互patch可以通過一些操作獲取相關(guān)的turtle例如turtles-here就返回當前patch處的turtle集合。也可以通過空間相關(guān)操作獲取相應(yīng)patch上的turtles。例如”turtlesatdxdy”返回與當前patch相對距離（dx,dy）處的turtles集合。patch可以通過一些操作獲取相關(guān)的turtleT-T交互實現(xiàn)T-T交互的第一步是得到目標turtle的句柄，然后進行操作。獲取目標turtle句柄的常用方式有三種：隨機選取、根據(jù)特定條件、空間相關(guān)。隨機選取是指在特定agent集合中以隨機方式選取一個或n個agent。選取一個agent的原語為one-of例如“setcolor-ofone-ofturtlesred”在所有turtles中隨機選擇一個turtle，將其顏色設(shè)為紅色。T-T交互實現(xiàn)T-T交互的第一步是得到目標turtle的句柄獲得目標agent或agentset的第二種方式是根據(jù)特定條件。方法是使用with原語，語法為agentsetwith[condition]，返回滿足條件condition的agent集合。例如“turtleswith[color=red]”返回紅色的turtle集合；獲得目標agent或agentset的第二種方式是根據(jù)特定條獲取目標agent或agent集合的第三種方式是運用空間相關(guān)操作。比較直接的一種是獲取當前patch上的turtle集合，原語有turtles-here和other-turtle