netlogo基礎(chǔ)知識(shí)講解

1、Netlogo建?；A(chǔ)知識(shí)講解,14302010008秦奕深,NetLogo簡(jiǎn)介,1.基本情況NetLogo是一個(gè)用來對(duì)自然和社會(huì)現(xiàn)象進(jìn)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(jì)算機(jī)建模中心（Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling，CCL）開發(fā)。2002年發(fā)布了1.0版本，用戶手冊(cè)為4.0.2版本，最新為4.1.1版本,2. 主要功

2、能,多主體建模（重點(diǎn)）多個(gè)移動(dòng)Agent分布在二維空間中，每個(gè)Agent自主行動(dòng)，所有主體并行異步更新，整個(gè)系統(tǒng)隨著時(shí)間推進(jìn)而動(dòng)態(tài)變化。 運(yùn)行控制仿真輸出提供了多種手段實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行監(jiān)視和結(jié)果輸出 實(shí)驗(yàn)管理BahaviorSpace，自動(dòng)管理仿真運(yùn)行，并記錄結(jié)果。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真參與式仿真HubNet 模型庫,3.軟件特色,完全可編程簡(jiǎn)單語言結(jié)構(gòu)是LOGO語言的擴(kuò)展，支持智能體和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以定義無限個(gè)智能體和變量

3、多種內(nèi)置命令幫助使用支持整型和雙精度型浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算跨平臺(tái)、可復(fù)用的應(yīng)用。,二、NetLogo仿真框架,1. NetLogo軟件,2.模型的抽象,總體：大量的可移動(dòng)主體在二維空間中交互作用，隨著時(shí)間推進(jìn)，微觀個(gè)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(gè)方面理解：主體空間表達(dá)仿真推進(jìn),（1）主體（Agents）,虛擬世界由主體構(gòu)成，主體能夠接受命令，進(jìn)行活動(dòng)，所有主體的行為并行發(fā)生。NetLogo中共有三類主體

4、，turtles（海龜）patches（瓦片）observer（觀察者）,主體類型,turtles指能夠在世界中移動(dòng)的主體。世界是二維的，劃分為由patches組成的網(wǎng)格，每個(gè)patch占據(jù)一個(gè)矩形小塊。patch不能移動(dòng)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(gè)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(duì)世界

5、的控制。,虛擬世界,,（2）空間表達(dá),每個(gè)patch有二維坐標(biāo)（pxcor,pycor）坐標(biāo)值為整數(shù)。 默認(rèn)情況下，二維世界的水平、垂直坐標(biāo)范圍為（-17，17） 每個(gè)turtle也有坐標(biāo)（xcor,ycor）turtle坐標(biāo)不必是整數(shù)，因此turtle不一定正好位于某個(gè)patch的中心。一個(gè)patch上也可以同時(shí)有多個(gè)turtles。實(shí)際上對(duì)turtle而言，NetLogo的空間是連續(xù)的。,（3）仿真推進(jìn),沒有明確的仿真時(shí)

6、鐘變量，也沒有提供特定的事件處理機(jī)制仿真推進(jìn)是通過不斷重復(fù)執(zhí)行某個(gè)例程實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)，在go例程中編寫所需執(zhí)行的各種指令，完成一個(gè)仿真步的工作。 需要在Interface頁中建立一個(gè)按鈕與go例程相聯(lián)系，該按鈕是一個(gè)永久（forever)按鈕，點(diǎn)擊后將不斷重復(fù)執(zhí)行g(shù)o例程，直到遇到st

7、op指令或用戶再次點(diǎn)擊該按鈕則仿真終止。,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(shí)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。,,Interface中主要有三類部件 運(yùn)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(bào)告（reporter）例程,仿真的基本框架,初始化to

8、setup,每一個(gè)仿真周期to go,是否結(jié)束？,結(jié)束,對(duì)所有Turtle循環(huán)ask turtles,每個(gè)Turtle做出決策forward 1,是,否,三、編程指南,,breed [ ]turtles-own [ ]globals [ ]to setup [ ] endto go [ ] endask turtles [ set pcolor white ]set-def

9、ault-shape turtles "person"setxy random-xcor random-ycorset turtles-own randomset age ( 22 + random 53 )set age ( age + 1 )set house 0clear-all(ca)forward(fd) 1create-turles 100sprout-breeds number

10、[ ]sprout number [ ]hatch number [ ]hatch-breeds number [ ]ask one-of men [set breed ]if ifelse,四、生態(tài)系統(tǒng)建模示例,假設(shè)要模擬一個(gè)簡(jiǎn)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。,1. 初始化,創(chuàng)建生物群體，并將它們隨機(jī)分布在空間中。

11、 例程（demo1）,,2.仿真執(zhí)行例程,實(shí)現(xiàn)turtle隨機(jī)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)go例程，與forever按鈕聯(lián)系go 調(diào)用move-turtles例程,增加代碼: (demo2),,3.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(gè)新的例程setup-turtles和setup-patches，分別設(shè)置turtle和patch的初始狀態(tài),demo3,,4.主體行為,現(xiàn)在增加一些行為，假設(shè)turt

12、le以青草為食，通過吃草獲得能量，移動(dòng)時(shí)要消耗能量。patch代表青草，綠色表示有，黑色表示無。為實(shí)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(chǔ)當(dāng)前能量值，另外添加吃草獲取能量的例程，還要修改移動(dòng)例程以反映能量消耗。,自定義turtle變量，修改go,,定義eat-grass,turtle吃草獲取能量修改patch顏色表示草的有無,,修改原來的move-

13、turtles例程，添加能量消耗指令。,,假設(shè)turtle能量小于等于0就死亡，當(dāng)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，,,,5.監(jiān)視仿真運(yùn)行,監(jiān)視器控件(monitor)顯示turtle數(shù)量，monitor表達(dá)式“count turtles”主體標(biāo)簽每個(gè)主體有一個(gè)變量lable,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

14、念每個(gè)Plot控件必須指定一個(gè)唯一名，在繪圖時(shí)通過Plot名指定在哪個(gè)Plot上繪圖 繪圖時(shí)必須使用某個(gè)畫筆，畫筆默認(rèn)是黑色實(shí)線，也可以創(chuàng)建自定義畫筆,繪制turtles數(shù)量和青草數(shù)量曲線,添加Plot控件創(chuàng)建兩個(gè)畫筆，分別指定顏色添加do-plots例程修改 setup和go例程,,,,7.仿真參數(shù)控制,參數(shù)控件開關(guān)(switch)、滑動(dòng)條(slider)、選擇器(chooser)這些控件都對(duì)應(yīng)一個(gè)全局變量,在Proce

15、dures中將這些全局變量作為參數(shù)使用在程序中，就能實(shí)現(xiàn)仿真參數(shù)的控制。,例如：選擇仿真時(shí)長,用滑動(dòng)條設(shè)置仿真時(shí)長，對(duì)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(dāng)ticks=terminate-time時(shí)停止,代碼,,五、建模技術(shù),1. 訪問鄰域原語Neighbors ，Moore鄰域neighbors4 ，von Neumann鄰域 in-radius at-po

16、ints ,2.主體交互,T-P交互turtle能夠直接訪問所在之處的patch，對(duì)該patch的屬性進(jìn)行讀寫 ask turtles [set pcolor blue] turtle還可以利用空間相關(guān)操作獲取所需的patches，然后對(duì)這些patches的屬性進(jìn)行讀寫 ask turtles [set pcolor-of patch-at 1 0 blue],,patch可以通過一些操作獲取相關(guān)的turtle例如turtle

17、s-here就返回當(dāng)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”turtles at dx dy”返回與當(dāng)前patch相對(duì)距離（dx,dy）處的turtles集合。,T-T交互,實(shí)現(xiàn)T-T交互的第一步是得到目標(biāo)turtle的句柄，然后進(jìn)行操作。獲取目標(biāo)turtle句柄的常用方式有三種：隨機(jī)選取、根據(jù)特定條件、空間相關(guān)。隨機(jī)選取是指在特定agent集合中以隨機(jī)方式選取一個(gè)或n

18、個(gè)agent。選取一個(gè)agent的原語為one-of 例如“set color-of one-of turtles red”在所有turtles中隨機(jī)選擇一個(gè)turtle，將其顏色設(shè)為紅色。,,獲得目標(biāo)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agentset with [condition]，返回滿足條件condition的agent集合。例如“turtles with [color

19、= red]”返回紅色的turtle集合；,,獲取目標(biāo)agent或agent集合的第三種方式是運(yùn)用空間相關(guān)操作。比較直接的一種是獲取當(dāng)前patch上的turtle集合，原語有turtles-here和other-turtles-here，二者的區(qū)別僅在于是否包含調(diào)用者自身。例如“ask turtle 0 [ask other-turtles-here [fd 10]]”表示ID=0的turtle令處于同一patch上的其他turtl

20、e前進(jìn)10。另一種方式是獲取特定patch上的所有turtles。原語有-at dx dy，-on agentset等。例如“turtles-at 1 0”返回右側(cè)緊鄰patch上的所有turtle，“turtles-on patch-ahead”返回前方patch上的所有turtle。,3.多類異質(zhì)主體,NetLogo可以定義不同類別(稱為breeds)的turtles，各類turtle可以擁有特有的屬性和例程。定義關(guān)鍵詞為br

21、eed，例如：breed [wolves wolf]breed [sheep a-sheep]一旦定義了一類turtle，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建該類所有turtle的集合，一些相關(guān)的原語也馬上可以使用了，例如對(duì)于sheep類就有create-sheep、hatch-sheep、is-a-sheep?等。也可以指定該類具有的變量，例如對(duì)于sheep，“sheep-own [grabbed?]”就為sheep增加了一個(gè)變量。,4.持久關(guān)系的