計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

目錄計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡介計(jì)算機(jī)仿真與人工智能多主體仿真平臺(tái)netlogo小結(jié)一、計(jì)算機(jī)仿真的概念什么是仿真？仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對(duì)真實(shí)過程的認(rèn)識(shí)。它所遵循的基本原則是相似性原理計(jì)算機(jī)仿真的定義計(jì)算機(jī)仿真是基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的方法。模型的分類物理模型飛行器研制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等數(shù)學(xué)模型龍格-庫塔法，單純型法，共軛梯度法等仿真模型控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化仿真，面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真仿真的發(fā)展史模擬仿真--

模擬-數(shù)字仿真--數(shù)字仿真仿真的步驟對(duì)象模型計(jì)算機(jī)計(jì)算（仿真）二次建模建模仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢航空與航天工業(yè)飛行器設(shè)計(jì)中的三級(jí)仿真體系：純數(shù)學(xué)模擬（軟件）、半實(shí)物模擬、實(shí)物模擬或模擬飛行實(shí)驗(yàn)。飛行員及宇航員訓(xùn)練用飛行仿真模擬器。電力工業(yè)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)：電力系統(tǒng)負(fù)荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流控制等。電站操作人員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)。原子能工業(yè)模擬核反應(yīng)堆核電站仿真器用來訓(xùn)練操作人員以及研究異常故障的排除處理。石油、化工及冶金工業(yè)非工程領(lǐng)域醫(yī)學(xué)社會(huì)學(xué)宏觀經(jīng)濟(jì)與商業(yè)策略的研究仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展計(jì)算機(jī)仿真軟件大多數(shù)是移植外國的仿真程序包與仿真語言，如CSS,MIMIC與GPSS,GASPIV仿真軟件的不足模型的局限性人力，物力的耗費(fèi)人機(jī)界面不友好結(jié)果不令人滿意二、仿真與人工智能的結(jié)合智能仿真技術(shù)是人工智能與仿真技術(shù)的結(jié)合人工智能的技術(shù)：專家系統(tǒng)，知識(shí)工程，模式識(shí)別等仿真技術(shù)：建模，算法，仿真軟件等智能算法具有智能性適用于范圍大的廣義仿真模型，應(yīng)用求解效率更高的智能算法，可以使用更廣泛人機(jī)界面友好人工智能與仿真技術(shù)的結(jié)合可以不同層次不同方式的結(jié)合 前端后端的結(jié)合用戶用戶接口具有多媒體人機(jī)智能界面，輸入仿真信息處理功能仿真系統(tǒng)用戶用戶接口仿真系統(tǒng)具有仿真分析仿真解釋仿真文檔處理功能主從式調(diào)用智能系統(tǒng)用戶仿真系統(tǒng)條件人工智能與仿真算法的相融合智能仿真算法所采用的是專家系統(tǒng)，人工人精網(wǎng)絡(luò)等與常用的仿真算法相結(jié)合，從而產(chǎn)生擁有邏輯判斷，聯(lián)想識(shí)別的智能仿真算法。智能仿真系統(tǒng)整體的方案用戶多媒體智能仿真界面仿真信息預(yù)處理多種庫智能仿真模型仿真軟件多媒體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果分析仿真專家系統(tǒng)仿真專家系統(tǒng)是一個(gè)基于知識(shí)庫及推理機(jī)制的仿真軟件系統(tǒng)特點(diǎn)：具有建模專家系統(tǒng)在AI的基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫及控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫種除了符號(hào)數(shù)據(jù)，還有規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)具有智能化前端智能化仿真研究探索的新課題自然語言、語言識(shí)別、視像系統(tǒng)、圖形技術(shù)在環(huán)境中的應(yīng)用各種仿真專家系統(tǒng)仿真信息/知識(shí)庫管理系統(tǒng)智能仿真模型的建立認(rèn)識(shí)仿真過程中質(zhì)量的問題三、多主體仿真平臺(tái)NetLogoNetLogo簡介1.基本情況NetLogo是一個(gè)多主體建模仿真集成環(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（CenterforConnectedLearningandComputer-BasedModeling，CCL）開發(fā)。2002年發(fā)布了1.0版本，最新4.0.42.主要功能多主體建模多個(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NetLogo仿真框架1.NetLogo軟件界面(見軟件)：模型部分 三個(gè)TabPage

命令行窗口

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，turtles（小海龜）patches（瓦片）observer（觀察者）在4.0.4中將Links作為一類主體

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。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)在水平和垂直方向邊界是否進(jìn)行回繞，形成四種結(jié)構(gòu)環(huán)面（torus），默認(rèn)結(jié)構(gòu)盒子（box）垂直柱面（verticalcylinder）水平柱面（horizontalcylinder）回繞影響主體移動(dòng)時(shí)是否穿越邊界軟件操作，在View上點(diǎn)擊Edit（3）仿真推進(jìn)沒有明確的仿真時(shí)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stop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N(yùn)etLogo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）例程基本過程初始化確定活動(dòng)