基于Netlogo建?；A知識講解

Netlogo建?；A知識講解秦奕深NetLogo簡介1.基本情況NetLogo是一個用來對自然和社會現象進行仿真的可編程建模環(huán)境建模仿真集成環(huán)境由美國西北大學連接學習與計算機建模中心（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仿真運行監(jiān)視和結果輸出實驗管理BahaviorSpace，自動管理仿真運行，并記錄結果。系統動力學仿真參與式仿真HubNet模型庫3.軟件特色完全可編程簡單語言結構是LOGO語言的擴展，支持智能體和網絡結構可以定義無限個智能體和變量多種內置命令幫助使用支持整型和雙精度型浮點數計算跨平臺、可復用的應用。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（1）主體（Agents）虛擬世界由主體構成，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）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組成的網格，每個patch占據一個矩形小塊。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)，或實現對世界的控制。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。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，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。（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執(zhí)行某個例程實現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對模型初始狀態(tài)的設置，生成所需的turtles，設置其狀態(tài)，以及其它工作。仿真的執(zhí)行通過例程go實現，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例程相聯系，該按鈕是一個永久（forever)按鈕，點擊后將不斷重復執(zhí)行go例程，直到遇到stop指令或用戶再次點擊該按鈕則仿真終止。2.建?；具^程NetLogo模型包括可視化部件和例程兩部分，二者具有緊密聯系。先在Interface中創(chuàng)建可視化控件，然后在Procedures中實現相應的代碼，通過設置控件的屬性將二者聯系起來。Interface中主要有三類部件運行控制參數控制仿真顯示Procedure中的例程分為兩類：命令（command）例程報告（reporter）例程仿真的基本框架初始化tosetup每一個仿真周期togo是否結束？結束對所有Turtle循環(huán)askturtles每個Turtle做出決策forward1是否三、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]ififelse四、生態(tài)系統建模示例假設要模擬一個簡單的生態(tài)系統，該系統中有一種生物以青草為食，通過吃草獲取能量、該類生物經歷成長、繁殖、死亡過程。1.初始化創(chuàng)建生物群體，并將它們隨機分布在空間中。例程（demo1）tosetup;;定義例程setupclear-all;;設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坐標隨機產生，實現turtles在空間中的隨機分布askturtles[setxyrandom-xcorrandom-ycor]end2.仿真執(zhí)行例程實現turtle隨機移動實現go例程，與forever按鈕聯系go調用move-turtles例程增加代碼:(demo2)togo;;定義仿真執(zhí)行例程gomove-turtles;;調用例程move-turtlesendtomove-turtles;;定義例程move-turtles;;所有turtle執(zhí)行[]中的命令序列askturtles[rightrandom360;;右轉一個角度，度數隨機產生forward1;;前進距離1]end3.青草的模擬為模擬青草的存在設置patches為綠色改寫setup例程，其中調用了兩個新的例程setup-turtles和setup-patches，分別設置turtle和patch的初始狀態(tài)demo3tosetupclear-allsetup-patches;;調用例程setup-patchessetup-turtles;;調用例程setup-turtlesendtosetup-patches;;命令所有patches執(zhí)行指令setpcolorgreen;;該指令將patch顏色設置為綠色askpatches[setpcolorgreen]endtosetup-turtlescreate-turtles100askturtles[setxyrandom-xcorrandom-ycor]end4.主體行為現在增加一些行為，假設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。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?，表示已無草，然后自身能量增加10askturtles[ifpcolor=green[setpcolorblacksetenergy(energy+10)]]end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假設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endtoreproduceaskturtles[ifenergy>50[;;如果能量大于50則繁殖setenergyenergy-50;;母體能量減少50hatch1[setenergy50];;產生一個后代，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]]end5.監(jiān)視仿真運行監(jiān)視器控件(monitor)顯示turtle數量，monitor表達式“countturtles”主體標簽每個主體有一個變量lable6.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 繪制turtles數量和青草數量曲線添加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數量

set-current-plot-pen“grass”;;選定畫筆grassplotcountpatcheswith[pcolor=green];;繪制青草數量end7.仿真參數控制參數控件開關(switch)、滑動條(slider)、選擇器(chooser)這些控件都對應一個全局變量,在Procedures中將這些全局變量作為參數使用在程序中，就能實現仿真參數的控制。 例如：選擇仿真時長用滑動條設置仿真時長，對應變量名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時停止代碼globals[ticks];;聲明全局變量ticks…togo

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

setticksticks+1;;時鐘推進end五、建模技術1.訪問鄰域原語Neighbors，Moore鄰域neighbors4，vonNeumann鄰域<agentset>in-radius<number><agentset>at-points<list>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] patch可以通過一些操作獲取相關的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操作獲取相應patch上的turtles。例如”turtlesatdxdy”返回與當前patch相對距離（dx,dy）處的turtles集合。T-T交互實現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、根據特定條件、空間相關。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，將其顏色設為紅色。獲得目標agent或agentset的第二種方式是根據特定條件。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；獲取目標agent或agent集合的第三種方式是運用空間相關操作。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-turtles-here，二者的區(qū)別僅在于是否包含調用者自身。例如“askturtle0[askother-turtles-here[fd10]]”表示ID=0的turtle令處于同一patch上的其他turtle前進10。另一種方式是獲取特定patch上的所有turtles。原語有<breeds>-atdxdy，<breeds>-onagentset等。例如“turtles-at10”返回右側緊鄰patch上的所有turtle，“turtles-onpatch-ahead”返回前方patch上的所有turtle。3.多類異質主體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。定義關鍵詞為breed，例如：breed[wolveswolf]breed[sheepa-sheep]一旦定義了一類turtle，系統自動創(chuàng)建該類所有turtle的集合，一些相關的原語也馬上可以使用了，例如對于sheep類就有create-sheep、hatch-s