復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真

1、復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真,,復(fù)雜系統(tǒng),復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)是由多個(gè)元素組成元素之間具有直接或間接的交互作用元素之間的交互作用是非線(xiàn)性的（元素間相互影響、相互作用不能簡(jiǎn)單地線(xiàn)性疊加）,復(fù)雜系統(tǒng),復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)）元素間的相互作用存在著反饋關(guān)系（因果關(guān)系鏈?zhǔn)黔h(huán)形的，許多因素之間形成互為因果關(guān)系）系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)而非靜止的系統(tǒng)中關(guān)系的含義很廣泛（系統(tǒng)中關(guān)系可以是數(shù)量之間的關(guān)系，也可以是邏輯關(guān)系）,復(fù)雜系統(tǒng),復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)）復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)成

2、元素具有主動(dòng)適應(yīng)性復(fù)雜系統(tǒng)具有層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是開(kāi)放的（開(kāi)放系統(tǒng)與系統(tǒng)外的環(huán)境存在著信息與能量的交換。環(huán)境的影響是隨機(jī)的，系統(tǒng)內(nèi)的元素受到系統(tǒng)狀態(tài)的影響往往也是隨機(jī)的）,復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模,時(shí)代背景還原論：對(duì)任何事物，特別是復(fù)雜事物的認(rèn)識(shí)和理解，可以通過(guò)分析組成結(jié)構(gòu)來(lái)理解整體，而復(fù)雜事物、復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律則可以從它的各個(gè)組成部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律中推導(dǎo)出來(lái)。即：整體等于局部之和。,復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模,時(shí)代背景系統(tǒng)科學(xué)：任何系統(tǒng)都是一個(gè)有機(jī)

3、的整體，它不是各個(gè)部分的機(jī)械組合或簡(jiǎn)單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒(méi)有的。即：整體大于部分之和。,復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模,復(fù)雜性研究老三論一般系統(tǒng)論控制論信息論,一般系統(tǒng)論,系統(tǒng)思想源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，但作為一門(mén)科學(xué)的系統(tǒng)論，人們公認(rèn)是理論生物學(xué)家L.V.貝塔朗菲創(chuàng)立的。他在1952年發(fā)表“抗體系統(tǒng)論”，提出了系統(tǒng)論的思想。確立這門(mén)科學(xué)學(xué)術(shù)地位的是1968年貝塔朗菲發(fā)表的專(zhuān)著：《一般系統(tǒng)理論——基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用》，該書(shū)被公認(rèn)為

4、是這門(mén)學(xué)科的代表作。,一般系統(tǒng)論,系統(tǒng)論認(rèn)為，整體性、關(guān)聯(lián)性、等級(jí)結(jié)構(gòu)性、動(dòng)態(tài)平衡性、時(shí)序性等是所有系統(tǒng)的共同的基本特征。這些，既是系統(tǒng)所具有的基本思想觀(guān)點(diǎn)，而且它也是系統(tǒng)方法的基本原則，表現(xiàn)了系統(tǒng)論不僅是反映客觀(guān)規(guī)律的科學(xué)理論，具有科學(xué)方法論的含義，這正是系統(tǒng)論這門(mén)科學(xué)的特點(diǎn)。系統(tǒng)論的基本思想方法，就是把所研究和處理的對(duì)象，當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動(dòng)的規(guī)律性，并優(yōu)化系統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)看問(wèn)題，世

5、界上任何事物都可以看成是一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)是普遍存在的。,控制論,1948 年諾伯特·維納發(fā)表了著名的《控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)中控制和通訊的科學(xué)》一書(shū)以來(lái)，控制論的思想和方法已經(jīng)滲透到了幾乎有的自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。維納把控制論看作是是一門(mén)研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在變的環(huán)境條件下如何保持平衡狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的科學(xué)。,控制論,控制論的研究表明，無(wú)論自動(dòng)機(jī)器，還是神經(jīng)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)，以至經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)，撇開(kāi)各自的質(zhì)態(tài)特點(diǎn)，都可以看作是一個(gè)

6、自動(dòng)控制系統(tǒng)。在這類(lèi)系統(tǒng)中有專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)裝置來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，維持自身的穩(wěn)定和系統(tǒng)的目的功能?？刂茩C(jī)構(gòu)發(fā)出指令，作為控制信息傳遞到系統(tǒng)的各個(gè)部分（即控制對(duì)象）中去，由它們按指令執(zhí)行之后再把執(zhí)行的情況作為反饋信息輸送回來(lái)，并作為決定下一步調(diào)整控制的依據(jù)。這樣我們就看到，整個(gè)控制過(guò)程就是一個(gè)信息流通的過(guò)程，控制就是通過(guò)信息的傳輸、變換、加工、處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。反饋對(duì)系統(tǒng)的控制和穩(wěn)定起著決定性的作用，無(wú)論是生物體保持自身的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)，或是機(jī)器自動(dòng)保持

7、自身功能的穩(wěn)定，都是通過(guò)反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。反饋是控制論的核心問(wèn)題?？刂普摼褪茄芯咳绾卫每刂破?，通過(guò)信息的變換和反饋?zhàn)饔?，使系統(tǒng)能自動(dòng)按照人們預(yù)定的程序運(yùn)行，最終達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的學(xué)問(wèn)?？刂普摪迅鞣N系統(tǒng)都看作是一個(gè)控制系統(tǒng)，分析它的信息流程、反機(jī)制和控制原理，往往能夠?qū)ふ业绞瓜到y(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)的方法。這種方法稱(chēng)為控制方法。,信息論,香農(nóng)被稱(chēng)為是“信息論之父”。人們通常將香農(nóng)于1948年10月發(fā)表的論文《通信的數(shù)學(xué)理論》作為現(xiàn)代信息論研究的開(kāi)

8、端。信息論是運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究信息、信息熵、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、密碼學(xué)、數(shù)據(jù)壓縮等問(wèn)題的應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科。信息論將信息的傳遞作為一種統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象來(lái)考慮，給出了估算通信信道容量的方法。信息傳輸和信息壓縮是信息論研究中的兩大領(lǐng)域。這兩個(gè)方面又由信息傳輸定理、信源－信道隔離定理相互聯(lián)系。,信息論,信息論的研究范圍極為廣闊。一般把信息論分成三種不同類(lèi)型：(1)狹義信息論是一門(mén)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)研究信息處理和信息傳遞的科學(xué)。它研究存在于

9、通訊和控制系統(tǒng)中普遍存在著的信息傳遞的共同規(guī)律，以及如何提高各信息傳輸系統(tǒng)的有效性和可靠性的一門(mén)通訊理論。(2)一般信息論主要是研究通訊問(wèn)題，但還包括噪聲理論、信號(hào)濾波與預(yù)測(cè)、調(diào)制與信息處理等問(wèn)題。(3)廣義信息論不僅包括狹義信息論和一般信息論的問(wèn)題，而且還包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域，如心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)、語(yǔ)義學(xué)等。,復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模,復(fù)雜性研究新三論耗散結(jié)構(gòu)論協(xié)同論突變理論,耗散結(jié)構(gòu)論,1969年比利時(shí)物理學(xué)家普利

10、高津?qū)Ψ瞧胶鈶B(tài)不可逆過(guò)程的研究提出了一種學(xué)說(shuō)：一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)（平衡態(tài)時(shí)熵最大）的開(kāi)放系統(tǒng)（不管是力學(xué)、物理化學(xué)的，還是生命的），在外界條件發(fā)生變化達(dá)到一定閾值時(shí)，量變可以發(fā)生質(zhì)變（由無(wú)序到有序的突變）。突變后形成的有序狀態(tài)稱(chēng)耗散結(jié)構(gòu)。,耗散結(jié)構(gòu)論,有序的耗散結(jié)構(gòu)與平衡結(jié)構(gòu)不同，平衡結(jié)構(gòu)雖穩(wěn)定有序，但是一種“死”結(jié)構(gòu)，它不需要靠外界供應(yīng)物質(zhì)、能量來(lái)維持。穩(wěn)定有序的耗散結(jié)構(gòu)是一種“活”結(jié)構(gòu)，它要不斷同外界交換物質(zhì)、能量來(lái)維持其有序狀態(tài)。正

11、是因?yàn)樗ㄟ^(guò)這種有序狀態(tài)去耗散物質(zhì)和能量，所以被稱(chēng)為耗散結(jié)構(gòu)。,協(xié)同論,協(xié)同論是七十年代后期由西德理論物理學(xué)家哈肯創(chuàng)立的。早在60年代初激光問(wèn)世時(shí)，哈肯就積極從事激光理論研究，他發(fā)現(xiàn)激光呈現(xiàn)出豐富的合作現(xiàn)象，從而得出了協(xié)同作用的重要概念。哈肯認(rèn)為系統(tǒng)由無(wú)序到有序的關(guān)鍵不在平衡、非平衡或者離平衡態(tài)有多遠(yuǎn)。關(guān)鍵在于組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)在一定條件下，它們之間的非線(xiàn)性作用、相互協(xié)同和合作，自發(fā)產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)。因此強(qiáng)調(diào)了協(xié)同現(xiàn)象的普遍性和重要性。（

12、強(qiáng)調(diào)元素之間的相互作用）,協(xié)同論,協(xié)同論指出，一方面，對(duì)于一種模型，隨著參數(shù)、邊界條件的不同以及漲落的作用，所得到的圖樣可能很不相同；但另一方面，對(duì)于一些很不相同的系統(tǒng)，卻可以產(chǎn)生相同的圖樣。協(xié)同論揭示了物態(tài)變化的普遍程式：“舊結(jié)構(gòu)-不穩(wěn)定性-新結(jié)構(gòu)”，即隨機(jī)“力”和決定論性“力”之間的相互作用把系統(tǒng)從它們的舊狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到新組態(tài)，并且確定應(yīng)實(shí)現(xiàn)的那個(gè)新組態(tài)。,突變理論,1972年法國(guó)數(shù)學(xué)家雷內(nèi)·托姆在《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學(xué)》

13、一書(shū)中，明確地闡明了突變理論，宣告了突變理論的誕生。突變理論主要以拓?fù)鋵W(xué)為工具，以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論為基礎(chǔ)，提出了一條新的判別突變、飛躍的原則：在嚴(yán)格控制條件下，如果質(zhì)變中經(jīng)歷的中間過(guò)渡態(tài)是穩(wěn)定的，那么它就是一個(gè)漸變過(guò)程。比如拆一堵墻，如果從上面開(kāi)始一塊塊地把磚頭拆下來(lái)，整個(gè)過(guò)程就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的漸變過(guò)程。如果從底腳開(kāi)始拆墻，拆到一定程度，就會(huì)破壞墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，墻就會(huì)嘩啦一聲，倒塌下來(lái)。這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性就是突變、飛躍過(guò)程。,突變理論,突變

14、理論研究的是從一種穩(wěn)定組態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定組態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。它指出自然界或人類(lèi)社會(huì)中任何一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都有穩(wěn)定態(tài)和非穩(wěn)定態(tài)之分。在微小的偶然擾動(dòng)因素作用下，仍然能夠保持原來(lái)狀態(tài)的是穩(wěn)定態(tài)；而一旦受到微擾就迅速離開(kāi)原來(lái)狀態(tài)的則是非穩(wěn)定態(tài)，穩(wěn)定態(tài)與非穩(wěn)定態(tài)相互交錯(cuò)。非線(xiàn)性系統(tǒng)從某一個(gè)穩(wěn)定態(tài)（平衡態(tài)）到另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)的轉(zhuǎn)化，是以突變形式發(fā)生的。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,系統(tǒng)的復(fù)雜性（整個(gè)系統(tǒng)的演變或進(jìn)化，包括新層次的產(chǎn)生、分化和多樣性的出現(xiàn)，新的、

15、聚合而成的、更大的主體的出現(xiàn)等等，）是來(lái)源于系統(tǒng)中的成員的適應(yīng)性。我們把系統(tǒng)中的成員稱(chēng)為具有適應(yīng)性的主體(Adaptive Agent)，簡(jiǎn)稱(chēng)為主體。所謂具有適應(yīng)性，就是指它能夠與環(huán)境以及其它主體進(jìn)行交流，在這種交流的過(guò)程中“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗(yàn)”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,基本要點(diǎn)：主體(Adaptive Agent)是主動(dòng)的、活的實(shí)體。這點(diǎn)是CAS 和其他建模方法的關(guān)鍵性的區(qū)別。正是這個(gè)特

16、點(diǎn)，使得它能夠用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等其它方法難于應(yīng)用的復(fù)雜系統(tǒng)。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,基本要點(diǎn)（續(xù)）個(gè)體與環(huán)境(包括個(gè)體之間)的相互影響，相互作用，是系統(tǒng)演變和進(jìn)化的主要?jiǎng)恿?。以往的建模方法往往把個(gè)體本身的內(nèi)部屬性放在主要位置，而沒(méi)有對(duì)于個(gè)體之間，以及個(gè)體與環(huán)境之間的相互作用給予足夠的重視。這個(gè)特點(diǎn)使得CAS方法能夠運(yùn)用于個(gè)體本身屬性極不相同，但是相互關(guān)系卻有許多共同點(diǎn)的不同領(lǐng)域。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,基本要點(diǎn)（續(xù)）這種建模方法不象

17、許多其他的方法那樣，把宏觀(guān)和微觀(guān)截然分開(kāi)，而是把它們有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。它通過(guò)主體和環(huán)境的相互作用，使得個(gè)體的變化成為整個(gè)系統(tǒng)的變化的基礎(chǔ)，統(tǒng)一地加以考察。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,基本要點(diǎn)（續(xù)）這種建模方法還引進(jìn)了隨機(jī)因素的作用，使它具有更強(qiáng)的描述和表達(dá)能力,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)分散的相互作用--全局現(xiàn)象是由許多分散的異質(zhì)主體的相互作用產(chǎn)生的，任意給定主體的行動(dòng)依賴(lài)于對(duì)有限數(shù)目其他主體的行動(dòng)和這些主體共同建立的積累狀態(tài)。主體的差異性導(dǎo)

18、致積累行為的“永遠(yuǎn)新奇”,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)（續(xù)）沒(méi)有全局控制者--沒(méi)有全局性實(shí)體控制相互作用，控制產(chǎn)生于主體間的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作機(jī)制。經(jīng)濟(jì)行為通過(guò)法律制度、設(shè)定的角色和波動(dòng)的聯(lián)系調(diào)節(jié)。沒(méi)有全局競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手—―個(gè)體可以運(yùn)用經(jīng)濟(jì)中的所有機(jī)會(huì)。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)（續(xù)）層次交叉的組織--經(jīng)濟(jì)中具有許多層次和相互作用。任何給定層次的單元（行為、動(dòng)作、策略和產(chǎn)品）都作為構(gòu)建較高層次的單元基本塊。整個(gè)組織不僅具有層次性，層次間還存在許多相互

19、作用。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)（續(xù)）連續(xù)的適應(yīng)性--依據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)，主體的行為、動(dòng)作、策略和產(chǎn)品不斷調(diào)整，導(dǎo)致系統(tǒng)不斷適應(yīng)，層次間還存在許多相互作用。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)（續(xù)）永遠(yuǎn)創(chuàng)新--新行為和新結(jié)構(gòu)可能刺激更新的行為和更新的結(jié)構(gòu)的創(chuàng)立，產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)創(chuàng)新的狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)中的新市場(chǎng)、新技術(shù)、新行為和新組織不斷創(chuàng)立新的環(huán)境，填充新環(huán)境的行動(dòng)將產(chǎn)生更新的環(huán)境。靜態(tài)被動(dòng)態(tài)代替。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,特點(diǎn)（續(xù)）偏離均衡的動(dòng)態(tài)--由于新

20、的環(huán)境、新的潛在力量、新的可能性不斷產(chǎn)生，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行遠(yuǎn)離任何最優(yōu)或全局的均衡。均衡是暫時(shí)的，非均衡是常態(tài)。意味著改進(jìn)通常是可能的，并且卻是是由規(guī)律的發(fā)生。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念聚集(Aggregation)有兩個(gè)含義。簡(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法—即把相似的事物聚合成類(lèi)，例如樹(shù)、汽車(chē)、銀行等。 主體通過(guò)“粘合”形成較大的更高一級(jí)的主體—介主體（meta-agent）。 系統(tǒng)和元素之間的關(guān)系,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）

21、標(biāo)識(shí)(Tag)在聚集體的形成過(guò)程中，標(biāo)識(shí)機(jī)制在起作用。標(biāo)識(shí)的作用在于區(qū)別主體。聚集體的形成或者說(shuō)主體的聚集都是有選擇的，并非任意個(gè)體都會(huì)聚集。標(biāo)識(shí)的作用在于促進(jìn)主體選擇性的相互作用。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）非線(xiàn)性(Non-linearity)非線(xiàn)性是指?jìng)€(gè)體自身屬性的變化以及個(gè)體之間的相互作用并非遵從簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。因?yàn)檫@樣，復(fù)雜系統(tǒng)的行為才會(huì)如此難以預(yù)測(cè)；才會(huì)經(jīng)歷曲折的進(jìn)化過(guò)程，呈現(xiàn)出豐富多彩的性質(zhì)和狀態(tài)。,復(fù)雜自適

22、應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）流(Flow)在個(gè)體與環(huán)境之間存在著物質(zhì)流、能量流和信息流。CAS理論認(rèn)為這些流的渠道是否通暢、周轉(zhuǎn)迅速到什么程度，都直接影響系統(tǒng)的演化過(guò)程。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）多樣性(Diversity)CAS理論認(rèn)為，在CAS系統(tǒng)中，多樣性既非偶然也非隨機(jī)。每個(gè)主體都安頓在由以該主體與其他主體相互作用所限定的小生境上（niche，或翻譯為生態(tài)位）CAS理論認(rèn)為，多樣性產(chǎn)生的原因在于適應(yīng)過(guò)程中，是一

23、種動(dòng)態(tài)模式，具有持續(xù)性和內(nèi)聚性。 CAS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的最重要區(qū)別在于組成CAS系統(tǒng)的主體的多樣性,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）內(nèi)部模型（Internal Model）主體復(fù)雜的內(nèi)部模型是主體適應(yīng)性的內(nèi)部機(jī)制和精髓，主體在適應(yīng)過(guò)程中接受外部刺激，做出反應(yīng)，合理調(diào)整自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最終，結(jié)構(gòu)的變化，必須使主體能夠預(yù)知再次遇到該情形時(shí)會(huì)隨之發(fā)生的后果，主體由此來(lái)適應(yīng)環(huán)境。,復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論,相關(guān)概念（續(xù)）積木塊(Build

24、ing Blocks） 就像人往往通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解成若干簡(jiǎn)單部分進(jìn)行理解一樣，CAS內(nèi)部模型用搭積木的方法對(duì)已測(cè)試過(guò)的規(guī)則進(jìn)行組合，產(chǎn)生新問(wèn)題的處理規(guī)則，已有的規(guī)則被形象化地稱(chēng)為積木塊，它們是新規(guī)則產(chǎn)生的基礎(chǔ)。,多主體系統(tǒng)及建模,基本概念主體是一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，存在于一個(gè)可執(zhí)行的環(huán)境中，具有主動(dòng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境的能力。,多主體系統(tǒng)及建模,主體的特點(diǎn)：反應(yīng)性自治性前攝性時(shí)間上的連續(xù)性,多主體系統(tǒng)及建模,主體的特點(diǎn)（續(xù)）：交

25、互性移動(dòng)性學(xué)習(xí)能力可信性,多主體系統(tǒng)及建模,多主體系統(tǒng)：多主體是由多個(gè)主體組成的集合，主體們一般都有一個(gè)或多個(gè)特征值，并能夠修改自身的特征值；主體之間能夠進(jìn)行交互，通過(guò)與其他主體的交互，使得系統(tǒng)整體的演進(jìn)、演化、涌現(xiàn)出宏觀(guān)的規(guī)律。這種從底層構(gòu)件的設(shè)計(jì)架構(gòu)出的系統(tǒng)，其中的活動(dòng)主體具備主動(dòng)交互和適應(yīng)環(huán)境的能力，被稱(chēng)為多主體系統(tǒng)。,多主體系統(tǒng)及建模,多主體系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)Solve problems that are too large

26、for a centralized agent to solve;Allow for the interconnection and interoperation of multiple existing legacy systems;Provide solutions to problems that can naturally be regarded as a society of autonomous interacting

27、components-agents.Katia P. Sycara. Multiagent Systems. AI Magazine. 1998, 79-92.,多主體系統(tǒng)及建模,多主體系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)（續(xù)）Provide solutions that efficiently use information sources that are spatially distributed;Provide solutions in situ

28、ations where expertise is distributed;,多主體系統(tǒng)及建模,多主體系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)（續(xù)）Enhance performance along the dimensions ofComputational efficiencyReliabilityExtensibilityRobustnessMaintainabilityResponsivenessFlexibilityreuse,多主體建模

29、,計(jì)算機(jī)建模系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：以反饋控制理論為基礎(chǔ)，能方便的處理非線(xiàn)性和時(shí)變現(xiàn)象，能做長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)略性的仿真分析與研究。,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),多主體建模,計(jì)算機(jī)建模（續(xù)）元胞自動(dòng)機(jī)：有一個(gè)規(guī)則排列的格子組成，每個(gè)單元格可以在有限幾個(gè)狀態(tài)內(nèi)變化，一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)所有的單元格的狀態(tài)并行推進(jìn)，其中每個(gè)單元格的狀態(tài)都由上一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)所有的單元格狀態(tài)和變化規(guī)則決定如何變化，與本次時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)別的單元格狀態(tài)的改變無(wú)關(guān)。,多主體建模,多主體建模的歷史（續(xù)）

30、生命游戲它的規(guī)則很簡(jiǎn)單：假設(shè)平面上畫(huà)好了方形網(wǎng)格，有某種生命細(xì)胞在網(wǎng)格中生存。對(duì)其中一個(gè)網(wǎng)格，如果它周?chē)?個(gè)相鄰網(wǎng)格（一個(gè)網(wǎng)格有8個(gè)相鄰網(wǎng)格）有細(xì)胞，則它若原來(lái)就有細(xì)胞，下一步就不變，若沒(méi)有則繁衍一個(gè)細(xì)胞；如果網(wǎng)格周?chē)?，1，4，5，6，7，8個(gè)網(wǎng)格有細(xì)胞，則此網(wǎng)格不再有細(xì)胞（如果本來(lái)就沒(méi)有，就不變）。,多主體建模,多主體建模的歷史（續(xù)）boid模型這三條規(guī)則如下：1） 靠近—每個(gè)Boid都盡量靠近它的鄰居所在的中心位置。