计算机仿真技术

计算机仿真技术

目录计算机仿真技术简介计算机仿真与人工智能多主体仿真平台netlogo小结一、计算机仿真的概念什么是仿真？仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理计算机仿真的定义计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。模型的分类物理模型飞行器研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型等数学模型龙格-库塔法，单纯型法，共轭梯度法等仿真模型控制系统参数优化仿真，面向结构图的数学仿真仿真的发展史模拟仿真--

模拟-数字仿真--数字仿真仿真的步骤对象模型计算机计算（仿真）二次建模建模仿真技术的应用与发展趋势航空与航天工业飞行器设计中的三级仿真体系：纯数学模拟（软件）、半实物模拟、实物模拟或模拟飞行实验。飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器。电力工业电力系统动态模型实验：电力系统负荷分配、瞬态稳定性以及最优潮流控制等。电站操作人员培训模拟系统。原子能工业模拟核反应堆核电站仿真器用来训练操作人员以及研究异常故障的排除处理。石油、化工及冶金工业非工程领域医学社会学宏观经济与商业策略的研究仿真技术的现状与发展计算机仿真软件大多数是移植外国的仿真程序包与仿真语言，如CSS,MIMIC与GPSS,GASPIV仿真软件的不足模型的局限性人力，物力的耗费人机界面不友好结果不令人满意二、仿真与人工智能的结合智能仿真技术是人工智能与仿真技术的结合人工智能的技术：专家系统，知识工程，模式识别等仿真技术：建模，算法，仿真软件等智能算法具有智能性适用于范围大的广义仿真模型，应用求解效率更高的智能算法，可以使用更广泛人机界面友好人工智能与仿真技术的结合可以不同层次不同方式的结合 前端后端的结合用户用户接口具有多媒体人机智能界面，输入仿真信息处理功能仿真系统用户用户接口仿真系统具有仿真分析仿真解释仿真文档处理功能主从式调用智能系统用户仿真系统条件人工智能与仿真算法的相融合智能仿真算法所采用的是专家系统，人工人精网络等与常用的仿真算法相结合，从而产生拥有逻辑判断，联想识别的智能仿真算法。智能仿真系统整体的方案用户多媒体智能仿真界面仿真信息预处理多种库智能仿真模型仿真软件多媒体计算机网络仿真结果分析仿真专家系统仿真专家系统是一个基于知识库及推理机制的仿真软件系统特点：具有建模专家系统在AI的基础上建立数据库、知识库及控制结构数据库种除了符号数据，还有规则、经验具有智能化前端智能化仿真研究探索的新课题自然语言、语言识别、视像系统、图形技术在环境中的应用各种仿真专家系统仿真信息/知识库管理系统智能仿真模型的建立认识仿真过程中质量的问题三、多主体仿真平台NetLogoNetLogo简介1.基本情况NetLogo是一个多主体建模仿真集成环境由美国西北大学连接学习与计算机建模中心（CenterforConnectedLearningandComputer-BasedModeling，CCL）开发。2002年发布了1.0版本，最新4.0.42.主要功能多主体建模多个移动Agent分布在二维空间中，每个Agent自主行动，所有主体并行异步更新，整个系统随着时间推进而动态变化。运行控制仿真输出提供了多种手段实现仿真运行监视和结果输出实验管理BahaviorSpace，自动管理仿真运行，并记录结果。系统动力学仿真参与式仿真HubNet模型库NetLogo仿真框架1.NetLogo软件界面(见软件)：模型部分 三个TabPage

命令行窗口

2.模型的抽象总体：大量的可移动主体在二维空间中交互作用，随着时间推进，微观个体的属性不断发生变化，系统的宏观特征也因此而变化。从三个方面理解：主体空间表达仿真推进（1）主体虚拟世界由主体构成，主体能够接受命令，进行活动，所有主体的行为并行发生。NetLogo中共有三类主体，turtles（小海龟）patches（瓦片）observer（观察者）在4.0.4中将Links作为一类主体

主体类型turtles指能够在世界中移动的主体。世界是二维的，划分为由patches组成的网格，每个patch占据一个矩形小块。patch不能移动patch也是主体patch和turtle一样可以有自己的属性和行为observer是一个全局主体，它观察着由turtles和patches构成的世界，能够执行指令获取世界全部或部分的状态，或实现对世界的控制。虚拟世界（2）空间表达每个patch有二维坐标（pxcor,pycor）坐标值为整数。默认情况下，二维世界的水平、垂直坐标范围为（-17，17）每个turtle也有坐标（xcor,ycor）turtle坐标不必是整数，因此turtle不一定正好位于某个patch的中心。一个patch上也可以同时有多个turtles。实际上对turtle而言，NetLogo的空间是连续的。拓扑结构根据在水平和垂直方向边界是否进行回绕，形成四种结构环面（torus），默认结构盒子（box）垂直柱面（verticalcylinder）水平柱面（horizontalcylinder）回绕影响主体移动时是否穿越边界软件操作，在View上点击Edit（3）仿真推进没有明确的仿真时钟变量，也没有提供特定的事件处理机制仿真推进是通过不断重复执行某个例程实现的模型中至少要有初始化例程和仿真执行例程初始化例程实现对模型初始状态的设置，生成所需的turtles，设置其状态，以及其它工作。仿真的执行通过例程go实现，在go例程中编写所需执行的各种指令，完成一个仿真步的工作。需要在Interface页中建立一个按钮与go例程相联系，该按钮是一个永久（forever)按钮，点击后将不断重复执行go例程，直到遇到stop指令或用户再次点击该按钮则仿真终止。2.建模基本过程NetLogo模型包括可视化部件和例程两部分，二者具有紧密联系。先在Interface中创建可视化控件，然后在Procedures中实现相应的代码，通过设置控件的属性将二者联系起来。Interface中主要有三类部件运行控制参数控制仿真显示Procedure中的例程分为两类：命令（command）例程报告（reporter）例程基本过程初始化确定活动