CGP建模法研究.ppt

CGP建模法研究 230089310 Shicai Yang May 13, 2009 Outline CGP产生的背景 CGP建模的基本思想 理解CGP的4个步骤 CGP过程的2个特点 CGP建模的一般过程 CGP建模方法的实际应用 总结 1. CGP产生的背景 CGP Constrained Generating Procedure[1] 受限生成过程[2] 有约束的产生过程[3] Procedure 生成的模型是动态的，所以称之为“过程” Generating 支撑模型的机制“生成”了动态行为 Constrained 事先规定好的机制之间的相互作用“约束”或“限制”了这种可能性 从涌现说起 Emergence 对基于主体的涌现的经典描述（ 1979，Douglas Hofstadter ） “不管这些独立的主体——蚂蚁的能力多么有限，整个蚁群在探索和开拓其周围环境的过程中展现了非凡的灵活性。不知什么缘故，这些主体的简单规律产生了一种远远超过个体能力的涌现行为。值得注意的是，涌现行为是在没有一个中心执行者进行控制的情况下发生的。”[2] 涌现现象 复杂的事物是从小而简单的事物中发展而来 少数规则和规律生成了复杂的系统，而且以不断变化的形式引起永恒的新奇和新的涌现现象[2] 涌现——从混沌到有序 混沌和涌现是复杂系统的2 个显著特征 确定性的系统有其内在的随机性——混沌[4] 随机性的系统有其内在的确定性——涌现 复杂系统的涌现出现于混沌的边缘[5,6] 简单地说，混沌的边缘就是 CAS将有序与混沌融入某个特殊的平衡点 是一个系统的各主体从来没有静止在某一个状态中，但也没有动荡到解体的那个地方。 “混沌的边缘远远不止是简单的介于完全有秩序的系统与完全无序的系统之间的区界，而且是自我发展进入的特殊区界，在这个区界中，系统会产生涌现现象。”[7] 涌现的一般特征表现 涌现最为本质的特征是由小到大、由简入繁[2] 涌现现象的产生是由适应性主体在某种或多种毫不相关的简单规则的支配下产生的 整体大于部分之和 涌现是可以认识并会重复发生, 具有动态性和规律性。 复杂性, 实质上就是一门关于涌现的科学[7] “我们面临的挑战, 就是如何发现涌现的基本规律。” 隐喻 Metaphor SFI 在其探寻复杂性的普适理论过程中, 一直坚持隐喻的方法论思想。他们相信通过设计某种模型可以模拟、还原众多复杂的涌现现象, 揭开涌现的神秘性 古希腊人的启示 古希腊人认为所有的机器都能由6大基本机械构件组合而成（杠杆、螺钉、斜面、楔子、轮子和滑轮） 古希腊人建议从机制和它们相互结合的过程去分析和看待涌现现象。我们可以利用扩展了的机制概念来对产生涌现现象的元素、规则和相互作用进行精确的描述[2] CGP的模型便是Holland根据古希腊人的启示提出的 2. CGP建模的总体思想 Holland（1998）用数字系统、西洋跳棋和神经网络三个例子，具体描述了涌现产生的一般过程与机制，即CGP CGP是涌现研究的一个普适框架，其基本思想： 系统由一些基本的元素组成（微观机制） 微观机制间相互联系、相互作用、相互制约的关系缩小了系统可能的状态集， “约束”或“限制”了结果的可能性 系统的宏观涌现特征是微观机制生成的结果，它们状态的演变过程就是系统的发展过程 在具体问题或应用中，需要确定这一具体过程。 任何受限生成过程都能表现出涌现特性[2] CGP模型的基本元素 (1) 主体 Agents 构成系统的最小单位,它们可以产生一些行为,即根据一个输入状态产生一个输出状态,形成主体间的相互联系,在系统中传递物质、能量或者信息。 (2) 规则 Rules 主体的行为要受到一定规则的约束。 (3) 状态 State 主体在规则的约束下产生各种不同的状态,这些状态的组成决定了系统演化的各种不同方向,即系统演化的状态。 (4) 对策树(转换函数) Transition Function 主体或系统在不同状态之间的转换机制通过对策树(转换函数) 描述。这一特征简化了研究的过程。 3. 理解CGP的4个步骤[2] 首先，我们将规则的概念转换成机制的概念，机制将被用来定义系统中的元素 简单的说，机制根据行为（或信息）作出反应，对输入进行处理并产生最终的输出行为（或信息） 机制（Mechanisms）是CGP 模型的基本元素。 机制是通过转换函数来定义的 对于一个机制来说，定义转换函数前，首先定义机制的状态 一个简单的机制——杠杆 输入：I (t) 输出：O (t+1) 状态：S (t) 转换函数：f 为了在特定的时刻 t 讨论机制的特定行为，我们用符号来表示在 t 时刻的机制状态和输入状态 S(t)：t 时刻机制的状态 Ij(t)：t 时