复杂系统建模与仿真-全套PPT课件.pptx

复杂系统建模与仿真;基本概念;复杂系统的定义：;现实世界中的复杂系统：;以下系统不是复杂系统：;复杂性科学：;复杂性科学的核心概念和学科基础;涌现：;自组织：;思考：;建模基础;科学和工程中的模型;科学和工程中的模型;科学是假设：;模型;两类模型方法：;上述两种建模方法都是重要的。例如开普勒3定律是描述模型，牛顿万有引力定律是基于规则的模型。本书的重点讨论基于规则的模型。基于规则的模型的建模步骤与发现规律的科学研究步骤是类似的：;简单模型建模：;复杂系统建模的难度：;如何解决？运用计算机建模。常用的计算机建模软件：;复杂系统建模需要考虑一下问题:;思考题：;一个好模型是啥样的？;思考题：;复杂系统建模的发展;建模的环境和工具;各种建模工具：;系统模型的分析方法：;模型分类：;Python 建模;Python 程序设计语言简介;案例1;NumPy：;NumPy：;Scipy:;Scipy:;案例2：;Matplotlib：;SimPy;PyGame;SymPy;SymPy;SymPy;NetworkX;NetworkX;系统模型案例：Schelling Model;第3章 元胞自动机;20世纪50年代初，冯·诺依曼为模拟生物发育过程中细胞的自我复制提出了元胞自动机的雏形。 1970年，剑桥大学J.H. Conway设计了一种计算机游戏——“生命游戏” （Game of Life）。 “生命游戏” 是具有产生动态图案和动态结构能力的元胞自动机模型，吸引了众多科学家的兴趣，推动了元胞自动机研究的迅速发展。 Conway的生命游戏只是众多二维细胞自动机中的一种，如果变换生存定律，可以创造出一大堆不同的生命游戏。此外除了一维、二维细胞自动机，也可以有三维甚至更高维的细胞自动机。 Stephen Wolfram。S. Wolfram对初等元胞自动机的256种规则产生的所有模型进行了详细而深入的研究，他还用熵来描述其演化行为，把元胞自动机分为：平稳型、周期型、混沌型和复杂型等四类。他认为宇宙就是一个庞大的细胞自动机， Stephen Wolfram是当代数学和计算机科学领域的“钢铁侠”，他的名言是：万物之本是计算。他开发了著名的Mathematica符号运算软件，开创了基于知识的有哪些信誉好的足球投注网站引擎： ，与普通有哪些信誉好的足球投注网站引擎最大的区别是该有哪些信誉好的足球投注网站引擎返回的是 “知识” 而不是一些相关的链接。如搜 China， 会返回中国这个国家的信息；搜某个数字，就会返回关于这个数字的知识，如因数分解等各种性质。在他的专著 “A New Kind of Science” 中，提出了“计算等价原理”，基本论点是：生命、意识都从计算产生，宇宙就是一台细胞自动机。;元胞自动机的几何形式定义;元胞自动机的代数形式定义;强对称映射和弱对称映射;空间区域的边界;标准元胞自动机具有如下特征：;初级元胞自动机;编号为76号规则和编号为184号规则;编号为90号规则;各种初级元胞自动机;仿真代码：;初级元胞自动机的研究;初级元胞自动机的研究;二维元胞自动机;生命游戏;仿真代码：3月24日;元胞自动机的扩展;元胞自动机案例1：格子气体模拟;元胞自动机案例1：格子气体模拟;元胞自动机案例1：格子气体模拟;元胞自动机案例2：表决与退火模型;元胞自动机案例2：表决与退火模型;The parity rule;元胞自动机案例2：表决与退火模型;恐慌的传播模型：传播规则：邻居恐慌数是否超过4？;Exercise：;元胞自动机案例3：森林火灾模型;元胞自动机案例3：森林火灾模型;元胞自动机案例3：森林火灾模型;3月31日;元胞自动机案例4：DLA 模型;元胞自动机案例4：DLA 模型;元胞自动机案例5：激发介质中的非线性波;元胞自动机案例5：激发介质中的非线性波;Host-pathogen model;Exercise;元胞自动机的优势与不足;第四讲 多主体模型;什么是agent?;Marvin Minsky 的《心智社会》;围绕主体（智能体）的有关问题：;Agent的定义;Agent的特性;Agent的特性;Agent按行为的分类;Agent按功能结构的分类;Agent的环境;Agent的环境;Multi-Agent系统;Multi-Agent系统的特点;multi-agent系统的分类;multi-agent仿真模型的构建：;Multi-Agent软件工具;Multi-Agent模型的发展与应用;案例1：随机游走;案例2：大唐帝国模型;案例2：大唐帝国模型;4月7日;案例3： Boltzmann 财富模型;案例3： Boltzmann 财富模型;案例4： Schelling模型;案例5： Epstein内乱模型;案例6：鸟群迁徙模型;案例7：病毒传播模型;案例8：食物链模型;案例9：银行准备金模型;案