計算機仿真技術

計算機仿真技術

目錄計算機仿真技術簡介計算機仿真與人工智能多主體仿真平臺netlogo小結一、計算機仿真的概念什么是仿真？仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學的模型來類比模仿現(xiàn)實過程，以尋求對真實過程的認識。它所遵循的基本原則是相似性原理計算機仿真的定義計算機仿真是基于所建立的系統(tǒng)仿真模型，利用計算機對系統(tǒng)進行分析與研究的方法。模型的分類物理模型飛行器研制中的飛行模型；船舶制造中的船舶模型等數(shù)學模型龍格-庫塔法，單純型法，共軛梯度法等仿真模型控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化仿真，面向結構圖的數(shù)學仿真仿真的發(fā)展史模擬仿真--

模擬-數(shù)字仿真--數(shù)字仿真仿真的步驟對象模型計算機計算（仿真）二次建模建模仿真技術的應用與發(fā)展趨勢航空與航天工業(yè)飛行器設計中的三級仿真體系：純數(shù)學模擬（軟件）、半實物模擬、實物模擬或模擬飛行實驗。飛行員及宇航員訓練用飛行仿真模擬器。電力工業(yè)電力系統(tǒng)動態(tài)模型實驗：電力系統(tǒng)負荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流控制等。電站操作人員培訓模擬系統(tǒng)。原子能工業(yè)模擬核反應堆核電站仿真器用來訓練操作人員以及研究異常故障的排除處理。石油、化工及冶金工業(yè)非工程領域醫(yī)學社會學宏觀經濟與商業(yè)策略的研究仿真技術的現(xiàn)狀與發(fā)展計算機仿真軟件大多數(shù)是移植外國的仿真程序包與仿真語言，如CSS,MIMIC與GPSS,GASPIV仿真軟件的不足模型的局限性人力，物力的耗費人機界面不友好結果不令人滿意二、仿真與人工智能的結合智能仿真技術是人工智能與仿真技術的結合人工智能的技術：專家系統(tǒng)，知識工程，模式識別等仿真技術：建模，算法，仿真軟件等智能算法具有智能性適用于范圍大的廣義仿真模型，應用求解效率更高的智能算法，可以使用更廣泛人機界面友好人工智能與仿真技術的結合可以不同層次不同方式的結合 前端后端的結合用戶用戶接口具有多媒體人機智能界面，輸入仿真信息處理功能仿真系統(tǒng)用戶用戶接口仿真系統(tǒng)具有仿真分析仿真解釋仿真文檔處理功能主從式調用智能系統(tǒng)用戶仿真系統(tǒng)條件人工智能與仿真算法的相融合智能仿真算法所采用的是專家系統(tǒng)，人工人精網(wǎng)絡等與常用的仿真算法相結合，從而產生擁有邏輯判斷，聯(lián)想識別的智能仿真算法。智能仿真系統(tǒng)整體的方案用戶多媒體智能仿真界面仿真信息預處理多種庫智能仿真模型仿真軟件多媒體計算機網(wǎng)絡仿真結果分析仿真專家系統(tǒng)仿真專家系統(tǒng)是一個基于知識庫及推理機制的仿真軟件系統(tǒng)特點：具有建模專家系統(tǒng)在AI的基礎上建立數(shù)據(jù)庫、知識庫及控制結構數(shù)據(jù)庫種除了符號數(shù)據(jù)，還有規(guī)則、經驗具有智能化前端智能化仿真研究探索的新課題自然語言、語言識別、視像系統(tǒng)、圖形技術在環(huán)境中的應用各種仿真專家系統(tǒng)仿真信息/知識庫管理系統(tǒng)智能仿真模型的建立認識仿真過程中質量的問題三、多主體仿真平臺NetLogoNetLogo簡介1.基本情況NetLogo是一個多主體建模仿真集成環(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，最新4.0.42.主要功能多主體建模多個移動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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)動力學仿真參與式仿真HubNet模型庫NetLogo仿真框架1.NetLogo軟件界面(見軟件)：模型部分 三個TabPage

命令行窗口

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(tǒng)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（小海龜）patches（瓦片）observer（觀察者）在4.0.4中將Links作為一類主體

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(wǎng)格，每個patch占據(jù)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(xiàn)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(shù)。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(shù)，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。拓撲結構根據(jù)在水平和垂直方向邊界是否進行回繞，形成四種結構環(huán)面（torus），默認結構盒子（box）垂直柱面（verticalcylinder）水平柱面（horizontalcylinder）回繞影響主體移動時是否穿越邊界軟件操作，在View上點擊Edit（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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，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(lián)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(lián)系。先在Interface中創(chuàng)建可視化控件，然后在Procedures中實現(xiàn)相應的代碼，通過設置控件的屬性將二者聯(lián)系起來。Interface中主要有三類部件運行控制參數(shù)控制仿真顯示Procedure中的例程分為兩類：命令（command）例程報告（reporter）例程基本過程初始化確定活動