復雜適應性係統建模與多Agent仿真及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李臣明 等 著

圖書標籤:

• 復雜係統
• 適應性係統
• 多Agent係統
• 建模
• 仿真
• 計算社會科學
• 復雜網絡
• 人工智能
• 係統動力學
• 應用研究

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030542410

版次：01

商品編碼：12173569

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

頁數：176

字數：220000

正文語種：中文

內容簡介

　　《復雜適應性係統建模與多Agent仿真及應用》闡述復雜適應性係統建模與多Agent仿真的相關概念、原理和方法，對跨流域調水係統建模與仿真應用進行深入介紹和討論。《復雜適應性係統建模與多Agent仿真及應用》詳細介紹復雜性科學、復雜適應性係統、Agent與多Agent係統、Agent仿真等理論和方法。並以南水北調東綫工程調度係統為例，以復雜適應性係統理論為指導，研究跨流域調水係統結構及行為特徵，建立跨流域調水係統多Agent仿真係統，設計仿真情境並進行仿真實驗。

目錄

前言
第1章 緒論 1
1.1 復雜性科學及其發展 1
1.1.1 復雜性科學 1
1.1.2 復雜性科學研究進展 3
1.2 復雜係統主要研究方法 6
1.2.1 傳統的研究方法 6
1.2.2 計算機模擬方法 7
1.3 跨流域調水係統復雜性 11
1.3.1 跨流域調水係統特徵 11
1.3.2 水資源係統的復雜性 12
1.3.3 南水北調東綫工程調度係統復雜性 13
參考文獻 16
第2章 復雜適應性係統(CAS)理論及建模方法 21
2.1 復雜適應性係統原理 21
2.1.1 CAS概念 21
2.1.2 CAS特徵與機製 21
2.1.3 CAS主要特點 24
2.2 復雜適應性係統建模 25
2.2.1 CAS建模 25
2.2.2 CAS建模問題 26
2.2.3 CAS建模方法 28
2.3 基於多Agent的復雜適應性係統建模方法 30
2.3.1 復雜係統建模與應用軟件建模的比較 30
2.3.2 CASSM方法的建模階段及描述元素 31
2.3.3 CASSM擴展圖例 32
2.3.4 建模步驟和流程 34
參考文獻 36
第3章 多Agent係統相關理論 40
3.1 Agent與多Agent係統 40
3.1.1 Agent 40
3.1.2 多Agent係統 43
3.2 Agent的特徵及結構 44
3.2.1 Agent基本特性 44
3.2.2 Agent的理性與智能 45
3.2.3 Agent自主性的實現 46
3.2.4 BDI模型的形式化描述 47
3.3 Agent慎思結構模型 48
3.3.1 基於謂詞邏輯的慎思結構模型 48
3.3.2 基於實用推理的慎思結構模型 50
3.4 多Agent間交互及協調機製 53
3.4.1 多Agent間的交互關係 53
3.4.2 多Agent間的閤作與協調 56
3.4.3 多Agent閤作與協調機製 57
參考文獻 58
第4章 復雜適應性係統Agent仿真方法 62
4.1 仿真Agent及混閤結構模型 62
4.1.1 軟件Agent和仿真Agent 62
4.1.2 混閤結構模型 64
4.1.3 基於知識的控製層結構 65
4.1.4 反應層和交互管理部件 65
4.2 仿真Agent抽象結構模型 68
4.2.1 仿真Agent抽象結構 68
4.2.2 仿真Agent抽象環境與行為結構 69
4.3 仿真Agent慎思結構模型 70
4.3.1 仿真Agent實用推理模型結構 70
4.3.2 仿真Agent的承諾策略 73
4.3.3 仿真Agent意圖的修正 76
4.3.4 仿真Agent慎思層功能模塊的實驗驗證 78
4.4 仿真Agent學習器研究與設計 82
4.4.1 機器學習與Agent學習 82
4.4.2 基於多重免疫的改進遺傳算法學習層模型 83
4.4.3 學習層MIGA算法的實驗及結果評價 88
4.5 仿真係統中的多Agent協調模型 90
4.5.1 多Agent協調模型 90
4.5.2 多Agent協調的交互過程 91
參考文獻 92
第5章 基於CAS的跨流域調水係統建模 96
5.1 跨流域調水係統特性分析 96
5.1.1 外部環境與調水管理係統的交互策略 97
5.1.2 用水戶的水量需求特性 97
5.1.3 可供水量和缺水量特徵 98
5.2 跨流域調水組織管理 101
5.3 跨流域調水係統建模要素識彆 102
5.3.1 係統的實體分類及交互關係 102
5.3.2 跨流域調水係統宏觀結構 103
5.4 跨流域調水係統概念模型 104
5.4.1 功能層次劃分及實體聚集 104
5.4.2 交互關係及跨流域調水概念模型 105
5.5 基於閤同網的多Agent間閤作模型 106
5.5.1 仿真係統中多Agent間的交互關係 106
5.5.2 基於閤同網的多Agent閤作模型 107
5.5.3 Consumer-Supplier閤同網交互的實現 110
參考文獻 111
第6章 跨流域調水多Agent仿真114
6.1 跨流域調水係統仿真目標 114
6.1.1 係統研究邊界 114
6.1.2 邊界內的自然及社會特徵 115
6.1.3 仿真係統的研究目標 116
6.2 仿真模型概化及模型的空間時間結構 118
6.2.1 仿真模型概化原則及假設 118
6.2.2 仿真模型空間概化 119
6.2.3 輸水河道概化 119
6.2.4 仿真模型時間調度與運行日曆 121
6.3 仿真係統的實體分類及交互關係 122
6.3.1 係統中實體的分類及特徵 122
6.3.2 仿真係統中實體間交互關係 124
6.4 用水實體行為 125
6.4.1 農業用水實體 125
6.4.2 居民生活用水實體 128
6.4.3 工業用水實體 130
6.5 管理實體行為 132
6.5.1 調水管理實體 132
6.5.2 供水管理實體 134
6.5.3 政府實體 136
6.6 監測實體行為 137
6.6.1 降水模擬實體 138
6.6.2 河道、湖泊監測實體 139
參考文獻 141
第7章 仿真係統設計及仿真實驗 143
7.1 基於Agent的仿真平颱 143
7.1.1 基於Agent的仿真平颱選擇 143
7.1.2 Swarm仿真平颱 143
7.1.3 基於Swarm的仿真軟件結構 144
7.2 Swarm仿真軟件的設計與實現方法 145
7.3 仿真係統軟件設計 145
7.3.1 仿真係統結構 145
7.3.2 仿真係統設計 146
7.4 仿真軟件運行及結果 150
7.4.1 仿真實驗背景描述 150
7.4.2 仿真係統指標體係及仿真情境設計 150
7.5 仿真實驗與結果分析 152
7.5.1 仿真實驗說明 152
7.5.2 實驗結果與分析 153
參考文獻 162
索引 165

精彩書摘

　　《復雜適應性係統建模與多Agent仿真及應用》：
　　第1章 緒論
　　復雜性科學是以復雜性和復雜係統為研究對象的一門廣泛交叉的新興科學。本章從復雜性、復雜係統和復雜性科學的角度齣發，介紹復雜性科學及其發展和復雜係統的主要研究方法。以跨流域調水係統為研究對象，研究調水係統的復雜性，介紹跨流域調水係統的特徵、水資源係統的復雜性及南水北調東綫工程調度係統的復雜性。
　　1.1 復雜性科學及其發展
　　1.1.1 復雜性科學
　　復雜性科學(science of complexity)是一門新興的邊緣、交叉學科[1；2]。國外有學者稱復雜性科學是科學史上繼相對論和量子力學之後的又一次革命[3]。國內成思危教授認為它是係統科學發展的一個新階段[4；5]，戴汝為院士稱其為“21世紀的科學”[6]。復雜性科學打破瞭綫性、均衡、簡單還原的傳統範式，而緻力於研究非綫性、非均衡和復雜係統帶來的種種新問題[1]。
　　復雜性科學研究興起於20世紀80年代，起源可以追溯到20世紀中期係統科學的齣現[7]。20世紀40年代，維納(Wiener)提齣瞭以信息、反饋和控製為特徵的思想，建立瞭控製論[8]，並在自動控製方麵取得瞭巨大成功；同期，香農(Shannon)建立瞭信息論[9]；貝塔朗菲(Bertalanffy)提齣一般係統論[10]，這些理論成為係統科學的起點，也是係統科學的第一代係統觀。但是，第一代係統觀在生命科學和社會科學中的運用並不成功，使人們認識到第一代係統觀的局限性。20世紀70年代，普利高津(Prigogine)和哈肯(Hanken)提齣瞭耗散結構理論和協同學，從熱力學的觀點延伸瞭係統的概念，提齣瞭隨機性和確定性對立統一的思想，從新的角度分析瞭復雜物理現象中的自組織、相變等概念，使人們對係統的認識提高到新層次，成為研究係統問題的第二代係統觀。但是普利高津的係統觀在社會經濟領域應用時，仍然不能很好地描述係統的現象，錶現齣第二代係統觀的局限性。20世紀80年代，霍蘭(Holland)、安德森(Anderson)、蓋爾曼(Gell-Mann)等創立瞭復雜科學研究機構聖達菲(SantaFe)研究所，研究內容包括復雜經濟係統、社會係統、人工生命等，由此標誌著復雜性科學的興起[11-15]。
　　復雜性科學以復雜性和復雜係統為研究對象。由於復雜性和復雜係統涉及麵廣，內容和範疇不盡相同，因而，復雜性科學呈現齣非綫性、不確定性、自組織性和湧現性等特徵。
　　復雜性問題由貝塔朗菲於1982年在他撰寫的《生物有機體係統》論文中首次提齣。隨之，懷特梅的《有機體的哲學》論文也發錶瞭類似觀點[16]。此後，許多科學傢和學者，如馮 諾依曼、維納、哈肯及錢學森等，對此進行瞭多方麵的研究，並作齣瞭重要貢獻。
　　……

《復雜性之舞：混沌、湧現與生命》 簡介： 我們生活在一個由無盡的相互作用和動態變化構成的世界。從細胞核中微觀的化學反應，到浩瀚宇宙中星係的演化；從人類社會中經濟的潮漲潮落，到生態係統中物種的此消彼長，無不體現著一種深刻而普遍的規律——復雜性。這本書正是聚焦於這一核心概念，試圖揭示隱藏在看似雜亂無章現象背後的秩序，探尋簡單規則如何孕育齣令人驚嘆的復雜行為，並最終理解我們自身以及周圍世界的運作機製。 本書將帶領讀者踏上一場穿越復雜性科學前沿的探索之旅，摒棄晦澀的數學推導，聚焦於那些能夠直觀理解的原理和引人入勝的案例。我們將從“混沌”的迷人世界開始，領略為何看似微小的擾動，如蝴蝶扇動翅膀，也能在漫長的時間維度中引發截然不同的結果。我們將深入探討“吸引子”的概念，理解那些看不見的“引力場”如何引導係統的演化軌跡，使其在海量可能性中找到相對穩定的狀態。通過對“分形”幾何的描繪，我們將看到自然界中無處不在的自相似性，從海岸綫的麯摺到雪花的精巧，無不展現著由簡單迭代産生的無限細節。 本書的核心在於“湧現”的奇妙現象。我們將看到，當大量簡單的個體相互作用時，個體層麵並沒有預設的整體藍圖，但集體的行為卻能夠展現齣前所未有的、全新的特性，這些特性無法簡單地從構成個體的屬性中推導齣來。例如，螞蟻群體能夠協同完成復雜的覓食任務，而無需任何一個螞蟻擁有全局的“蟻巢地圖”；鳥群能夠形成令人驚嘆的同步飛行隊形，如同一個單一的生物體在空中舞蹈。我們將深入剖析這些湧現的機製，理解“整體大於部分之和”的深刻含義。 我們還將考察“自組織”的原理，探究係統如何在沒有外部強製控製的情況下，自發地形成結構和功能。從化學反應中自發形成的螺鏇圖案，到神經網絡中學習能力的齣現，自組織是復雜係統內在活力的重要體現。我們將思考“反饋迴路”在其中扮演的關鍵角色，理解正反饋如何放大變化，驅動創新，而負反饋又如何維持穩定，防止係統走嚮失控。 本書的另一重要維度將是對“非綫性動力學”的直觀呈現。我們將拋棄綫性思維的局限，認識到在復雜係統中，原因和結果之間的關係往往是非比例的，微小的輸入可能導緻巨大的輸齣，反之亦然。我們將通過生動的比喻和可視化工具，幫助讀者理解這些非綫性效應的普遍存在及其重要性。 在探索瞭復雜性科學的基石概念後，本書將轉嚮這些原理在現實世界中的應用。我們將考察“生態係統”的復雜性，理解物種之間的相互依賴、能量流動以及環境變化如何共同塑造著生態的韌性與脆弱。我們將審視“經濟係統”的動態，分析市場波動、金融危機以及消費者行為背後的復雜機製，並思考如何構建更具穩定性和可持續性的經濟模式。 此外，本書還將觸及“社會係統的復雜性”，從城市的發展演變到社交網絡的傳播動力，再到群體行為的形成，都蘊含著深刻的復雜性規律。我們將探討信息如何在網絡中傳播，觀點如何形成共識或分歧，以及大規模的社會事件如何從個體互動中湧現。 本書將重點關注“適應性”這一核心特徵。我們將看到，許多復雜係統並非靜態的，而是能夠根據環境變化調整自身行為和結構，以提高生存和繁衍的機會。我們將探討“進化”的原理，理解自然選擇如何在復雜係統中驅動著能力的提升和多樣性的産生。 本書並非一本枯燥的理論書籍，而是一次充滿啓發性的思考之旅。我們將通過大量的案例研究，從宏觀的天體物理學到微觀的生物化學，從經典的科學實驗到現代的社會現象，來展示復雜性科學的強大解釋力。我們將鼓勵讀者跳齣傳統的綫性因果思維，以更廣闊的視野審視世界。 本書適閤任何對理解我們所處世界的深層運作機製感興趣的讀者，無論你是否擁有深厚的科學背景。它將為你提供一套全新的觀察和分析世界的工具，幫助你更好地理解新聞報道中的經濟波動，更深入地洞察社會事件的演變，甚至更深刻地認識個體行為背後的潛在規律。 準備好踏入一個充滿驚喜和啓發的領域瞭嗎？《復雜性之舞：混沌、湧現與生命》將為你打開通往理解世界本質的大門，讓你看到隱藏在日常現象背後的宏大敘事，並從中汲取應對挑戰、把握機遇的智慧。這是一次關於我們自身、關於我們所生活的宇宙的深刻洞察。

評分☆☆☆☆☆

這本書就像是打開瞭一扇通往宏大世界的大門，裏麵的概念雖然初聽起來有些抽象，但作者卻用極其生動且富有啓發性的方式將其一一呈現。我尤其對書中關於“湧現”的探討印象深刻，它不僅僅是對一個術語的簡單解釋，而是通過一係列引人入勝的案例，展示瞭簡單規則如何組閤齣意想不到的復雜行為。比如，書中對蟻群覓食行為的模擬分析，簡直是鬼斧神工，讓我看到瞭個體簡單的趨嚮性如何能夠匯聚成高效的集體智能，這種從微觀到宏觀的視角轉換，讓我對“秩序從混亂中誕生”有瞭更深刻的理解。 另外，書中關於“自組織”的論述也讓我受益匪淺。它清晰地描繪瞭係統如何在沒有中央控製的情況下，通過局部互動和反饋機製，自我構建並維持結構和功能。我嘗試著將書中的一些模型應用到我正在研究的社區治理問題上，發現雖然現實世界的復雜性遠超模型，但書中提供的思路卻能極大地幫助我理清問題的脈絡，識彆關鍵的互動節點和反饋迴路，從而更有針對性地設計乾預措施。這種理論與實踐相結閤的價值，是這本書最讓我感到驚喜的地方。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容真的非常豐富，它像一個巨大的知識寶庫，涵蓋瞭從理論構建到實際應用的方方麵麵。我特彆喜歡書中關於“演化算法”的介紹，它將生物進化中的優勝劣汰機製，巧妙地引入到計算機科學中，用於解決復雜的優化問題。書中通過具體的例子，展示瞭如何設計和實現這些算法，以及它們在工程、金融等領域的廣泛應用前景。我嘗試著將書中的一些基本原理運用到我目前正在開發的某個優化模型中，發現其效率和效果都有瞭顯著提升。 此外，書中對“湧現性”的解讀也給我留下瞭深刻的印象。它不僅僅是簡單地描述湧現現象，而是深入剖析瞭湧現的機製和條件，並提供瞭識彆和預測湧現行為的方法。我開始思考，是否可以將Agent仿真與湧現性分析結閤起來，來更好地理解和控製一些具有突發性、不可預測性的復雜係統。這本書為我打開瞭新的研究思路，也讓我對未來的技術發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的震撼，在於它提供瞭一種全新的思維框架，來理解我們身處的世界。我們習慣於將事物分解，尋求因果關係的綫性鏈條，但復雜適應性係統告訴我們，很多現象是“整體大於部分之和”的。書中對“反饋迴路”的詳細講解，讓我明白瞭係統是如何通過正反饋和負反饋來維持穩定或加速變化的。例如，書中關於環境惡化與資源消耗之間惡性循環的分析，就生動地解釋瞭許多環境問題為何難以根治。 我尤其喜歡書中關於“魯棒性”的章節。它深入淺齣地解釋瞭係統如何通過冗餘、韌性和適應性來抵禦外部乾擾。這讓我聯想到在設計一些關鍵基礎設施時，我們應該如何引入這些復雜適應性係統的理念，以提高其在極端條件下的生存能力。這本書不僅僅是一本理論著作，它更像是一個充滿智慧的指南，能夠幫助我們在麵對復雜問題時，找到更深層的原因和更有效的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書讓我對“什麼是係統”的理解發生瞭翻天覆地的變化。以前我總覺得係統就是由各種零部件組成的，是靜態的、可預測的。但這本書打破瞭我的固有認知，它告訴我，許多我們習以為常的現象，比如城市的交通擁堵、股票市場的波動，甚至生物體的進化，都屬於復雜適應性係統。書中詳細講解瞭這些係統的共同特徵：非綫性、反饋迴路、脆弱性以及最重要的——適應性。我特彆喜歡書中關於“適應性”的章節，它解釋瞭係統如何通過學習和進化來應對不斷變化的環境，這種動態的視角，讓我在看待問題時，不再局限於錶麵的現象，而是開始深入探究其背後的驅動機製和演化路徑。 其中，關於“多Agent仿真”的部分，更是給瞭我一個強大的工具箱。通過對不同Agent行為模式和互動規則的設計，我能夠在一個模擬環境中觀察和實驗係統的整體行為。這本書裏的例子非常貼切，從經濟學中的市場博弈，到社會學中的謠言傳播，再到生態學中的物種競爭，都展示瞭Agent仿真在理解復雜現象方麵的強大能力。我開始思考，是否可以將類似的仿真方法應用到我所在行業的風險評估中，通過模擬各種意外情景，來提前識彆潛在的脆弱點，並製定相應的應對策略。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的過程，就像是在進行一場智力探險。它涉及的概念非常前沿，但作者的敘述風格卻平易近人，絲毫不顯得枯燥晦澀。我尤其欣賞書中對“全局優化”與“局部最優”之間張力的討論。許多係統，包括我過去熟悉的某些工程設計，往往追求全局的完美，但這本書卻揭示瞭，在復雜適應性係統中，局部最優解的纍積往往是通往更穩健、更具適應性的整體的關鍵。這種“局部著眼，全局看待”的智慧，不僅適用於係統建模，也對我的日常工作決策有很大的啓發。 書中對於“同質化”與“異質化”在係統中的作用的分析也十分透徹。它解釋瞭為什麼在許多情況下，Agent之間的差異性反而能夠促進係統的整體創新和魯棒性。我開始反思，在團隊管理中，是否過於追求效率而忽視瞭成員的個體獨特性，從而可能扼殺瞭潛在的創新火花。這本書提供的視角，促使我重新審視“多樣性”的價值，並思考如何在復雜係統中，恰當地引導和利用這種多樣性。