41第四章多主体系统仿真的软件工具
多主体仿真工具(张发)
5. 专用仿真工具
专门针对某类复杂系统编制相应的软件 包/类库/工具等， 这些工具只针对这些特定类型的复杂系 统，通过输入参数、自定义规则等驱动 程序运行，为研究这些特定系统提供了 方便。
二、目前的仿真工具
种类繁多、特点各异 目前公开的与复杂系统仿真相关的工具 有上百种，并且呈继续增加趋势。
复杂系统仿真工具简介
回绕影响主体移动时是否穿越边界
（3）仿真推进
仿真推进是通过不断重复执行某个例程实现的 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。 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。
to setup-patches ;;命令所有patches执行指令set pcolor green ;;该指令将patch颜色设置为绿色 ask patches[set pcolor green] end to setup-turtles create-turtles 100 ask turtles[setxy random-xcor random-ycor] end
一个patch上也可以同时有多个turtles。 实际上对turtle而言，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(wrap) ，形成四种结构
环面（torus），默认结构 盒子（box） 垂直柱面（vertical cylinder） 水平柱面（horizontal cylinder）
各大仿真软件介绍（包括算法,原理）
各大仿真软件介绍（包括算法,原理）各大仿真软件介绍(包括算法,原理).txt本文由092011235贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。
建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
各大仿真软件介绍（包括算法，原理）各大仿真软件介绍（包括算法，原理）声明:以下全来自于网络随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加，对于高频电磁场的仿真，由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。
另外，传统模式等效电路分析方法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。
例如，在分析微带线时，许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。
为此，通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的非连续模式S 参数。
这些EDA 仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。
通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。
显示算法（例如 FDTD、 FIT 方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。
本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波 EDA 仿真软件进行论述。
2．基于矩量法仿真的微波EDA 仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括ADS （Advanced Design System）、Sonnet 电磁仿真软件、IE3D 和Microwave office。
2.1 ADS 仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在 HP EESOF 系列 EDA 软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成 MMIC。
复杂系统仿真软件
软件名称用途
IBM SPSS Modeler 数据挖掘工具（原来的clementine）。
信息管理专业开数据挖掘课，以及市场营销的客户关系管理等都可以使用这个软件。
AMOS结构方程软件。
ArcGIS 具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。
AnyLogic AnyLogic，是一款应用广泛的，对离散，连续和混合系统建模和仿真的工具。
它的应用领域包括：控制系统，交通，动态系统，制造业，供给线，后勤部门，电信，网络，计算机系统，机械，化工，污水处理，军事，教育等等。
AnyLogic是一款独创的仿真软件，它以最新的复杂系统设计方法论为基础，是第一个将UML语言引入模型仿真领域的工具，也是唯一支持混合状态机这种能有效描述离散和连续行为的语言的商业化软件。
参考网址价格/products/dec/modeler/index.htm61000、108000 /products/stat/amos/index.htm21000 /softwareproduct/ArcGIS/
/anylogic/why_anylogic/
备注
61000 （10用户，教师包）108000（教学包，最多20用
户同时使用）
21000（10用户）。
PROTEUS仿真软件及其应用
Proteus 是一个基于 ProSPICE混合模型仿真 器，完整的嵌入式系统 软、硬件设计仿真平台。 ISIS——智能原理图输 入系统，系统设计与仿 真的基本平台。 ARES ——高级PCB布线 编辑软件。
PROTEUS原理图示例：PWM电机控制
CPU可加载程序运行
动态器件使仿真直观生动
混合显示仿真图表
20. Transducers 传感器共有2个分类，如下表所示。
21. Transistors 晶体管共有8个分类，如下表所示。
设计输出
PROTEUS
ARES应用——预览功能
Proteus7支持PCB板的三维预览，便于观察器件布局和 展示设计结果，用户还可以自建3ds格式的3D显示模型。
元件三维预览 PCB三维预览
PCB板
附录：元件库各子类简介
1. Analog ICs 模拟集成器件共有8个子类，如下表所示。
2. Capacitors 电容共有23个分类，如下表所示。
④
根据需要，使用旋转及镜像按钮确定元器件的方位 。
3. 放置ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器件
部分显示单元
附中第14类光电器件找到
4. 连线
5. 仿真
①
纯硬件电路可以直接通过单击仿真按钮
开始仿
真。
②
带CPU系统需要下载程序后才能运行。 将事先准备好的仿真程序调试文件或目标文件下载到
CPU芯片中。
实例：纯硬件电路动态仿真
2. 打开和保存设计文件
选择【File】→【Open Design】菜单项; 在“查找范围”下拉列表框中选择目标查找路径，单击 列表框中对应的设计选项，然后单击“打开”按钮，即 可打开相应的设计文件;
仿真模型设计与分析的软件工具指南
仿真模型设计与分析的软件工具指南为了提高产品质量和效率，仿真模型设计与分析成为了现代工程领域的重要手段。
通过使用专业的仿真软件工具，工程师可以模拟和分析各种系统，以评估性能、优化设计和预测结果。
本文将介绍几种常用的仿真模型设计与分析软件工具，包括ANSYS、MATLAB、SolidWorks以及Simulink。
1. ANSYSANSYS是一种广泛应用于多个工程领域的有限元分析软件。
它具有强大的建模和分析能力，可用于结构分析、流体力学分析、热分析等。
ANSYS提供了丰富的功能模块，使得用户可以根据实际需求进行模型设计与分析。
使用ANSYS，工程师可以快速创建复杂的几何模型并进行各种物理场仿真，从而优化产品设计和验证设计方案的可行性。
2. MATLABMATLAB是一种高级数值计算和可视化环境，广泛使用于科学和工程计算领域。
MATLAB提供了丰富的函数和工具箱，用于建立数学模型、进行数据分析和可视化。
对于仿真模型设计与分析，MATLAB可以通过建立数学模型来评估和优化系统性能。
此外，MATLAB还具有强大的仿真和试验数据处理功能，使得用户可以在一个平台上完成整个仿真流程。
3. SolidWorks作为一款流行的三维计算机辅助设计（CAD）软件，SolidWorks不仅可以用于设计实体模型，还可以进行仿真模型设计与分析。
SolidWorks提供了专门的仿真模块，可用于虚拟测试产品的性能和可靠性。
工程师可以使用SolidWorks进行结构强度分析、动力学仿真、多物理场仿真等，以验证和优化设计方案。
4. SimulinkSimulink是MATLAB的一个功能强大的扩展工具箱，专门用于建立、仿真和分析动态系统的模型。
Simulink提供了集成的图形化界面，使得用户可以方便地设计和分析控制系统、信号处理系统和通信系统等。
利用Simulink可以实现从系统建模到仿真实验的全过程，帮助工程师更好地理解系统行为和优化系统性能。
计算机仿真和模拟的方法和工具
计算机仿真和模拟的方法和工具计算机仿真和模拟是指利用计算机软件和硬件来模拟和重现现实世界的某种情境或系统的过程。
它是一种强有力的工具，广泛应用于各个领域，如工程、科学、医药、经济等。
本文将介绍计算机仿真和模拟的方法和工具。
一、数学建模数学建模是计算机仿真和模拟的基础，通过对现实问题进行抽象和理论化，将其转化为数学方程和模型。
数学建模能够对现实问题进行描述和分析，并为计算机仿真提供了数学基础。
1. 线性模型线性模型是一种简单而常用的数学模型，它基于线性关系进行建模。
线性模型可以用于描述各种线性系统，如电路系统、运输系统等。
在计算机仿真中，线性模型可以通过编写线性方程组来实现。
2. 非线性模型非线性模型是指不能用一个简单的线性关系来表示的模型。
非线性模型在实际问题中更为常见，如生态系统、气候系统等。
计算机仿真中，非线性模型需要使用数值计算方法（如迭代法）来求解。
3. 统计模型统计模型是通过对数据的统计分析建立的模型，用于预测和分析未知的现象。
统计模型常用于金融市场预测、医学研究等领域。
计算机仿真中，可以通过随机数生成和概率分布函数模拟统计模型。
二、仿真软件计算机仿真和模拟需要借助各种专业的仿真软件来实现。
下面介绍几种常用的仿真软件。
1. MatlabMatlab是一种数学计算和仿真软件，被广泛用于科学计算和工程仿真。
它具有强大的数学建模能力和丰富的函数库，可以用于线性和非线性模型的建模与仿真。
2. SimulinkSimulink是Matlab的一个附加模块，用于建立和仿真动态系统模型。
Simulink使用图形化界面来进行建模和仿真，使得模型的构建更加直观和方便。
3. ANSYSANSYS是一种通用的有限元分析软件，可以用于工程结构和流体等领域的仿真。
它提供了强大的建模和分析功能，可以模拟各种复杂的物理现象。
4. COMSOL MultiphysicsCOMSOL Multiphysics是一种多物理场有限元分析软件，广泛应用于科学和工程领域。
多主体模拟技术简介
多主体模拟技术简介多主体模拟（multi-agent simulation）是一种新兴的建模仿真技术，得到了各方面的关注，本章首先概述它的理论背景，而后简单介绍一种大型多主体微观模拟经济系统——Aspen，最后介绍在各种领域均取得了很好应用效果的通用多主体模拟软件平台——Swarm软件。
第一节多主体模拟的理论背景多主体模拟产生的理论背景是复杂适应系统理论的兴起和发展，它也是考察复杂适应系统的最主要手段。
一、复杂适应系统理论的由来复杂适应系统（Complex Adaptive System，简称CAS）产生于人们对复杂性的研究，而说到复杂系统的研究，就不能不提到圣达菲研究所（Santa Fe Institute）。
圣达菲研究所的创始人考恩（George Cowan）于1984年联合一大批各方面的专家对复杂性问题进行了讨论，包括诺贝尔经济学奖得主阿罗，诺贝尔物理学奖得主盖尔曼和安德森等等。
在此次会议上，各领域的专家找到共同的研究兴趣，也就是复杂系统。
在不同学科领域内均存在大量复杂系统，它们之间存在相当程度的相似性，然而以往还原论的科学研究思维难以对它们加以整体把握。
科学研究中存在的条块分割、缺少交流现象也使得人们难以综合各方面知识。
为此与会者一致同意设立圣达菲研究所，作为对复杂性的一个研究中心。
其特色是使各种差异极大的学科能开展共同研究，创建了一个包容性极强，不受传统的资金分配、成果认定体制约束的研究场所。
为此圣菲研究所吸引了全世界大量优秀的人才进入，从事短期的交流合作，成为新思想、新概念的发源点，而圣达菲研究所也在前不久被评为全美最优秀的5个研究所之一。
得益于这种研究环境，霍兰（J. Holland）于1994年圣达菲研究所成立10周年时的讨论会上首次提出了复杂适应系统的概念，他也是遗传算法（genetic algorithm）的创建者。
二、复杂适应系统的基本思想复杂适应系统的概念是从自然界和人类社会中各种复杂系统的观察而产生的一种概念，它的产生也得益于对以往科学研究实践中所遇到问题的反思。
建筑工程仿真软件
建筑工程仿真软件
在建筑工程领域中，仿真软件具有重要的作用。
仿真软件可以模拟建筑结构的设计与施工过程，以便有效地评估和优化建筑方案。
以下是几款常见的建筑工程仿真软件：
1. AutoCAD：AutoCAD是一款广泛应用于建筑行业的绘图软件。
它可以用于绘制建筑平面图、立面图以及剖面图，帮助建筑师和设计师更好地呈现和交流设计方案。
2. Revit：Revit是一款三维建模软件，广泛应用于建筑信息模型（BIM）设计。
它可以实现建筑设计、结构分析和施工图纸的一体化，提高建筑项目的协调性和效率。
3. ETABS：ETABS是一款用于结构分析和设计的软件，可用于分析建筑结构的静力和动力特性。
它可以进行各种静态和动态分析，包括地震响应谱分析，帮助工程师优化结构设计。
4. SAP2000：SAP2000是一款广泛应用于结构设计和分析的软件。
它具有强大的分析功能，可以进行线性和非线性分析，并提供详细的结果和报告，帮助工程师评估建筑结构的安全性和性能。
5. ANSYS：ANSYS是一款通用的有限元分析软件，可用于建筑结构的力学分析。
它可以模拟各种物理现象，包括传热、流体力学和结构动力学等，帮助工程师更全面地了解建筑结构的性能。
这些建筑工程仿真软件能够有效提高建筑项目的设计质量和施工效率，是建筑师和工程师们不可或缺的工具。
通过使用这些软件，可以更好地模拟和分析建筑结构，在提高建筑物性能的同时，节约成本并减少风险。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《复杂系统建模与仿真》
Simtool
Simtool库中包括支持探测器（probe ）的类，可以在模型的运行过程中观察 或修改变量（可增加agent）。
Simtools 还提供数据分析和显示支持的 工具，能够产生统计数据汇总以及画时 序图等等功能。
《复杂系统建模与仿真》
The
Swarm 对标准面 向对象编程的一个 发展是探测器技术
《复杂系统建模与仿真》
SWARM建模思想（续）
Swarm支持分级建模方法，在嵌套 结构中，个体可由其它个体的 swarms所组成。
Swarm提供了面向对象的可重用组 件库，用来建模并进行分析，显示 以及对实验进行控制。
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介 SWARM介绍
· SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库 建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介
SWARM介绍 · SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库
建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
SWARM简介
Swarm 是一个用于复杂适应系统（ CAS）模拟的多主体软件平台。
Swarm用来支持建模者对复杂适应 系统的研究使用多主体模拟（MultiAgent Simulation） 的方法开展研 究工作。
ActionGroup
– Actiongroup相当于一系列动作的计划，它由对主体 建立的一系列动作所构成。
– ActionGroups把在同一时间各个主体的不同行为集 合在一起。
Schedule
– 时间表是模型运行的时序列表，用户可以将周期性 执行的动作按顺序放入这个数据结构中，并指明运 行间隔和触发条件，就可以按照这个约定运行而不 需人为的干预。
这个模拟工具集就叫做Swarm。1995 年 SFI 发布了Swarm的beta 版。
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介
SWARM介绍 · SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库
建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
SWARM发展历史
《复杂系统建模与仿真》
主要内容
CAS理论简介 SWARM介绍
· SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库 建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介
SWARM介绍 · SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库
Map
Set
《复杂系统建模与仿真》
List
list是根据建立成员的先后顺序建立的一个线性列表
KeyedCollection
– Map
• 建立从key objects到 member objects的联系。 • Map 定义了从key values 到member values的映射。
– Set
Swarm的递归结构
Probes
Schedule
The Model Swarm
The Interface
Agent Sub-Swarm
Sub-sub-Swarm
《复杂系统建模与仿真》
ModelSwarm
ModelSwarm 是swarm的子类。 ModelSwarm 中的每一个对象对应模型
swarm。
Swarmobject是所有模拟主体的根类，
它定义了内存管理的接口，并提供对探 测器（probe）的支持。 Swarm是模型的总控，ModelSwarm 和 ObserverSwarm 都是从这一基类继承 的。
《复杂系统建模与仿真》
Major Activity classes
／Repast/Ascape/Netlogo，掌握该 工具建立多主体建模的 一般工作原 理和步骤，能够编写Swarm经济社 会 模型
《复杂系统建模与仿真》
大纲
第一节 综述 第二节. Swarm 第三节 Repast 第四节 Ascape
《复杂系统建模与仿真》
Swarm ：基于CAS理论的 模拟平台
· SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库 建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
SWARM类库的简介
SWARM有七个核心库: defobj，collection ，random ，tkobjc ， activity， swarmobject和simtools 。
世界中的一个主体。 ModelSwarm包括模型中行为的时间表
。 ModelSwarm 还包括一系列输入和输出
。输入的是模型参数，如对象的个数、 初始值等；输出的是要观测的变量的值 及模型的运行结果。
《复杂系统建模与仿真》
ObserverSwarm
ObserverSwarm 同样是swarm的一个子类。 ObserverSwarm 是一个特殊的对象，它可以
Integration of Swarm activities
GUI
Model
Swarm kernel
Operating System CPU
பைடு நூலகம்
Sub-Swarm ModelSwarm ObserverSwarm Swarm kernel
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介 SWARM介绍
Swarm最初只能在Unix操作系统和 X Windows界面下运行。
1998年四月，伴随着1.1版的发布，Swarm推 出了可以在Windows 95/98/NT上运行的版本 。
1999年，Swarm又提供了对Java的支持，（ 在此之前只能使用Objective-C）从而使Swarm 越来越有利于非计算机专业的人士使用。
复杂适应系统理论强调主体行为是系统进化的根本 动因，其核心思想是适应性造就复杂性，这一理论 对于生态、物理、经济、社会等领域的研究具有很 强的指导意义。
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介
SWARM介绍 · SWARM的诞生 · 发展历史 · 简介 · 建模思想 · 结构 · 类库
建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
Swarm 的结构
一个Swarm模型包括
– 模型Swarm （ModelSwarm）
– 观察者Swarm （ObserverSwarm）
分层的“Swarm”可 以将模型的数据收集 和实现进行分离.
Swarm model swarm observerswarm
《复杂系统建模与仿真》
前四个是支持库，有可能在Swarm 之外 用到；后三个是Swarm 专有的类库。
目前，Swarm还为建模提供三个领域相 关的库：space、ga和neuro。
可以将自行编写的库文件加入到其中。
《复杂系统建模与仿真》
Swarmobject
Swarmobject 库包括swarmobject 和
《复杂系统建模与仿真》
SWARM的诞生
在科学研究，特别是复杂系统的研究中 ，人们常常要借助计算机来完成他们的 工作。
为了使计算机建模成熟起来，我们需要 一个工艺精良的，标准的软件工具集。
《复杂系统建模与仿真》
SWARM的诞生（续）
从1994 年开始，圣菲研究所（SFI）开 展了一个研究项目，以开发一个工具集 来研究复杂适应系统，从而将建模者们 从编写程序的繁琐劳动中解放出来，可 以将精力集中于他们所研究的专业领域 。
建模流程标准化 模型实例
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介
所谓复杂适应系统，是指系统与外部环境交互作用 的过程中，通过自适应改变系统本身的组织结构和 行为特点，从而不断向前发展和演化。
将组成系统的元素视为具有适应性的主体，简称主 体，所谓具有适应性，是指它能够与环境以及其他 主体进行交互作用，在这种交流的过程中不断“学 习”或“积累经验”，并根据学到的经验改变自身 结构和行为方式。
Set 中的每一个主体的 key value 是由主体自身确定的，它是和 主体一一对应的。
Array
Array 是collecton成员的集合。 通过这个固定的数据结构，根据每一个成员偏移量 ，能够很快计算出它的位置。
《复杂系统建模与仿真》
Ramdom
Ramdom库提了 一套随机数生成器 。
Swarm 的随机数 库支持正态分布、 均匀分布、指数分 布等多种随机分布 。
Ramdom被分为 Distributions和 Generators
random
Generators
...
Distributions
...
《复杂系统建模与仿真》
随机数列的产生
从某种分布中获取随 机数序列，需要
《复杂系统建模与仿真》
SWARM简介(续)
用户可以使用Swarm 提供的类库构建 模拟系统，使系统中的主体和元素通过 离散事件进行交互。
SWARM可以用于各个广泛的研究领域, 比如说生物学，经济学，物理学，化学 和生态学等。
《复杂系统建模与仿真》
CAS理论简介 SWARM介绍
《复杂系统建模与仿真》
第四章 多主体系统仿真的软件 工具
建议10课时，第1，2节4课时, 3\4 节2课时（部分内容可略过）
中国人民大学经济科学实验室 张树人 t.qq/DrZhangshuren
《复杂系统建模与仿真》
本章要求
学完本章后要求掌握以下知识点 理解工具在多主体建模中的作用 至少掌握下面工具的一种：Swarm