复杂适应性系统建模与多Agent仿真及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李臣明 等 著

图书标签:

• 复杂系统
• 适应性系统
• 多Agent系统
• 建模
• 仿真
• 计算社会科学
• 复杂网络
• 人工智能
• 系统动力学
• 应用研究

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030542410

版次：01

商品编码：12173569

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-08-01

页数：176

字数：220000

正文语种：中文

内容简介

　　《复杂适应性系统建模与多Agent仿真及应用》阐述复杂适应性系统建模与多Agent仿真的相关概念、原理和方法，对跨流域调水系统建模与仿真应用进行深入介绍和讨论。《复杂适应性系统建模与多Agent仿真及应用》详细介绍复杂性科学、复杂适应性系统、Agent与多Agent系统、Agent仿真等理论和方法。并以南水北调东线工程调度系统为例，以复杂适应性系统理论为指导，研究跨流域调水系统结构及行为特征，建立跨流域调水系统多Agent仿真系统，设计仿真情境并进行仿真实验。

目录

前言
第1章 绪论 1
1.1 复杂性科学及其发展 1
1.1.1 复杂性科学 1
1.1.2 复杂性科学研究进展 3
1.2 复杂系统主要研究方法 6
1.2.1 传统的研究方法 6
1.2.2 计算机模拟方法 7
1.3 跨流域调水系统复杂性 11
1.3.1 跨流域调水系统特征 11
1.3.2 水资源系统的复杂性 12
1.3.3 南水北调东线工程调度系统复杂性 13
参考文献 16
第2章 复杂适应性系统(CAS)理论及建模方法 21
2.1 复杂适应性系统原理 21
2.1.1 CAS概念 21
2.1.2 CAS特征与机制 21
2.1.3 CAS主要特点 24
2.2 复杂适应性系统建模 25
2.2.1 CAS建模 25
2.2.2 CAS建模问题 26
2.2.3 CAS建模方法 28
2.3 基于多Agent的复杂适应性系统建模方法 30
2.3.1 复杂系统建模与应用软件建模的比较 30
2.3.2 CASSM方法的建模阶段及描述元素 31
2.3.3 CASSM扩展图例 32
2.3.4 建模步骤和流程 34
参考文献 36
第3章 多Agent系统相关理论 40
3.1 Agent与多Agent系统 40
3.1.1 Agent 40
3.1.2 多Agent系统 43
3.2 Agent的特征及结构 44
3.2.1 Agent基本特性 44
3.2.2 Agent的理性与智能 45
3.2.3 Agent自主性的实现 46
3.2.4 BDI模型的形式化描述 47
3.3 Agent慎思结构模型 48
3.3.1 基于谓词逻辑的慎思结构模型 48
3.3.2 基于实用推理的慎思结构模型 50
3.4 多Agent间交互及协调机制 53
3.4.1 多Agent间的交互关系 53
3.4.2 多Agent间的合作与协调 56
3.4.3 多Agent合作与协调机制 57
参考文献 58
第4章 复杂适应性系统Agent仿真方法 62
4.1 仿真Agent及混合结构模型 62
4.1.1 软件Agent和仿真Agent 62
4.1.2 混合结构模型 64
4.1.3 基于知识的控制层结构 65
4.1.4 反应层和交互管理部件 65
4.2 仿真Agent抽象结构模型 68
4.2.1 仿真Agent抽象结构 68
4.2.2 仿真Agent抽象环境与行为结构 69
4.3 仿真Agent慎思结构模型 70
4.3.1 仿真Agent实用推理模型结构 70
4.3.2 仿真Agent的承诺策略 73
4.3.3 仿真Agent意图的修正 76
4.3.4 仿真Agent慎思层功能模块的实验验证 78
4.4 仿真Agent学习器研究与设计 82
4.4.1 机器学习与Agent学习 82
4.4.2 基于多重免疫的改进遗传算法学习层模型 83
4.4.3 学习层MIGA算法的实验及结果评价 88
4.5 仿真系统中的多Agent协调模型 90
4.5.1 多Agent协调模型 90
4.5.2 多Agent协调的交互过程 91
参考文献 92
第5章 基于CAS的跨流域调水系统建模 96
5.1 跨流域调水系统特性分析 96
5.1.1 外部环境与调水管理系统的交互策略 97
5.1.2 用水户的水量需求特性 97
5.1.3 可供水量和缺水量特征 98
5.2 跨流域调水组织管理 101
5.3 跨流域调水系统建模要素识别 102
5.3.1 系统的实体分类及交互关系 102
5.3.2 跨流域调水系统宏观结构 103
5.4 跨流域调水系统概念模型 104
5.4.1 功能层次划分及实体聚集 104
5.4.2 交互关系及跨流域调水概念模型 105
5.5 基于合同网的多Agent间合作模型 106
5.5.1 仿真系统中多Agent间的交互关系 106
5.5.2 基于合同网的多Agent合作模型 107
5.5.3 Consumer-Supplier合同网交互的实现 110
参考文献 111
第6章 跨流域调水多Agent仿真114
6.1 跨流域调水系统仿真目标 114
6.1.1 系统研究边界 114
6.1.2 边界内的自然及社会特征 115
6.1.3 仿真系统的研究目标 116
6.2 仿真模型概化及模型的空间时间结构 118
6.2.1 仿真模型概化原则及假设 118
6.2.2 仿真模型空间概化 119
6.2.3 输水河道概化 119
6.2.4 仿真模型时间调度与运行日历 121
6.3 仿真系统的实体分类及交互关系 122
6.3.1 系统中实体的分类及特征 122
6.3.2 仿真系统中实体间交互关系 124
6.4 用水实体行为 125
6.4.1 农业用水实体 125
6.4.2 居民生活用水实体 128
6.4.3 工业用水实体 130
6.5 管理实体行为 132
6.5.1 调水管理实体 132
6.5.2 供水管理实体 134
6.5.3 政府实体 136
6.6 监测实体行为 137
6.6.1 降水模拟实体 138
6.6.2 河道、湖泊监测实体 139
参考文献 141
第7章 仿真系统设计及仿真实验 143
7.1 基于Agent的仿真平台 143
7.1.1 基于Agent的仿真平台选择 143
7.1.2 Swarm仿真平台 143
7.1.3 基于Swarm的仿真软件结构 144
7.2 Swarm仿真软件的设计与实现方法 145
7.3 仿真系统软件设计 145
7.3.1 仿真系统结构 145
7.3.2 仿真系统设计 146
7.4 仿真软件运行及结果 150
7.4.1 仿真实验背景描述 150
7.4.2 仿真系统指标体系及仿真情境设计 150
7.5 仿真实验与结果分析 152
7.5.1 仿真实验说明 152
7.5.2 实验结果与分析 153
参考文献 162
索引 165

精彩书摘

　　《复杂适应性系统建模与多Agent仿真及应用》：
　　第1章 绪论
　　复杂性科学是以复杂性和复杂系统为研究对象的一门广泛交叉的新兴科学。本章从复杂性、复杂系统和复杂性科学的角度出发，介绍复杂性科学及其发展和复杂系统的主要研究方法。以跨流域调水系统为研究对象，研究调水系统的复杂性，介绍跨流域调水系统的特征、水资源系统的复杂性及南水北调东线工程调度系统的复杂性。
　　1.1 复杂性科学及其发展
　　1.1.1 复杂性科学
　　复杂性科学(science of complexity)是一门新兴的边缘、交叉学科[1；2]。国外有学者称复杂性科学是科学史上继相对论和量子力学之后的又一次革命[3]。国内成思危教授认为它是系统科学发展的一个新阶段[4；5]，戴汝为院士称其为“21世纪的科学”[6]。复杂性科学打破了线性、均衡、简单还原的传统范式，而致力于研究非线性、非均衡和复杂系统带来的种种新问题[1]。
　　复杂性科学研究兴起于20世纪80年代，起源可以追溯到20世纪中期系统科学的出现[7]。20世纪40年代，维纳(Wiener)提出了以信息、反馈和控制为特征的思想，建立了控制论[8]，并在自动控制方面取得了巨大成功；同期，香农(Shannon)建立了信息论[9]；贝塔朗菲(Bertalanffy)提出一般系统论[10]，这些理论成为系统科学的起点，也是系统科学的第一代系统观。但是，第一代系统观在生命科学和社会科学中的运用并不成功，使人们认识到第一代系统观的局限性。20世纪70年代，普利高津(Prigogine)和哈肯(Hanken)提出了耗散结构理论和协同学，从热力学的观点延伸了系统的概念，提出了随机性和确定性对立统一的思想，从新的角度分析了复杂物理现象中的自组织、相变等概念，使人们对系统的认识提高到新层次，成为研究系统问题的第二代系统观。但是普利高津的系统观在社会经济领域应用时，仍然不能很好地描述系统的现象，表现出第二代系统观的局限性。20世纪80年代，霍兰(Holland)、安德森(Anderson)、盖尔曼(Gell-Mann)等创立了复杂科学研究机构圣达菲(SantaFe)研究所，研究内容包括复杂经济系统、社会系统、人工生命等，由此标志着复杂性科学的兴起[11-15]。
　　复杂性科学以复杂性和复杂系统为研究对象。由于复杂性和复杂系统涉及面广，内容和范畴不尽相同，因而，复杂性科学呈现出非线性、不确定性、自组织性和涌现性等特征。
　　复杂性问题由贝塔朗菲于1982年在他撰写的《生物有机体系统》论文中首次提出。随之，怀特梅的《有机体的哲学》论文也发表了类似观点[16]。此后，许多科学家和学者，如冯 诺依曼、维纳、哈肯及钱学森等，对此进行了多方面的研究，并作出了重要贡献。
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《复杂性之舞：混沌、涌现与生命》 简介： 我们生活在一个由无尽的相互作用和动态变化构成的世界。从细胞核中微观的化学反应，到浩瀚宇宙中星系的演化；从人类社会中经济的潮涨潮落，到生态系统中物种的此消彼长，无不体现着一种深刻而普遍的规律——复杂性。这本书正是聚焦于这一核心概念，试图揭示隐藏在看似杂乱无章现象背后的秩序，探寻简单规则如何孕育出令人惊叹的复杂行为，并最终理解我们自身以及周围世界的运作机制。 本书将带领读者踏上一场穿越复杂性科学前沿的探索之旅，摒弃晦涩的数学推导，聚焦于那些能够直观理解的原理和引人入胜的案例。我们将从“混沌”的迷人世界开始，领略为何看似微小的扰动，如蝴蝶扇动翅膀，也能在漫长的时间维度中引发截然不同的结果。我们将深入探讨“吸引子”的概念，理解那些看不见的“引力场”如何引导系统的演化轨迹，使其在海量可能性中找到相对稳定的状态。通过对“分形”几何的描绘，我们将看到自然界中无处不在的自相似性，从海岸线的曲折到雪花的精巧，无不展现着由简单迭代产生的无限细节。 本书的核心在于“涌现”的奇妙现象。我们将看到，当大量简单的个体相互作用时，个体层面并没有预设的整体蓝图，但集体的行为却能够展现出前所未有的、全新的特性，这些特性无法简单地从构成个体的属性中推导出来。例如，蚂蚁群体能够协同完成复杂的觅食任务，而无需任何一个蚂蚁拥有全局的“蚁巢地图”；鸟群能够形成令人惊叹的同步飞行队形，如同一个单一的生物体在空中舞蹈。我们将深入剖析这些涌现的机制，理解“整体大于部分之和”的深刻含义。 我们还将考察“自组织”的原理，探究系统如何在没有外部强制控制的情况下，自发地形成结构和功能。从化学反应中自发形成的螺旋图案，到神经网络中学习能力的出现，自组织是复杂系统内在活力的重要体现。我们将思考“反馈回路”在其中扮演的关键角色，理解正反馈如何放大变化，驱动创新，而负反馈又如何维持稳定，防止系统走向失控。 本书的另一重要维度将是对“非线性动力学”的直观呈现。我们将抛弃线性思维的局限，认识到在复杂系统中，原因和结果之间的关系往往是非比例的，微小的输入可能导致巨大的输出，反之亦然。我们将通过生动的比喻和可视化工具，帮助读者理解这些非线性效应的普遍存在及其重要性。 在探索了复杂性科学的基石概念后，本书将转向这些原理在现实世界中的应用。我们将考察“生态系统”的复杂性，理解物种之间的相互依赖、能量流动以及环境变化如何共同塑造着生态的韧性与脆弱。我们将审视“经济系统”的动态，分析市场波动、金融危机以及消费者行为背后的复杂机制，并思考如何构建更具稳定性和可持续性的经济模式。 此外，本书还将触及“社会系统的复杂性”，从城市的发展演变到社交网络的传播动力，再到群体行为的形成，都蕴含着深刻的复杂性规律。我们将探讨信息如何在网络中传播，观点如何形成共识或分歧，以及大规模的社会事件如何从个体互动中涌现。 本书将重点关注“适应性”这一核心特征。我们将看到，许多复杂系统并非静态的，而是能够根据环境变化调整自身行为和结构，以提高生存和繁衍的机会。我们将探讨“进化”的原理，理解自然选择如何在复杂系统中驱动着能力的提升和多样性的产生。 本书并非一本枯燥的理论书籍，而是一次充满启发性的思考之旅。我们将通过大量的案例研究，从宏观的天体物理学到微观的生物化学，从经典的科学实验到现代的社会现象，来展示复杂性科学的强大解释力。我们将鼓励读者跳出传统的线性因果思维，以更广阔的视野审视世界。 本书适合任何对理解我们所处世界的深层运作机制感兴趣的读者，无论你是否拥有深厚的科学背景。它将为你提供一套全新的观察和分析世界的工具，帮助你更好地理解新闻报道中的经济波动，更深入地洞察社会事件的演变，甚至更深刻地认识个体行为背后的潜在规律。 准备好踏入一个充满惊喜和启发的领域了吗？《复杂性之舞：混沌、涌现与生命》将为你打开通往理解世界本质的大门，让你看到隐藏在日常现象背后的宏大叙事，并从中汲取应对挑战、把握机遇的智慧。这是一次关于我们自身、关于我们所生活的宇宙的深刻洞察。

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这本书的内容真的非常丰富，它像一个巨大的知识宝库，涵盖了从理论构建到实际应用的方方面面。我特别喜欢书中关于“演化算法”的介绍，它将生物进化中的优胜劣汰机制，巧妙地引入到计算机科学中，用于解决复杂的优化问题。书中通过具体的例子，展示了如何设计和实现这些算法，以及它们在工程、金融等领域的广泛应用前景。我尝试着将书中的一些基本原理运用到我目前正在开发的某个优化模型中，发现其效率和效果都有了显著提升。 此外，书中对“涌现性”的解读也给我留下了深刻的印象。它不仅仅是简单地描述涌现现象，而是深入剖析了涌现的机制和条件，并提供了识别和预测涌现行为的方法。我开始思考，是否可以将Agent仿真与涌现性分析结合起来，来更好地理解和控制一些具有突发性、不可预测性的复杂系统。这本书为我打开了新的研究思路，也让我对未来的技术发展充满了期待。

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这本书就像是打开了一扇通往宏大世界的大门，里面的概念虽然初听起来有些抽象，但作者却用极其生动且富有启发性的方式将其一一呈现。我尤其对书中关于“涌现”的探讨印象深刻，它不仅仅是对一个术语的简单解释，而是通过一系列引人入胜的案例，展示了简单规则如何组合出意想不到的复杂行为。比如，书中对蚁群觅食行为的模拟分析，简直是鬼斧神工，让我看到了个体简单的趋向性如何能够汇聚成高效的集体智能，这种从微观到宏观的视角转换，让我对“秩序从混乱中诞生”有了更深刻的理解。 另外，书中关于“自组织”的论述也让我受益匪浅。它清晰地描绘了系统如何在没有中央控制的情况下，通过局部互动和反馈机制，自我构建并维持结构和功能。我尝试着将书中的一些模型应用到我正在研究的社区治理问题上，发现虽然现实世界的复杂性远超模型，但书中提供的思路却能极大地帮助我理清问题的脉络，识别关键的互动节点和反馈回路，从而更有针对性地设计干预措施。这种理论与实践相结合的价值，是这本书最让我感到惊喜的地方。

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这本书给我最大的震撼，在于它提供了一种全新的思维框架，来理解我们身处的世界。我们习惯于将事物分解，寻求因果关系的线性链条，但复杂适应性系统告诉我们，很多现象是“整体大于部分之和”的。书中对“反馈回路”的详细讲解，让我明白了系统是如何通过正反馈和负反馈来维持稳定或加速变化的。例如，书中关于环境恶化与资源消耗之间恶性循环的分析，就生动地解释了许多环境问题为何难以根治。 我尤其喜欢书中关于“鲁棒性”的章节。它深入浅出地解释了系统如何通过冗余、韧性和适应性来抵御外部干扰。这让我联想到在设计一些关键基础设施时，我们应该如何引入这些复杂适应性系统的理念，以提高其在极端条件下的生存能力。这本书不仅仅是一本理论著作，它更像是一个充满智慧的指南，能够帮助我们在面对复杂问题时，找到更深层的原因和更有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程，就像是在进行一场智力探险。它涉及的概念非常前沿，但作者的叙述风格却平易近人，丝毫不显得枯燥晦涩。我尤其欣赏书中对“全局优化”与“局部最优”之间张力的讨论。许多系统，包括我过去熟悉的某些工程设计，往往追求全局的完美，但这本书却揭示了，在复杂适应性系统中，局部最优解的累积往往是通往更稳健、更具适应性的整体的关键。这种“局部着眼，全局看待”的智慧，不仅适用于系统建模，也对我的日常工作决策有很大的启发。 书中对于“同质化”与“异质化”在系统中的作用的分析也十分透彻。它解释了为什么在许多情况下，Agent之间的差异性反而能够促进系统的整体创新和鲁棒性。我开始反思，在团队管理中，是否过于追求效率而忽视了成员的个体独特性，从而可能扼杀了潜在的创新火花。这本书提供的视角，促使我重新审视“多样性”的价值，并思考如何在复杂系统中，恰当地引导和利用这种多样性。