從微觀細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)到宏觀生態(tài)系統(tǒng),從社會經(jīng)濟(jì)運(yùn)行到全球氣候變化,各類復(fù)雜系統(tǒng)均由異質(zhì)性個(gè)體構(gòu)成,其非線性相互作用催生復(fù)雜系統(tǒng)行為,傳統(tǒng)還原論難以破解整體規(guī)律,而ABM提供了自下而上的研究視角。本書圍繞復(fù)雜系統(tǒng)研究,系統(tǒng)介紹建模方法及實(shí)踐路徑。開篇闡釋建模核心概念,指出模型是對真實(shí)系統(tǒng)的有目的的簡化,旨在解決問題、解釋規(guī)律與預(yù)測行為,其構(gòu)建需依據(jù)研究問題取舍系統(tǒng)要素,通過方程或程序?qū)崿F(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)。核心內(nèi)容聚焦基于主體建模(ABM)與基于個(gè)體建模(IBM)。ABM將系統(tǒng)組件抽象為具有自主性、適應(yīng)性和交互性的“主體”,通過模擬主體交互揭示宏觀模式涌現(xiàn)機(jī)制;IBM則從個(gè)體層面出發(fā),關(guān)注個(gè)體行為及相互作用對系統(tǒng)整體的影響。建模實(shí)踐部分,引導(dǎo)讀者完成從提出研究問題、收集假設(shè)、選擇參數(shù),到運(yùn)用NetLogo軟件實(shí)現(xiàn)模型的全流程,結(jié)合實(shí)例與代碼講解操作技巧,并介紹“模式導(dǎo)向建!辈呗砸越鉀Q模型設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)問題。
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1.國家自然科學(xué)基金,黑河流域生態(tài)水文響應(yīng)單元參數(shù)化方案研究,41571031
目錄
譯者前言
前言
致謝
第Ⅰ部分 基于主體的建模和NetLogo基礎(chǔ)
1 模型?基于主體的模型及建模周期 3
1.1 引言?動(dòng)機(jī)與目標(biāo) 3
1.2 模型 4
1.3 建模周期 7
1.4 基于主體的建模 9
1.5 小結(jié)與結(jié)論 11
1.6 練習(xí) 11
2 NetLogo入門 13
2.1 引言與目標(biāo) 13
2.2 NetLogo快覽 14
2.3 示例程序:蘑菇搜尋模型 16
2.4 小結(jié)與結(jié)論 25
2.5 練習(xí) 28
3 ABM 的描述與闡述:ODD協(xié)議 31
3.1 引言與目標(biāo) 31
3.2 ODD概述 32
3.3 ODD協(xié)議 32
3.4 案例:蝴蝶的虛擬廊道 39
3.5 小結(jié)與結(jié)論 41
3.6 練習(xí) 42
4 實(shí)現(xiàn)第一個(gè)基于主體的模型 43
4.1 引言與目標(biāo) 43
4.2 ODD與NetLogo 43
4.3 蝴蝶登頂模型:從ODD到NetLogo 44
4.4 注釋與完整程序 50
4.5 小結(jié)與結(jié)論 52
4.6 練習(xí) 53
5 從動(dòng)畫到科學(xué) 55
5.1 引言與目標(biāo) 55
5.2 廊道觀測 56
5.3 分析模型 60
5.4 時(shí)序結(jié)果:添加圖表與文件輸出 61
5.5 真實(shí)場景 62
5.6 小結(jié)與結(jié)論 65
5.7 練習(xí) 65
6 測試程序 67
6.1 引言與目標(biāo) 67
6.2 常見錯(cuò)誤類型 68
6.3 NetLogo程序調(diào)試和測試技術(shù) 71
6.4 測試文檔 80
6.5 案例與練習(xí):文化傳播模型 81
6.6 小結(jié)與結(jié)論 83
6.7 練習(xí) 84
第Ⅱ部分 設(shè)計(jì)ABMs模型的概念框架
7 第Ⅱ部分的引言 87
7.1 第Ⅱ部分的目標(biāo) 87
7.2 第Ⅱ部分的概述 88
8 涌現(xiàn) 90
8.1 引言與目標(biāo) 90
8.2 簡單涌現(xiàn)動(dòng)態(tài)的模型 91
8.3 仿真實(shí)驗(yàn)和行為空間 92
8.4 復(fù)雜涌現(xiàn)動(dòng)態(tài)的模型 97
8.5 小結(jié)與結(jié)論 101
8.6 練習(xí) 102
9 觀察 104
9.1 引言與目標(biāo) 104
9.2 通過NetLogo視圖觀察模型 105
9.3 其他界面顯示 107
9.4 文件輸出 109
9.5 作為輸出編寫器的行為空間 112
9.6 輸入的原語和菜單命令 113
9.7 小結(jié)與結(jié)論 113
9.8 練習(xí) 114
10 感知 116
10.1 引言與目標(biāo) 116
10.2 變量作用域 117
10.3 使用其他對象的變量 120
10.4 感知的應(yīng)用:商業(yè)投資者模型 121
10.5 小結(jié)與結(jié)論 129
10.6 練習(xí) 129
11 適應(yīng)性行為和目標(biāo) 131
11.1 引言與目標(biāo) 131
11.2 NetLogo中的識別和優(yōu)化備選對象 132
11.3 商業(yè)投資者模型中的適應(yīng)性行為 135
11.4 非優(yōu)化適應(yīng)性行為:一個(gè)滿意度示例 137
11.5 目標(biāo)函數(shù) 139
11.6 小結(jié)與結(jié)論 140
11.7 練習(xí) 140
12 預(yù)測 142
12.1 引言與目標(biāo) 142
12.2 預(yù)測的示例效果:商業(yè)投資者模型的投資期限 143
12.3 實(shí)現(xiàn)和分析子模型 145
12.4 分析投資者效用函數(shù) 147
12.5 顯式預(yù)測建模 149
12.6 小結(jié)與結(jié)論 150
12.7 練習(xí) 151
13 相互作用 152
13.1 引言與目標(biāo) 152
13.2 相互作用的NetLogo編程 153
13.3 電話營銷模型 154
13.4 模型的深化:全局相互作用 158
13.5 直接相互作用:電話營銷模型中的合并 158
13.6 客戶的反擊:記住誰打過電話 161
13.7 小結(jié)與結(jié)論 163
13.8 練習(xí) 164
14 調(diào)度 166
14.1 引言與目標(biāo) 166
14.2 NetLogo中的時(shí)間建模 166
14.3 小結(jié)與結(jié)論 175
14.4 練習(xí) 175
15 隨機(jī)性 177
15.1 引言與目標(biāo) 177
15.2 ABM中的隨機(jī)性 178
15.3 NetLogo中的偽隨機(jī)數(shù)的生成 179
15.4 隨機(jī)過程示例:行為的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?185
15.5 小結(jié)與結(jié)論 187
15.6 練習(xí) 188
16 集群 190
16.1 引言與目標(biāo) 190
16.2 什么是集群? 190
16.3 NetLogo中的集群建模 191
16.4 示例:野狗集群模型 192
16.5 小結(jié)與結(jié)論 203
16.6 練習(xí) 204
第Ⅲ部分 面向模式的建模
17 第Ⅲ部分的引言 207
17.1 邁向結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)模型 207
17.2 單模式和多模式? 強(qiáng)模式和弱模式 208
17.3 第Ⅲ部分概述 211
18 模型結(jié)構(gòu)的模式 212
18.1 引言與目標(biāo) 212
18.2 POM 中設(shè)計(jì)模型結(jié)構(gòu)的步驟 213
18.3 示例:歐洲山毛櫸林建模 213
18.4 示例:管理核算與共謀 218
18.5 小結(jié)與結(jié)論 219
18.6 練習(xí) 219
19 理論發(fā)展 221
19.1 引言與目標(biāo) 221
19.2 虛擬實(shí)驗(yàn)室中的理論發(fā)展和強(qiáng)推理 222
19.3 ABM 理論發(fā)展的示例 224
19.4 練習(xí)示例:留下還是離開? 227
19.5 小結(jié)與結(jié)論 231
19.6 練習(xí) 232
20 參數(shù)化和校準(zhǔn) 233
20.1 引言與目標(biāo) 233
20.2 ABM 的參數(shù)化是不同的 234
20.3 子模型參數(shù)化 235
20.4 校準(zhǔn)概念和策略 235
20.5 示例:林戴勝模型的校準(zhǔn) 241
20.6 小結(jié)與結(jié)論 245
20.7 練習(xí) 246
第Ⅳ部分 模型分析
21 第Ⅳ部分的引言 251
21.1 第Ⅳ部分的目標(biāo) 251
21.2 第Ⅳ部分的概述 252
22 分析和理解ABM 254
22.1 引言與目標(biāo) 254
22.2 示例分析:隔離模型 255
22.3 用于理解ABM 的其他啟發(fā)式方法 260
22.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)對理解的作用 263
22.5 小結(jié)與結(jié)論 264
22.6 練習(xí) 265
23 敏感性?不確定性和穩(wěn)健性分析 266
23.1 引言與目標(biāo) 266
23.2 敏感性分析 267
23.3 不確定性分析 273
23.4 穩(wěn)健性分析 277
23.5 小結(jié)與結(jié)論 279
23.6 練習(xí) 280
24 展望 282
24.1 引言與目標(biāo) 282
24.2 保持動(dòng)力:重新實(shí)現(xiàn) 282
24.3 從零開始您的第一個(gè)模型 283
24.4 主體行為建模 284
24.5 ABM 小工具 285
24.6 作為大型模型平臺的NetLogo 286
24.7 展望 287
參考文獻(xiàn) 289