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本書從大量跨學科、跨領域的實際案例入手,循序漸進地講解了NetLogo的使用方式、基本語法、設計思想,以及背後的電腦類比、多主體建模、複雜性科學的基本理念和數理建模的常用方法,包括數值計算、微分方程、動力系統、概率統計等。通過學習,讀者可以學會搭建一個人工生命的世界、一個人工經濟系統,以及一個人工生態系統;通過電腦類比,讀者可以理解大自然的捕食依存關係、病毒傳播和疫情暴發的原理,還能對人類社會財富分佈不均衡的起源有新的認識。
序一 iii 序二 iv 序三 vii 前言 ix 作者簡介 xi 第1章 複雜系統與多主體類比 2 1.1 如何探索複雜系統 2 1.2 多主體模擬 3 1.3 為什麼要學習NetLogo 5 1.4 生命遊戲 6 1.5 鳥群模型 9 1.6 財富分佈模型 11 1.7 小結 14 第2章 小球宇宙:認識NetLogo 15 2.1 什麼是小球宇宙 15 2.2 搭建宇宙框架 17 2.2.1 創建小球 18 2.2.2 讓小球動起來 21 2.2.3 修改宇宙屬性 24 2.3 類比程式的流程圖 25 2.4 NetLogo的特點 26 2.5 學習資源 27 2.6 小結 29 第3章 通過“生命遊戲”認識patch 30 3.1 什麼是生命遊戲 30 3.2 認識patch 32 3.3 創建模擬世界 32 3.3.1 random-float命令 33 3.3.2 初始化模擬世界 33 3.3.3 用patches-own自訂添加patch屬性 34 3.4 讓生命遊戲運轉起來 35 3.5 NetLogo 語法的注意事項 39 3.6 小結 41 第4章 朗頓的螞蟻 42 4.1 什麼是朗頓的螞蟻 42 4.2 創建螞蟻 44 4.2.1 turtle的方法與屬性 45 4.2.2 random命令 45 4.3 讓螞蟻動起來 46 4.3.1 turtle和patch之間的交互 47 4.3.2 使用tick計時 48 4.4 小結 50 第5章 從羊-草生態系統深入turtle與plot畫圖 51 5.1 羊-草生態系統的規則 51 5.2 初始化羊-草生態系統 53 5.3 添加to go程式 55 5.3.1 add_food 55 5.3.2 turtle_move 56 5.3.3 turtle_breed 57 5.3.4 turtle_die 57 5.4 追蹤某一個具體的turtle或者patch的行為 58 5.5 變數的主體 61 5.6 添加繪圖框 61 5.7 小結 63 第6章 人工經濟模型與turtle間的互動 66 6.1 貨幣轉移模型 66 6.2 NetLogo添加全域變數 69 6.3 初始化模擬世界 70 6.4 主體之間如何交互 70 6.4.1 transaction子模組 72 6.4.2 變數作用域 73 6.5 使用命令中心 74 6.6 繪製財富分佈長條圖 76 6.7 小結 78 第7章 檔匯出與複雜曲線繪製 79 7.1 人工經濟模型回顧及遺留問題 79 7.2 NetLogo匯出文件 80 7.3 洛倫茲曲線 85 7.4 用 NetLogo實現洛倫茲曲線 89 7.4.1 繪圖語句 90 7.4.2 表示財富分佈 不均衡的折線的繪製 91 7.4.3 洛倫茲曲線的繪製 92 7.5 小結 94 第8章 使用行為空間做實驗 95 8.1 新人工經濟模型的基本規則 95 8.2 程式修改 97 8.3 兩種規則下的財富分佈對比 99 8.4 基尼係數的定義及程式實現 100 8.4.1 什麼是基尼係數 100 8.4.2 基尼係數的計算方法 101 8.4.3 基尼係數的程式實現 101 8.5 參數變化對財富分佈不均衡性的影響 105 8.6 使用行為空間做重複實驗 106 8.7 小結 110 第9章 透過人工鳥群模型Boids學習list的使用 111 9.1 人工鳥群模型Boids 112 9.2 向量以及向量運算的基本知識 113 9.2.1 向量的加法 114 9.2.2 向量的減法 114 9.2.3 向量的數乘 115 9.3 Boids模型需要的向量運算 116 9.3.1 靠近力 118 9.3.2 對齊力 119 9.3.3 斥力 119 9.3.4 合力 120 9.4 讓Boids動起來 121 9.5 NetLogo的列表——list 122 9.6 Boids模型程式實現 124 9.7 小結 128 第10章 用link建模網路動力學 129 10.1 病毒傳播SIR模型 129 10.2 構建網路拓撲結構 131 10.3 NetLogo中的link物件 131 10.4 SIR模型搭建 132 10.5 SIR模型代碼實現 133 10.5.1 給turtle設置state屬性 134 10.5.2 to setup代碼塊 135 10.5.3 setup-network函數 135 10.5.4 to go代碼塊 138 10.6 參數變化對模擬結果的影響 139 10.7 SIR模型的弊端與無標度網路 141 10.8 改進網路模型 142 10.9 修改程式實現改進的網路模型 142 10.10 小結 144 第11章 重訪羊-草模型與系統動力學建模 145 11.1 多主體建模的弊端 145 11.2 羊-草的系統動力學模型 145 11.2.1 代數求解羊-草的系統動力學模型 146 11.2.2 用電腦求解羊-草的系統動力學模型 147 11.3 系統動力學建模工具求解微分方程 148 11.4 讓羊-草模型運行起來 151 11.5 重新構建羊-草生態系統 152 11.5.1 用流-存的方法建模 153 11.5.2 羊-草生態系統模型的動力學方程 153 11.6 羊-草生態系統模型的系統動力學搭建 154 11.7 調試羊-草生態系統模型 157 11.7.1 如何設定各個參數的數值 158 11.7.2 設置dt取值 158 11.8 一般的微分動力系統 160 11.9 小結 160 結束語 162 後記 165
集智俱樂部(Swarma Club) 成立於2003年,是一個從事學術研究、享受科學樂趣的探索者團體,也是 較早研究人工智慧、複雜系統的科學社區之一,宣導以平等開放的態度、科學實證的精神,進行跨學科的研究與交流,力圖搭建一個中國的“沒有圍牆的研究所”。編寫、翻譯過多本科普作品,有《科學的 :漫談人工智慧》《走近2050:注意力、互聯網與人工智慧》《深度學習原理與PyTorch實戰》,譯作有《深度思考:人工智慧的終點與人類創造力的起點》等。
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