《技术支持的思维建模》几种工具的介绍

《技术支持的思维建模》几种工具的
介绍
《技术支持的思维建模》---几种工具的介绍
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一、 stella软件：一种组合建模工具
Isee系统(过去的高绩效系统)是世界领先的系统思维软件的制造商。

成立于1985年，isee开发了STELLA，第一个将系统思维方式带入到桌面系统的软件。

除了STELLA这样主要为教育学家和研究人员使用的软件以外，isee 提供iThink软件来进行商业仿真。

Isee是一个自负盈亏的公司，广泛涉足全球大量的商业，教育和政府市场。

针对教育和科研的系统思考方法
当教育和研究完全离开课堂和图书馆，并且为大家提供创造、体验和观察的机会的时候，这时的教育和科研是最令人兴奋的。

STELLA™软件提供了一个实用的方法来动态展现和表达复杂系统和概念实际是如何工作的。

STELLA 软件有适合Windows和Macintosh两个版本.
建模新手和老手（包括教师、学生和研究人员）都可以通过STELLA来探索和回答如下所示的无穷无尽的问题：
•长期的气候变化对生态系统有什么影响？
•如果汉姆雷特早一点杀掉克劳地亚斯，他的命运会不会得到改变？
•油价将如何回应市场供求的振荡？
•臭氧层消失之后将会怎样？
•宏观经济学的原理如何影响收入和消费量？
“STELLA 软件给了我们一个非常强大且灵活的工具，用来构造允许人们通过亲手实验来进行学习的环境。

”
— Dennis Meadows，交互式学习实验室的负责人，合作作者 Growth：30年的改造。

黄金标准
使用方便， STELLA 的模型通过询问“如果这样，那么”提供了数不
清的探索问题的机会，同时观察发生的情况并且激发学习过程中令人兴奋的领
悟瞬间。

数以千计的教育家和研究人员将STELLA作为黄金标准；使用该软件来学习每一件东西，从经济学到物理学，从文学到微积分学，从化学到公共政策。

K－12，学院和研究机构已经就STELLA的独有的激励学习的能力达成了共识。

共享学习
你清楚地明白当你的学生能够挨个解释时，他们就学到了相关的信息。

STELLA模型就能够让你了解系统如何工作——内部在发生什么，系统如何受到
影响，输出是什么。

STELLA 软件通过很多讲故事的特色支持各种学习类型。

图表和动画帮助视觉学习者发现等式中变量之间的关系。

文字学习者可以从视
觉模型周围环绕的文字和附加文件来解释一个新的环境策略的影响。

关键特点映射和建模
•用直观的基于图标的图形界面简化模型的构建
•库存和物流的图表展现了系统内部是如何运行的
•因果环图表展示了所有的因果关系
•加强了的仓储类型使得离散的和连续的过程都支持队列，容器和加
强的传送带。

•模型等式会自动生成并且可以从模型层面以下获取
•内嵌的功能促进了数学的，统计学的和逻辑的运算
•数组简单表征了重复的模型结构
•子模型支持分层的模型结构
仿真和分析
•仿真长时间“运行”系统
•灵敏度分析展现了关键的平衡点和最优条件
•局部模型仿真集中分析模型的特定部分
•结果以图片、表格、动画、QuickTime 电影和文件的格式存储•动态数据输入/输出链接到Microsoft™ Excel中
交流理解
•飞行仿真器和控制面板描绘了模型的组件并且方便了操作和处理•输入设备包括把手，滚动条，开关和按钮
•输出设备通过警告闪光，文本，图片，表格和报告突出输出结果•讲故事的方法支持逐步的模型展现过程
•因果环图表展示了结构中主要的反馈环路
•梗概图可以让期望结果同实际仿真结果进行比较
•另存为运行选项创建了全屏的运行时间的模型
•多媒体支持触发基于模型情况的图片、影片、声音和文本信息•模型的安全特色包括锁定或者密码保护
使用 STELLA 可以:
•长时间做系统仿真
•将理论同现实世界连接在一起
•让学生们创造性地改变系统
•教授学生如何寻找关系——从大局出发
•清楚地理解系统输入和输出同时展示输出结果
这个软件我下载过安装用过，蛮有趣的，而且比较形象具体。

二、NETlogo
最好的3D建模学习工具_NetLogo最新版使用说明帮助文件介绍，最
好的3D建模学习工具NetLogo特别适合用于建模随着时间的推移发展的复杂系统。

建模人员可指示3D建模软件到数百或“代理人”的所有数以千计的独立运作。

NetLogo是一个用于模拟自然和社会现象的可编程建模平台。

它于
1999年由Uri Wilensky开发，并由网络学习和计算机建模中心不断完善和更新。

NetLogo尤其适合于复杂性系统的仿真开发。

开发者可以对成百上千个相
互依赖且并行运行的Agent发实时指令。

这样有助于研究者去探究个体微观行
为与源于微观行为的宏观模式之间的联
系。

,arena,anylogic,automod,extend,em-plant,flexsim,pr
omodel,witness,NetLogo提供各种仿真给研究者学习和研究。

它也是一个免费
使用的平台，允许研究者创建自己的模型。

NetLogo很简单，研究者很容易运
行一个仿真或构建一个自己的仿真。

同时，NetLogo也非常强大，能满足研究
者在大多数领域的研究需要。

NetLogo具有大量的文献和教程，还有大量可以使用和更改的模型库。

这些模型覆盖了自然和社会科学的许多研究领域，包括生物、医药、物理、化
学、数学、计算机科学、经济学、社会心理学等等。

而且一些基于NetLogo的
仿真教程正在撰写之中。

,arena,anylogic,automod,extend,em-plant,flexsim,pr
omodel,witness,NetLogo是一个跨平台软件，可以运行于各种平台，包括Windows、Mac OS和Linux等。

NetLogo运行于Windows NT、98、ME、2000和XP时，内存要大于64MB。

如果没有下载包含Java虚拟机的NetLogo软件包，
那么需要在操作系统上自己安装一个版本为1.4.1或高于这个版本的Java虚拟机。

NetLogo是继承了Logo语言的一款编程开发平台，但它又改进了Logo 语言只能控制单一海龟的不足，它可以在建模中控制成千上万只海龟，因此，NetLogo建模能很好地模拟微观个体的行为和宏观模式的涌现，及其两者之间
的联系。

NetLogo是用于模拟自然和社会现象的编程语言和建模平台，特别适
合于模拟随时间发展的复杂系统。

在NetLogo软件版本的更新替代中，NetLog的建模构架也在进一步得
到改进发展。

在NetLogo3.I.5及其以前的早期版本中，NetLogo是基于三类自
主体的建模，包括：海龟(turtles)、瓦片(Patches)、观察员(observer)。

而
在2007年推出的NetLogo4.0中，它的建模框架得到了扩展，在原有的三类自
主体的基础上添加了第四类自主体，即链接(links)。

下面，我们将具体介绍NetLogo中的这四类自主体：
海龟(turtles)：海龟用于模拟能够在世界中移动的自主体，他们具有自己的属性和行为特征，海龟可与海龟或瓦片进行交互。

在开发过程中，observer或Patches可以创建海龟，用户也可以在代码编写中创建海龟。

每个
海龟的位置以坐标(xcor，ycor)表示，这里xcor和ycor均为浮点型数值，因此，对海龟来说整个模拟世界是连续的，他们可以位于一个Patch的任何位置，而一个Patch也可以同时包含多个海龟。

瓦片(Patches)：在NetLogo中，模拟世界被表征为由众多瓦片组成的二维网格。

每个瓦片(patches)是可编程的自主体，他们各自占据一个正方形小块，对应坐标为(pxcor，pycor)。

NetLogo的模拟世界并不是简单的水平二维
空间，研究人员可以通过对网格水平和垂直边界回绕方式的控制，产生四种不
同的拓扑结构，包括：环状(torus)、盒状(box)、垂直柱面(vertical cylinder)、水平柱面(horizontal cylinder)。

系统默认的结构是环面(torus)，即在水平和垂直方向边界都进行回绕(wrap)，形成闭合的有限无界空间，当海
龟超越一个边界时则会在对应另一边界上出现。

盒子在两个方向都不回绕，因
此上下左右均有边界，turtle移动时无法超越边界。

柱面只在一个方向回绕，
垂直柱面的左右边界连接在一起，而水平柱面的上下边界连接在一起。

观察员(observer)：观察员(observer)是一个全局主体，它观察着由
海龟(turtles)和瓦片(Patches)构成的世界，能够执行指令获取世界全部或部
分的状态，或实现对世界的控制。

而观察者(observer)虽然没有在模拟世界中
的具体定位，但可以被看成是对海龟和瓦片进行观测的一个实体，类似于
Swarm模型中的观察员。

链接(links)：链接是连接两个海龟的自主体，通常用两个海龟间的连线来表示，而被连接的两个海龟被称为结点，这类自主体主要用于网络建模、
几何学建模等。

与观察员自主体一样，链接也没有具体的位置，他们不存在于
任何一个瓦片(patche)中，也不能计算一个链接到任意点的距离。

Netlogo定
了两类链接，包括：有向(directed)链接和无向(undirected)链接。

有向链接
是从一个结点指向另一个结点的链接，如父与子的关系可用有向链接来表示；
而无向链接中，两个结点海龟是对等的，不具指向性，如配偶、兄妹的关系可
用无向链接来表示。

2008年4月4日，NetLogo还发布了GIS的扩展模块，该扩展模块能
够导入GIS矢量数据以及栅格数据到NetLogo中，并进行相关的处理。

模块中
包括的地理数据处理函数分为五类，即坐标系函数、数据集函数、矢量数据集
处理函数、栅格数据集处理函数以及画图函数。

该模块的推出将为NetLogo在
地理学中的应用提供更广阔的应用空间，是NetLogo更新发展中的一大进步。

由于最初NetLogo的开发被定位为教学工具，因此，一些研究人员以
为它不足以模拟复杂系统的基于自主体建模，但Railsbaek，Lytinen，
Jaekson(2006)通过一些列复杂系统建模的测试研究发现，NetLogo有足够的能
力完成所有的模拟测试，甚至基于NetLogo的建模过程比其他ABS平台的建模
更简单、更轻松，再次证明了NetLogo在简洁的外观下蕴藏着强人的建模能力，
被广泛应用于社会科学、经济学、生物学等领域。

有学者经比较研究认为NetLogo是最高层次的ABs建模平台，它提供了使用简单,却功能强人的建模语言，内置的图形界面以及全面的解释文档(Gilbert，Bankes，2002)。

因此，近几年，NetLogo的用户群得以迅速发展壮人。