Swarm建模平台7.2.1版本详解

Swarm是美国圣菲研究所（the Santa Fe Institute，SFI）最早开发的多Agent建模工具。Swarm是一个开放的、高效的、可信的、可重复使用的软件实验平台，它为复杂适应系统（complex adaptive systems，简称CAS，是复杂系统中的一大类，其核心思想是“适应性造就复杂性”）的分析与建模提供了一个标准的软件工具箱。Swarm平台又称为Swarm库。

SFI从1994年开始开发Swarm项目，于1995年发布了Swarm的Beta版，1997年发布了Swarm 1.0版，很快地，SFI在2005年已发布了Swarm 2.2版，且全面支持Java编程。

1.Swarm的开发思想

开发Swarm的思路来源于人工生命的研究思想。人工生命研究相对自治的实体之间以及与动态环境之间的相互交互，没有一个集中的“权威”个体指挥其他个体行为，每个个体可根据自己对环境的评估来决定它们自己的行为、内部状态，以及与其他个体的交互关系。基于这一思想，Swarm描述了一系列独立个体，通过独立事件进行交互作用。Swarm没有对模型及模型要素之间的交互作用做任何约束，所以Swarm可以模拟任何物理系统、经济系统和社会系统等。

如果适应个体是蚂蚁，那么一个蚂蚁群体可被看作是一个Swarm，即蚁群Swarm。尽管Swarm的概念包括了空间上的群体移动这样的含义，但更重要的是，Swarm作为一个整体，其行为来自个体间的非线性交互，以及个体行为与群体行为之间的反馈。个体行为的组合方式决定并影响着群体行为；反过来，群体行为作为一种环境，对个体行为的选择会产生影响，进而个体行为的选择又决定并影响着群体的行为。如此循环往复下去，其结果是个体行为对群体及环境的适应能力得到提高，群体行为本身的演化过程得以进化，最终，实现了用Swarm来模拟复杂适应系统的行为。

2.Swarm的建模思想

Swarm建模思想是在建立一系列独立的个体（又称Agent），然后通过独立事件之间的交互，来考察和研究系统的行为和演化规律。这些类库包括许多可重用的类似于支持模拟实验的分析、显示和控制。使用Swarm提供的类库，用户可以构建模拟系统，使系统中的主体和元素之间通过离散事件进行交互。(www.xing528.com)

Swarm中的基本组成部分（对象）称为Swarm对象集合。一个Swarm包括一组主体及一个明确定义的必须处理的事件调度表。整个模型可以由一个Swarm表示，模型中的主体又可以是一个Swarm，因此，Swarm是一个可多层嵌套的过程。Swarm模型的嵌套结构如图7.5所示。

个体定义了Swarm系统中的基本对象，即模拟部件。Schedule（时间表）则定义了这些对象之间事件发生的流程。特定的行为发生在特定的时间，行为的发展按照时间表的规定进行。时间表是一个数据结构，包含了各种事件的执行顺序。Probe（探测器）用来提取相应Agent的状态信息、行为方法等。

Swarm平台就是基于Agent的建模工具，其建模方法是自底向上先构筑每个实体Agent，再将这些Agent组装起来形成整个系统模型。在Swarm平台上，Swarm是基本构件，一个Swarm就是一个对象，它实现对内存的分配和对事件的规划。在建模和编程时，我们可以认为一个Swarm就是一个Agent。Agent通过规划技术来安排自己的行为，我们也可以认为一个Swarm是含有多个Agent的组织（相当于一个临时容器）。Swarm用规划技术对这些Agent的行为进行规划，如安排它们的执行顺序等。

图7.5　Swarm的嵌套结构

Swarm还为多层次建模提供了非常强的表达能力，它允许用户完整地建立和测试多层模型，Swarm可以明确地表达一个个自然结构，即把一组个体就像一个单独的个体一样，紧密地联系起来。由于Swarm可以在仿真运行过程中建立和释放，所以它可用来建立描述多层次的动态出现的模型。