人群仿真软件：AnyLogic_（19）.基于代理的建模方法
在基于代理的建模中，代理（Agent）是指具有自主行为和决策能力的个体。这些个体可以是人、动物、车辆、企业等各种实体。每个代理都有自己的状态、行为和规则，这些规则可以是简单的也可以是复杂的，取决于模型的具体需求。代理群体是指一组具有相似属性和行为的代理。在AnyLogic中，可以通过Population类来定义代理群体。
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基于代理的建模方法
基于代理的建模（Agent-Based Modeling, ABM）是一种强大的仿真方法，特别是在处理复杂系统和动态行为时。在人群仿真软件中，基于代理的建模方法允许我们模拟每个个体的行为和决策，从而更准确地预测和分析人群的总体行为。本节将详细介绍基于代理的建模方法的原理和应用，并通过具体例子展示如何在AnyLogic中实现这些模型。
1. 什么是代理
在基于代理的建模中，代理（Agent）是指具有自主行为和决策能力的个体。这些个体可以是人、动物、车辆、企业等各种实体。每个代理都有自己的状态、行为和规则，这些规则可以是简单的也可以是复杂的，取决于模型的具体需求。
1.1 代理的状态
代理的状态是指代理在某一时刻的具体属性和情况。例如，一个人的状态可能包括位置、速度、目标、情绪等。在AnyLogic中，代理的状态可以通过变量和参数来表示。
1.2 代理的行为
代理的行为是指代理在不同状态下的行动。这些行为可以是移动、决策、交互等。在AnyLogic中，代理的行为可以通过状态图（Statechart）和过程（Process）来定义。
1.3 代理的规则
代理的规则是指代理如何根据环境和自身状态做出决策。这些规则可以是基于简单的条件判断，也可以是基于复杂的算法。在AnyLogic中，代理的规则可以通过事件（Event）、函数（Function）和条件（Condition）来实现。
2. 代理的交互
代理之间的交互是基于代理的建模方法的核心。通过代理之间的交互，可以模拟复杂的社会和物理现象。在AnyLogic中，代理之间的交互可以通过消息传递（Message Passing）和事件触发（Event Triggering）来实现。
2.1 消息传递
消息传递是指代理之间通过发送和接收消息来进行通信。在AnyLogic中，可以通过send和receive函数来实现消息传递。
2.1.1 代码示例
假设我们有一个简单的模型，其中有两个代理：Person和Guard。Person可以向Guard发送一个请求消息，Guard根据请求做出响应。
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
// 定义Person的状态
double x, y; // 位置
double speed; // 速度
boolean isRequesting; // 是否正在请求
// 定义Person的行为
public void moveTo(double targetX, double targetY) {
x = targetX;
y = targetY;
}
// 定义Person的请求行为
public void requestAccess() {
isRequesting = true;
send("accessRequest", this); // 向自己发送请求消息
}
// 定义Person的接收行为
@Override
public void onMessage(Message message) {
if (message.getType().equals("accessRequest")) {
send("accessRequest", getGuard()); // 向Guard发送请求消息
} else if (message.getType().equals("accessGranted")) {
moveTo(100, 100); // 移动到目标位置
isRequesting = false;
}
}
// 获取Guard代理
public Guard getGuard() {
return (Guard) getPopulation("guards").get(0);
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
// 定义Guard的行为
public void onMessage(Message message) {
if (message.getType().equals("accessRequest")) {
Person person = (Person) message.getSender();
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在Guard的可视范围内，则允许访问
double distance = Math.sqrt(Math.pow(person.x - this.x, 2) + Math.pow(person.y - this.y, 2));
return distance < 50;
}
}
2.2 事件触发
事件触发是指某个代理在特定条件下触发其他代理的行为。在AnyLogic中，可以通过事件（Event）来实现事件触发。
2.2.1 代码示例
假设我们有一个模型，其中Person在到达某个位置时触发Guard的检查行为。
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
double x, y; // 位置
double speed; // 速度
boolean isAtCheckpoint; // 是否到达检查点
// 定义Person的行为
public void moveTo(double targetX, double targetY) {
x = targetX;
y = targetY;
if (isAtCheckpoint) {
triggerGuardCheck(); // 触发Guard检查
}
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
double x, y; // 位置
// 定义Guard的检查行为
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在Guard的可视范围内，则允许访问
double distance = Math.sqrt(Math.pow(person.x - this.x, 2) + Math.pow(person.y - this.y, 2));
return distance < 50;
}
}
3. 代理的环境
代理的环境是指代理所处的物理或社会环境。环境可以是二维或三维空间，也可以是网络结构。在AnyLogic中，环境可以通过地图（Map）和网络（Network）来表示。
3.1 环境的地图表示
地图表示是指在二维或三维空间中定义代理的活动区域。在AnyLogic中，可以通过画布（Canvas）和图形元素（Graphic Element）来创建地图。
3.1.1 代码示例
假设我们有一个简单的二维地图，其中包含一个检查点和一个出口。
// 定义环境
class Environment extends Main {
double checkpointX = 50, checkpointY = 50; // 检查点位置
double exitX = 100, exitY = 100; // 出口位置
// 创建Person代理
public void createPerson() {
Person person = new Person();
person.x = 10;
person.y = 10;
person.speed = 1.0;
add(person); // 将Person添加到环境中
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.x = checkpointX;
guard.y = checkpointY;
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
// 主仿真循环
@Override
public void onStartup() {
createPerson();
createGuard();
}
}
3.2 环境的网络表示
网络表示是指在图结构中定义代理的交互关系。在AnyLogic中，可以通过网络（Network）和节点（Node）来创建网络环境。
3.2.1 代码示例
假设我们有一个简单的网络，其中包含三个节点：入口、检查点和出口。
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
}
}
// 定义环境
class Environment extends Main {
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
createPerson();
createGuard();
}
// 创建Person代理
public void createPerson() {
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
add(person); // 将Person添加到环境中
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode() {
if (currentNode.name.equals("Entrance")) {
currentNode = getEnvironment().checkpoint; // 移动到检查点
} else if (currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
triggerGuardCheck(); // 触发Guard检查
} else if (currentNode.name.equals("Exit")) {
// 到达出口
}
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
4. 代理的行为决策
代理的行为决策是指代理如何根据环境和自身状态做出决策。这些决策可以是基于简单的条件判断，也可以是基于复杂的算法。在AnyLogic中，可以通过状态图（Statechart）和过程（Process）来定义代理的行为决策。
4.1 简单的行为决策
简单的行为决策通常基于条件判断。例如，Person在到达检查点时决定是否请求访问。
4.1.1 代码示例
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
double x, y; // 位置
double speed; // 速度
boolean isAtCheckpoint; // 是否到达检查点
// 移动到目标位置
public void moveTo(double targetX, double targetY) {
x = targetX;
y = targetY;
if (isAtCheckpoint) {
decideRequestAccess(); // 决定是否请求访问
}
}
// 决定是否请求访问
public void decideRequestAccess() {
if (Math.random() < 0.5) { // 50%的概率请求访问
requestAccess();
} else {
// 不请求访问
}
}
// 请求访问
public void requestAccess() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
send("accessRequest", guard); // 向Guard发送请求消息
}
}
4.2 复杂的行为决策
复杂的行为决策通常基于算法。例如，Person在选择路径时可以使用Dijkstra算法。
4.2.1 代码示例
假设我们有一个简单的路径选择问题，Person使用Dijkstra算法选择最短路径。
// 定义环境
class Environment extends Main {
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
createPerson();
createGuard();
}
// 创建Person代理
public void createPerson() {
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
add(person); // 将Person添加到环境中
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
}
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
Map<Node, Double> edges; // 与相邻节点的距离
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
this.edges = new HashMap<>();
}
// 添加边
public void addEdge(Node neighbor, double distance) {
edges.put(neighbor, distance);
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode(Node targetNode) {
List<Node> path = dijkstra(currentNode, targetNode); // 使用Dijkstra算法计算最短路径
if (path.size() > 0) {
Node nextNode = path.get(0);
currentNode = nextNode;
// 更新位置
this.x = nextNode.x;
this.y = nextNode.y;
}
}
// Dijkstra算法
public List<Node> dijkstra(Node start, Node end) {
Map<Node, Double> distances = new HashMap<>();
Map<Node, Node> previous = new HashMap<>();
Set<Node> unvisited = new HashSet<>();
// 初始化距离和前驱节点
for (Node node : getEnvironment().getAllNodes()) {
distances.put(node, Double.MAX_VALUE);
previous.put(node, null);
unvisited.add(node);
}
distances.put(start, 0.0);
while (!unvisited.isEmpty()) {
Node current = getLowestDistanceNode(unvisited, distances);
if (current == null) {
break;
}
unvisited.remove(current);
for (Map.Entry<Node, Double> entry : current.edges.entrySet()) {
Node neighbor = entry.getKey();
double distance = entry.getValue();
if (unvisited.contains(neighbor)) {
double altDistance = distances.get(current) + distance;
if (altDistance < distances.get(neighbor)) {
distances.put(neighbor, altDistance);
previous.put(neighbor, current);
}
}
}
}
// 构建最短路径
List<Node> path = new ArrayList<>();
Node step = end;
if (previous.get(step) == null) {
return path; // 无路径
}
path.add(step);
while (previous.get(step) != null) {
step = previous.get(step);
path.add(step);
}
Collections.reverse(path);
return path;
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
// 获取所有节点
public List<Node> getAllNodes() {
return Arrays.asList(getEnvironment().entrance, getEnvironment().checkpoint, getEnvironment().exit);
}
// 获取距离最小的节点
public Node getLowestDistanceNode(Set<Node> unvisited, Map<Node, Double> distances) {
Node lowestDistanceNode = null;
double lowestDistance = Double.MAX_VALUE;
for (Node node : unvisited) {
double nodeDistance = distances.get(node);
if (nodeDistance < lowestDistance) {
lowestDistance = nodeDistance;
lowestDistanceNode = node;
}
}
return lowestDistanceNode;
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
5. 代理的群体行为
代理的群体行为是指多个代理之间的协同行为。通过模拟群体行为，可以更准确地预测和分析人群的总体行为。在AnyLogic中，可以通过群体（Population）和群体行为（Group Behavior）来定义代理的群体行为。
5.1 代理群体的定义
代理群体是指一组具有相似属性和行为的代理。在AnyLogic中，可以通过Population类来定义代理群体。
5.1.1 代码示例
假设我们定义一个Person群体，包含多个Person代理。
// 定义环境
class Environment extends Main {
Population<Person> people; // 人群群体
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点和人群群体
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
people = new Population<>(Person.class);
createPeople();
createGuard();
}
// 创建人群
public void createPeople() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { // 创建10个Person代理
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
person.speed = 1.0; // 初始化Person的速度
people.add(person); // 将Person添加到群体中
}
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
}
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
Map<Node, Double> edges; // 与相邻节点的距离
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
this.edges = new HashMap<>();
}
// 添加边
public void addEdge(Node neighbor, double distance) {
edges.put(neighbor, distance);
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode(Node targetNode) {
List<Node> path = dijkstra(currentNode, targetNode); // 使用Dijkstra算法计算最短路径
if (path.size() > 0) {
Node nextNode = path.get(0);
currentNode = nextNode;
// 更新位置
this.x = nextNode.x;
this.y = nextNode.y;
}
}
// Dijkstra算法
public List<Node> dijkstra(Node start, Node end) {
Map<Node, Double> distances = new HashMap<>();
Map<Node, Node> previous = new HashMap<>();
Set<Node> unvisited = new HashSet<>();
// 初始化距离和前驱节点
for (Node node : getEnvironment().getAllNodes()) {
distances.put(node, Double.MAX_VALUE);
previous.put(node, null);
unvisited.add(node);
}
distances.put(start, 0.0);
while (!unvisited.isEmpty()) {
Node current = getLowestDistanceNode(unvisited, distances);
if (current == null) {
break;
}
unvisited.remove(current);
for (Map.Entry<Node, Double> entry : current.edges.entrySet()) {
Node neighbor = entry.getKey();
double distance = entry.getValue();
if (unvisited.contains(neighbor)) {
double altDistance = distances.get(current) + distance;
if (altDistance < distances.get(neighbor)) {
distances.put(neighbor, altDistance);
previous.put(neighbor, current);
}
}
}
}
// 构建最短路径
List<Node> path = new ArrayList<>();
Node step = end;
if (previous.get(step) == null) {
return path; // 无路径
}
path.add(step);
while (previous.get(step) != null) {
step = previous.get(step);
path.add(step);
}
Collections.reverse(path);
return path;
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
// 获取所有节点
public List<Node> getAllNodes() {
return Arrays.asList(getEnvironment().entrance, getEnvironment().checkpoint, getEnvironment().exit);
}
// 获取距离最小的节点
public Node getLowestDistanceNode(Set<Node> unvisited, Map<Node, Double> distances) {
Node lowestDistanceNode = null;
double lowestDistance = Double.MAX_VALUE;
for (Node node : unvisited) {
double nodeDistance = distances.get(node);
if (nodeDistance < lowestDistance) {
lowestDistance = nodeDistance;
lowestDistanceNode = node;
}
}
return lowestDistanceNode;
}
// 决定是否请求访问
public void decideRequestAccess() {
if (Math.random() < 0.5) { // 50%的概率请求访问
requestAccess();
} else {
// 不请求访问
}
}
// 请求访问
public void requestAccess() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
send("accessRequest", guard); // 向Guard发送请求消息
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
5.2 代理群体的行为
代理群体的行为是指多个代理如何协同完成任务或响应环境变化。在AnyLogic中，可以通过群体行为（Group Behavior）来定义这些行为。
5.2.1 代码示例
假设我们定义一个群体行为，使得所有Person代理在到达检查点时请求访问，并根据Guard的响应决定是否继续移动。
// 定义环境
class Environment extends Main {
Population<Person> people; // 人群群体
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点和人群群体
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
people = new Population<>(Person.class);
createPeople();
createGuard();
}
// 创建人群
public void createPeople() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { // 创建10个Person代理
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
person.speed = 1.0; // 初始化Person的速度
people.add(person); // 将Person添加到群体中
}
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
// 主仿真循环
@Override
public void onStep() {
for (Person person : people) {
person.moveToNextNode(); // 移动到下一个节点
}
}
}
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
Map<Node, Double> edges; // 与相邻节点的距离
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
this.edges = new HashMap<>();
}
// 添加边
public void addEdge(Node neighbor, double distance) {
edges.put(neighbor, distance);
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
boolean isRequesting; // 是否正在请求
boolean isAccessGranted; // 是否访问被允许
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode() {
if (currentNode.name.equals("Entrance")) {
currentNode = getEnvironment().checkpoint; // 移动到检查点
} else if (currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
decideRequestAccess(); // 决定是否请求访问
} else if (currentNode.name.equals("Exit")) {
// 到达出口
}
}
// 决定是否请求访问
public void decideRequestAccess() {
if (Math.random() < 0.5) { // 50%的概率请求访问
requestAccess();
} else {
// 不请求访问
}
}
// 请求访问
public void requestAccess() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
send("accessRequest", guard); // 向Guard发送请求消息
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
// 接收Guard的响应
@Override
public void onMessage(Message message) {
if (message.getType().equals("accessGranted")) {
isAccessGranted = true;
moveToNextNode(getEnvironment().exit); // 移动到出口
} else if (message.getType().equals("accessDenied")) {
isAccessGranted = false;
moveToNextNode(getEnvironment().entrance); // 返回入口
}
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
// 移动到目标节点
public void moveToNextNode(Node targetNode) {
if (isAccessGranted || !currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
List<Node> path = dijkstra(currentNode, targetNode); // 使用Dijkstra算法计算最短路径
if (path.size() > 0) {
Node nextNode = path.get(0);
currentNode = nextNode;
// 更新位置
this.x = nextNode.x;
this.y = nextNode.y;
}
}
}
// Dijkstra算法
public List<Node> dijkstra(Node start, Node end) {
Map<Node, Double> distances = new HashMap<>();
Map<Node, Node> previous = new HashMap<>();
Set<Node> unvisited = new HashSet<>();
// 初始化距离和前驱节点
for (Node node : getEnvironment().getAllNodes()) {
distances.put(node, Double.MAX_VALUE);
previous.put(node, null);
unvisited.add(node);
}
distances.put(start, 0.0);
while (!unvisited.isEmpty()) {
Node current = getLowestDistanceNode(unvisited, distances);
if (current == null) {
break;
}
unvisited.remove(current);
for (Map.Entry<Node, Double> entry : current.edges.entrySet()) {
Node neighbor = entry.getKey();
double distance = entry.getValue();
if (unvisited.contains(neighbor)) {
double altDistance = distances.get(current) + distance;
if (altDistance < distances.get(neighbor)) {
distances.put(neighbor, altDistance);
previous.put(neighbor, current);
}
}
}
}
// 构建最短路径
List<Node> path = new ArrayList<>();
Node step = end;
if (previous.get(step) == null) {
return path; // 无路径
}
path.add(step);
while (previous.get(step) != null) {
step = previous.get(step);
path.add(step);
}
Collections.reverse(path);
return path;
}
// 获取所有节点
public List<Node> getAllNodes() {
return Arrays.asList(getEnvironment().entrance, getEnvironment().checkpoint, getEnvironment().exit);
}
// 获取距离最小的节点
public Node getLowestDistanceNode(Set<Node> unvisited, Map<Node, Double> distances) {
Node lowestDistanceNode = null;
double lowestDistance = Double.MAX_VALUE;
for (Node node : unvisited) {
double nodeDistance = distances.get(node);
if (nodeDistance < lowestDistance) {
lowestDistance = nodeDistance;
lowestDistanceNode = node;
}
}
return lowestDistanceNode;
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
5.3 代理群体的交互
代理群体的交互是指多个代理之间的信息传递和协同行为。在AnyLogic中，可以通过消息传递（Message Passing）和事件触发（Event Triggering）来实现群体内部的交互。
5.3.1 代码示例
假设我们定义一个群体行为，使得Person代理在到达检查点时互相传递信息，从而影响其他Person代理的决策。具体来说，当一个Person代理被Guard拒绝访问时，它会向其他在检查点的Person代理发送警告信息，使它们更有可能选择不请求访问。
// 定义环境
class Environment extends Main {
Population<Person> people; // 人群群体
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点和人群群体
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
people = new Population<>(Person.class);
createPeople();
createGuard();
}
// 创建人群
public void createPeople() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { // 创建10个Person代理
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
person.speed = 1.0; // 初始化Person的速度
people.add(person); // 将Person添加到群体中
}
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
// 主仿真循环
@Override
public void onStep() {
for (Person person : people) {
person.moveToNextNode(); // 移动到下一个节点
}
}
}
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
Map<Node, Double> edges; // 与相邻节点的距离
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
this.edges = new HashMap<>();
}
// 添加边
public void addEdge(Node neighbor, double distance) {
edges.put(neighbor, distance);
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
boolean isRequesting; // 是否正在请求
boolean isAccessGranted; // 是否访问被允许
boolean isWarned; // 是否收到警告
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode() {
if (currentNode.name.equals("Entrance")) {
currentNode = getEnvironment().checkpoint; // 移动到检查点
} else if (currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
decideRequestAccess(); // 决定是否请求访问
} else if (currentNode.name.equals("Exit")) {
// 到达出口
}
}
// 决定是否请求访问
public void decideRequestAccess() {
if (Math.random() < 0.5 && !isWarned) { // 50%的概率请求访问，且未收到警告
requestAccess();
} else {
// 不请求访问
}
}
// 请求访问
public void requestAccess() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
send("accessRequest", guard); // 向Guard发送请求消息
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
// 接收Guard的响应
@Override
public void onMessage(Message message) {
if (message.getType().equals("accessGranted")) {
isAccessGranted = true;
moveToNextNode(getEnvironment().exit); // 移动到出口
} else if (message.getType().equals("accessDenied")) {
isAccessGranted = false;
warnOthers(); // 向其他在检查点的Person发送警告
moveToNextNode(getEnvironment().entrance); // 返回入口
} else if (message.getType().equals("warnings")) {
isWarned = true; // 收到警告
}
}
// 向其他在检查点的Person发送警告
public void warnOthers() {
for (Person other : getEnvironment().people) {
if (other != this && other.currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
send("warnings", other); // 向其他在检查点的Person发送警告
}
}
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
// 移动到目标节点
public void moveToNextNode(Node targetNode) {
if (isAccessGranted || !currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
List<Node> path = dijkstra(currentNode, targetNode); // 使用Dijkstra算法计算最短路径
if (path.size() > 0) {
Node nextNode = path.get(0);
currentNode = nextNode;
// 更新位置
this.x = nextNode.x;
this.y = nextNode.y;
}
}
}
// Dijkstra算法
public List<Node> dijkstra(Node start, Node end) {
Map<Node, Double> distances = new HashMap<>();
Map<Node, Node> previous = new HashMap<>();
Set<Node> unvisited = new HashSet<>();
// 初始化距离和前驱节点
for (Node node : getEnvironment().getAllNodes()) {
distances.put(node, Double.MAX_VALUE);
previous.put(node, null);
unvisited.add(node);
}
distances.put(start, 0.0);
while (!unvisited.isEmpty()) {
Node current = getLowestDistanceNode(unvisited, distances);
if (current == null) {
break;
}
unvisited.remove(current);
for (Map.Entry<Node, Double> entry : current.edges.entrySet()) {
Node neighbor = entry.getKey();
double distance = entry.getValue();
if (unvisited.contains(neighbor)) {
double altDistance = distances.get(current) + distance;
if (altDistance < distances.get(neighbor)) {
distances.put(neighbor, altDistance);
previous.put(neighbor, current);
}
}
}
}
// 构建最短路径
List<Node> path = new ArrayList<>();
Node step = end;
if (previous.get(step) == null) {
return path; // 无路径
}
path.add(step);
while (previous.get(step) != null) {
step = previous.get(step);
path.add(step);
}
Collections.reverse(path);
return path;
}
// 获取所有节点
public List<Node> getAllNodes() {
return Arrays.asList(getEnvironment().entrance, getEnvironment().checkpoint, getEnvironment().exit);
}
// 获取距离最小的节点
public Node getLowestDistanceNode(Set<Node> unvisited, Map<Node, Double> distances) {
Node lowestDistanceNode = null;
double lowestDistance = Double.MAX_VALUE;
for (Node node : unvisited) {
double nodeDistance = distances.get(node);
if (nodeDistance < lowestDistance) {
lowestDistance = nodeDistance;
lowestDistanceNode = node;
}
}
return lowestDistanceNode;
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
5.4 代理群体的动态变化
代理群体的动态变化是指群体内部成员的状态和行为随时间的演变。在AnyLogic中，可以通过动态事件（Dynamic Events）和状态图（Statechart）来实现群体的动态变化。
5.4.1 代码示例
假设我们定义一个动态变化，使得Person代理在到达检查点后会根据时间的变化调整其决策概率。
// 定义环境
class Environment extends Main {
Population<Person> people; // 人群群体
Node entrance; // 入口节点
Node checkpoint; // 检查点节点
Node exit; // 出口节点
// 初始化网络节点和人群群体
@Override
public void onStartup() {
entrance = new Node(10, 10, "Entrance");
checkpoint = new Node(50, 50, "Checkpoint");
exit = new Node(100, 100, "Exit");
people = new Population<>(Person.class);
createPeople();
createGuard();
}
// 创建人群
public void createPeople() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { // 创建10个Person代理
Person person = new Person();
person.currentNode = entrance; // 初始化Person的位置
person.speed = 1.0; // 初始化Person的速度
people.add(person); // 将Person添加到群体中
}
}
// 创建Guard代理
public void createGuard() {
Guard guard = new Guard();
guard.currentNode = checkpoint; // 初始化Guard的位置
add(guard); // 将Guard添加到环境中
}
// 主仿真循环
@Override
public void onStep() {
for (Person person : people) {
person.moveToNextNode(); // 移动到下一个节点
}
}
}
// 定义网络节点
class Node {
double x, y; // 节点位置
String name; // 节点名称
Map<Node, Double> edges; // 与相邻节点的距离
public Node(double x, double y, String name) {
this.x = x;
this.y = y;
this.name = name;
this.edges = new HashMap<>();
}
// 添加边
public void addEdge(Node neighbor, double distance) {
edges.put(neighbor, distance);
}
}
// 定义Person代理
class Person extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
double speed; // 速度
boolean isRequesting; // 是否正在请求
boolean isAccessGranted; // 是否访问被允许
boolean isWarned; // 是否收到警告
double requestProbability; // 请求访问的概率
DynamicEvent adjustProbabilityEvent; // 调整概率的动态事件
// 构造函数
public Person() {
this.requestProbability = 0.5; // 初始请求概率为50%
}
// 移动到下一个节点
public void moveToNextNode() {
if (currentNode.name.equals("Entrance")) {
currentNode = getEnvironment().checkpoint; // 移动到检查点
} else if (currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
decideRequestAccess(); // 决定是否请求访问
} else if (currentNode.name.equals("Exit")) {
// 到达出口
}
}
// 决定是否请求访问
public void decideRequestAccess() {
if (Math.random() < requestProbability && !isWarned) { // 根据概率请求访问，且未收到警告
requestAccess();
} else {
// 不请求访问
}
}
// 请求访问
public void requestAccess() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
send("accessRequest", guard); // 向Guard发送请求消息
}
// 触发Guard检查
public void triggerGuardCheck() {
Guard guard = (Guard) getPopulation("guards").get(0);
guard.check(this);
}
// 接收Guard的响应
@Override
public void onMessage(Message message) {
if (message.getType().equals("accessGranted")) {
isAccessGranted = true;
moveToNextNode(getEnvironment().exit); // 移动到出口
} else if (message.getType().equals("accessDenied")) {
isAccessGranted = false;
warnOthers(); // 向其他在检查点的Person发送警告
moveToNextNode(getEnvironment().entrance); // 返回入口
} else if (message.getType().equals("warnings")) {
isWarned = true; // 收到警告
}
}
// 向其他在检查点的Person发送警告
public void warnOthers() {
for (Person other : getEnvironment().people) {
if (other != this && other.currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
send("warnings", other); // 向其他在检查点的Person发送警告
}
}
}
// 调整请求访问的概率
public void adjustRequestProbability() {
requestProbability -= 0.1; // 每次调整减少10%的概率
if (requestProbability < 0) {
requestProbability = 0;
}
if (adjustProbabilityEvent != null) {
cancel(adjustProbabilityEvent);
}
if (currentNode.name.equals("Checkpoint") && !isWarned) {
adjustProbabilityEvent = createDynamicEvent(10, TimeUnit.SECOND, this::adjustRequestProbability); // 10秒后再次调整
add(adjustProbabilityEvent);
}
}
// 获取环境
public Environment getEnvironment() {
return (Environment) getMain();
}
// 移动到目标节点
public void moveToNextNode(Node targetNode) {
if (isAccessGranted || !currentNode.name.equals("Checkpoint")) {
List<Node> path = dijkstra(currentNode, targetNode); // 使用Dijkstra算法计算最短路径
if (path.size() > 0) {
Node nextNode = path.get(0);
currentNode = nextNode;
// 更新位置
this.x = nextNode.x;
this.y = nextNode.y;
}
}
}
// Dijkstra算法
public List<Node> dijkstra(Node start, Node end) {
Map<Node, Double> distances = new HashMap<>();
Map<Node, Node> previous = new HashMap<>();
Set<Node> unvisited = new HashSet<>();
// 初始化距离和前驱节点
for (Node node : getEnvironment().getAllNodes()) {
distances.put(node, Double.MAX_VALUE);
previous.put(node, null);
unvisited.add(node);
}
distances.put(start, 0.0);
while (!unvisited.isEmpty()) {
Node current = getLowestDistanceNode(unvisited, distances);
if (current == null) {
break;
}
unvisited.remove(current);
for (Map.Entry<Node, Double> entry : current.edges.entrySet()) {
Node neighbor = entry.getKey();
double distance = entry.getValue();
if (unvisited.contains(neighbor)) {
double altDistance = distances.get(current) + distance;
if (altDistance < distances.get(neighbor)) {
distances.put(neighbor, altDistance);
previous.put(neighbor, current);
}
}
}
}
// 构建最短路径
List<Node> path = new ArrayList<>();
Node step = end;
if (previous.get(step) == null) {
return path; // 无路径
}
path.add(step);
while (previous.get(step) != null) {
step = previous.get(step);
path.add(step);
}
Collections.reverse(path);
return path;
}
// 获取所有节点
public List<Node> getAllNodes() {
return Arrays.asList(getEnvironment().entrance, getEnvironment().checkpoint, getEnvironment().exit);
}
// 获取距离最小的节点
public Node getLowestDistanceNode(Set<Node> unvisited, Map<Node, Double> distances) {
Node lowestDistanceNode = null;
double lowestDistance = Double.MAX_VALUE;
for (Node node : unvisited) {
double nodeDistance = distances.get(node);
if (nodeDistance < lowestDistance) {
lowestDistance = nodeDistance;
lowestDistanceNode = node;
}
}
return lowestDistanceNode;
}
}
// 定义Guard代理
class Guard extends Agent {
Node currentNode; // 当前节点
// 检查Person
public void check(Person person) {
if (isValidRequest(person)) {
send("accessGranted", person); // 向Person发送允许访问的消息
} else {
send("accessDenied", person); // 向Person发送拒绝访问的消息
}
}
// 定义请求的验证规则
public boolean isValidRequest(Person person) {
// 简单的验证规则：如果Person在检查点，则允许访问
return person.currentNode.name.equals("Checkpoint");
}
}
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