目录

  • 1 什么是“复杂”(Complex)?
    • 1.1 身边的复杂性
    • 1.2 复杂性科学与复杂系统
    • 1.3 复杂性科学的方法论
    • 1.4 NetLogo
    • 1.5 第一章测验
  • 2 动力学(Dynamics)
    • 2.1 什么是“动力学”?
    • 2.2 迭代(Iteration)
    • 2.3 线性(Linear)与非线性(Nolinear)系统
    • 2.4 系统动力学(System Dynamics)
    • 2.5 复杂系统分析视角
    • 2.6 第二章测验
  • 3 分形(Fractal)
    • 3.1 什么是"分形"
    • 3.2 科赫曲线 (Koch curve)
    • 3.3 分数维度 (Fractal Dimension)
    • 3.4 听曼德博讲分形
    • 3.5 第三章测验
  • 4 遗传算法(Genetic Algorithms)
    • 4.1 进化——自然选择的结果
    • 4.2 计算机科学中的进化论
    • 4.3 遗传算法示例
    • 4.4 第四章测验
  • 5 元胞自动机(Cellular automata)
    • 5.1 什么是元胞自动机
    • 5.2 生命游戏(Game of “Life”)
    • 5.3 初等元胞自动机(Elementary cellular automata)
    • 5.4 Wolfram的新科学
    • 5.5 第五章测验
  • 6 生物系统中的自组织模型
    • 6.1 自组织(Self-Organization)
    • 6.2 群游(Flocking and Schooling)
    • 6.3 同步(Synchronization)
    • 6.4 第六章测验
  • 7 社会系统中的合作与自组织
    • 7.1 合作模型(Cooperation)
    • 7.2 囚徒困境(The Prisoner's Dilemma)
    • 7.3 El Farol酒吧问题(El Farol Bar Problem)
    • 7.4 第七章测验
  • 8 网络(Network)
    • 8.1 什么是网络?
    • 8.2 网络科学(The Science of Networks)
    • 8.3 小世界网络(Small World Networks)
    • 8.4 无标度和长尾网络结构(Scale-Free and Long-Tailed Network Structure)
    • 8.5 第八章测验
线性(Linear)与非线性(Nolinear)系统

SimplePopulationGrowth.nlogo模型中的初始人口增加到2,那么每一步的总人口会是初始人口为1的时候的2倍。不论模型运行多少次也不会改变。

将初始人口增加到5呢?增加到20呢?......

这就是线性系统,即整体等于部分之和。因为系统内的成员没有相互作用,系统也没有与环境相互作用。


我们加入一些影响因素,例如因为环境拥挤造成的死亡。


这就是逻辑斯蒂模型(Logistic Model)

任何一个物种都有使其种群无限增长的内在潜力(即所谓指数增长),这是生命设计的基本原理,失去这种特性的物种其命运就是灭绝。而环境的有限性将阻止这种趋势的无限发展,使其趋于一个平衡值K(即所谓的环境容量),种群大小N越接近K,环境阻力越大。 

再来看看指数模型和逻辑斯蒂模型种群的增长速率的变化。在指数增长模型中,随着时间t的增大,种群数量P的增长速率(即单位时间增加引起的种群增加量)也越快,t趋于无穷大时,P的增长速率也趋于无穷大。而在逻辑斯蒂模型中,开始随着t的增加,P的增长速率增加,当P为K/2时,P的增长速率达到最大,之后,t的进一步增加,P的增长速率不断减慢,最后趋于0。


值得注意的是,在P达到K/2之前,P的增长近似于指数增长,即在近乎理想的条件下,逻辑斯蒂模型的初始阶段为指数增长,而K/2是种群增长速率的拐点。因此,逻辑斯蒂模型的本质是一种描述种群数量从初始的指数性(无限)增长向环境容量逼近的动力学过程。

在NetLogo中,可以通过修改上一节的指数增长模型得到逻辑斯蒂增长模型。

根据逻辑斯谛模型我们加入deathrate参数,新繁殖的一窝兔子,会有deathrate只夭折。

所以如果要和简单增长模型一致,应设定brithrate=3,deathrate=1 。


在LogisticModel的模型中增加初始人口,看看刚才的简单增长模型是否一样?

LogisticModel (new).nlogo(下载附件 13.67 KB)

结论:非线性系统是不可加的。