自组织临界特性的模型分析与开发

论文摘要

自然界或社会领域中广泛存在的鱼群游动、鸟群飞翔、人群活动等令人叹为观止的现象或运动,是一种通过单个个体自主运动演变到复杂系统临界态的群集运动。而且,当系统处于临界态时,获取外界信息的少数个体却可以改变整个群体的运行轨迹或决策方向。复杂系统中的自组织临界理论（SOC）为上述现象或运动的解释提供了理论支持。因此,在这一理论相关成果的基础上,通过模型仿真与分析,进一步探索自组织临界系统呈现的内在机理与状态特性,从而深化对复杂系统群集运动相关问题的认知。开展的主要研究工作如下:首先,基于Vicsek模型、SAC规则更新群体中每个个体的运行轨迹,选择序参量作为群体是否达到自组织临界态的衡量指标,在一定初始条件下模拟系统演变到自组织临界态的动态过程。其次,结合上述仿真过程与演化规则,分析系统呈现临界态的影响因素。依据模型抽取出粒子运动速度、相互作用半径和运动时长三种影响因素,在保持其中因素两个不变的情况下,逐一探索它们对系统演化到临界态的作用与合适的参数区间,以及三者之间的作用效果差异。再次,系统处于临界态时的扰动分析。依据参数区间设置模型初始条件,使得系统演化到临界态后,逐渐增加获取新信息的少数个体,观测整个群体的运行变化,进而确定改变系统状态或决策的最少个体数量;并进一步分析了扰动施加的持续时间对群体运动的影响,结果表明扰动施加时间越长,扰动信息改变群体状态的效率越高。最后,基于上述模型分析与研究,选择B/S模式、采用HTML+CSS+JavaScript技术栈与图形化工具echarts插件进行自组织临界演示系统设计与开发,实现相应的仿真与分析功能。通过自组织临界特性模型的分析与研究,进一步探索了众多自主运行的个体如何形成群集运动的规律,以及群体处于临界态时可以有效提升整个系统的决策效率的特点,对此类现象或运动的理解提供了相关的技术依据。为了更贴合实际状况,还需在系统模型参数多样化、实际应用方面进一步深入展开。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究动态
•     1.2.1 SAC模型
•     1.2.2 非SAC模型
•     1.2.3 临界系统刺激响应
•   1.3 研究内容
•   1.4 论文结构
• 第二章 自组织临界特性模型仿真
•   2.1 Vicsek模型
•   2.2 序参量
•   2.3 系统说明
•     2.3.1 数据采集
•     2.3.2 实验说明
• 第三章 自组织临界模型影响因素分析
•   3.1 模型参数分析
•     3.1.1 速度
•     3.1.2 交互作用半径
•     3.1.3 运动时长
•     3.1.4 共同作用
•   3.2 模型参数分析结论
•     3.2.1 单一因素结论
•     3.2.2 共同作用结论
• 第四章 自组织临界系统扰动分析
•   4.1 自组织临界扰动试验
•     4.1.1 有序群体中加入扰动
•     4.1.2 有序群体中扰动时间不同对群体的影响
•     4.1.3 无序群体中加入扰动
•   4.2 自组织临界扰动响应分析
•     4.2.1 有序群体扰动分析结论
•     4.2.2 无序群体扰动分析结论
•     4.2.3 扰动时间对群体响应的影响分析结论
•     4.2.4 临界态系统扰动分析结论
• 第五章 系统设计与实现
•   5.1 需求分析及系统总体设计
•     5.1.1 需求分析
•     5.1.2 系统主要功能
•     5.1.3 功能流程
•     5.1.4 数据处理
•     5.1.5 采用技术
•   5.2 系统实现
•     5.2.1 首页
•     5.2.2 输入界面
•     5.2.3 群体仿真界面
•     5.2.4 结果显示界面
•   5.3 系统评价
• 第六章 结束语
•   6.1 工作总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王永超

导师: 郭辉,王森

关键词: 群集运动,自组织临界特性,模型,影响因素与扰动分析

来源: 宁夏大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 非线性科学与系统科学

单位: 宁夏大学

分类号: N941.4

DOI: 10.27257/d.cnki.gnxhc.2019.000301

总页数: 54

文件大小: 5129K

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