Ein agentenbasiertes Simulationssystem zur Entwicklung ökosystemarer Szenarien in strukturierten Umgebungen:
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Bayreuth
BITÖK
2003
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis vii
Tabellenverzeichnis ix
Zusammenfassung xi
Summary xiii
1 Einleitung 1
1.1 Artificial Life......................... 1
1.2 Ursuppe — Ein ALife-Modell für Ökosystemare Szenarien 3
2 ALife und Ökosystemforschung 7
2.1 Modellklassen......................... 7
2.1.1 Zustandsorientierte Modelle............. 8
2.1.2 Verhaltensorientierte Modelle............ 9
2.2 Leben — natürlich und künstlich.............. 10
2.3 Interaktivität......................... 11
2.3.1 Eigenschaften der Interaktivität........... 11
2.3.2 Jenseits von Tnring-Maschinen ........... 12
2.3.3 Multi-Stream Interaction Machines......... 15
2.4 Stand der Technik ...................... 16
3 Formale Beschreibung des Ursuppe-Systems 19
3.1 Concurrent Rewriting..................... 19
3.1.1 Termersetzung auf funktionaler Ebene....... 19
3.1.2 Rewriting Logic.................... 20
3.1.3 Der Multimengen-Operator ............. 22
ii INHALTSVERZEICHNIS
3.2 Die Spezifikation von Ursuppe............... 23
3.2.1 Grundbausteine.................... 23
3.2.2 Erweiterte Funktionalität .............. 30
3.3 Genetik............................ 32
3.3.1 Unveränderliche Strategieparameter......... 32
3.3.2 Genetische Operatoren................ 33
3.3.3 Selektion........................ 34
4 Implementierung 37
4.1 Entwicklungsumgebung.................... 37
4.2 Programmarchitektur..................... 38
4.2.1 Das Framework Netject................ 39
4.2.2 Das System Ursuppe................ 41
5 Einige Modelle in Ursuppe 51
5.1 Sequenzielle und parallele Rewrite-Strategien........ 51
5.1.1 Tic-Tac-Toe...................... 51
5.1.2 Ameisen auf Futtersuche............... 53
5.2 Ein- und mehrstufige Evolution............... 57
5.2.1 Das EVOLUTION-Modell mit homogener Umwelt . 58
5.2.2 Eingeschränkter Regelsatz.............. 61
5.2.3 Das hierarchische EVOLUTION-Modell — getrenn-
te Epochen der Entwicklung............. 65
5.3 Das ABCD-Modell...................... 75
5.3.1 Ein-Place-Szenario.................. 75
5.3.2 Direkte Konkurrenz — Koevolution......... 80
5.3.3 Mobilität versus Spezialisierung........... 83
5.3.4 Eine Wüstenregion zur Abgrenzung von Habitaten 87
5.4 Das RGB-Modell....................... 91
5.4.1 Information in Ressourcenflüssen.......... 91
5.4.2 Weißes Rauschen als Inputsignal........... 93
5.4.3 Komplexes Inputsignal................ 97
5.4.4 Zeitreihenvergleich mit natürlichen Abflußsignalen . 99
5.4.5 Wiederkehranalyse.................. 103
INHALTSVERZEICHNIS_______________________________________________m
6 Diskussion 115
6.1 Stellung innerhalb klassischer AL-Systeme......... 115
6.1.1 Tierra........................ 115
6.1.2 Avida......................... 116
6.1.3 Echo......................... 117
6.1.4 Eco-Grammar-Systems................ 118
6.2 Rechnergestützte Simulation mit Ursuppe......... 119
6.2.1 Beobachtbarkeit von Verhalten ........... 119
6.2.2 Laufzeitverhalten auf einem Computer und im Netz-
werk .......................... 120
6.3 Ökosystemmodellierung mit URSUPPE ........... 121
6.3.1 Naturnahe Prinzipien in URSUPPE ......... 121
6.3.2 Qualitätsbestimmung von Modellen......... 122
7 Ausblick 123
A Abkürzungsverzeichnis 125
B User s Manual 127
B.l Getting Started........................ 127
B.l.l Hard- and Software Requirements.......... 127
B.1.2 Installation...................... 128
B.1.3 Run the NetObjectManager............. 128
B.1.4 Modules........................ 130
B.2 Setting up a Model in Pool-World............ 130
B.3 Creating Agent Species.................... 132
B.4 Time Series Processes..................... 133
B.5 Creating Places........................ 135
B.5.1 Creating Agents on a Place ............. 137
B.5.2 Creating Environment Agents on a Place...... 137
B.6 Additional Options...................... 138
B.7 Extending the JAVA-Code.................. 139
B.7.1 Creating new model classes ............. 139
B.7.2 Creating new agent classes.............. 139
iv________________________________________________INHALTSVERZEICHNIS
C Genom 141
C.l XML-Tags des Agentengenoms ............... 141
D Regelsatz einer Ameise 143
E Komplexitätsmaße 145
E.l Zeitreihen der RGB Simulationsläufe............ 145
E.2 MIG-, FC- und a-Werte der RGB Simulationsläufe .... 153
F Verwendete Software 157
Literaturverzeichnis 164
Danksagung 165
Abbildungsverzeichnis
2.1 Turing-Maschine und SIM/PTM........................ 14
3.1 Church-Rosser Eigenschaft........................... 20
3.2 Multimengen-Operator............................. 22
3.3 Aufbau eines Place-Netzwerks......................... 24
3.4 Aufbau eines hierarchischen Agenten..................... 30
4.1 JAVA-Pakete................................... 38
4.2 Drei-Schichten-Architektur von Netject.................... 40
4.3 Proxy-Repräsentation entfernter Objekte................... 40
4.4 Modellvariablen................................. 42
4.5 Basisklassen der Agenten............................ 44
4.6 Klassenhierarchie der Umweltgenten...................... 44
4.7 Klassenhierarchie der Populationsgenten................... 45
4.8 XML-Genom mit expliziter Symboldarstellung................ 46
4.9 XML-Genom mit impliziter Symboldarstellung................ 47
4.10 Ein Score-Pool als Beobachter eines Agenten................. 48
5.1 Regelsatz eines Tic-Tac-Toe-Spielers...................... 52
5.2 Regelsatz des Tic-Tac-Toe-Schiedsrichters................... 53
5.3 Aufbau eines Ameisen-Szenarios mit drei Pfaden............... 54
5.4 Markierung des kürzesten Pfades im Ameisen-Szenario........... 56
5.5 Ameisen finden eine neue Futterquelle..................... 56
5.6 Initialer Regelsatz im EVOLUTION-Modell umfassender Flexibilität.... 59
5.7 Fortgeschrittener Regelsatz im EVOLUTION-Modell umfassender Flexibi-
lität ....................................... 60
5.8 Genotyp und Phänotyp eines Agenten mit indirekter Wortkodierung .... 63
5.9 EVOLUTION-Modell: Aufbau der Modellvariante „Evolutionäre Hierarchie 66
5.10 Duplikation eines Subagenten......................... 68
5.11 EVOLUTION-Modell: Spezialisten überleben ................ 71
5.12 EVOLUTION-Modell: Spezialisten sterben aus................ 73
5.13 EVOLUTION-Modell: Fluktuation...................... 74
5.14 Konfiguration ABCD-Modellauf auf einem Place............... 77
5.15 Plot eines Ein-Place-ABCD-Laufe....................... 78
____________________________________________ABBILDUNGSVERZEICHNIS
5.16 Konfiguration ABCD-Modellauf auf einem Place mit direkter Konkurrenz . 81
5.17 Plot eines Ein-Place-ABCD-Laufs mit direkter Konkurrenz......... 82
5.18 Konfiguration ABCD-Modellauf auf vier Places mit komplementären Sym-
bolhäufigkeiten ................................. 85
5.19 Plot eines Vier-Place-ABCD-Laufs mit komplementären Symbolhäufigkeiten 86
5.20 Konfiguration ABCD-Modellauf auf vier Places mit wüstenhafter Region . 88
5.21 Plot des Wüsten-ABCD-Modells (Place,)...................89
5.22 Plot des Wüsten-ABCD-Modells (Place3)...................90
5.23 Plot des Wüsten-ABCD-Modells (Place4)...................92
5.24 Konfiguration der RGB-Modelläufe......................94
5.25 Plot des RGB-Laufs „weißes Rauschen ....................95
5.26 Plot eines RGB-Laufs mit AR(g)-Prozeß...................98
5.27 Renyi-Komplexität...............................101
5.28 MIG-Werte der Austrags- gegen die Eintragssignale.............102
5.29 Zeitreihen von L6................................106
5.30 Zeitreihen von L8, Placei............................106
5.31 Wiederkehrdiagramme Lß ...........................107
5.32 Wiederkehrdiagramme L8, Placex.......................108
5.33 Wiederkehr und Determinismus L6 ......................110
5.34 Wiederkehr und Determinismus Lg, Place!..................HO
5.35 Leistungsspektrum Determinismus L6.....................111
5.36 Leistungsspektrum Population L6.......................Hl
5.37 Wavelet der Population von L6.........................113
B.l mainframe....................................129
B.2 File-menu....................................130
B.3 Initialize-model-dialog .............................131
B.4 Species- and Places-tabs............................131
B.5 Model-Options-tab...............................132
B.6 Setup-species-dialog...............................132
B.7 Consumer-dialog ................................133
B.8 Time Series Processes..............................133
B.9 Multiple-places-dialog..............................135
B.lOPlace-Options-dialog..............................135
B.ll Connections-dialog...............................136
B.12 Creating agents.................................137
B.13 Creating environment agents..........................137
B.14 Setting up a ResourceAgent..........................137
B.15 Show-Objects-dialog..............................138
C.l XML-Tags im Agentengenom.........................141
D.l Startregelsatz einer Ameise...........................143
D.2 Regelsatz einer Königin.............................143
ABBILDUNGSVERZEICHNIS_______________________________________________vü
D.3 Regelsatz einer Arbeiterin...........................144
E.l Zeitreihen von Lq................................ 145
E.2 Zeitreihen von L2................................ 145
E.3 Zeitreihen von L3................................ 146
E.4 Zeitreihen von L4................................ 146
E.5 Zeitreihen von L5................................ 146
E.6 Zeitreihen von L6................................ 147
E.7 Zeitreihen von L7................................ 147
E.8 Zeitreihen von L8................................ 148
E.9 Zeitreihen von L9................................ 149
E.10 Zeitreihen von L10................................ 150
E.ll Zeitreihen von Ln................................ 151
E.12 Zeitreihen von L12................................ 152
Tabellenverzeichnis
5.1 Parametersatz für EVOLUTION-Modell-Läufe................ 72
5.2 Evolutionsläufe mit unterschiedlich schiefen Häufigkeitsverteilungen .... 79
5.3 Einstellungen der RGB-Läufe......................... 96
5.4 Fit einer Renyi-Kurve an Populations- und Austragsdaten .........101
5.5 RQA-Parametereinstellungen .........................106
5.6 Perioden im Determinismus- und Populationssignal.............109
E.l MIG-FC-Werte der RGB-Läufe (Input)....................153
E.2 MIG-FC-Werte der RGB-Läufe (Output)...................154
E.3 MIG-FC-Werte der RGB-Läufe (Population).................154
E.4 Angepaßte Alpha-Werte der Renyi-Komplexitätskurven (Input) ......155
E.5 Angepaßte Alpha-Werte der Renyi-Komplexitätskurven (Output) .....155
E.6 Angepaßte Alpha-Werte der Renyi-Komplexitätskurven (Population) . . . 156
F.l Verwendete Software..............................158
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| spelling | Glotzmann, Thomas Verfasser aut Ein agentenbasiertes Simulationssystem zur Entwicklung ökosystemarer Szenarien in strukturierten Umgebungen Thomas Glotzmann Bayreuth BITÖK 2003 XIV, 163 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Bayreuther Forum Ökologie 102 Zugl.: Bayreuth, Univ., Diss., 2003 Computersimulation (DE-588)4148259-1 gnd rswk-swf Ökosystem (DE-588)4043216-6 gnd rswk-swf Ökosystem-Modell (DE-588)4201202-8 gnd rswk-swf Ökosystemforschung (DE-588)4225737-2 gnd rswk-swf Modellierung (DE-588)4170297-9 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Ökosystemforschung (DE-588)4225737-2 s Modellierung (DE-588)4170297-9 s DE-604 Ökosystem (DE-588)4043216-6 s Computersimulation (DE-588)4148259-1 s DE-188 Ökosystem-Modell (DE-588)4201202-8 s Bayreuther Forum Ökologie 102 (DE-604)BV008047580 102 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=010588633&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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