model prey_predator
global {
// 定义食草动物的全局参数
int nb_preys_init <- 200;
float prey_max_energy <- 1.0;
float prey_max_transfert <- 0.1;
float prey_energy_consum <- 0.05;
float prey_proba_reproduce <- 0.01;
int prey_nb_max_offsprings <- 5;
float prey_energy_reproduce <- 0.5;
// 定义食肉动物的全局参数
int nb_predators_init <- 20;
float predator_max_energy <- 1.0;
float predator_energy_transfert <- 0.5;
float predator_energy_consum <- 0.02;
float predator_proba_reproduce <- 0.01;
int predator_nb_max_offsprings <- 3;
float predator_energy_reproduce <- 0.5;
//添加返回食草与食肉动物数量的全局参数
int nb_preys -> {length (prey)};
int nb_predators -> {length (predator)};
//读取图像文件
file map_init <- image_file("../includes/data/predator_prey_raster_map.png");
//初始化
init {
//创建食草动物数量为nb_preys_init
create prey number: nb_preys_init;
//创建食肉动物数量为nb_predators_init
create predator number: nb_predators_init;
//通过ask函数在初始化时修改vegetation_cell的属性
ask vegetation_cell {
//grid_x,grid_y是vegetation_cell的内置属性，返回其位置
//将草地网格的颜色设置为相同位置上图像的颜色
color <- rgb (map_init at {grid_x,grid_y}) ;
//color as list 即将颜色的r、g、b转换为列表
//将食物量设置为1-红色通道值/255
food <- 1 - (((color as list) at 0) / 255) ;
//食物增长量为食物量/100
food_prod <- food / 100 ;
}
}
//定义一个save_result函数，每10个cycle 当食草动物和食肉动物数量都大于0时，
//将食草动物最小、最大能量、食肉动物数量、食肉动物最小、最大能量保存至txt文件
reflex save_result when: every(10#cycles) and (nb_preys > 0) and (nb_predators > 0){
save ("cycle: "+ cycle + "; nbPreys: " + nb_preys
+ "; minEnergyPreys: " + (prey min_of each.energy)
+ "; maxSizePreys: " + (prey max_of each.energy)
+ "; nbPredators: " + nb_predators
+ "; minEnergyPredators: " + (predator min_of each.energy)
+ "; maxSizePredators: " + (predator max_of each.energy))
to: "results.txt" type: "text" ;
}
}
//创建通用族
species generic_species {
//定义属性
//显示大小
float size;
//颜色
rgb color;
//所在的草地网格
vegetation_cell my_cell <- one_of(vegetation_cell);
//最大能量值
float max_energy;
//每次进食量
float max_transfert;
//每次能量消耗值
float energy_consum;
//初始化能量为（0-max_energy)之间的随机数，每次模拟消耗energy_consum的能量，能量的最大值为max_energy
float energy <- rnd(max_energy) update: energy - energy_consum max: max_energy;
//繁殖概率
float proba_reproduce;
//最大繁殖数
int nb_max_offsprings;
//繁殖能量
float energy_reproduce;
//添加my_icon属性，其数据类型为image_file
image_file my_icon;
//初始化位置为所在草地网格位置
init {
location <- my_cell.location;
}
//定义移动行为
reflex basic_move {
//使用choose_cell函数来确定移动行为的目的地
my_cell <- choose_cell();
location <- my_cell.location;
}
//初始化hoose_cell函数返回值为空值
vegetation_cell choose_cell {
return nil;
}
//定义进食行为,子族群进食行为不一样，通过重写energy_from_eat实现不一样的进食行为
reflex eat {
energy <- energy + energy_from_eat();
}
float energy_from_eat {
return 0.0;
}
//定义死亡行为，当能量小于0时，死亡
reflex die when: energy <= 0 {
do die;
}
//当能量大于繁殖能量，并且繁殖概率为真时，进行繁殖行为
reflex reproduce when:(energy >= energy_reproduce) and (flip(proba_reproduce)) {
//繁殖数量为1-最大繁殖数之间的随机数
int nb_offsprings <- rnd(1, nb_max_offsprings);
//生成nb_offsprings个与自身相同族群的代理
create species(self) number: nb_offsprings {
//新代理网格为当前网格
my_cell <- myself.my_cell;
//新代理位置为当前位置
location <- my_cell.location;
//新代理能量为当前能量除以繁殖数
energy <- myself.energy / nb_offsprings;
}
//自身能量变为当前能量除以繁殖数
energy <- energy / nb_offsprings;
}
//显示方式base,显示为圆形,大小为size,颜色为color
aspect base {
draw circle(size) color: color ;
}
//显示方式icon,显示为my_icon,大小为2*size
aspect icon {
draw my_icon size: 2 * size ;
}
//显示方式info,显示为方形+能量值（精度到小数点后两位）
aspect info {
draw square(size) color: color ;
draw string(energy with_precision 2) size: 3 color: #black ;
}
}
//创建食草动物族，其父族为generic_species
species prey parent: generic_species {
//初始化显示大小
float size <- 1.0;
//初始化颜色
rgb color <- #blue;
//初始化最大能量值
float max_energy <- prey_max_energy ;
//初始化每次最大进食量
float max_transfert <- prey_max_transfert ;
//初始化每次能量消耗值
float energy_consum <- prey_energy_consum ;
//初始化繁殖概率
float proba_reproduce <- prey_proba_reproduce ;
//初始化最大繁殖数
int nb_max_offsprings <- prey_nb_max_offsprings ;
//初始化繁殖能量
float energy_reproduce <- prey_energy_reproduce ;
//定义my_icon 为羊的图标
image_file my_icon <- image_file("../includes/data/predator_prey_sheep.png") ;
//重写choose_cell函数
vegetation_cell choose_cell {
//选择相距为2的网格中食物量最大的那个
return (my_cell.neighbors2) with_max_of (each.food);
}
//重写energy_from_eat函数
float energy_from_eat {
//初始化能量转移量
float energy_transfert <- 0.0;
//当所在网格的食物量大于0时
if(my_cell.food > 0) {
//能量转移量为每次最大进食量与网格内食物量的最小值
energy_transfert <- min([max_transfert, my_cell.food]);
//更新网格内食物量
my_cell.food <- my_cell.food - energy_transfert;
}
//返回能量转移量
return energy_transfert;
}
}
//创建食肉动物族，其父族为generic_species
species predator parent: generic_species {
//初始化显示大小
float size <- 1.0;
//初始化颜色
rgb color <- #red;
//初始化最大能量值
float max_energy <- predator_max_energy ;
//初始化每次进食量
float energy_transfert <- predator_energy_transfert ;
//初始化每次能量消耗值
float energy_consum <- predator_energy_consum ;
//初始化繁殖概率
float proba_reproduce <- predator_proba_reproduce ;
//初始化最大繁殖数
int nb_max_offsprings <- predator_nb_max_offsprings ;
//初始化繁殖能量
float energy_reproduce <- predator_energy_reproduce ;
//定义my_icon 为狼的图标
image_file my_icon <- image_file("../includes/data/predator_prey_wolf.png");
//重写choose_cell函数
vegetation_cell choose_cell {
// 选择第一个遇到的，相距为2且其中有食草动物的网格
vegetation_cell my_cell_tmp <- shuffle(my_cell.neighbors2) first_with (!(empty (prey inside (each))));
// 如果这个网格存在
if my_cell_tmp != nil {
//将这个网格作为目的地
return my_cell_tmp;
//否则
} else {
//随机选择一个周边相距为2的网格作为目的地
return one_of (my_cell.neighbors2);
}
}
//重写energy_from_eat函数
float energy_from_eat {
//列出所在网格内的食草动物
list<prey> reachable_preys <- prey inside (my_cell);
//如果食草动物列表不为空
if(! empty(reachable_preys)) {
//随机吃掉一个食草动物，那个食草动物死去
ask one_of (reachable_preys) {
do die;
}
//返回食肉动物每次进食量
return energy_transfert;
}
//如果食草动物列表为空，返回0
return 0.0;
}
}
//创建一个50x50的四边形网格（注：neighbors控制网格的形状，如6边形、8边形等）
grid vegetation_cell width: 50 height: 50 neighbors: 4 {
//定义网格属性
//food代表每个网格的食物量
//max_food每个网格最大食物量
float max_food <- 1.0;
//每次模拟网格中食物量随机增加的数值（0-0.01）
float food_prod <- rnd(0.01);
//每个网格初始食物量为（0-1）的随机数，每次模拟更新加food_prod，最大值为max_food
float food <- rnd(1.0) max: max_food update: food + food_prod;
//将周边距离自己为2的其他vegetation_cell存到neighbors2列表中
list<vegetation_cell> neighbors2 <- (self neighbors_at 2);
//根据食物量的大小，网格的颜色也会发生变化
rgb color <- rgb(int(255 * (1 - food)), 255, int(255 * (1 - food))) update: rgb(int(255 * (1 - food)), 255, int(255 * (1 - food)));
}
//实验名称为prey_predator，输出方式为图形界面
experiment prey_predator type: gui {
//定义食草动物可在图形界面调整的参数
parameter "Initial number of preys: " var: nb_preys_init min: 1 max: 1000 category: "Prey";
parameter "Prey max energy: " var: prey_max_energy category: "Prey";
parameter "Prey max transfert: " var: prey_max_transfert category: "Prey";
parameter "Prey energy consumption: " var: prey_energy_consum category: "Prey";
parameter 'Prey probability reproduce: ' var: prey_proba_reproduce category: 'Prey';
parameter 'Prey nb max offsprings: ' var: prey_nb_max_offsprings category: 'Prey';
parameter 'Prey energy reproduce: ' var: prey_energy_reproduce category: 'Prey';
//定义食肉动物可在图形界面调整的参数
parameter "Initial number of predators: " var: nb_predators_init min: 0 max: 200 category: "Predator";
parameter "Predator max energy: " var: predator_max_energy category: "Predator";
parameter "Predator energy transfert: " var: predator_energy_transfert category: "Predator";
parameter "Predator energy consumption: " var: predator_energy_consum category: "Predator";
parameter 'Predator probability reproduce: ' var: predator_proba_reproduce category: 'Predator';
parameter 'Predator nb max offsprings: ' var: predator_nb_max_offsprings category: 'Predator';
parameter 'Predator energy reproduce: ' var: predator_energy_reproduce category: 'Predator';
//定义输出
output {
//主窗口
display main_display {
grid vegetation_cell lines: #black;
//将prey族的显示方式更改为icon
species prey aspect: icon;
//将predator族的显示方式更改为icon
species predator aspect:icon;
}
//新增一个信息展示窗口
display info_display {
grid vegetation_cell lines: #black ;
//将prey族的显示方式更改为info
species prey aspect: info;
//将predator族的显示方式更改为info
species predator aspect: info;
}
//创建一个新窗口显示图表，每五个循环刷新一次
display Population_information refresh: every(5#cycles) {
//创建名为‘Species evolution’的图表，类型为折线图，图表大小为宽1高0.5，图表左上角位置为0,0
chart "Species evolution" type: series size: {1,0.5} position: {0, 0} {
//填充数据，数据名为number_of_preys，数据值为nb_preys，显示为蓝色
data "number_of_preys" value: nb_preys color: #blue;
//填充数据，数据名为number_of_predator，数据值为nb_predators，显示为红色
data "number_of_predator" value: nb_predators color: #red;
}
//创建名为‘Prey Energy Distribution’的图表，类型为直方图，背景为浅灰色，图表大小为长0.5宽0.5，图表左上角位置为0,0.5
chart "Prey Energy Distribution" type: histogram background: #lightgray size: {0.5,0.5} position: {0, 0.5} {
//数据区间0-0.025 的值是食草动物中能量值小于等于0.25的数量,颜色为红色
data "0-0.25" value: prey count (each.energy <= 0.25) color:#red;
//数据区间0.25-0.5 的值是食草动物中能量值大于0.25且小于等于0.5的数量，颜色为蓝色
data "0.25-0.5" value: prey count ((each.energy > 0.25) and (each.energy <= 0.5)) color:#blue;
//数据区间0.5-0.75 的值是食草动物中能量值大于0.5且小于等于0.75的数量,颜色为绿色
data "0.5-0.75" value: prey count ((each.energy > 0.5) and (each.energy <= 0.75)) color:#green;
//数据区间0.75-1 的值是食草动物中能量值大于0.75且小于等于1的数量，颜色为黄色
data "0.75-1" value: prey count (each.energy > 0.75) color:#yellow;
}
//创建名为‘Predator Energy Distribution’的图表，类型为饼图，背景为浅灰色，图表大小为长0.5宽0.5，图表左上角位置为0,0.5
chart "Predator Energy Distribution" type: pie background: #lightgray size: {0.5,0.5} position: {0.5, 0.5} {
//数据区间0-0.025 的值是食肉动物中能量值小于等于0.25的数量,颜色为红色
data "0-0.25" value: predator count (each.energy <= 0.25) color:#red;
//数据区间0.25-0.5 的值是食肉动物中能量值大于0.25且小于等于0.5的数量，颜色为蓝色
data "0.25-0.5" value: predator count ((each.energy > 0.25) and (each.energy <= 0.5)) color:#blue;
//数据区间0.5-0.75 的值是食肉动物中能量值大于0.5且小于等于0.75的数量,颜色为绿色
data "0.5-0.75" value: predator count ((each.energy > 0.5) and (each.energy <= 0.75)) color:#green;
//数据区间0.75-1 的值是食肉动物中能量值大于0.75且小于等于1的数量，颜色为黄色
data "0.75-1" value: predator count (each.energy > 0.75) color:#yellow;
}
}
//添加数据监管器
monitor "Number of preys" value: nb_preys;
monitor "Number of predators" value: nb_predators;
}
}
//新建一个名为Optimization的实验，类型为batch,同一组参数运行2次，每次运行的随机种子相同，运行200次停止
experiment Optimization type: batch repeat: 2 keep_seed: true until: ( time > 200 ) {
//添加需要优化的参数
parameter "Prey max transfert:" var: prey_max_transfert min: 0.05 max: 0.5 step: 0.05;
parameter "Prey energy reproduce:" var: prey_energy_reproduce min: 0.05 max: 0.75 step: 0.05;
parameter "Predator energy transfert:" var: predator_energy_transfert min: 0.1 max: 1.0 step: 0.1;
parameter "Predator energy reproduce:" var: predator_energy_reproduce min: 0.1 max: 1.0 step: 0.1;
//采用tabu优化参数，优化目标是最大化nb_preys + nb_predators
method tabu maximize: nb_preys + nb_predators iter_max: 10 tabu_list_size: 3;
//保存模拟结果
reflex save_results_explo {
ask simulations {
save [int(self),prey_max_transfert,prey_energy_reproduce,predator_energy_transfert,predator_energy_reproduce,self.nb_predators,self.nb_preys]
to: "results.csv" type: "csv" rewrite: (int(self) = 0) ? true : false header: true;
}
}
}
