Agent-Based and Individual-Based Modeling

Agent-Based and Individual-Based Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Princeton University Press
作者:Steven F. Railsback
出品人:
页数:352
译者:
出版时间:2011-11-6
价格:USD 55.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780691136745
丛书系列:
图书标签:
  • ABM
  • 复杂系统
  • 仿真
  • 模型
  • Agent-Based
  • 系统仿真
  • 方法论
  • 建模
  • Agent-based modeling
  • Individual-based modeling
  • Computational social science
  • Complex systems
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  • Artificial intelligence
  • NetLogo
  • ABM
  • IBM
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具体描述

Product Description

Agent-based modeling is a new technique for understanding how the dynamics of biological, social, and other complex systems arise from the characteristics and behaviors of the agents making up these systems. This innovative textbook gives students and scientists the skills to design, implement, and analyze agent-based models. It starts with the fundamentals of modeling and provides an introduction to NetLogo, an easy-to-use, free, and powerful software platform. Nine chapters then each introduce an important modeling concept and show how to implement it using NetLogo. The book goes on to present strategies for finding the right level of model complexity and developing theory for agent behavior, and for analyzing and learning from models.

Agent-Based and Individual-Based Modeling features concise and accessible text, numerous examples, and exercises using small but scientific models. The emphasis throughout is on analysis--such as software testing, theory development, robustness analysis, and understanding full models--and on design issues like optimizing model structure and finding good parameter values.

The first hands-on introduction to agent-based modeling, from conceptual design to computer implementation to parameterization and analysis

Filled with examples and exercises, with updates and supplementary materials at www.railsback-grimm-abm-book.com

Designed for students and researchers across the biological and social sciences

Written by leading practitioners

From the Inside Flap

"Railsback and Grimm provide a needed book on how to develop, code, and analyze agent-based models. They so expertly explain the art and science of modeling that even the most modeling-shy beginner will master the skills. Readers will also gain a deep understanding of the increasing importance of agent-based models for interpreting the patterns of nature and human society."--Donald L. DeAngelis, U.S. Geological Survey

"Railsback and Grimm have written a superb introduction to agent-based models. They combine hands-on programming exercises, introductions to some of the core concepts in complex systems, and instruction in model design and analysis. The result is an excellent book that's ideal for both undergraduates and academics."--Scott E. Page, author of Diversity and Complexity

"Knitting together ecology, economics, and social systems, this wonderful book will encourage and enlighten novices and experienced modelers alike. It highlights the importance of patterns at every level of the modeling process, the need for clear explication of assumptions, and the benefits of models composed of discrete entities (agents) which interact, evolve, and mimic reality."--Louis Gross, University of Tennessee, Knoxville

"This exceptional book offers a systematic introduction to the scientific use of agent-based modeling, including the implementation, testing, and validation of models. Until now there was no good textbook available to teach students the theory and practice of agent-based modeling. Railsback and Grimm provide such a text, one that will likely become a classic in the field."--Marco A. Janssen, Arizona State University

"This book is an invaluable guide to agent-based modeling. A significant contribution to the field, it will train the next generation of modelers and teach best practices to existing modelers. Railsback and Grimm have in-depth expertise and experience in developing and teaching agent-based modeling, and are well qualified to write such a book."--Richard Stillman, Bournemouth University

《复杂系统动力学导论:从宏观到微观的视角》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,探讨复杂系统中从宏观现象涌现到微观个体行为之间动态联系。我们聚焦于那些无法仅通过线性模型或还原论方法来完全理解的系统,例如生态网络、社会经济结构、物理化学过程中的相变,以及生物体内信号传导的复杂性。 核心主题与内容概述: 第一部分:复杂系统的基本框架与挑战 本部分首先建立起对“复杂系统”的清晰界定,区分其与简单、随机系统的本质差异。我们将探讨复杂系统的核心特征:涌现性(Emergence)、非线性(Nonlinearity)、自组织(Self-organization)以及鲁棒性(Robustness)。 1.1 复杂性的测量与刻画: 介绍信息论、熵(如Kolmogorov复杂性与Shannon熵)在衡量系统信息含量和不可预测性中的应用。重点讨论如何从数据中识别出系统的非平凡结构。 1.2 非线性动力学的基石: 回顾经典动力学系统理论,如吸引子(Attractors)、分岔(Bifurcation)和混沌(Chaos)理论。我们将深入分析这些数学工具如何揭示系统在参数变化下可能发生的定性转变,例如从稳定状态到周期振荡乃至完全混沌的过渡。 1.3 耦合与相互作用: 复杂系统往往由大量相互作用的组分构成。本章详细探讨不同类型的耦合机制(如强耦合、弱耦合、时滞耦合)如何影响整个系统的集体行为和同步现象。我们引入网络理论作为描述这些相互作用的强大工具。 第二部分:网络科学与结构涌现 现代复杂性研究离不开对系统拓扑结构的分析。第二部分将网络理论作为核心分析工具,研究结构如何决定功能。 2.1 图论基础与网络表示: 介绍图论的基本概念,如何将物理、社会或生物系统抽象为节点与边的网络模型。深入分析诸如度分布(Degree Distribution)、聚类系数(Clustering Coefficient)和路径长度(Path Length)等关键拓扑指标。 2.2 经典网络模型: 对Erdős-Rényi随机图、小世界网络(Watts-Strogatz模型)和无标度网络(Scale-Free Networks,如Barabási-Albert模型)进行详尽的比较分析。重点讨论无标度网络中“枢纽节点”(Hubs)对系统信息流和脆弱性的影响。 2.3 动态网络: 探讨网络结构随时间演化的机制,包括增殖、老化和链接失效。研究动态拓扑如何反馈影响网络上传播过程(如疾病传播或信息扩散)的速率和范围。 第三部分:统计物理学的宏观视角 本部分从统计力学的角度出发,解释如何利用概率和统计方法来描述大量组分系统所展现的集体行为,侧重于从微观规则到宏观规律的推导。 3.1 统计力学基础回顾: 简要回顾正则系综、巨正则系综的概念,并将其应用于理解系统在平衡态下的性质。 3.2 相变与临界现象: 详细分析第二类相变。引入重整化群(Renormalization Group)思想,解释为什么在临界点附近,系统行为具有普适性(Universality),并介绍关键的标度律(Scaling Laws)和临界指数。 3.3 远离平衡态的统计描述: 复杂系统通常处于非平衡态。本章探讨非平衡态的统计描述,包括局域平衡假设的失效,以及如何使用Onsager倒易关系和远离平衡态的热力学理论来描述稳态下的涨落。 第四部分:信息流与控制 理解复杂系统的关键在于追踪和调控信息和能量的流动。 4.1 复杂性与信息处理: 探讨复杂系统作为信息处理器的角色。引入互信息(Mutual Information)和传递熵(Transfer Entropy)等工具,量化不同子系统间信息交换的程度和方向性。 4.2 协同性与涌现: 专门讨论系统如何通过反馈回路(Feedback Loops)实现高度的协同操作。分析正反馈和负反馈如何塑造系统的稳定性或驱动其自发结构形成。 4.3 系统的控制与干预: 介绍如何设计最小干预措施来改变或稳定复杂系统的全局行为。讨论最优控制理论在网络中的应用,例如如何通过影响少数关键节点来引导整个网络的动态路径。 第五部分:跨学科案例研究 最后,本书将理论框架应用于多个前沿领域,展示复杂性科学的广阔应用前景。 5.1 生物网络: 分析基因调控网络中的反馈机制、代谢网络的鲁棒性,以及神经元集群中的振荡模式。 5.2 社会经济系统: 考察市场波动中的非线性相互作用、意见扩散模型(Opinion Dynamics)中的社会极化现象,以及城市交通流的拥堵机制。 5.3 生态系统: 探讨捕食者-猎物系统的周期性振荡,以及入侵物种对生态群落稳定性的冲击。 本书特色: 本书注重理论的严谨性与直观理解的结合。它避免了对特定微观模拟方法的过度依赖,而是聚焦于从宏观现象中提炼出的通用数学结构和统计规律。读者在阅读过程中,将习得一套分析任何复杂系统的通用思维工具箱,理解系统整体属性的“为何”和“如何”涌现,而非仅仅停留在描述其微观组分。本书适合具有扎实微积分和线性代数基础的高年级本科生、研究生以及希望拓宽研究视野的科研人员。

作者简介

目录信息

读后感

评分

昨天下午,我在Volker办公室对他说:虽然我不该 judge a book by its cover,尤其是本好书,但这封面也太难看了吧! Volker:封面是我老婆选得! 我:老板,我错了。。。其实仔细看挺有内涵的。。。 Volker:晚了,你最好考虑下份工作了。  

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用户评价

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这本书的参考书目部分简直是一座宝库,我光是根据书中的引用又下载了十几篇重量级的学术论文来补充阅读。作者在行文过程中,总是在恰当的地方引用了该领域奠基人的工作,并清晰地勾勒出当前研究的前沿和存在的争议点。这使得这本书不仅是一次性的知识输入,更像是获得了一张通往该领域各个分支的“导航图”。对于想要进入这个研究领域的年轻学者来说,这本教材提供的脉络是无价的。它没有回避那些尚未解决的难题,而是坦率地指出了不同方法论的局限性,比如在处理大规模、高维数据时的计算瓶颈,或者在模型验证上面临的挑战。这种坦诚的态度,体现了作者深厚的学术素养和对领域未来发展的深刻洞察。

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这本书的封面设计着实引人注目,那种深邃的蓝色调与封面中央那个抽象的、像是数据流动的图形交织在一起,立刻就给人一种严谨而又充满未来感的印象。我最初拿到手的时候,光是翻阅目录就花了很长时间,因为它涵盖的领域极其广泛,从生态系统的模拟到复杂的社会行为分析,似乎就没有它不触及的角落。初读者的感受是,这不仅仅是一本理论书,更像是一本操作手册,里面充满了各种算法的阐述和实际案例的剖析。特别是关于异质性个体如何涌现出宏观复杂模式的那几章,作者的论述逻辑链条非常清晰,即使是初次接触这类建模的读者,也能被引导着一步步理解背后的数学基础和计算思维。我个人最欣赏的一点是,它并没有将模型工具化、标签化,而是深入挖掘了每种建模方法背后的哲学思考,探讨了“个体”这个概念在不同学科背景下的精确定义,这使得这本书的深度远远超出了普通的技术指南范畴,真正做到了理论与实践的完美结合。

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坦白说,这本书的阅读体验与其说是“读”,不如说是“攻克”。它对读者的数学基础和计算能力是有一定要求的,那些关于随机过程和网络理论的章节,需要读者非常专注地去推导和理解。然而,正是这种挑战性,让最终的收获显得格外扎实。我记得在处理一个关于城市交通流的案例时,书中提供的那套基于代理的规则集,乍一看似乎过于简化,但作者通过细致的参数敏感性分析,展示了如何用极简的规则捕捉到真实世界中那种意想不到的堵塞现象。这本书的伟大之处在于,它教会我们如何从微观的确定性规则中,去拥抱和理解宏观世界中普遍存在的“涌现性”和“不确定性”。它不是给你现成的答案,而是提供了一套强大的“提问”框架,让你学会如何用建模的语言去审视和解构现实世界的复杂性。

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如果要用一个词来形容这本书的整体风格,那就是“严谨的实验精神”。它不仅仅是描述模型,更是要求读者像一名真正的实验科学家那样去操作和思考。书中的每一个模型推导和代码示例(虽然是以伪代码形式呈现的),都经过了严格的逻辑检验。我印象最深的是关于模型校准和验证的章节,作者没有草草带过,而是深入探讨了“如何证明你的模型是有效的”这一核心科学问题,提出了多种基于经验数据和理论一致性的检验标准。这种对科学方法的强调,让这本书的价值超越了单纯的建模技巧传授,它真正培养的是一种自洽的、可重复的、批判性的研究思维。读完之后,我感觉自己对任何声称能解释复杂现象的“模型”都会抱持一种更加审慎和挑剔的态度。

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我是一名社会科学背景的研究者,对于纯粹的计算细节通常感到畏惧,但这本书成功地跨越了这一鸿沟。它在介绍复杂的ABM(基于代理的模型)框架时,非常巧妙地融入了大量的行为经济学和社会学理论。比如,在讨论群体采纳新行为的扩散模型时,它详细对比了经典的SIR模型与考虑了认知偏差和信息不对称的代理模型的差异。这种跨学科的融合,使得这本书对我们理解人类社会现象提供了新的视角。我特别喜欢它对“意图”和“适应性”的建模方法论的探讨,它没有将“代理”塑造成一个完全理性的机器人,而是承认了他们在信息不完全下的局限性和学习能力。这种细腻的处理,让模型的结果更具解释力和说服力,远非那些建立在高度简化的假设之上的宏观模型可以比拟。

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independent study 的时候被老师推荐看这本书的。不过貌似社会学家对ABM的看法很保守啊。。。和农经系的同学交流了一下他们也说有一些经济学家也觉得ABM很旁门左道的样子。 稍微改了一下library 里面的那个生育行为的模型,套了一下中国的数据。结果simulate的结果是再过200 多年中华民族就要灭亡了……orz

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侧重于ABM模型设计,那个ODD Protocol很有道理

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independent study 的时候被老师推荐看这本书的。不过貌似社会学家对ABM的看法很保守啊。。。和农经系的同学交流了一下他们也说有一些经济学家也觉得ABM很旁门左道的样子。 稍微改了一下library 里面的那个生育行为的模型,套了一下中国的数据。结果simulate的结果是再过200 多年中华民族就要灭亡了……orz

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侧重于ABM模型设计,那个ODD Protocol很有道理

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侧重于ABM模型设计,那个ODD Protocol很有道理

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