复杂适应系统协同理论、方法与应用研究

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1、摘要复杂适J、i系统(ComplexAdaptiveSystem，CAS)理沦为复杂系统研究提供了一个新思路与‘种新方法，是当前复杂性科学研究的一个热点。本文作为刈CAS理论方法与应用的研究，探讨了其协同理论、方法及在能源系统战略研究中的应用，主要包括以下几方面的内容。首先，系统地回顾了CAS理论基础与方法，包括CAS的概念，适应性主体的概念，以刺激一反映模型描述的主体模型，以回声模型(Echo)描述的CAS的模型，还有CAS研究的模拟工具——sw糊，介绍了Swarm的基本原理、对具体领域问题的建模

2、与模拟过程，概括了CAS应用研究的进展，概括了其研究方法，最后指出了CAS及其理论表述的不足与改进方向。在第三章借鉴生物系统中的协同进化(Co．evolution)的概念及其启示研究系统的协同进化。首先概述了生物系统协同进化的现象及协同进化的概念。然后借鉴生物系统个体之间关系的描述，阐述了系统协同进化的机理，在此基础上提出系统协同进化的定义及分类，提出了个体一群体一系统的协同进化层次模型。在第四章对复杂适应系统建模进行了探讨。适宜的建模方法是问题分析的基础。在分析CAS及Echo模型的基础上，借鉴M

3、ulti—AgentSystem(MAS)的理论与方法来探讨CAS的建模，并对基于数学模型建模与基于Agent建模进行了比较分析，提出了基于MAS的开放、动态、演化建模思路与方法。明确了本文的研究是从研究组成系统的主体的角度进行，研究系统中主体之间、群体之间的相互协同进化的方式与方法。在第五章作为对系统协同进化研究的深入，探讨了几种协同进化的方法／算法．它们是合作型协同进化、竞争型协同进化。首先回顾了生物系统的适应性及jc寸复杂性研究的启示，然后介绍了协同进化的算法基础——遗传算法，分别给出了合作型

4、协同进化、竞争型协同进化的概念，给出了其具体算法过程，并以实例说明了其应用。最后基于进化博弈理论(EvolutionaryGameTheory’EGT)研究了协同进化系统中个体的进化行为。在酊述理论与方法论述的基础上，第六章以我国能源系统为例进行应用分析。首先对我国能源形势进行了概括，指出能源形势及能源安全问题的严峻性，然后分析了能源系统的研究方法，提出采用CAS理论与方法及协同进化方法来研究能源系统。在此基础上，对我国能源系统进行了系统分析，构造了系统模型，分析了系统演化机制及协同特性，建立了系统

5、演化模型，构造了Swarm模拟模型，以我国能源系统现状为基础进行了模拟分析，得到未来我国能源结构变化趋势及相应的C02排放量情况。同时，应用研究验证了理论方法研究的实用性。关键词：复杂适应系统，适应性主体，协同，协I司进化，能源系统，MAS，SwarmABSTRACTThetheoryofcomplexadaptivesystem(CAS)isafocusoftheresearchofcomplexsysteminthepastdecade，whichprovideUSanovelmethodand

6、anewdirectionofcomplexsystemresearch．AstlleresearchaboutCAS，thesynergytheory．methodofCASanditsapplicationinenergycomplexsystemisstudiedinthispaper．WebeginbyintroducingthetheoryandmethodofCASthatincludestheconceptionofcomplexadaptivesystem，adaptiveagent

7、，agentmodelexpressedbystimulus—responsemodelandtheEchomodelusedforCASdescription．TheprinciplemodelingandsimulationprocessoftllesoftwareplatformSwarm．whichiSthetoolofCASsimulation，iSintroduced．Asageneralization，themethodofCASresearchiSreviewed．Intheendo

8、fchapter2，thedeficiencyofdescriptionandapplicationandthefutureresearchdirectionofCASispresented．TheconceptionofsystemCO-evolutionispresentedinchapter3．Thephenomenaofbiologysystemispopular,alsotherearemanyreflectionofCO—evolutioninsoci—e