摘要：文章主要介紹了Swarm的主要特點(diǎn)以及利用Swarm進(jìn)行建模仿真的一般思路，然后給出了庫存系統(tǒng)決策分析模型，并對(duì)該模型的構(gòu)建過程進(jìn)行了分析，試圖為研究和使用Swarm提供了一條捷徑。
　　關(guān)鍵詞：Swarm；庫存系統(tǒng)；建模仿真
　　
　　一、CAS
　　
　　CAS理論是遺傳算法之父和復(fù)雜性科學(xué)的先驅(qū)者之——Holland在1994年提出的。其將系統(tǒng)成員看作是具有自身目的和主動(dòng)性、積極的“活”主體。主體能夠與環(huán)境以及其他主體進(jìn)行相互作用，在持續(xù)不斷的相互作用中，不斷地“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗(yàn)”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。整個(gè)系統(tǒng)的演變和進(jìn)化，包括新層次的產(chǎn)生、分化和多樣性的出現(xiàn)，新的、聚合而成的、更大的主體等等，都是在這個(gè)基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。更重要的CAS理論認(rèn)為正是主體的這種主動(dòng)性以及它與環(huán)境間反復(fù)的、相互的作用，才是系統(tǒng)發(fā)展和演化的基本動(dòng)因。大量的研究事實(shí)表明，由使用性產(chǎn)生的復(fù)雜性，即所謂的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)確實(shí)是一大類十分重要、非常常見的復(fù)雜系統(tǒng)。
　　
　　二、Swarm
　　
　　Swarm實(shí)際是一個(gè)用Object-C（一種面向?qū)ο蟮腃語言）語言編寫的類庫集。它是一個(gè)自由軟件，其源代碼是開放的，并且Swarm的使用者之間能方便進(jìn)行自由交流，實(shí)現(xiàn)研究成果共享。Swarm最初是為支持X Window系統(tǒng)的Unix操作系統(tǒng)開發(fā)的。1995年發(fā)布了第一個(gè)Beta版。1997年1月發(fā)布了Swarm 1.0版本，該版本能在Solaris和Linux操作系統(tǒng)上運(yùn)行。隨后經(jīng)過較小的修改，該版本能DEC Alpha平臺(tái)和Unix操作系統(tǒng)上運(yùn)行。1998年4月Swarm 1.1版本發(fā)布，由于其引入了Cygnus Win32包，使其能在Miscrosoft Windows95/98/NT上運(yùn)行。1999年年底，發(fā)布了支持Java語言的Swarm 2.0和2.0.1版本。這樣，Swarm可以同時(shí)支持Object-C和Java變成，使其越來越利于眾多非計(jì)算機(jī)專業(yè)研究人員的使用，因此應(yīng)用日益廣泛。目前，Swarm Development Group（SDG）的首要任務(wù)是將Swarm進(jìn)一步通用化，使之支持更多操作系統(tǒng)，并能采用更多的計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行編程。
　?。ㄒ唬㏒warm的主要特點(diǎn)
　　1、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想。Swarm是一個(gè)多主體建模仿真框架，多主體建模與面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)思想有一定的相似之處。在面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)（OOA、OOD）中，定義了各種類，這些類在程序運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建若干個(gè)類的實(shí)例，稱為對(duì)象。每個(gè)對(duì)象包括描述對(duì)象自身狀態(tài)的實(shí)例變量，稱為屬性（Attribute），以及由類定義的描述對(duì)象行為的方法（Method）。對(duì)象之間通過發(fā)送和接收消息來通信。Swarm本身就是使用面向?qū)ο蠓椒ê图夹g(shù)的一個(gè)設(shè)計(jì)良好的類庫。
　　2、離散時(shí)間仿真。Swarm仿真模型實(shí)質(zhì)上是離散時(shí)間的仿真模型：仿真時(shí)鐘以離散的方式推進(jìn)，模型中得主體通過在離散的時(shí)刻發(fā)生的事件來改變自身的狀態(tài)并與模型中的其他主體進(jìn)行交互。由于模型中的每個(gè)主體都又若干個(gè)事件，主體之間通過離散事件進(jìn)行交互，所以這些事件之間有一定的引發(fā)（一個(gè)事件的發(fā)生引起另一個(gè)事件的發(fā)生）和時(shí)序關(guān)系（事件之間在時(shí)間上的關(guān)系）。
　　3、探測器技術(shù)與圖形化用戶界面。在系統(tǒng)仿真中，觀察模型的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析非常重要。Swarm使用“探測器”（Probe）技術(shù)從運(yùn)行的模型中提取數(shù)據(jù)，并提供了圖形化的用戶界面來顯示運(yùn)行結(jié)果。探測器實(shí)際上是Swarm類庫中事先定義好的一系列類。Swarm為用戶提供了一個(gè)非常直觀的圖形輸出界面。
　?。ǘ㏒warm仿真程序的層次結(jié)構(gòu)及類庫
　　Swarm仿真程序包括：ModelSwarm（模型Swarm）、ObserverSwarm（觀察者Swarm）和Agent（仿真主體）。其中的ModelSwarm和ObserverSwarm都是Swarm類的子類，它們二者建立了Swarm仿真程序的框架結(jié)構(gòu)。仿真主體對(duì)象則對(duì)應(yīng)所要模擬的真實(shí)系統(tǒng)中有代表性的微觀主體和這些個(gè)體活動(dòng)的環(huán)境，主體對(duì)象是SwarmObject類的子類，繼承SwarmObject的一些既有方法以提供對(duì)探測器和內(nèi)存管理的支持。
　　Swarm以下核心類庫：Defobj、Collection、Random、Tkobjc、Swarmobject、Activity和Smitools。
　　
　　三、Swarm建模實(shí)例
　　
　?。ㄒ唬齑嫦到y(tǒng)概述
　　一般的庫存系統(tǒng)，主要包括庫存狀態(tài)、補(bǔ)充和需求。庫存狀態(tài)是指存貨隨著時(shí)間的推移而發(fā)生的盤點(diǎn)數(shù)量的變化，存貨數(shù)量隨著需求過程而減少，又隨補(bǔ)充過程而增加。需求是系統(tǒng)的輸出，它可以有不同的形式，包括連續(xù)需求、間斷需求、已知的確定性需求和隨即需求等，一般來說不受控制。給定了需求形式，系統(tǒng)輸出特性也就確定了。補(bǔ)充是系統(tǒng)的輸入，補(bǔ)充策略根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)和需求方式來確定，是庫存系統(tǒng)管理決策的關(guān)注重點(diǎn)。
　　不同的需求與補(bǔ)充就決定系統(tǒng)的庫存狀態(tài)，它是一個(gè)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過程。庫存系統(tǒng)的研究就是為了求解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫存狀態(tài)，并根據(jù)庫存狀態(tài)變化所引起的成本進(jìn)行科學(xué)的管理和決策。
　　本文模擬的是多周期提前訂貨有折扣的庫存系統(tǒng)，比較接近現(xiàn)實(shí)的庫存系統(tǒng)，訂貨有延遲，需要提前訂貨，當(dāng)訂貨數(shù)量超過某定值時(shí)可享受折扣。本模型采取的訂貨策略是每次訂貨發(fā)出，尚未到貨時(shí)不繼續(xù)發(fā)出訂貨單。
　?。ǘ┠Ｐ驮O(shè)計(jì)
　　在本庫存仿真系統(tǒng)中，僅一類個(gè)體——庫存。仿真模型的參數(shù)設(shè)計(jì)（以下列出主要參數(shù)）：
　　1、需求量D為離散隨即變量。
　　2、訂貨提前期order_before_day為離散隨即變量，在系統(tǒng)中隨即產(chǎn)生（0，1]之間的隨數(shù)r，若r∈（0，0.125]時(shí)，則order_before_day＝1；若r∈（0.125，0.5]時(shí)，則order_before_day=2；若r∈（0.5，1]時(shí)，則order_before_day=3。
　　3、折扣率。每次訂貨量超過一個(gè)固定值時(shí)，可以享受25%的折扣。
　　4、最大庫存（max_stock）。
　　5、最小庫存（orderPoint），即定貨點(diǎn)，當(dāng)庫存數(shù)量小于最小庫存時(shí)，開始訂貨。
　　6、缺貨損失（scarcityLosses）。
　　7、訂貨費(fèi)用（orderCost）。
　　8、保管費(fèi)用（reserveCost）。
　　9、折扣率（discount_rate）。
　　10、缺貨數(shù)量（scarcity_num）。
　　11、到貨的天數(shù)（goods_arrive_day）。
　　12、當(dāng)期的總費(fèi)用（periodActualCost）。
　　主體的行為主要有：
　　訂貨行為，當(dāng)庫存不夠時(shí)，發(fā)出訂貨單。
　　需求行為，根據(jù)產(chǎn)生的隨機(jī)變量，決定需要的貨物的個(gè)數(shù)。計(jì)算當(dāng)前庫存量，計(jì)算缺貨量。
　　到貨行為，此到貨行為中，主要完成參數(shù)狀態(tài)的修改，計(jì)算庫存量。
　　最后結(jié)算本期費(fèi)用。計(jì)算相關(guān)費(fèi)用，如保存費(fèi)用、存儲(chǔ)費(fèi)用、缺失損失等。
　?。ㄈ┓抡鎸?shí)現(xiàn)
　　依據(jù)Swarm仿真程序的層次結(jié)構(gòu)，一個(gè)Swarm一般由兩部分組成：一系列相關(guān)聯(lián)的對(duì)象的集合以及這些對(duì)象的動(dòng)作序列表，Swarm仿真程序就是圍繞Swarm進(jìn)行組織的。
　　
　　1、在ModelSwarm對(duì)象中，首先，定義主體——庫存，以及主體的數(shù)量，通過buildObjects方法來創(chuàng)建對(duì)象。其次，通過buildActions方法為ActionGroup的實(shí)例對(duì)象賦值來規(guī)定主體行為的執(zhí)行順序和觸發(fā)條件，然后在Schedule對(duì)象中定義ActionGroup第一次執(zhí)行的時(shí)間和各次執(zhí)行的時(shí)間間隔。此外，ModelSwamr還包括一系列輸入和輸出參數(shù)。如主體個(gè)數(shù)的初始值、庫存的最大值等。輸出包括當(dāng)前狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果等，各初始值如圖1所示。
　　
　　2、ObserverSwarm在仿真過程中，檢測模型的運(yùn)行過程并記錄模型的輸出結(jié)果。ObserverSwarm通過探測器（Probe）接口觀察ModelSwarm對(duì)象中各個(gè)個(gè)體狀態(tài)的變化，并以圖形的方式輸出。
　　本模型中初始產(chǎn)生主體個(gè)數(shù)為5，運(yùn)行100期，每期代表真實(shí)的時(shí)間為1天，初始庫存90，最大庫存140，最小庫存60，觀察100期內(nèi)總費(fèi)用，運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。
　　改變策略，最大庫存設(shè)置為250，其他初始參數(shù)不變，運(yùn)行程序。結(jié)果如圖3所示。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　　從以上模型的結(jié)果可以總結(jié)出，改變策略后，在同樣的運(yùn)行周期內(nèi)，可以節(jié)省費(fèi)用，因?yàn)榈?種策略最大庫存是140，在這種情況下，訂貨的數(shù)量最大不超過140，享受不了打折的優(yōu)惠，改變策略后，某些時(shí)候可以享受到優(yōu)惠。可以根據(jù)具體的情況，調(diào)整訂貨的策略，也可以改變模型的初始值。從對(duì)Swarm本身以及庫存系統(tǒng)的仿真模型的研究表明，Swarm很適合基于個(gè)體Agent的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)仿真建模。另外，由于swarm源代碼開放以及提供了標(biāo)準(zhǔn)接口，使其具有良好的可擴(kuò)展性，更易于實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)模型。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、