Tutorial de StarLogo Yago Sáez Achaerandio Pedro Isasi Viñuela

Transcripción

1 Tutorial de StarLogo Yago Sáez Achaerandio Pedro Isasi Viñuela 1

2 1. Introducción Autómatas celulares: una de las herramientas de la inteligencia artificial, utilizada para la representación de comportamientos complejos de sistemas físicos, mecánicos, biológicos y químicos. 1. Se define la estructura básica de un Autómata Celular, 2. Se introducen sus conceptos asociados 3. Se plantean las mínimas consideraciones que deben tenerse en cuenta para solucionar problemas por medio de esta técnica. Método de los Elementos Finitos (FEM), discretizar espacios de la naturaleza: Objetivo: comprender la resistencia de materiales, la dinámica de partículas y e general el comportamiento y la interacción de los elementos base del sistema en el espacio; No obstante, quedan aún muchos sistemas complejos y de diversa naturaleza e los cuales no es convencional aplicar esta técnica, por ejemplo, sistemas químicos, biológicos, evolutivos, genéticos, eléctricos, computacionales e inclusive otros físicos y mecánicos. 2

3 1. Introducción (II) SOLUCIONES: 1. Expresiones de funciones contínuas; 2. Utilizar métodos aproximativos de discretización (sin embargo, se tienen problemas de digitalización del modelo) 3. Modelar con un Autómata Celular. [UAM] Un Autómata Celular es una herramienta computacional que hace parte de la Inteligencia Artificial basada en modelos biológicos, el cual está básicamente compuesto por una estructura estática de datos y un conjunto finito de reglas que son aplicadas a cada nodo o elemento de la estructura. El interés que ha despertado esta técnica radica en la sencillez y en la simplicidad que caracteriza la construcción de los modelos; además, en la particularidad de los patrones de comportamiento presentados por el Autómata en tiempo de ejecución. 3

4 1. Introducción (III) Acerca de la estructura de un Autómata Celular, se pueden definir como sus componentes básicos: Un plano bidimensional o un espacio n-dimensional dividido en un número de subespacios homogéneos, conocidos como celdas. Cada celda puede estar en uno de un conjunto finito o numerable S de estados. Una Configuración C, la que consiste en asignarle un estado a cada celda del autómata. Una Vecindad definida para cada celda, la que consiste en un conjunto contíguo de celdas, indicando sus posiciones relativas respecto a la celda misma. Una Regla de Evolución, la cual define cómo debe cada celda cambiar de estado, dependiendo del estado inmediatamente anterior de su vecindad. Un Reloj Virtual de Cómputo conectado a cada celda del autómata, el cual generará "tics" o pulsos simultáneos a todas las celdas indicando que debe aplicarse la regla de evolución y de esta forma cada celda cambiará de estado. 4

5 1. Introducción (III) Ejemplo: "El Juego de la Vida Mundo: :Cuadrícula homogénea. Estados:Cuatro estados: Vivo (negro) Muerto (blanco) "Recién" Vivo (gris oscuro) "Recién" Muerto (gris claro) Estado Inicial:Configuración aleatoria.vecindad:cuadrícula de 3x3 centrado en una celda. Incluye la celda del centro. Regla de Evolución: Una celda viva permanece viva sólo si en la vecindad hay 2 ó 3 celdas vivas, de lo contrario se muere. Una celda muerta cambia a viva sólo si en la vecindad hay exactamente 3 celdas vivas, de lo contrario sigue muerta. 5

6 1. Introdución: StarLogo StarLogo (MIT Media Lab, Alan Epstein, Rebekah Wahba, and Robert Tau) Starlogo es un sistema para el desarrollo de tortugas (1..XXX con entorno gráfico. Inicialmente se desarrolló para modelar sistemas sociales no dirigidos. Sistemas que vemos a diario como las colonias de hormigas, abejas, semáforos, bandadas de pajaros, etc.. Vamos a crear una aplicación que modele el comportamiento d una colonia artificial de termitas. Vamos a jugar!!! 6

7 2. Crear un nuevo proyecto Pulsar en New del menú File para comenzar un nuevo sistema Aparecen dos ventanas: Ventana de diseño: Mundo virtual 360º Ventanas de desarrollo: (Turtle y Observer) 7

8 3. Crear las tortugas: Command Center: para ordenes en línea Comando Observer: Clearturtles o ct create-turtles n (n es el número de tortugas) Comando Turtle: Fd 10 (distribuye las tortugas) 8

9 4. Hacer un procedimiento En Observer o Turtle Center To Comandos [ ] End Ejemplo Observer: to setup ct crt 30 ask-turtles [fd 10] end 9

10 10 5. Guardar el proyecto!! Menú File y opción Save Project.

11 11 6. Cómo incluir botones?

12 12 7. Cómo cambiar la forma de las tortugas? Para cambiar la forma se debe pedir a las tortugas que cambien: ask-turtles [setshape dibujotermita setc red fd 10] Para crear/modificar las posibles formas de las tortugas pulsar en menú Windows => Shape Chooser (Ctrl + H)

13 13 8. Cómo crear el escenario? Ya tenemos a 30 termitas esperando nuestras ordenes. Y ahora que hacemos? Crear el escenario es bien sencillo, se puede hacer manualmente con el menú de herramientas de dibujo: O bien por vía código: repeat 15 [fd 10 stamp yellow] La termita se mueve 10 veces pintando los lugares donde se ha movido (y esto se repite 15 veces). repeat 15 [seth random 360 jump random 200 stamp yellow] La termita se mueve aleatoriamente en los 360º entre 0 y 200 veces y pintando los lugares donde se ha movido (y esto se repite 15 veces).

14 14 8. Cómo crear el escenario? Es interesante introducir la creación del escenario dentro del código del SETUP: Por ejemplo: (Turtle Center) to escenario_setup repeat 15 [seth random 360 jump random 200 stamp yellow] End (Observer) to setup ca (clear all, limpia escenario y tortugas) crt 30 ask-turtles [setshape Termita fd 10] ask-turtles [escenario_setup] end

15 15 9. Y ahora que hacen las termitas? Tenemos un escenario, tenemos 30 termitas y ahora que hacemos? a) Primero debemos enseñarlas a moverse b) Luego a buscar patatas fritas (comida!!) c) Después a encontrar un lugar para apilar la comida d) Por último enseñarlas a soltar la comida

16 16 9.a Movimientoooooo!!!! Ejemplo to movimiento fd 1 rt random 50 lt random 50 end Right Turn Left Turn Probar por separado fd 1, rt 50 y lt 50, Qué ocurre? Después ejecutar movimiento en línea de comando

17 17 9.b Tengo hambre. Ejemplo to buscar_comida movimiento if pc = yellow [stamp black stop] buscar_comida end Ejecutar varias veces y ver que ocurre con la comida Y si quitamos el stop?

18 18 9.c Llevo comida y quiero apilarla Ejemplo to apilar_comida if pc = yellow [stop] movimiento apilar_comida end Ejecutar varias veces y ver que ocurre con la comida Y si quitamos el stop?

19 19 9.d Llevo comida y quiero depositarla Ejemplo to encontrar_hueco_y_dejar_comida movimiento if pc = black [stamp yellow salir_zona_comida stop] encontrar_hueco_y_dejar_comida end Ejecutar varias veces y ver que ocurre con la comida Y si quitamos el stop? to salir_zona_comida seth random 360 fd 1 if pc = black [stop] salir_zona_comida end

20 Y ahora todo junto Ejemplo to go buscar_comida apilar_comida encontrar_hueco_y_dejar_comida end Crear un botón Ejecutar que se sirva para lanzar el procedimiento go y que se repita. Qué ocurre?

21 Slider para probar parámetros to setup ca crt ntermitas ask-turtles [setshape Termita fd 10] ask-turtles [escenario_setup] end

22 22 Enhorabuena!!!! Ya habéis creado el primer programa en StarLogo

23 23 Práctica 2: Simulación social de Ghettos La práctica consiste en realizar una simulación basad en agentes (agentetortuga) en base a las siguientes reglas sencillas: Aproximación 1: 1. El agente únicamente percibe lo que tiene a su alrededor (celdas contiguas) 2. En cada turno, un agente calcula el número de vecinos adyacentes de su propia nacionalidad 3. Si el número de vecinos de su nacionalidad es mayor o igual a una introducida por parámetro entonces permanece donde está 4. Si por el contrario es menor entonces el agente se mueve aleatoriamente.

24 24 Aproximación 2: Qué ocurriría si cuando están con vecinos de otras nacionalidades también están bien? 1. El agente únicamente percibe lo que tiene a su alrededor (celdas contiguas) 2. En cada turno, un agente calcula el número de vecinos adyacentes de cualquier nacionalidad. 3. Si el número de vecinos ponderado es mayor a una cifra pasada por parámetro, por ejemplo: 1. Su nacionalidad = sumar 1 2. Otra nacionalidad sumar 0.5 entonces se queda en su lugar. 4. Si por el contrario es menor entonces el agente se mueve aleatoriamente.

25 25 Consideraciones generales Inicializar a los habitantes aleatoriamente, pudiendo variar por parámetro: Número de habitantes Número de nacionalidades (igualmente distribuidas) Numero de vecinos satisfactorio Ponderación civilización Poner a cada civilización de un color Sugerencias Extraer distintas conclusiones tras probar con los parámetros. (documentarlas) Probar otras posibilidades aparte de las propuestas ATENCIÓN: Plazo de ejecución máximo: 16 de diciembre de 200