Руководство пользователя программы simlife (искусственная жизнь) для ibm-совместимых компьютеров

Вид материала

Руководство пользователя

Содержание Руководство пользователя программы simlife 1.1. Запуск программы 1.2. Завершение работы с программой 1.3. Окно новая игра 2. Главное меню программы искусственная жизнь Практическое задание №1 Из (3) видно, что максимум Ne достигается при N1 = N2. Практическое задание №2 Практическое задание №3 К над числом умерших организмов D К(х/N); максимально возможную для данных пищевых и территориальных ресурсов численность популяции N(t) Практическое задание №5 S смертей особей в зависимости от времени t Практическое задание №6 Практическое задание №7 Влияние токсинов на животных

Подобный материал:

• Вкомплект поставки программы «Строительные Технологии смета» версии Х входит: руководство, 156.42kb.
• Оболочка Norton Commander. Windows и программа, 26.31kb.
• International Bussines Machines Corporation ведущей компании по производству больших, 139.42kb.
• International Bussines Machines Corporation ведущей компании по производству больших, 141.49kb.
• Дейт К. Д27 Руководство по реляционной субд db2/ Пер с англ и предисл. М. Р. Когаловского, 4309.37kb.
• Руководство по установке и обновлению программа «баланс-2W», 329.37kb.
• Описание работы, 17.58kb.
• Фигурнов В. Э. Ф49 ibm pc для пользователя. Изд. 7-е, перераб и доп, 16987.67kb.
• Белорусский Государственный Университет Экономический факультет реферат, 548.64kb.
• 1. Этап первый. Знакомство, 247.15kb.

ВВЕДЕНИЕ


Программная среда Искусственная жизнь предназначена для практических и лабораторных занятий по экологии. Программа позволяет моделировать на IBM-совместимых компьютерах климатические, геологические, биологические, инженерные процессы, подчиняющиеся законам эволюции и генетики. Параметры этих процессов, включая температуру, влажность, ландшафт, биологические виды и экосистемы, изменяются внутри программы. Искусственная жизнь представляет собой инструментальную среду с объектно-ориентированным программированием и включает в себя, кроме главного меню, множество окон, текстовых полей, графических объектов, кнопок. Кроме этого, имеются анимации и звуки. Экран компьютера представлен на рисунке 1.

РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРОГРАММЫ SIMLIFE

(ИСКУССТВЕННАЯ ЖИЗНЬ) ДЛЯ IBM-СОВМЕСТИМЫХ КОМПЬЮТЕРОВ


Программа Искусственная жизнь предназначена для компьютерного моделирования процессов в экологических системах. При этом заложенные в программе алгоритмы во много раз проще, чем законы реального мира. Например, почва рассматривается как некий монолит с однородным химическим составом, органические остатки погибших организмов автоматически, без участия деструкторов, превращаются в почву. Из всех свойств атмосферы учитываются только влажность и температура воздуха, эволюционное образование нового вида возможно только при смене нескольких поколений, в то время как в реальной жизни для этого требуется от 1000 до 100 000 поколений. Тем не менее, программа искусственная жизнь является мощным инструментом для изучения и исследования важнейших экологических законов.

1.1. ЗАПУСК ПРОГРАММЫ


Для того чтобы запустить программу, нужно дважды щелкнуть левой клавишей мыши, по ярлыку SimLife. Так как программа сконфигурирована для работы в режиме эмуляции MS-DOS, появится сообщение о том, что все остальные программы будут закрыты. Нужно подтвердить операцию. После этого появится первое активное окно Новая игра с несколькими экранными кнопками, представленное на рисунке 2.

Согласно заданию преподавателя следует выбрать сценарий занятия и нажать кнопку Play Scenario (Играть по сценарию), либо нажать кнопку Tutorial (консультация), чтобы ознакомиться с устройством и принципом действия программы Искусственная жизнь, либо нажать кнопку Experimental Mode (Режим эксперимента), затем Play Scenario (Играть по сценарию). После этого, меню программы станет активным, и можно начинать практическое занятие.


1.2. ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ


Работу программы можно завершить, нажав кнопку Quit (Выход) в окне Новая игра. Если вы уже начали выполнение практического задания, в главном меню, следует выбрать File (Файл), затем команду Quit (Выход). После появления системного сообщения о сохранении файла нажать кнопку No (Нет).

1.3. ОКНО НОВАЯ ИГРА


Название любого окна указано либо вверху окна, либо в главном меню программы. Окно Новая игра появляется после запуска программы Искусственная жизнь и позволяет выбрать следующие режимы работы, нажав одноименную кнопку окна:

1. Tutorial (консультация) предоставляет дополнительную информацию о работе программы.
   
2. Desert to forest (Лес из пустыни) – это готовый сценарий, когда программа сама создает мир, заселенный растениями. Предполагается наличие в мире деструкторов, но управление ими и получение о них информации невозможно.
   
3. Battle of the sexes (Битва полов) – программа создает мир, заселенный одним видом растений и одной популяцией животных с преобладанием на генетическом уровне особей женского пола. В ходе эволюционного развития число мужских и женских особей должно сравняться.
   
4. Feast & famine (Пир и голод) – программа создает мир, населенный небольшим количеством травоядных животных и растений. В таком мире происходит частое чередование благоприятных и неблагоприятных климатических условий и других внешних воздействий.
   
5. Carnivoria (Хищничество) – мир содержит 7 видов животных и 14 видов растений. Трофические цепи в мире более сложны, так как помимо консументов первого порядка присутствуют и хищники.
   
6. Terrible lizards? (Ужасны ли ящеры?) – это готовый сценарий, в котором мир содержит 19 видов растений. Имеется возможность заселить мир достаточно большим (до 20 штук) числом видов животных с генотипом, характерным для древних ископаемых.
   
7. March of the mutants (Развитие мутантов) – мир содержит по 16 видов растений и животных со случайным набором генотипов. Число животных одного вида равно 20. При исчезновении вида его численность автоматически возобновляется. Один из перечисленных шести сценариев можно реализовать, если после выбора сценария со 2 по 7 пункт нажать кнопку Play Scenario (Играть по сценарию).
   
8. Experimental Mode (Режим эксперимента) – пользователю предлагается самостоятельно создать мир, определить его ландшафт, климат, заселить животными и растениями, либо создавать свои виды животных и растений и расселить их. После нажатия кнопки Play Scenario (Играть по сценарию) на экране появляется окно с названием сценария, показывающее состояние и развитие данного сценария. Вверху окна находится пульт управления сценария, описание кнопок которого представлено на рисунке 3. Одновременно с окном сценария появляется окно Map of World (Карта мира), показывающее состояние ландшафта, климата и других внешних факторов. Пульт управления Map of World (Карта мира) с описанием кнопок представлен на рисунке 4.
   

2. ГЛАВНОЕ МЕНЮ ПРОГРАММЫ ИСКУССТВЕННАЯ ЖИЗНЬ


Главным меню называют строку слов в верхней части экрана. Описание главного меню дается в объеме, достаточном для выполнения предлагаемых практических заданий.

Главное меню позволяет выполнить достаточно большое количество команд по управлению программой. Это меню является многоуровневым, так как в его строке находятся не команды, а заголовки групп команд. Для выполнения конкретной команды необходимо навести курсор мыши на соответствующий заголовок, а затем нажать левую кнопку. Под заголовком появится список команд либо список заголовков команд. Курсор мыши перемещается на требуемую команду или заголовок команд. Выполнение команды осуществляется нажатием левой клавиши мыши. Выполнены могут быть только команды, активные в настоящий момент (помечены черным цветом). Если после названия команды стоит многоточие, то перед ее выполнением программа проведет диалог с пользователем. Рассмотрим каждое слово Главного меню.

2.1. File (Файл)

Содержит следующие команды:

About (О…) – сведения о создателях SimLife.

New (Новая игра) – запуск новой игры.

Load (Загрузить игру) – запуск ранее сохраненной игры.

Save (Сохранить) – сохранить существующую модель мира с именем открытой игры.

Save as…(Сохранить как…) – присвоить имя и сохранить игру.

Quit (Выход) – выход из игры.

2.2. Edit (Редактор)

Позволяет выполнить команды:

Cut (Вырезать) – вырезать объект.

Copy (Копировать) – копирование объекта.

Paste (Вставка) – вставка копированного или вырезанного объекта.

Clear (Очистить) – удалить объект.

2.3. Simulation (Моделирование)

Является многоуровневым меню и содержит заголовки команд:

Goodies (Удобства) – содержит три команды управления звуками; автослежение за организмом; показывать сообщения о наиболее значимых событиях.

Layers (Слои) – содержит шесть команд управления индикацией в окне Map of World (Карта мира).

Difficulty (Сложность) – вариант сложности математической модели мира.

Technical (Технический) – содержит десять команд. Наиболее важными являются следующие: Change Physics (Изменить физику) – открывает окно, позволяющее редактировать year length (длину года) 16, 32, 64, 128, 256 days (дней), day length (длину дня) 8, 16, 32, 64, 128, 256 ticks (тактов), animal limit, plant limit (максимально возможное в мире число животных и растений), степени изменения почвы и климата, величину мутации организмов, энергетическую ценность разных видов пищи и затраты энергии на различные виды деятельности организмов.

Locate an Individual (Индивидуальный поиск) – открывает диалоговое окно или вопросник для создания новых миров.

World Building Options (Параметры создания мира) – позволяет внести соответствующие коррективы при создании новых миров.

Run Control (Автоматическая пауза) – отключение digital clock (точных часов) через определенное число лет или дней для анализа пользователем результатов эксперимента.

Auto Speciate (Авторазновидность) – разрешает создание новых видов в ходе эволюции.

Reconverge Speciate – объединять похожие виды в один вид при их возникновении в ходе эволюции.

2.4. Speed (Скорость)

Регулирует скорость работы digital clock (точных часов).

Pause – пауза.

Slow – медленная скорость.

Medium – средняя скорость.

Fast – быстрая скорость.

Ultra – очень быстрая скорость.

2.5. Windows (Окна)

Активизирует следующие окна:

Variables – состояния.

Phenotype – фенотип.

Evaluation – оценка пользователю программы.

Edit – редактирование сценария.

Map – карта.

Climate Lab –климатическая лаборатория.

Biology Lab – биологическая лаборатория.

Census (Перепись) – содержит diversity (разнообразие), food web (пищевая цепь), gene pool (генофонд), graphs (диаграммы), history (история), mortality (смертность), population (популяция).

2.6. Disasters (Бедствия)

Позволяет управлять неблагоприятными для исследуемого мира внешними воздействиями, которые называют помехами или бедствиями. Вызов бедствия осуществляется следующими командами:

Plague (Чума) – заболевает 10% контактирующих организмов.

STD – инфекции, передающиеся половым путем.

Heat Wave – жара.

Cold Wave – холод.

Flood – наводнение.

Drought – засуха.

Fire (Пожар) – гореть может только растительность.

Comet – комета.

Teleport (Телепортация) – случайное перемещение организмов.

Civilization (Цивилизация) – вырубка лесов, создание техносферы (жилья и дорог).

Перечисленные помехи возникают в мире не только при выполнении соответствующих команд, но и под управлением генератора случайных чисел. Выполнив команду No Auto Disasters (Выключить генератор бедствий), можно прекратить возникновение новых бедствий в исследуемых экологических системах.

На рисунках 6 и 7 представлены виды животных и растений, существующих в программной среде SimLife (Искусственная жизнь).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1

Эволюция и мутагенное загрязнение биосферы


Процесс развития биосферы, называемый эволюцией, является результатом множества микроэволюций – направленного изменения особей конкретной популяции. Эволюционные изменения популяций происходят под действием двух факторов: мутации организмов и естественного отбора.

Для уяснения понятия мутации кратко рассмотрим механизм передачи наследственных признаков при размножении особей. Основная информация о строении организма содержится в генах – специфических макромолекулах, присутствующих в каждой клетке организма. Отдельные участки генов одинаковы для каждого организма данного вида. Они определяют принадлежность организма к данному виду, не могут изменяться в ходе эволюции и называются гомозиготными. Остальные участки генов, определяющие индивидуальные свойства организма, изменяются при смене поколений и называются гетерозиготными, а соответствующее свойство организмов популяции изменяться при смене поколений называется гетерозиготностью, или гетерогенностью.

Наличие гетерозиготных участков генов у организма не сказывается на его внешнем облике (фенотипе), но у потомства разнополых родителей с идентичным гетерозиготным участком гена этот участок может стать гомозиготным, т.е. сказаться на устройстве организма потомка и утратить способность к изменениям. Вместе с тем именно гетерогенность организмов преимущественно обуславливает возникновение в популяциях мутации – внезапного естественного или искусственно вызванного наследуемого изменения генетического материала, приводящего к изменению тех или иных признаков организма. Таким образом, мутация обеспечивает появление в популяции организмов с отклонениями от стандартного набора признаков, а влияние окружающей среды приводит к гибели особей с неудачными отклонениями, то есть существует естественный отбор генетического материала популяции (генофонда).

При длительной стабильности экологических факторов в популяции осуществляется стабилизирующий отбор, препятствующий ее изменчивости. При стабильных дрейфах значений факторов организмы приспосабливаются к ним либо изменением одного адаптивного признака (движущий отбор), либо изменением в нескольких направлениях (дизруптивный отбор, приводящий к образованию нескольких видов из одного). Анализ эволюционных процессов показывает, что чем больше гетерогенность популяции, тем шире ее экологические кривые и выше ее приспособительные возможности. Поэтому генетическое разнообразие особей популяции чрезвычайно важно для ее устойчивого существования.

Для анализа гетерогенности популяции вводят понятия эффективного размера популяции. Ne – это численность идеальной популяции, в которой каждая особь дает равный вклад в общий генофонд нового поколения. В реальной популяции ее численность N всегда превышает Ne по следующим причинам:

1. Колебания числа потомков в семье

(1)

где - дисперсия числа потомков. Например, при = 4 число детей в семье меняется от 0 до 4, а N_e = 2N/3.

2. Колебания численности поколений

(2)

где N_m - численность m-гo поколения.

Например, снижение в одном из десяти поколений численности популяции с 1000 до 50 особей приведет к снижению N_e с 1000 до 345.

3. Неравное число самцов N₁ и самок N₂

(3)