Ιστορία της NetLogo. Logo

Transcript

1 Ιστορία της NetLogo Εικόνα 1 Η ιστορική εξέλιξη από τη Logo, στη StarLogo και τέλος στη NetLogo. Logo Εικόνα 2 Από το ίδρυμα για τη Logo του MΙΤ στο διαδύκτιο. Στα μέσα της δεκαετίας του 1960, o Seymourt Papert, ένας μαθηματικός που δούλευε με το Piaget στη Γενεύη, πήγε στην Αμερική. Εκεί ίδρυσε μαζί με τον Marvin Minsky το εργαστήριο τεχνητής νοημοσύνης του MIT. To 1967 δημιουργήθηκε η πρώτη έκδοση της Logo. H γλώσσα προγραμματισμού Logo, μια διάλεκτος της Lisp, σχεδιάστηκε ως ένα εργαλείο το οποίο υποβοηθά στη μάθηση. Για τους περισσότερους, η εκμάθηση της Logo από μόνη της δεν αποτελεί αυτοσκοπό ενώ η εκμάθηση προγραμματισμού γίνεται πάντα σε σχέση με κάποιο άλλο γνωστικό αντικείμενο. Οι δραστηριότητες προγραμματισμού με Logo υλοποιούνται στα αντικείμενα των μαθηματικών, της γλώσσας, της μουσικής, της ρομποτικής, των τηλεπικοινωνιών και γενικότερα για τον ευρύτερο επιστημονικό τομέα. Χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη προσομοιώσεων και τη δημιουργία

2 πολυμεσικών παρουσιάσεων. Είναι εύκολο να προσεγγιστεί από τους αρχάριους χρήστες, συμπεριλαμβανομένων και των παιδιών ενώ παράλληλα υποστηρίζει σύνθετες αναζητήσεις και εκπόνηση εξεζητημένων έργων από πεπειραμένους χρήστες. StarLogo Εικόνα 3 Η κεντρική σελίδα της StarLogo. Πρόκειται για ένα περιβάλλον μοντελοποίησης, με δυνατότητα προγραμματισμού, το οποίο χρησιμοποιείται για τη διερεύνηση της λειτουργίας των decentralized systems δηλαδή των συστημάτων τα οποία έχουν οργανωθεί χωρίς κάποιον οργανωτή και συντονίζονται χωρίς κάποιον συντονιστή. Με τη StarLogo μπορούν να μελετηθούν μοντελοποιηθούν πολλά πραγματικά φαινόμενα, όπως τα σμήνη των πουλιών, τα μποτιλιαρίσματα, αποικίες μυρμηγκιών και η οικονομία των αγορών. Στα decentralized systems, τα παλαιότερα πρότυπα μπορούν να προκύψουν χωρίς κάποιον κεντρικό έλεγχο. Ολοένα και περισσότερο οι ερευνητές επιλέγουν μοντέλα χωρίς κάποιο κεντρικό έλεγχο για τους οργανισμούς και τις τεχνολογίες που κατασκευάζουν στον πραγματικό κόσμο και για τις θεωρίες που κατασκευάζουν για τον κόσμο. Βέβαια πολλής κόσμος αντιτίθεται σε αυτού του είδους τα συστήματα υποστηρίζοντας την ύπαρξη κεντρικού ελέγχου εκεί όπου δεν υπάρχει- για παράδειγμα υποστηρίζουν (λανθασμένα) ότι τα σμήνη των πουλιών έχουν αρχηγούς. Η StarLogo έχει σχεδιαστεί για να βοηθήσει τους μαθητές, όπως επίσης και τους ερευνητές να αναπτύξουν νέους τρόπους σκέψης και κατανοήσεις για τα συστήματα χωρίς κεντρικό έλεγχο.

3 Πρόκειται για μια εξειδικευμένη εκδοχή της γλώσσας προγραμματισμού Logo. Με τις παραδοσιακές εκδόσεις της Logo η δημιουργία σχεδίων και σχεδιοκινήσεων γίνεται δίνοντας εντολές στα γραφικά των χελώνων στην οθόνη του υπολογιστή. Η StarLogo επεκτείνει αυτή την ιδέα προσφέροντας τη δυνατότητα του ελέγχου εκατοντάδων γραφικών των χελώνων παράλληλα. Επιπλέον ο κόσμος των χελώνων είναι πιο ακριβής καθώς είναι δυνατή η συγγραφή προγραμμάτων για χιλιάδες patches τα οποία αποτελούν το περιβάλλον των χελώνων. Οι χελώνες και τα patches μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Εισαγωγή στη NetLogo Εικόνα 4 Το λογότυπο στην κεντρική σελίδα της NetLogo. Τι είναι η NetLogo Πρόκειται για ένα περιβάλλον μοντελοποίησης προσομοιώσεων φυσικών και κοινωνικών φαινομένων. Το περιβάλλον είναι κατάλληλο για μοντελοποίηση σύνθετων φαινομένων τα οποία εξελίσσονται στο χρόνο. Παράλληλα, προσφέρει τη δυνατότητα να μελετηθεί η σχέση των ατομικών συμπεριφορών στη δημιουργία προτύπων ενώ εκατοντάδες ακόμη και χιλιάδες ανεξάρτητοι πράκτορες μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα. Το περιβάλλον ανάπτυξης της εφαρμογής είναι εύκολο στη χρήση και αρκετά απλό, ώστε να είναι εφικτή η σχεδίαση και η εκτέλεση προσομοιώσεων από εκπαιδευτικούς και μαθητές. Δηλαδή κάποιος μπορεί να ανοίξει τις έτοιμες προσομοιώσεις και να πειραματαστεί με αυτές, να δημιουργήσει συνηθισμένα μοντέλα ελέγχοντας σε σύντομο χρονικό διάστημα τις υποθέσεις για τα αυτόοργανούμενα συστήματα. Ταυτόχρονα, είναι και εξελιγμένο για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ερευνητές σε διάφορους επιστημονικούς τομείς. Επιπλέον

4 διαθέτει διεπαφή φιλική προς το χρήστη προγραμματισμού. και απλή scripting γλώσσα Διαθέτει βιβλιοθήκη με πολλά έτοιμα μοντέλα προσομοιώσεων τόσο για τις φυσικές όσο και για τις κοινωνικές επιστήμες. Έχει αναπτυχθεί με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού Java, έτσι ώστε να αποτελεί μια διαπλατφορμική και γρήγορη εφαρμογή. Η ανάπτυξη έγινε ακολουθώντας τη φιλοσοφία low threshold, no ceiling. πρακτόρων. Η γλώσσα μοιάζει με τη Logo, αλλά υποστηρίζει επιπλέον τη δημιουργία Εικόνα 5 Παραδείγματα προσομοιώσεων με ακίνητους πράκτορες, με κινούμενους πράκτορες, με κινητούς και ακίνητους πράκτορες. Participatory simulations & Hubnet

5 Εικόνα 6 Η τεχνολογία HubNet για μοντελοποίηση και προσομοίωση δικτυακών δραστηριοτήτων. Η τεχνολογία HubNet είναι μια τεχνολογία η οποία επιτρέπει τη χρήση της NetLogo για τη διεξαγωγή συμμετοχικών προσομοιώσεων στην τάξη. Επιτρέπει την επικοινωνία ανάμεσα σε ένα μοντέλο NetLogo το οποίο λειτουργεί ως Server και σε ένα σύνολο από Clients. Τα Clients μπορούν να τα χειριστούν μέσω μικρών φορητών υπολογιστών ή μέσω προσωπικών υπολογιστών, τα οποία διαθέτουν το κατάλληλο Hubnet λογισμικό. Κατά τη διεξαγωγή των συμμετοχικών προσομοιώσεων, ολόκληρη η τάξη λαμβάνει μέρος στην αναπαράσταση της συμπεριφοράς ενός συστήματος. Κάθε μαθητής ελέγχει ένα τμήμα του συστήματος μέσω ενός προσωπικού υπολογιστή ή ενός φορητού μικρού υπολογιστή στο μέγεθος ενός χειριστηρίου. Έτσι δίνεται η δυνατότητα σε μια ομάδα εκπαιδευομένων να εξερευνήσουν συνεργατικά μια προσομοίωση. Εικόνα 7 Οι μαθητές στη συμμετοχική προσομοίωση Disease την ώρα που χειρίζονται ο καθένας από έναν agent και ένα γράφημα με το συνολικό αριθμό των πρακτόρων που έχουν μολυνθεί με την ασθένεια. Το γράφημα τυπικά αυξάνεται με τη μορφή μιας καμπύλης S.

6 Για παράδειγμα, στη συμμετοχική προσομοίωση Disease κάθε μαθητής ενεργοποιεί από έναν πράκτορα σε ένα διαμοιραζόμενο εικονικό χώρο. Ένας πράκτορας μολύνεται. Τυπικά, οι μολυσμένοι με την ασθένεια πράκτορες μαθητές κυνηγούν και μολύνουν τους άλλους, ενώ οι υγιείς πράκτορες διαφεύγουν. Έτσι, όλη η τάξη μαζί εξερευνά τον παραμετρικό χώρο. «Για ποιο λόγο στο τέλος προκύπτει μια καμπύλη S;». Οι μαθητές αρχικοποιούν τα πειράματα, κάνουν υποθέσεις, τρέχουν τα πειράματα, συζητούν τα αποτελέσματά τους και στη συνέχεια ξεκινούν την περαιτέρω αναζήτηση. Το περιβάλλον της NetLogo Το αρχικό παράθυρο της NetLogo διαθέτει τρία tabs που φέρουν τις εξής ονομασίες: 1) Interface 2) Information 3) Procedures Εικόνα 8: τα τρία αρχικά tabs της NetLogo Interface: Από εδώ γίνεται η αλληλεπίδραση με το μοντέλο, βλέπουμε τους πράκτορες και την οπτικοποίηση των δεδομένων. Information: Περιέχει πληροφορίες σε μορφή κειμένου για το χρήστη σχετικά με το πώς θα καταλάβει και θα χειριστεί τον κόσμο. Procedures: Περιέχει τον κώδικα που καθορίζει τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των πρακτόρων. Έλεγχος: Ο έλεγχος του προγράμματος διενεργείται μέσω μπλε κουμπιών και του παράθυρου εντολών. Δηλαδή τα παραπάνω επιτρέπουν στο πρόγραμμα να

7 τρέξει και ελέγχουν τη ροή της εκτέλεσης του προγράμματος. Με τα κουμπιά επιτελούνται οι ενέργειες αρχικοποίησης, έναρξης, οριστικής παύσης και εξέλιξης με ελεγχόμενο τρόπο του προγράμματος. Εικόνα 9 Τα κουμπιά ελέγχου setup και go Για παράδειγμα με το κουμπί ελέγχου setup εκτελείται για μια φορά μια ενέργεια (ένα κομμάτι κώδικα). Με το κουμπί go εκτελείται διαρκώς η ίδια ενέργεια μέχρι να ξαναπατηθεί (εκτελείται διαρκώς το ίδιο κομμάτι κώδικα). Με το παράθυρο εντολών ο παρατηρητής (observer) ζητάει από τους πράκτορες (patches, turtles,links) να εκτελέσουν συγκεκριμένες εντολές την ώρα εκτέλεσης του προγράμματος (on the fly). Εικόνα 10 Εντολές στο παράθυρο εντολών Settings Ρύθμιση παραμέτρων: Η τροποποίηση των παραμέτρων γίνεται με τρία είδη χειριστηρίων τα sliders,switches και choosers. Με τα sliders ο χρήστης μπορεί να προσαρμόσει την τιμή μιας παραμέτρου από μια ελάχιστη ως μια μέγιστη τιμή. Την ελάχιστη και τη μέγιστη τιμή, τις ορίζει εκ των προτέρων ο χρήστης. Εικόνα 11 Ο χρήστης ορίζει την τιμή της παραμέτρου αρχικός αριθμός προβάτων (initialnumber-sheep ) ίση με 82. Με τα switches ο χρήστης θέτει μια εκ των τιμών (true/false) σε μια παράμετρο τύπου Boolean.

8 Εικόνα 12 Ο χρήστης ορίζει ότι η παράμετρος η οποία είναι υπέυθυνη για την επίδειξη της ενέργειας (show-energy?) είναι ανενεργή. Με τα choosers γίνεται η επιλογή της τιμής της παραμέτρου από μια αναπτυσσόμενη λίστα. Εικόνα 13 Ο χρήστης ορίζει την τιμή της παραμέτρου file ίση με Beats/seth2.csv. Εμφάνιση αποτελεσμάτων-μηνυμάτων: Με την εμφάνιση των αποτελεσμάτων επιδεικνύονται στο χρήστη οι πληροφορίες που του είναι απαραίτητες. Η εμφάνιση των πληροφοριών γίνεται μέσω οθονών (monitors), γραφημάτων (plots), πλαίσια κειμένου (output text areas), παράθυρα με γραφικά (graphics windows). μεταβλητών. Οι οθόνες(monitors) ενημερώνουν τον χρήστη για την τρέχουσα τιμή των Εικόνα 14 Η τρέχουσες τιμές των μεταβλητών time-ticks, sheep, wolves, grass/4. Τα γραφήματα (plots) επιδεικνύουν την εξέλιξη της τιμής μιας μεταβλητής.(the history of the variable)

9 Εικόνα 15 Η εξέλιξη της παραμέτρου Turtles at Peaks. καταχώρησης. Τα πλαίσια κειμένου ενημερώνουν τον χρήστη σχετικά με πληροφορίες Εικόνα 16 Πλαίσιο κειμένου που ενημερώνει τον χρήστη για της ενέργειες του πράκτορα partner και τον προτρέπουν να επιλέξει ενέργεια. Το παράθυρο γραφικών είναι το κύριο παράθυρο της NetLogo δυο διαστάσεων. Το οποίο δίνει στο χρήστη τη δυνατότητα να ρυθμίσει κάποιες επιπλέον παραμέτρους και επιδεικνύει παράλληλα τα αποτελέσματα των ριθμίσεων και ενεργειών του στο διδιάστατο κόσμο με γραφικές απεικονίσεις.

10 Εικόνα 17 Το παράθυρο γραφικών της NetLogo σε δύο διαστάσεις. Ο κόσμος της NetLogo Εικόνα 18 : ο κόσμος της NetLogo Sustainability education based on NetLogo modeling environment: Taking climate change simulation as an example Ο κόσμος της NetLogo αποτελείται από τέσσερα είδη πρακτόρων patches, turtles, links, the observer. Τα τέσσερα είδη των πρακτόρων μαζί μπορούν να προσομοιώσουν «έναν ζωντανό κόσμο» (a living world). O κόσμος αυτός είναι διδιάστατος και διαιρείται σε ένα πλέγμα από patches.

11 Οι turtles είναι κινητοί πράκτορες που κινούνται γύρω από ένα πλέγμα από ακίνητους πράκτορες, που είναι οι patches. Οι patches αποτελούν ακίνητους πράκτορες και στην ουσία το background. Κάθε patch αποτελεί ένα τετράγωνο κομμάτι του κόσμου στο οποίο κινούνται οι turtles. Το patch στο σημείο με συντεταγμένες (0,0) αποτελεί την αρχή ενώ οι συντεταγμένες των άλλων patches είναι οι αποστάσεις στον οριζόντιο και στον κάθετο άξονα από την αρχή. O observer παρακολουθεί ότι γίνεται στον κόσμο. Δεν έχει έχει μια τοποθεσία και μπορούμε να τον φανταστούμε σαν κάποιον που παρατηρεί τον κόσμο. Τα Links δεν έχουν συντεταγμένες αλλά αποτελούνται από δυο σημεία τα οποία συνδέονται μέσω τις συντομότερης διαδρομής. Η βασική σχεδιαστική ιδέα της NetLogo είναι κινούμενοι πράκτορες οι οποίοι ενεργούν ταυτόχρονα σε έναν χώρο που πλαισιοθετείται από ένα πλέγμα (patches) ενώ η συμπεριφορά ελέγχεται από τοπικές αλληλεπιδράσεις ανά μικρά χρονικά διαστήματα.