基于Anylogic的Java代码入门教程

2020-05-05 本文已影响0人 whl1207

由于Anylogic使用的是java代码，因此对java没有任何基础的同学可能会在学习时有些吃力。所以本文的目的在于教会大家如何在Anylogic中使用java代码来编写程序。

个人站点：https://whl1207.github.io/，记录一些学习笔记，主要写点基于anylogic的仿真和web开发方面的知识点。有兴趣的同学可以探讨一下！

在正式开始学习之前先给大家介绍一个函数：

System.out.print();

这个函数用于在控制台输出消息，那么该函数应该在哪里输入呢？

1、打开Anylogic软件。
2、在任意位置新建一个模型。
3、建好后，单击Main智能体的空白位置。
4、在右侧Main的属性面板中找到智能体行动的启动时的输入栏。
5、在其中输入System.out.print(1);。
6、启动模型并运行。
7、观察到控制台中输出了1，说明代码输入成功。

该函数将在学习的过程中经常使用到，并且该函数也经常用于在开发中寻找错误。下面我们将主要使用该函数对基于Anylogic的java入门予以介绍。

一、变量

（一）基本的变量类型

在java中变量有很多种类型，也可以自己进行创建。但基础的数据类型就这样几个：

数值型：

整型（整数）：

byte：范围为(-2^7,27-1)
short：范围为(-2^15,215-1)
int:范围为(-2^31,231-1)
long：范围为(-2^63,263-1)
浮点型（小数）：
float：有效位数15位
double：有效位数15位

字符型：

char：Unicide字符集，只能储存单个字符。
String：存储一串字符。

布尔型：

boolean：true/false

在Anylogic常用的基本变量类型主要是：

boolean
int
double
String

（二）Anylogic中常用的其他变量类型

除了java常用的一些变量类型，Anylogic还会经常使用到一些其他的变量类型，如：

double []：由小数构成的数组
double [][]：由小数构成的二维数组
Agent：通用的智能体类型
自建的智能体类型
object

（三）变量的声明和使用

1、声明变量

基础的声明变量可以在代码中直接声明。

语法：数据类型变量名

如：

double score;     //声明双精度浮点型变量score存储分数
String name;      //声明字符串型变量name存储姓名
char sex;           //声明字符型变量sex存储性别

在Anylogic中还有另一种声明变量的方式，就是在面板中拖入“参数”或“变量”并指定数据类型来声明该变量，这种方式声明的变量在该智能体的任何位置均可直接使用。

2、变量赋值

变量赋值即将数据存储至对应的内存空间中。

语法：变量名 = 值

如：

score = 98.5;     //存储98.5
name = "张三";    //存储“张三”
sex = '男';       //存储‘男’

注意在赋值前需要先声明变量。另外在代码中我们注意到所有String类型的变量赋值需要在值的两侧输入"才不会报错。当然也有一种更简单的方法如下：

3、即声明变量又赋值

语法：数据类型变量名 = 值

如：

double score = 98.5;
String name= "张三";
char sex = '男';

注意这里的代码后都跟了一个';'，代表一句话的结束，也是java的语法规则。

（四）调用变量

使用System.out.print()函数来调用变量，当然在实际使用过程中其他函数也都是可以直接调用变量的。

System.out.println(score);       //从控制台输出变量score存储的值
System.out.println(name);      //从控制台输出变量name存储的值
System.out.println(sex);         //从控制台输出变量sex存储的值

现在我们完整的操作一边，在启动时中输入：

String name; 
name = "张三";
System.out.println(name);

这样我们就能够看到前面声明的变量在控制台输出“张三”二字了。

（四）变量的命名规范

在Anylogic中一般使用英文单词或字母来命名变量。
多个英文单词组成的变量可在每个单词的首字母大写，中间不留空格
在Anylogic中还有特殊的命名方法，可以使用中文命名变量和类型，在不报错的前提下可以使用，方便辨识。

二、数组的使用

（一）定义数组

直接定义数组中元素的个数，代码如下：

int data[] = new int[3]; /*开辟了一个长度为3的数组*/

但有时需要根据实际情况定义数组中元素的个数。可分步开辟空间，代码如下：

int data[] = null; 
data = new int[3]; /*开辟了一个长度为3的数组*/

（二）定义数组中元素的值

data[0] = 10; // 第一个元素
data[1] = 20; // 第二个元素
data[2] = 30; // 第三个元素

当然也可以采用循环语句来定义值。

（三）静态数组的初始化

有时我们一开始就知道数组中元素的值，我们可以使用如下的代码来定义数组：

int data[] = {1, 2, 4, 545, 11, 32, 13131, 4444};

（四）二维数组的初始化

定义二维数组我们可以采用如下的语法来定义，具体代码如下：

int[][] arr = new int[3][2]; /*动态初始化*/
int data[][] = new int[][] {{1, 2, 3}, {4, 5}, {6, 7, 8, 9}}; /*可以定义不是等列数组的数组*/

二维数组的调用可以使用如下语法来调用：

语法：数组名称[所在行][所在列]

三、基础函数

（一）常用的数学函数

1、数学计算

Math.E：产生自然常数e=2.7182818284590452354。
Math.exp(x)：计算e的x次方。
Math.pow(a,b)：计算a的b次方。
Math.sqrt(a)：计算a的开方。
Math.abs(a)：计算a的绝对值。
Math.log(e)：计算以e为底的对数
Math.log10(100)：计算以10为底的对数
Math.max(x, y)：返回x、y中较大的那个数
Math.min(x, y)：返回x、y中较小的那个数
Math.ceil(12.3)：返回最近的且大于该值的整数13.0
Math.ceil(-12.3)：返回-12.0
Math.floor(12.3)：返回最近的且小于该值的整数12.0
Math.floor(-12.3)：返回-13.0
Math.hypot(x, y)：返回√（x²+y²）

2、产生随机值

产生随机数的函数有如下一些：

Math.random()：产生0-1之间的double类型的小数。
(int)(Math.random()*10)：产生0-9之间的整数。

（二）常用的数组函数

1、数组长度

一维数组的长度

arg.length;

二维数组的长度

String[][] data = new String[2][5];
System.out.println("第一维数组长度: " + data.length);
System.out.println("第二维数组长度: " + data[0].length);

2、数组排序

Arrays.sort(array);

3、数组反转

使用 Collections.reverse(ArrayList) 可以将数组进行反转。

4、数组填充

通过 Java Util 类的 Array.fill(arrayname,value) 方法和 Array.fill(arrayname ,starting index ,ending index ,value) 方法向数组中填充元素。

5、删除数组元素

使用ArrayList.remove()方法删除数组元素。
对应的ArrayList.remove()也有两种。

objArray.remove(1);/*移除序号*/
objArray.remove("第 0 个元素");/*移除值*/

6、判断数组是否相等

Arrays.equals(ary, ary1);

（三）建立自己的函数

Anylogic中可以直接在代码里写自己的函数，具体格式如下：

/*无返回值的函数*/
void add(){

} 
/*有返回值的函数*/
double getDifference(int a, int b){
    double result = a - b;
    return result;
}

注意在有返回值的函数中需要定义返回值的数据类型。

当然Anylogic还提供了几种可视化的函数编写元素。

1、函数元素

直接将智能体面板的函数元素拖到主界面。
命名该函数。
选择参数的输入。
定义返回值的类型。
在函数体中输入代码。

通过这几部就能完成一个函数的编写，然后即可在该智能体中进行引用。

2、行动图元素

可打开行动图面板，通过其中的代码块拼凑出函数，优点是可视化程度高，缺点是编辑起来较为繁琐。

四、判断及循环语句

（一）判断语句

if语句

if(关系表达式1) {
语句体1;
}else if (关系表达式2) {
语句体2;
}…
else {
语句体n+1;
}

switch语句

switch(表达式) {
case 值1：
　　语句体1;
　　break;
case 值2：
　　语句体2;
　　break;
…
default：
　　语句体n+1;
　　break;
}

（二）循环语句

do…while循环语句

do {
循环体语句;
}while((判断条件语句);

for循环语句

for(初始化语句;判断条件语句;控制条件语句) {
循环体语句;
}

其他说明

break：退出当前循环
continue：退出本次循环

五、智能体

在Anylogic最常用的就是智能体的概念，下面讲解以下智能体的相关知识。

（一）多层智能体之间的调用

如果在Main中建立了新的智能体，现在要在Main中调用智能体a中的val变量，可以按以下格式进行调用：

a.val

如果需要在a中调用Main中的val1变量，可以按以下格式进行调用：

get_Main().a.val1

（二）智能体

1、创建一个智能体

在工程面板创建一个智能体类型。
命名这个智能体类型。
选择该智能体的动画，为示例函数的运行，可选一个人作为动画。
创建完成后，将创建好的智能体类型拖到Main中即可完成智能体的创建。

2、智能体的移动函数

setXY(double x,double y)：设置智能体位置。
getX()、getY()、getZ()：返回智能体在连续空间中的X、Y、Z坐标。
Position getPosition()：以Position类型的形式返回连续空间中智能体最新的X、Y、Z坐标。
void moveTo(double x,double y)：向x、y位置移动
void moveTo(double x,double y,double z)：向x、y、z位置移动
void moveTo(Agent agent)：向agent这个智能体位置移动
boolean isMoving()：判断智能体是否在移动。
double timeToArrival()：返回智能体到达目标位置的时间。
void stop()：停止智能体的移动。
void moveToInTime(Point location, double tripTime)：在给定目标位置的方向移动。更改智能体的速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void moveToNearestAgent (java.lang.Iterable<? extends Agent> agents, double tripTime)：移动到给定的智能体群中最近的智能体。停止任何当前的移动。更改智能体的速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void moveToInTime(double x, double y, double tripTime)：在连续的三维或GIS空间的给定目标位置的方向移动。更改智能体的速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void moveToInTime(double x, double y, double z, double tripTime)：在连续3D的目标位置开始移动。改变智能体速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void moveToInTime(Node node, Point location, double tripTime)：开始向给定的网络节点移动。更改智能体的速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void moveToInTime(Attractor attractor, double tripTime)：开始移动到给定吸引子。更改智能体的速度，使在tripTime的时间内到达目标。
void jumpTo(double x, double y)：在连续的3D空间中，立即将智能体移动到给定位置。终止任何移动。不调用“到达时”的代码。
void jumpTo(double x, double y, double z)：立即将智能体移动到给定位置。终止任何移动。不调用“到达时”代码。
void jumpTo(Node node, Point location)：立即将智能体移动到给定的网络位置。终止任何移动。不调用“到达时”的代码。
void jumpTo(Point location)：立即将智能体移动到给定的位置。终止任何移动。不调用“到达时”代码。
double getTargetX()：智能体在移动时返回目标位置的X坐标，否则返回当前的X坐标。
double getTargetY()：智能体在移动时返回目标位置的Y坐标，否则返回当前的Y坐标。
double getTargetZ()：智能体在移动时返回目标位置的Z坐标，否则返回当前的Z坐标。
double distanceTo(Agent other)：计算这个智能体到另一个智能体的距离。
double distanceTo(double x, double y)：计算这个智能体到给定点的距离。
double distanceTo(double x, double y, double z)：在连续空间中计算该智能体到给定点(x,y,z)的距离。
double distanceTo(Point p)：在连续空间中计算该智能体到给定点(x,y,z)的距离。
double getSpeed()：在连续空间中返回智能体速度的当前值（以模型时间单位行走的像素数来计算）。注意非零速度并不意味着智能体正在移动，智能体只在调用moveTo()函数后才开始移动。
void setSpeed(double v)：在连续空间中更改智能体的速度（以像素为单位）。如果智能体正在移动，它将继续以新的速度移动。注意非零的速度并不意味着智能体正在移动，智能体只在调用moveTo()函数后才开始移动。
double getRotation()：在连续三维空间中返回智能体的旋转角度（弧度制）如果旋转不被冻结，每次旋转时，旋转就会改变，在GIS空间的移动中也会发生多次变化。
void setRotation(double rotation)：在连续三维空间中设置智能体动画的旋转角度（弧度制）。根据自动旋转设置，在下一个调用moveTo()函数或在当前移动中（如果存在的话），这种旋转值可能会被重写。
void setAutomaticHorizontalRotation (boolean yes)：设置智能体在移动过程中的自动旋转。
boolean isAutomaticHorizontalRotation()：智能体在移动过程中被旋转返回true，否则false。
void setVerticalRotation(double rotation)：设置垂直旋转（弧度制），沿三维空间中智能体动画的Z轴。根据自动垂直旋转设置，在下一个调用moveTo()函数或在当前移动（如果存在的话）沿着路径/折线中，这个旋转值可能会被重写。
double getVerticalRotation()：在三维空间中返回智能体的当前垂直旋转角度。如果设置自动垂直旋转模式，则每次旋转时角度改变，并在移动中多次改变。
void setAutomaticVerticalRotation(boolean yes)：设置智能体是否自动垂直旋转。
boolean isAutomaticVerticalRotation()：智能体在三维的移动中被旋转（在垂直方向上，沿着Z轴）返回true，否则返回false。

3、智能体的交互函数

第一种函数：发送消息send()/推荐/

void sendToAll(Object msg)：将消息发送到智能体所在的同一环境中的所有智能体。
void sendToRandom(Object msg)：向同环境中的一个随机智能体发送消息。
void sendToAllConnected (Object msg)：向所有连接的智能体发送消息。
void sendToRandomConnected (Object msg)：向随机选择的一个已连接的智能体发送消息。
void sendToAllNeighbors (Object msg)：向所有邻居发送信息，只有当智能体处于离散空间中时才可用。
void sendToRandomNeighbor (Object msg)：向随机选择的邻居发送消息，只有当智能体处于离散空间环境中时才可用。
void send(Object msg, Agent dest)：向给定的智能体发送消息。
参数：msg——信息；dest——目标智能体
void send(Object msg, MessageDeliveryType mode)：将消息发送给智能体或智能体群，以给定的mode参数。

第二种函数：及时消息传递：deliver()

void deliverToAllAgentsInside (Object msg)：立即向环境中的所有智能体传输信息。
void deliverToRandomAgentInside (Object msg)：如果存在任何一个智能体，立即向环境中的随机智能体传递消息。
void deliverToAllConnected(Object msg)：向所有已连接的智能体传递消息。
void deliverToRandomConnected (Object msg)：向随机选择的已连接的智能体传递消息。
void deliverToAllNeighbors(Object msg)：向所有邻居传递信息。
void deliverToRandomNeighbor (Object msg)：向随机选择的邻居传递信息。
void deliver(Object msg, Agent dest)：立即向给定的智能体传递消息。
void deliver(Object msg, MessageDeliveryType mode)：用指定模式将消息传递给智能体（群）。

4、函数的输入格式

当然智能体的函数还有很多，具体可参照其官方手册。

在智能体内部只需按以下格式输入函数即可完成行为：

this.函数名(参数,参数);

在Main中需按以下格式进行输入：

智能体名称.函数名(参数,参数);

（三）智能体群

1、统计数据

Anylogic能够方便的收集统计智能体群的数据，包含计数、求和、求平均值、求最小值和最大值这几个常见的统计类型。

Count：确定符合指定条件的智能体。
Sum：迭代所有智能体并评估每个智能体的指定表达式，返回和。
Average：迭代所有智能体并评估每个智能体的指定表达式，返回平均值。
Min：迭代所有智能体并评估每个智能体的指定表达式，返回最小值。
Max：迭代所有智能体并评估每个智能体的指定表达式，返回最大值。

为智能体群定义新的统计函数的步骤

在图形编辑器或工程视图中选择群。
打开属性视图的统计部分。
单击添加统计按钮，创建一个定义统计的新项目。
在“名称”输入统计函数的名称，用于识别和访问这个统计函数。
在“类型”中选择统计函数的类型。
在“表达式”/“条件“中指定统计条件和函数。当在这些字段中编写代码时，可以使用item作为局部变量访问单个元素（智能体）。
要添加更多的统计项目，请重复3-6的步骤。如果不再需要一些统计数据，可以点击按钮来删除相应的项目。

如需使用函数访问统计，可以使用统计名称+括号的方式输入。即在上面的示例中，如果要计算统计数据，可用peopleStat()函数来获得值。

如何收集智能体群的统计数据

Anylogic提供了收集智能体群中的智能体的统计数据。这些函数在UtilitiesCollection类中定义，并且是全局的（即从任何地方都可以访问）。可以从列表中调用任何函数，只输入它的名字而不需要前缀，如：

count( people, p -> p.income > 10000 );

计算满足条件的智能体个数

int count( population, condition )：计算智能体满足指定条件的个数。
例子：

count(people,p->p.income>10000);

在这个例子中将计算income（收入）超过10000的人数。作为第一个函数参数要指定要遍历的群名。第二个参数指定为每个智能体检查的条件。这种情况下，首先要定义局部变量（它以p命名，但它可以以任何其他名称命名）。可以在指定条件下使用这个局部变量来引用目前正在检查的智能体。然后输入箭头运算符->（它由两个符号组成），并定义了它们的条件p.income>10000。count()函数遍历了所有people群中的智能体，并检查每个智能体的收入。如果智能体的收入大于10000（定义条件为true）就计算这个特定的智能体。

count(people,p->p.sex==MALE&&p.age>=18);

这里检查两个条件（使用逻辑和操作符&&告诉Anyogic第一个和第二个条件都应为真），只计算满足两个条件的智能体。

为了获得目前位于people的智能体的个数，可以使用：people.size();
在群中获得平均值（智能体的属性等）

double average( population, value )：返回给定智能体群的平均值。例：

average( people, p -> p.income );

这里计算people群中智能体的平均收入。

double averageWhere(population,value,condition)：在给定条件下返回特定人群的平均值。例：

average(people,p->p.income,p->p.age>18);

这里计算了这些人的平均收入，他们年龄需要超过18。函数第一个参数指定了群，第二个参数定义了需要计算的值，第三个参数是条件。这里只对满足这个条件的智能体计算平均值。注意在指定条件之前，需再次定义局部变量p。

在智能体群中获得最小（最大值）值

double max(population,value )：返回给定群最大值。
double maxWhere(population,value,condition)：返回给定条件下的智能体中最大值。
double min(population,value )：返回给定群最小值。
double minWhere(population,value,condition)：返回给定条件下的智能体中最小值。例：

maxWhere(people,p->p)；

这里计算了所有人的最大收入。

maxWhere(people,p->p.income,p->p.sex==FEMALE);

这里计算了智能体群中的所有女性的最大收入。

计算智能体值的总和

double sum( population, value )：返回在给定群中值的总和。例：

sum( people, p -> p.income );

这里计算了智能体群中的所有人的总收入。

double sumWhere( population, value, condition )：返回给定条件、给定群值的总和。例：

sumWhere( people, p -> p.income, p -> p.age > 18 );

这里计算了年龄超过18岁的成人的总收入。

随机选择智能体群中的智能体

AnyLogic提供了从给定群中选择随机智能体的函数。这些函数在Utilities类中定义，并且是全局的（可从模型代码的每个位置访问）。可以通过输入其名称来调用下面列表中的任何函数，而不使用带有people名称的前缀：randomWhere(people,p->p.income>10000);

Agent randomWhere(population,condition)：返回满足指定条件的给定群中随机选择的一个智能体。如果群为空或者没有智能体满足指定的条件应返回null。例子：

Person wealthyPerson=randomWhere(people,p->p.income>10000);
Person wealthyMan=randomWhere(people,p->p.income>10000&&p.sex==MALE);

这里检查两个条件（使用逻辑和运算符&&告诉AnyLogic第一个和第二个条件都应为真）。该函数返回一个随机选择的智能体，满足这两个条件。

Person wealthyYoungMan=randomWhere( people , p->p.income>10000 && p.sex == MALE &&p.age<21);

还有另一个函数，使用户能够使用指定的自定义随机数生成器而不是默认值：

Agent randomWhere(population, condition, java.util.Random r)：与randomWhere(population, condition )类似，使用指定的自定义随机数生成器来选择元素。

选择处于特定状态的智能体

要从智能体群中选择一个智能体群的子集，可用使用filter()函数。函数接受原始智能体群作为第一个参数，然后指定过滤条件。

举个例子：有两种智能体，客户和卡车。要从客户那里呼叫最近的卡车，下一行代码需要从卡车智能体群（main.trucks）中获得最近的卡车，可以输入：

Truck truck = getNearestAgent( filter( main.trucks, t -> t.inState( Truck.Idle ) );

定义了局部变量t，指定筛选条件：t.inState( Truck.Idle )。卡车状态图有空闲、繁忙两种状态，将从目前处于闲置状态的卡车放入子集，并寻找最近的卡车。

从智能体群中选择特殊的智能体

Agent top(population, value)：在给定智能体群中返回某字段最大的智能体。例：

Person person = top( people, p -> p.age );

这里从这个群中得到了一个年龄最大的人。如果群为空函数将返回null。

List filter(population, condition)：返回给定群的子集，获得满足条件智能体的新列表。例：

List women = filter( people, p -> p.gender == FEMALE );
List idleTrucks = filter( trucks, t -> t.inState(Idle) );

List findAll(population,condition)：这个函数和filter(population,condition)一样。
Agent findFirst(population, condition)：从智能体群中返回满足条件的第一个智能体。如果没有元素满足条件或集合为空返回null。
例：

Person person = findFirst( people, p -> p.age > 20 );

在智能体群中排序智能体

当需对群做一些操作时，可能需要用一些值来排序。在群中不需要重新排序智能体，您可以使用以下Anylogic函数来获取有序的列表，然后在代码中使用它。

<T> java.util.List<T> sortAscending(population, value)：返回一个由给定值升序排列的智能体列表。
<T> java.util.List<T> sortDescending(population, value)：返回一个由给定值降序排列的智能体列表。例：

List sortedByAgeAsc = sortAscending( people, p -> p.age );
List sortedByIncomeDesc = sortDescending( people, p -> p.income );

个人主页：https://whl1207.github.io/