前言

自 2021 年上線以來，NetLogo 系列課程已成為無數(shù)學(xué)員走進復(fù)雜性科學(xué)與系統(tǒng)建模的第一步。它憑借清晰的講解、豐富的案例和全部可運行代碼，幫助數(shù)以千計的學(xué)習(xí)者，從零基礎(chǔ)到科研實踐，親手搭建出生態(tài)系統(tǒng)、社會網(wǎng)絡(luò)、人工生命等模型。

如今，集智學(xué)園這套累計近 10000 人學(xué)習(xí) 的經(jīng)典課程免費開放！不論你是對復(fù)雜系統(tǒng)充滿好奇的初學(xué)者，還是希望將 ABM 技術(shù)應(yīng)用到科研的進階者，都能在這里學(xué)會用幾百行 NetLogo 代碼，復(fù)現(xiàn)鳥群遷徙、疫情傳播、財富分化等涌現(xiàn)現(xiàn)象，真正打開通向復(fù)雜性科學(xué)的大門。

趙思怡 | 作者

張江 | 審校

如果你有一臺“上帝的計算機”

假如你有一臺“上帝的計算機”，能在屏幕里放進無數(shù)個小生靈，設(shè)定一些簡單規(guī)則，然后讓它們自由行動——

• 你會看到一群小鳥自動排成隊列，在天空翱翔；

• 你會看到財富在社會中逐漸分化，出現(xiàn)二八定律；

• 你會看到一場疫情暴發(fā)，然后迅速在網(wǎng)絡(luò)中傳播。

聽起來像科幻，但這就是復(fù)雜性科學(xué)的日常實驗。 而實現(xiàn)它的工具，叫做NetLogo。

復(fù)雜性科學(xué)的第三種方法

科學(xué)有三種方法：

1. 實驗：直接觀察和操作自然；

2. 理論：用方程式抽象自然規(guī)律；

3. 計算實驗：在電腦里重建一個世界，運行后觀察規(guī)律。

復(fù)雜性科學(xué)最迷人的地方，就是用第三種方法去回答“大問題”：

• 鳥群如何協(xié)調(diào)？

• 城市為何擁堵？

• 病毒怎樣擴散？

• 社會財富為什么會不平等？

這些問題都難以用一個公式解決，但可以通過多主體建模（ABM）在計算機中重現(xiàn)。 而NetLogo就是門檻最低、效果最好的 ABM 工具。

“生命游戲”是展現(xiàn)簡單規(guī)則創(chuàng)造復(fù)雜性和涌現(xiàn)行為規(guī)律的經(jīng)典案例。它通過三條有關(guān)出生和死亡的規(guī)則就能夠衍生出一個變化萬千的復(fù)雜系統(tǒng)。這節(jié)課將帶領(lǐng)大家利用NetLogo搭建出“生命游戲”這個虛擬宇宙，學(xué)會如何與NetLogo中的Patch（即方格）對象打交道，以及if，ifelse，隨機數(shù)發(fā)生器random-float等最基本的語法。

NetLogo 到底是什么？

NetLogo 不僅僅是一門建模語言，它背后承載的是系統(tǒng)科學(xué)與復(fù)雜性研究的核心方法——多主體建模（Agent-Based Modeling, ABM）。

在 ABM 的思想中：

• 世界由無數(shù)個相對簡單的個體（主體，Agent）構(gòu)成：可能是一只鳥、一輛車、一個細胞、一個人，甚至一家公司；

• 個體遵循簡單的局部規(guī)則：鳥只會跟隨鄰居飛行、細胞只會分裂或死亡、消費者只會根據(jù)價格買賣；

• 個體之間不斷交互：在時間和空間上彼此作用；

• 宏觀模式自發(fā)涌現(xiàn)：不需要外部控制，復(fù)雜的群體行為自然產(chǎn)生。

這正是系統(tǒng)科學(xué)最核心的視角：復(fù)雜系統(tǒng)的整體行為，源自局部交互的非線性累積。

相比之下，傳統(tǒng)的數(shù)理模型（比如微分方程）強調(diào)“整體規(guī)律”，而 ABM 強調(diào)“個體規(guī)則與群體涌現(xiàn)”。

NetLogo 的價值在于，它為這種范式提供了一種直觀、易用、開源的實驗環(huán)境。

NetLogo 的特點

1. 易學(xué)易用：

   1. 擁有類似自然語言的語法；

   2. 學(xué)生和科研人員都能在很短時間內(nèi)上手。

2. 跨學(xué)科模型庫：

   1. 內(nèi)置上百個經(jīng)典模型：從捕食者–獵物到疫情傳播，從交通擁堵到金融市場；

   2. 相當于一個“復(fù)雜系統(tǒng)的博物館”。

3. 可視化與交互性：

   1. 模型運行時直接呈現(xiàn)動畫，結(jié)果清晰直觀；

   2. 研究者可以即時修改參數(shù)，觀察系統(tǒng)演化的差異。

4. 實驗平臺：

   1. 內(nèi)置BehaviorSpace工具，能批量運行實驗，探索參數(shù)空間；

   2. 支持與 R、Python 等工具聯(lián)動，用于統(tǒng)計分析和科研論文。

5. 教育與科研雙重價值：

   1. 教育：降低復(fù)雜系統(tǒng)教學(xué)的門檻，讓學(xué)生通過“玩模型”理解抽象概念；

   2. 科研：已在社會學(xué)、生態(tài)學(xué)、流行病學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等領(lǐng)域發(fā)表了大量論文。

• 在生態(tài)學(xué)里，經(jīng)典的“狼–羊捕食模型”展示捕食與被捕食的動態(tài)平衡；

• 在社會學(xué)里，謝林的“種族隔離模型”用極簡的偏好假設(shè)，就能重現(xiàn)現(xiàn)實社會的隔離現(xiàn)象；

• 在經(jīng)濟學(xué)里，人工市場模型能研究價格形成與財富分布。

這些模型說明：

即便每個個體都很“笨拙”，整體卻能涌現(xiàn)出令人驚訝的復(fù)雜行為。

而 NetLogo，正是讓我們在屏幕上“看見涌現(xiàn)”的最佳工具。

能用來干什么？

NetLogo 已被廣泛應(yīng)用在多個學(xué)科：

• 生態(tài)學(xué)：捕食者–獵物模型，物種共存研究；

• 社會學(xué)：財富分布、輿論傳播、群體決策；

• 經(jīng)濟學(xué)：人工市場、價格形成、合作與競爭；

• 流行病學(xué)：SIR 模型，疫情傳播與防控策略；

• 教育：課堂演示，直觀展示復(fù)雜性原理。

更重要的是：它不僅是一門技術(shù)，更是一種系統(tǒng)思維訓(xùn)練。 你會學(xué)會從“個體行為”思考到“整體模式”，從“規(guī)則”思考到“涌現(xiàn)”。

集智與 NetLogo 的緣分

在國內(nèi)，NetLogo 的故事要從2014 年說起。

那時，北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院的課堂上，張江教授開始嘗試用 NetLogo 給學(xué)生做實驗。幾行簡潔的代碼，就能讓屏幕上的小方塊變成狼、羊和草，在捕食與被捕食中演化出生態(tài)平衡。學(xué)生們第一次直觀地感受到：復(fù)雜性不是抽象的公式，而是可以在屏幕上“看見”的涌現(xiàn)現(xiàn)象。

從課堂到社區(qū)

2016 年以后，這種興奮不再局限于課堂。集智學(xué)園的早期線下讀書會，把 NetLogo 引入了更廣泛的學(xué)習(xí)者群體。大家圍在一起，討論生命游戲、謝林模型、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，在小小的屏幕里模擬出“大千世界”。這時候，NetLogo 不僅僅是一個建模工具，更像是一把鑰匙，開啟了系統(tǒng)科學(xué)愛好者的共同語言。

走向線上

進入2021 年，集智開始系統(tǒng)化推出NetLogo 系列線上課程和專題研討活動，讓更多遠在各地的學(xué)習(xí)者也能通過網(wǎng)絡(luò)走進 NetLogo 的世界。

同年，《NetLogo多主體建模入門》一書出版，成為國內(nèi)第一本系統(tǒng)介紹 NetLogo 的教材。至此，課堂—社區(qū)—出版物的三條路徑匯合到了一起，構(gòu)成了一個堅實的知識基座。

大咖推薦： 這是一本難得的好書，是國內(nèi)系統(tǒng)介紹 NetLogo 的開荒之作，適合數(shù)理及人文多個領(lǐng)域的學(xué)生和學(xué)者閱讀和參考，值得廣泛推薦。——陳關(guān)榮，香港城市大學(xué)講座教授，歐洲科學(xué)院院士，發(fā)展中國家科學(xué)院院士 未來的世界，人人都需要編程思維；而從還原論思維走向系統(tǒng)論思維，NetLogo 是一個好選擇。NetLogo，讓復(fù)雜的世界變得簡單?！跣〈?，北京搜狗科技發(fā)展有限公司 CEO NetLogo 軟件不僅是一種研究工具和模型可視化工具，更是一種系統(tǒng)性思維，必將揭示人類社會、自然科學(xué)之間的普適性聯(lián)系?！獏矽i，中南大學(xué)公共管理學(xué)院教授、社會計算研究中心主任，教育部青年長江學(xué)者

邁向進階

2022 年，集智又推出了《實戰(zhàn)NetLogo復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建?！罚筛邼讨髦v。這是一次更深入的探索，專注于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與動力學(xué)。隨機網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)、無標度網(wǎng)絡(luò)在 NetLogo 中一一重現(xiàn)；疫情傳播、博弈互動在網(wǎng)絡(luò)上展開。對于那些已經(jīng)掌握基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者，這門課程提供了進階與科研實踐的橋梁。

從2014–2016 的課堂實驗，到讀書會的社群探索，再到 2021 年的系統(tǒng)課程與教材出版，最后到2022 年的進階課程，NetLogo 在國內(nèi)的發(fā)展像一條不斷延展的河流：從涓涓細流，逐漸匯聚成完整的學(xué)習(xí)體系。

它不僅是一款軟件，更是復(fù)雜性科學(xué)在中國傳播和實踐的一個縮影。

免費開放

為了讓更多人能真正上手，現(xiàn)在，我們將這條學(xué)習(xí)路線拆分為兩個階段，分階段免費開放：

《NetLogo多主體建模入門》

適合人群：初學(xué)者、復(fù)雜系統(tǒng)愛好者、希望快速上手 NetLogo 的學(xué)習(xí)者

課程亮點：

• NetLogo 基礎(chǔ)與多主體建模：直觀操作、環(huán)境設(shè)置、模型構(gòu)建

• 豐富代碼示例：生態(tài)系統(tǒng)模擬、博弈模型、擴散模型，每個案例都可直接運行和修改

• 系統(tǒng)科學(xué)思想：理解局部規(guī)則如何產(chǎn)生全局涌現(xiàn)現(xiàn)象

• 實踐導(dǎo)向：課程中每個模型都帶技術(shù)細節(jié)，確保學(xué)完就能動手實驗

已有超過7000 人學(xué)習(xí)，原價199 元，現(xiàn)免費開放。

《實戰(zhàn)NetLogo復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建?！?/blockquote>

適合人群：希望深入研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、社會系統(tǒng)或科研模擬的學(xué)習(xí)者

課程亮點：

• 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模：隨機網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)、無標度網(wǎng)絡(luò)

• 實戰(zhàn)案例：疫情傳播、信息擴散、博弈互動，每個案例配完整 NetLogo 代碼，可直接運行并改造

• 系統(tǒng)科學(xué)與多主體結(jié)合：深入理解局部規(guī)則如何導(dǎo)致全局涌現(xiàn)

• 技術(shù)驅(qū)動：讓模型不僅是“演示”，更可用于科研和分析

已有將近2000 人參與，原價99 元，待開放，敬請期待。

無論是科研探索、課程學(xué)習(xí)還是興趣實踐，這套課程都是你理解復(fù)雜系統(tǒng)、掌握多主體建模和 NetLogo 技術(shù)的最佳入口。

延伸福利：10 節(jié)跨學(xué)科免費課程

除了 NetLogo，我們還整理了 10 節(jié)科學(xué)計算與人工智能的精品課程，特點和 NetLogo 的共同點是：通過計算實驗、建模仿真和實踐案例，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與技術(shù)能力。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

• 內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)基本模型、統(tǒng)計性質(zhì)、社團結(jié)構(gòu)、動力學(xué)、加權(quán)網(wǎng)絡(luò)

• 應(yīng)用：科研與數(shù)據(jù)分析

MATLAB 基礎(chǔ)及應(yīng)用

• 內(nèi)容：數(shù)學(xué)軟件文化、編程基礎(chǔ)、繪圖、科學(xué)計算、建模與模擬

• 特點：理論結(jié)合案例教學(xué)

Mathematica 基礎(chǔ)入門

• 科研工具：符號計算 + 數(shù)值計算

• 功能：函數(shù)可視化、數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計算

• 思維訓(xùn)練：快速驗證科研想法，提升實驗效率

講給文科生的 R 語言

• 目標：零基礎(chǔ)掌握數(shù)據(jù)清理、分析、可視化及項目實現(xiàn)

• 特點：統(tǒng)計編程 + 文學(xué)式編程

知識表征學(xué)習(xí)專題

• 技術(shù)：知識圖譜、表示學(xué)習(xí)（Word2Vec、SE、TransE、TransR 等）

• 應(yīng)用：自動推理、對話生成、問答系統(tǒng)

• 特色：解決長鏈全局推理的組合爆炸問題

TensorFlow 入門系列（莫煩）

• 技術(shù)：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）、TensorBoard 可視化

• 特點：結(jié)合理論與實踐，從入門到高級

GAN 專題論文研讀&代碼實踐

• 內(nèi)容：30+ 篇經(jīng)典論文，覆蓋計算機視覺、文本處理、頂會前沿

• 實踐：每個模型配完整代碼復(fù)現(xiàn)與分析

快速入門 Julia 語言

• 優(yōu)勢：動態(tài)語言 + 高性能，適合科學(xué)計算與原型開發(fā)

• 訓(xùn)練：語法快速掌握，適合科研實驗與數(shù)值計算

最后的話

復(fù)雜性科學(xué)的魅力，在于從簡單規(guī)則中看到復(fù)雜世界的自組織與涌現(xiàn)。

NetLogo 就像一間隨身攜帶的數(shù)字實驗室：

• 你能在里面造一個宇宙；

• 看它運行、演化、涌現(xiàn)；

• 并在過程中訓(xùn)練系統(tǒng)思維，理解復(fù)雜性。

現(xiàn)在，書籍、課程、社區(qū)三位一體，這把鑰匙已經(jīng)遞到你手中。

剩下的，就看你愿不愿意打開這扇通往復(fù)雜世界的大門。

如何獲取這些課程呢？

無需轉(zhuǎn)發(fā)、無需集贊，直接免費解鎖！

關(guān)注集智學(xué)園公眾號，進入聊天頁點擊菜單欄中的[推薦課程]按鈕，菜單中選擇[免費課程]即可進入課程頁面，或者點擊[學(xué)習(xí)入口]在搜索欄中輸入對應(yīng)課程名稱，開啟您的知識之旅。

集智學(xué)園希望通過免費開放一系列課程，讓更多人感受到系統(tǒng)科學(xué)和深度學(xué)習(xí)的魅力，讓知識不再有門檻。快來抓住這個難得的機會，免費學(xué)習(xí)海量優(yōu)質(zhì)課程，開啟你的科學(xué)探索之旅吧！

當然，集智學(xué)園還有更多其它的優(yōu)質(zhì)課程，涵蓋復(fù)雜科學(xué)、人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)等多個領(lǐng)域的進階內(nèi)容和實戰(zhàn)項目。通過學(xué)習(xí)這些課程，你將深入掌握專業(yè)知識，提升實踐技能，為職業(yè)發(fā)展和個人成長助力。期待在集智學(xué)園與你一起學(xué)習(xí)、共同成長！

關(guān)于集智學(xué)園

集智學(xué)園（Swarma Campus）成立于2016年10月1日，是集智俱樂部孕育的創(chuàng)業(yè)團隊。集智學(xué)園致力于傳播復(fù)雜科學(xué)、人工智能等前沿知識和新興技術(shù)，促進、推動復(fù)雜科學(xué)領(lǐng)域的知識探索與生態(tài)構(gòu)建。合作伙伴包括騰訊、華為、北京師范大學(xué)、混沌學(xué)園等多家知名機構(gòu)。2019年和2022年兩次被評定為“國家高新技術(shù)企業(yè)”。

集智學(xué)園網(wǎng)站共分為 7 大模塊，復(fù)雜系統(tǒng)、人工智能、數(shù)理基礎(chǔ)、編程實戰(zhàn)、學(xué)術(shù)活動、讀書會、北師講堂，包含復(fù)雜科學(xué)與人工智能的核心內(nèi)容，課程累計時長約有 6 萬分鐘。

截至目前，我們推出了多個專題課程，包括系統(tǒng)科學(xué)前沿、重整化群分析在非線性物理中的應(yīng)用、復(fù)雜系統(tǒng)的涌現(xiàn)動力學(xué)、Koopman分析在非線性動力學(xué)中的應(yīng)用、混沌科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)入門、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)系列課程、范疇論系列課程、復(fù)雜系統(tǒng)的計算實驗、量子力學(xué)、量子信息基礎(chǔ)、信息論基礎(chǔ)、量子信息與量子計算、NetLogo等，以及經(jīng)授權(quán)從圣塔菲網(wǎng)站引入的系列課程。

關(guān)于集智探索者

集智俱樂部是最早的研究人工智能、復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)社區(qū)，從2003年成立到現(xiàn)在，經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，聚集了一群對復(fù)雜系統(tǒng)、人工智能及相關(guān)跨領(lǐng)域研究充滿熱情的人，我們稱這群人為探索者。他們是學(xué)生、研究者、工程師、管理者等，但促使他們聚集在一起的不是課題和經(jīng)費，而是對科學(xué)探索的熱愛。

現(xiàn)在集智俱樂部已經(jīng)凝練出了一套行之有效的“共學(xué)共研”模式，尋找與復(fù)雜科學(xué)相關(guān)的最前沿/最重要話題，從探索者中發(fā)掘最有熱情最有洞見的人來分享和交流，不同領(lǐng)域的人在此過招?？赡芫湍軓臄?shù)學(xué)、物理、生物不同視角看待機器學(xué)習(xí)，能從量子糾纏、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)看到雙曲空間、機器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計物理，能從生物、公司、城市中看到統(tǒng)一性，創(chuàng)造力在這里不是被消耗，而是源源不斷地產(chǎn)生，就像七經(jīng)八脈被打通了一樣。跨學(xué)科交叉的意義就在于此，能讓我們看到不同學(xué)科之間的深刻聯(lián)系。這是一種極高的精神享受。