# 17.3 复杂性理论
下面要介绍的程序的前身是由Larry O'Brien原创的一些代码，并以由Craig Reynolds于1986年编制的“Boids”程序为基础，当时是为了演示复杂性理论的一个特殊问题，名为“凸显”（Emergence）。
这儿要达到的目标是通过为每种动物都规定少许简单的规则，从而逼真地再现动物的群聚行为。每个动物都能看到看到整个环境以及环境中的其他动物，但它只与一系列附近的“群聚伙伴”打交道。动物的移动基于三个简单的引导行为：
(1) 分隔：避免本地群聚伙伴过于拥挤。
(2) 方向：遵从本地群聚伙伴的普遍方向。
(3) 聚合：朝本地群聚伙伴组的中心移动。
更复杂的模型甚至可以包括障碍物的因素，动物能预知和避免与障碍冲突的能力，所以它们能围绕环境中的固定物体自由活动。除此以外，动物也可能有自己的特殊目标，这也许会造成群体按特定的路径前进。为简化讨论，避免障碍以及目标搜寻的因素并未包括到这里建立的模型中。
尽管计算机本身比较简陋，而且采用的规则也相当简单，但结果看起来是真实的。也就是说，相当逼真的行为从这个简单的模型中“凸显”出来了。
程序以组合到一起的应用程序／程序片的形式提供：
```
//: FieldOBeasts.java
// Demonstration of complexity theory; simulates
// herding behavior in animals. Adapted from
// a program by Larry O'Brien lobrien@msn.com
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.applet.*;
import java.util.*;
class Beast {
int
x, y, // Screen position
currentSpeed; // Pixels per second
float currentDirection; // Radians
Color color; // Fill color
FieldOBeasts field; // Where the Beast roams
static final int GSIZE = 10; // Graphic size
public Beast(FieldOBeasts f, int x, int y,
float cD, int cS, Color c) {
field = f;
this.x = x;
this.y = y;
currentDirection = cD;
currentSpeed = cS;
color = c;
}
public void step() {
// You move based on those within your sight:
Vector seen = field.beastListInSector(this);
// If you're not out in front
if(seen.size() > 0) {
// Gather data on those you see
int totalSpeed = 0;
float totalBearing = 0.0f;
float distanceToNearest = 100000.0f;
Beast nearestBeast =
(Beast)seen.elementAt(0);
Enumeration e = seen.elements();
while(e.hasMoreElements()) {
Beast aBeast = (Beast) e.nextElement();
totalSpeed += aBeast.currentSpeed;
float bearing =
aBeast.bearingFromPointAlongAxis(
x, y, currentDirection);
totalBearing += bearing;
float distanceToBeast =
aBeast.distanceFromPoint(x, y);
if(distanceToBeast < distanceToNearest) {
nearestBeast = aBeast;
distanceToNearest = distanceToBeast;
}
}
// Rule 1: Match average speed of those
// in the list:
currentSpeed = totalSpeed / seen.size();
// Rule 2: Move towards the perceived
// center of gravity of the herd:
currentDirection =
totalBearing / seen.size();
// Rule 3: Maintain a minimum distance
// from those around you:
if(distanceToNearest <=
field.minimumDistance) {
currentDirection =
nearestBeast.currentDirection;
currentSpeed = nearestBeast.currentSpeed;
if(currentSpeed > field.maxSpeed) {
currentSpeed = field.maxSpeed;
}
}
}
else { // You are in front, so slow down
currentSpeed =
(int)(currentSpeed * field.decayRate);
}
// Make the beast move:
x += (int)(Math.cos(currentDirection)
* currentSpeed);
y += (int)(Math.sin(currentDirection)
* currentSpeed);
x %= field.xExtent;
y %= field.yExtent;
if(x < 0)
x += field.xExtent;
if(y < 0)
y += field.yExtent;
}
public float bearingFromPointAlongAxis (
int originX, int originY, float axis) {
// Returns bearing angle of the current Beast
// in the world coordiante system
try {
double bearingInRadians =
Math.atan(
(this.y - originY) /
(this.x - originX));
// Inverse tan has two solutions, so you
// have to correct for other quarters:
if(x < originX) {
if(y < originY) {
bearingInRadians += - (float)Math.PI;
}
else {
bearingInRadians =
(float)Math.PI - bearingInRadians;
}
}
// Just subtract the axis (in radians):
return (float) (axis - bearingInRadians);
} catch(ArithmeticException aE) {
// Divide by 0 error possible on this
if(x > originX) {
return 0;
}
else
return (float) Math.PI;
}
}
public float distanceFromPoint(int x1, int y1){
return (float) Math.sqrt(
Math.pow(x1 - x, 2) +
Math.pow(y1 - y, 2));
}
public Point position() {
return new Point(x, y);
}
// Beasts know how to draw themselves:
public void draw(Graphics g) {
g.setColor(color);
int directionInDegrees = (int)(
(currentDirection * 360) / (2 * Math.PI));
int startAngle = directionInDegrees -
FieldOBeasts.halfFieldOfView;
int endAngle = 90;
g.fillArc(x, y, GSIZE, GSIZE,
startAngle, endAngle);
}
}
public class FieldOBeasts extends Applet
implements Runnable {
private Vector beasts;
static float
fieldOfView =
(float) (Math.PI / 4), // In radians
// Deceleration % per second:
decayRate = 1.0f,
minimumDistance = 10f; // In pixels
static int
halfFieldOfView = (int)(
(fieldOfView * 360) / (2 * Math.PI)),
xExtent = 0,
yExtent = 0,
numBeasts = 50,
maxSpeed = 20; // Pixels/second
boolean uniqueColors = true;
Thread thisThread;
int delay = 25;
public void init() {
if (xExtent == 0 && yExtent == 0) {
xExtent = Integer.parseInt(
getParameter("xExtent"));
yExtent = Integer.parseInt(
getParameter("yExtent"));
}
beasts =
makeBeastVector(numBeasts, uniqueColors);
// Now start the beasts a-rovin':
thisThread = new Thread(this);
thisThread.start();
}
public void run() {
while(true) {
for(int i = 0; i < beasts.size(); i++){
Beast b = (Beast) beasts.elementAt(i);
b.step();
}
try {
thisThread.sleep(delay);
} catch(InterruptedException ex){}
repaint(); // Otherwise it won't update
}
}
Vector makeBeastVector(
int quantity, boolean uniqueColors) {
Vector newBeasts = new Vector();
Random generator = new Random();
// Used only if uniqueColors is on:
double cubeRootOfBeastNumber =
Math.pow((double)numBeasts, 1.0 / 3.0);
float colorCubeStepSize =
(float) (1.0 / cubeRootOfBeastNumber);
float r = 0.0f;
float g = 0.0f;
float b = 0.0f;
for(int i = 0; i < quantity; i++) {
int x =
(int) (generator.nextFloat() * xExtent);
if(x > xExtent - Beast.GSIZE)
x -= Beast.GSIZE;
int y =
(int) (generator.nextFloat() * yExtent);
if(y > yExtent - Beast.GSIZE)
y -= Beast.GSIZE;
float direction = (float)(
generator.nextFloat() * 2 * Math.PI);
int speed = (int)(
generator.nextFloat() * (float)maxSpeed);
if(uniqueColors) {
r += colorCubeStepSize;
if(r > 1.0) {
r -= 1.0f;
g += colorCubeStepSize;
if( g > 1.0) {
g -= 1.0f;
b += colorCubeStepSize;
if(b > 1.0)
b -= 1.0f;
}
}
}
newBeasts.addElement(
new Beast(this, x, y, direction, speed,
new Color(r,g,b)));
}
return newBeasts;
}
public Vector beastListInSector(Beast viewer) {
Vector output = new Vector();
Enumeration e = beasts.elements();
Beast aBeast = (Beast)beasts.elementAt(0);
int counter = 0;
while(e.hasMoreElements()) {
aBeast = (Beast) e.nextElement();
if(aBeast != viewer) {
Point p = aBeast.position();
Point v = viewer.position();
float bearing =
aBeast.bearingFromPointAlongAxis(
v.x, v.y, viewer.currentDirection);
if(Math.abs(bearing) < fieldOfView / 2)
output.addElement(aBeast);
}
}
return output;
}
public void paint(Graphics g) {
Enumeration e = beasts.elements();
while(e.hasMoreElements()) {
((Beast)e.nextElement()).draw(g);
}
}
public static void main(String[] args) {
FieldOBeasts field = new FieldOBeasts();
field.xExtent = 640;
field.yExtent = 480;
Frame frame = new Frame("Field 'O Beasts");
// Optionally use a command-line argument
// for the sleep time:
if(args.length >= 1)
field.delay = Integer.parseInt(args[0]);
frame.addWindowListener(
new WindowAdapter() {
public void windowClosing(WindowEvent e) {
System.exit(0);
}
});
frame.add(field, BorderLayout.CENTER);
frame.setSize(640,480);
field.init();
field.start();
frame.setVisible(true);
}
} ///:~
```
尽管这并非对Craig Reynold的“Boids”例子中的行为完美重现，但它却展现出了自己独有的迷人之外。通过对数字进行调整，即可进行全面的修改。至于与这种群聚行为有关的更多的情况，大家可以访问Craig Reynold的主页——在那个地方，甚至还提供了Boids一个公开的3D展示版本：
http://www.hmt.com/cwr/boids.html
为了将这个程序作为一个程序片运行，请在HTML文件中设置下述程序片标志：
```
<applet
code=FieldOBeasts
width=640
height=480>
<param name=xExtent value = "640">
<param name=yExtent value = "480">
</applet>
```
- Java 编程思想
- 写在前面的话
- 引言
- 第1章 对象入门
- 1.1 抽象的进步
- 1.2 对象的接口
- 1.3 实现方案的隐藏
- 1.4 方案的重复使用
- 1.5 继承：重新使用接口
- 1.6 多态对象的互换使用
- 1.7 对象的创建和存在时间
- 1.8 异常控制：解决错误
- 1.9 多线程
- 1.10 永久性
- 1.11 Java和因特网
- 1.12 分析和设计
- 1.13 Java还是C++
- 第2章 一切都是对象
- 2.1 用引用操纵对象
- 2.2 所有对象都必须创建
- 2.3 绝对不要清除对象
- 2.4 新建数据类型：类
- 2.5 方法、参数和返回值
- 2.6 构建Java程序
- 2.7 我们的第一个Java程序
- 2.8 注释和嵌入文档
- 2.9 编码样式
- 2.10 总结
- 2.11 练习
- 第3章 控制程序流程
- 3.1 使用Java运算符
- 3.2 执行控制
- 3.3 总结
- 3.4 练习
- 第4章 初始化和清除
- 4.1 用构造器自动初始化
- 4.2 方法重载
- 4.3 清除：收尾和垃圾收集
- 4.4 成员初始化
- 4.5 数组初始化
- 4.6 总结
- 4.7 练习
- 第5章 隐藏实现过程
- 5.1 包：库单元
- 5.2 Java访问指示符
- 5.3 接口与实现
- 5.4 类访问
- 5.5 总结
- 5.6 练习
- 第6章 类复用
- 6.1 组合的语法
- 6.2 继承的语法
- 6.3 组合与继承的结合
- 6.4 到底选择组合还是继承
- 6.5 protected
- 6.6 累积开发
- 6.7 向上转换
- 6.8 final关键字
- 6.9 初始化和类装载
- 6.10 总结
- 6.11 练习
- 第7章 多态性
- 7.1 向上转换
- 7.2 深入理解
- 7.3 覆盖与重载
- 7.4 抽象类和方法
- 7.5 接口
- 7.6 内部类
- 7.7 构造器和多态性
- 7.8 通过继承进行设计
- 7.9 总结
- 7.10 练习
- 第8章 对象的容纳
- 8.1 数组
- 8.2 集合
- 8.3 枚举器（迭代器）
- 8.4 集合的类型
- 8.5 排序
- 8.6 通用集合库
- 8.7 新集合
- 8.8 总结
- 8.9 练习
- 第9章 异常差错控制
- 9.1 基本异常
- 9.2 异常的捕获
- 9.3 标准Java异常
- 9.4 创建自己的异常
- 9.5 异常的限制
- 9.6 用finally清除
- 9.7 构造器
- 9.8 异常匹配
- 9.9 总结
- 9.10 练习
- 第10章 Java IO系统
- 10.1 输入和输出
- 10.2 增添属性和有用的接口
- 10.3 本身的缺陷：RandomAccessFile
- 10.4 File类
- 10.5 IO流的典型应用
- 10.6 StreamTokenizer
- 10.7 Java 1.1的IO流
- 10.8 压缩
- 10.9 对象序列化
- 10.10 总结
- 10.11 练习
- 第11章 运行期类型识别
- 11.1 对RTTI的需要
- 11.2 RTTI语法
- 11.3 反射：运行期类信息
- 11.4 总结
- 11.5 练习
- 第12章 传递和返回对象
- 12.1 传递引用
- 12.2 制作本地副本
- 12.3 克隆的控制
- 12.4 只读类
- 12.5 总结
- 12.6 练习
- 第13章 创建窗口和程序片
- 13.1 为何要用AWT？
- 13.2 基本程序片
- 13.3 制作按钮
- 13.4 捕获事件
- 13.5 文本字段
- 13.6 文本区域
- 13.7 标签
- 13.8 复选框
- 13.9 单选钮
- 13.10 下拉列表
- 13.11 列表框
- 13.12 布局的控制
- 13.13 action的替代品
- 13.14 程序片的局限
- 13.15 视窗化应用
- 13.16 新型AWT
- 13.17 Java 1.1用户接口API
- 13.18 可视编程和Beans
- 13.19 Swing入门
- 13.20 总结
- 13.21 练习
- 第14章 多线程
- 14.1 反应灵敏的用户界面
- 14.2 共享有限的资源
- 14.3 堵塞
- 14.4 优先级
- 14.5 回顾runnable
- 14.6 总结
- 14.7 练习
- 第15章 网络编程
- 15.1 机器的标识
- 15.2 套接字
- 15.3 服务多个客户
- 15.4 数据报
- 15.5 一个Web应用
- 15.6 Java与CGI的沟通
- 15.7 用JDBC连接数据库
- 15.8 远程方法
- 15.9 总结
- 15.10 练习
- 第16章 设计模式
- 16.1 模式的概念
- 16.2 观察器模式
- 16.3 模拟垃圾回收站
- 16.4 改进设计
- 16.5 抽象的应用
- 16.6 多重分发
- 16.7 访问器模式
- 16.8 RTTI真的有害吗
- 16.9 总结
- 16.10 练习
- 第17章 项目
- 17.1 文字处理
- 17.2 方法查找工具
- 17.3 复杂性理论
- 17.4 总结
- 17.5 练习
- 附录A 使用非JAVA代码
- 附录B 对比C++和Java
- 附录C Java编程规则
- 附录D 性能
- 附录E 关于垃圾收集的一些话
- 附录F 推荐读物