Wolf-and-Sheep

This is a Cpp homework, visualized by QT. It is an analogue simulation of the actions of wolf and sheep.

more detail please refer to:狼和羊捕食2D仿真实验报告.pdf

or get infomation about this project from my blog:大概是最弱鸡的2D仿真 - 写作业中学到的可视化

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狼和羊捕食2D仿真实验报告

一、实验要求

创建一个简单的二维“捕食者—被捕食者”模拟。在这个模拟中，被捕食者是羊，而捕食者是狼。这些生物生活在一个 n*n 的网格中。每个单元每次只能由一个生物体占据。

1. 羊的行为:

• 吃:为了简单起见，此处不考虑羊吃草;
• 移动:在每一个 time 中，都随机的向上，向下，向左，向右移动。如果准备移动的位置已经有其他生物，则保持当前位置不变;
• 繁殖:如果一只羊在三个时间步中保持存活，那么在第三个 time 结束之后， 该羊繁殖后代。所谓繁殖后代就是在相邻的单元格中创建一个新的羊，如果 没有单元格，则不能成功繁殖后代;
• 死亡: 除非被狼吃掉，不会饥饿而亡。所谓死亡即从模拟环境中消失。

2. 狼的行为:

• 吃:狼吃羊;
• 移动:如果在其上、下、左、右有羊，则移动到羊的任一位置，并且吃掉羊; 否则随机移动到上、下、左、右网格，如果网格有其他生物，则保持当前位置不变;
• 繁殖:如果在 8 个时间步中仍保持存活，那么在第 8 个时间步后，按照羊的 方式进行繁殖;
• 死亡:如果狼在连续 3 个时间步中都没有吃到羊，则在 3 个时间步后，饥饿而亡。该狼从模拟中消除。

二、改进

• 增加了羊吃草和羊饥饿死亡的情况。

• 增加狼和羊自然死亡的情况。

• 狼和羊可以往上、下、左、右、左上、左下、右上、右下方向移动。

• 狼和羊的移动策略改进：

  1. 羊会往没有狼和草多的地方移动。
  2. 狼会往羊多的方向移动。

  实现方法：使用权重比较的方法，模拟狼和羊的捕食与逃跑。

  1. 狼的捕食策略模拟：查找周边领域，对邻近八个格元进行权重计算，选取权重最大的方向移动。该策略的效果是：不会移动到有狼的格元。附近有羊时优先去有羊的地方吃羊，同样的格元会优先去邻域羊最多的格元，并使用随机因子模拟不确定性因素。 * * * * *

  2. 羊的逃跑策略模拟：查找周边领域，对邻近八个格元进行权重计算，选取权重最大的方向移动。该策略的效果是：只会往没有动物的格元移动。附近有狼时优先往有狼的相反方向逃跑，同样的格元会优先去邻域草最多的格元，并使用随机因子模拟不确定性因素。

  * ![math06](https://github.com/codeRimoe/Wolf_and_Sheep/blob/master/pic/image006.png?raw=true)
  * ![math07](https://github.com/codeRimoe/Wolf_and_Sheep/blob/master/pic/image007.png?raw=true)
  * ![math08](https://github.com/codeRimoe/Wolf_and_Sheep/blob/master/pic/image008.png?raw=true)
  * ![math09](https://github.com/codeRimoe/Wolf_and_Sheep/blob/master/pic/image009.png?raw=true)
  * ![math10](https://github.com/codeRimoe/Wolf_and_Sheep/blob/master/pic/image010.png?raw=true)
  

*使用Qt进行可视化。

三、实验环境

1. 实验环境一 *MacBook Air (13-inch, Early 2015)／macOS Sierra *处理器：1.6 GHz Intel Core i5 *内存：4 GB 1600 MHz DDR3 *IDE：Xcode Version 8.0 (8A218a)

2. 实验环境二 *MacBook Air (13-inch, Early 2015)／Windows 10（Virtual Box虚拟机） *处理器：1.6 GHz Intel Core i5 *内存：4 GB 1600 MHz DDR3 *IDE：Qt Creater 4.3（Qt5.9.0） *在实验环境一中进行核心代码编写，用ASCII显示狼和羊。 *在实验环境二中进行可视化设计与release版编译。

四、结果

1. 在MacOS终端下有较好的模拟效果，界面简约整洁，基本功能完全实现。

   

2. 在使用Qt可视化后，界面更加美观，同时可以很好地观察狼和羊的行为。提供暂停功能，帮助更好地观察狼和羊。我们可以明显看出狼和羊的数量变化关系，也能看出附加功能（狼的追踪和羊的逃跑）被实现。

   

3. 在MacOS、Windows编译运行结果如下

   

五、总结

本次实验创建一个简单的二维“捕食者—被捕食者” 仿真，有效地了模拟了草原上狼和羊的捕食关系。此外还通过Qt实现了跨平台的可视化，帮助更好地观察狼和羊的行为。

本次实验也有不足之处，在模拟过程中会出现狼把羊逼迫到边界导致大量羊在边界堆积，没有或只有少部分羊在中间逃离狼的捕抓。可能会出现边界上的羊被狼吃光，而中间没有羊或狼还没来得及返回捕抓就饿死的情况，最终会出现狼灭绝的情况。

这是因为模拟环境是一个封闭的区域，相当于在农场进行本次实验，而要模拟草原的话可以设置无边界的情况，在边界可以往另一个边界移动，这样显示的区域实际上模拟了无穷个相似的局部草块，相当于在一个无穷大的区域内进行实验，生态系统更加平衡。