博士点基金课题总结

2010-2012 三年进展

课题编号：20093402110032 

课题名称：人类行为的动力学模型

及统计力学研究 

课题完成时间： 2012-12-30 

分类:

A, 人类行为动力学、博弈模型与合作演化及社会物理学

B, 恐慌人群逃逸行为、应急疏散策略与集群行为模拟控制

C, 复杂网络之拓扑结构,动力学，功能，同步与控制

D, 社会网络分析、推荐系统、舆情和疫情防控

E, 道路交通流、运输复杂系统及网络交通流

F, 金融市场复杂性与经济物理学

G, 量子通信网络、物质与激光相互作用等理论物理与数学问题研究

H, 生命科学与生物复杂系统问题初探

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B, 恐慌人群逃逸行为、应急疏散策略与集群行为模拟控制

进展1, 关于恐慌人群逃生时间与逃生人员视野半径及逃生空间出口设置之定量关系研究

         人与人的相互作用可以看成一个动态的复杂网络。我们对于行人流研究中普遍使用的经典的社会力模型做了简化和改进，以求更准确地模拟行人在屋内逃生的情景。更进一步，我们参照Vicsek模型，引入行人的视野半径，以描述行人的视力范围。我们研究了在不同逃生人员数目下的逃生时间与视野半径之间的关系。模拟结果证实视野半径越短，则逃生时间越长。如果视野半径太短，则会有人无法逃生。若把无法逃生的人员称作滞留人员，则在总人数大于600时，滞留人数将随视野半径变化表现出非单调关系。对于缩短逃生时间的目标而言，我们比较了把一个门加宽和增设角门的两种不同方法。经模拟发现，后者在视野半径较小的时候优于前者，反之，当视野半径较大，则把一个门加宽的措施优于增设角门的措施。我们还用元胞自动机模型探讨了在出口处放置障碍物对行人逃生的影响，发现逃生时间将随障碍物大小及到出口距离而变。模拟结果给出逃生时间与障碍物至出口距离之标度关系，标度之幂指数则是行人总数及障碍物大小之函数。

进展2　有限视野半径行人之逃逸行为研究

我们对于Helbing 的用于模拟一个行人如何跑出充满烟雾大厅的经典社会力模型作了修正改进。如Vicsek模型那样，我们引入视野半径来描述行人之可视范围，对于不同的行人数目，我们研究了逃逸时间与视野半径之间的关系。模拟结果显示出视野半径越短，逃逸者在逃跑过程中所化的时间越长，甚至于无法逃出。而当大厅中的人数超过某一阈值（600），则未逃出的行人数与视野半径之间的关系呈现出非单调性。最后，我们建议扩大出口之宽度，或者在角上增加两个小出口，这可以大大缩减逃逸时间，并明显降低未能逃出的人数。

PhysA392(2013)215 马佩杰汪秉宏  The escape of pedestrians with view radius

进展3，集体行为中领头者效应之空间量化研究

在自然界中当群体运动方向被一类领导者所控制时，后来的领导者很难改变群体的运动方向，特别是后者在数量上处于劣势时。我们发现了一种反常规的现象，即：如果后来的少数领导者遵从某种合理的位置排布方式，那么他们就可以战胜之前的多数领导者。这种方式有助于他们将领导力迅速传播到尽量多的个体，而且在局部具有足够高的强度已完全说服被影响的个体按照它们的方向运动。为了对群体未来的运动方向进行预测，我们还设计了一个量化的指标函数，并用大量Vicsek模型和Couzin三球模型仿真实验验证了其有效性。该研究对于非常规突发事件下用于恐慌人群人员疏散之人为干预方式的设计具有很有意义的启发性和参考价值。

相关工作发表于：

New Journal of Physics 12 (2010) 123025

Hai-Tao Zhang（张海涛）, Ning Wang, Michael Z Q Chen, Ri-Qi Su（苏日启）, Tao Zhou（周涛） and Changsong Zhou（周昌松）

Spatially quantifying the leadership effectiveness in collective behavior

进展4，关于多参与个体系统通过预测使趋同加速之研究

         我们证明，如果在网络结点中适当地注入预测机制，则可加快群体网络的趋同。通过多次通讯，该预测机制可以将时间复杂度转化为空间复杂度，相当于添加了更多的虚拟边，从而大大加快群集收敛趋同一致运动方向。该项研究由自然界大量存在的群集预测智能激发，有助于利用非常规突发事件中人群的预测智能，获取更好的疏散效果。

（文章发表于2011 American Control Conference on O'Farrell Street, San Francisco, CA, USA）

进展5，三维自排斥粒子模型中最佳视角的研究

我们引进三维Vicsek模型研究自排斥粒子之集体运动。 在此模型中，每一个粒子的视角是有限的。我们发现存在一个导致最快方向趋同的最佳视角值。我们的工作显示：在大边界尺寸极限下，最佳视角仅仅是绝对速度及粒子密度之函数。从日常生活中更多实际集体运动现象，我们提炼出一系列更多基本与实际规则。我们给出相应于这些实际规则的一系列特殊情况的结果，这些研究对于低代价通讯甚有意义。

相关工作发表于：

Yu-Jian Li（李玉剑）, Su Wang,  Zhong-Lin Han（韩钟霖）, Bao-Mei Tian（田宝美）, Zhen-Dong  Xi （席振东） and Bing-Hong Wang （汪秉宏）

Optimal view angle in the three-dimensional self-propelled particle models 

Europhysics Letters,. 93, 68003 (2011).