Resumen

El comportamiento de los diversos elementos que conforman un ecosistema es un problema que cada día tiene mayor importancia y requiere de estudios profundos que puedan ser puestos dentro del contexto de sistemas complejos. En este sentido, los ecosistemas presentan un comportamiento global complejo, en donde las interrelaciones locales son necesarias para la autoregulación del mismo. De acuerdo a las características de un ecosistema, en donde el comportamiento global surge a partir de relaciones locales, nos conduce a aplicar Autómatas Celulares y Sistemas Multiagentes como paradigmas de modelación de manera natural.

El objetivo de esta tesis es presentar un nuevo modelo de ecosistemas basado en un paradigma que interrelaciona Autómatas Celulares, Sistemas Multiagentes, y LenguajesVisuales para llevar a cabo la modelación y simulación de sistemas complejos. Este nuevo modelo de ecosistemas surge a partir del interés por analizar las interacciones ecológicas que forman parte de un ecosistema. Así pues, como casos de estudio, se presentan dos modelos de interacciones ecológicas de tipo depredador-presa con sus respectivas relaciones de competencia intra e interespecífica.

Es importante mencionar que los modelos que construimos como casos de estudio están basados en los modelos matemáticos clásicos desarrollados a través de la historia de la ecología poblacional como una subárea de la ecología. Para realizar la simulación por computadora de los casos de estudio, se utilizó el paquete de bibliotecas denominado Swarm. Con nuestro paradigma de modelación, y el uso de herramientos complementarias como UML y Swarm, se desarrollaron dos modelos depredador-presa, obteniendo resultados interesantes a partir de la posibilidad de poder obtener datos relevantes como consecuencia del análisis a nivel microscópico que nos permiten hacer tanto los Autómatas Celulares como los Sistemas Multiagentes.

Otro resultado importante de este trabajo, es la propuesta de un sistema computacional cuyo propósito es ser un framework para construir, de manera visual, modelos de interacciones ecológicas que permitan realizar experimentaciones basadas en un ambiente de simulación. Todo esto utilizando elementos de programación visual, Swarm, Autómatas Celulares, y Sistemas Multiagentes. De tal forma, en este documento se presenta también la línea base de la arquitectura de este sistema, al cual se le denominó SISCOMPLEX. Para el desarrollo de las fases de inicio y elaboración, así como la ejecución de los flujos de trabajo correspondientes a estas dos fases, se utilizó el Proceso Unificado de Desarrollo de Software y el Lenguaje Unificado de Modelado. Cabe destacar que los flujos de trabajo de captura de requisitos, análisis, diseño, e implementación que se aplicaron durante estas dos fases definieron en SISCOMPLEX un arquitectura lo suficientemente flexible y robusta como para definir, además de modelos de interacciones ecológicas, otro tipo de modelos representativos del comportamiento de un sistema complejo.

Así pues, en este documento se presenta una introducción donde se describe un mapa de ruta de todo nuestro proceso investigativo, destacando nuestra propuesta y la relevancia que ésta tiene de acuerdo a sus impactos. Se presentan los conceptos fundamentales de la ecología como ciencia y su relación con los sistemas complejos. Se describen los modelos poblacionales clásicos en los cuales están basados nuestros casos de estudio. Se describen también los conceptos básicos y la forma en la que utilizamos a los Autómatas Celulares y a los Sistemas Multiagentes como paradigmas de modelación y simulación. Como parte fundamental de este trabajo, se presenta el nuevo modelo de ecosistemas y su representación en UML a través de dos casos de estudio. Por último, se presenta el sistema SISCOMPLEX con toda la documentación referente al proceso de desarrollo hasta la fase de elaboración.