落叶松根系为树形分枝结构,主要由初生根、次生根、初生根一次侧根、次生根一次侧根组成。各级根系之间具有明显的自相似性,本文基于L-系统理论构建落叶松根系生长模拟模型,表达落叶松根系构型的拓扑结构。根据根系生长的生理功能,改进了根系的向水性模型和向地性模型,探讨了基于人工生命方法的约束条件对落叶松根系形态结构以及生理功能的影响,将落叶松根系形态结构模型和生理功能模型相结合。实现了落叶松根系生长的动态模拟。落叶松根系属直根系,由四种不同类型的根组成,即主根、次生根、侧根和不定根。尽管微观上具有明显的相似性,但由于根系在生长过程中受土壤结构、湿度等各种因素的影响,使得根系的延伸过程表现出随机波动的不规则形态。文中以落中松生理生态理论为依据,建立了描述落叶松根系生长参数的数据结构,使得落叶松根系的动态生长模型和其形态发生模型相融合,并应用随机生成技术,抽象出落叶松根系形态及生长规律的规则描述,在数据结构中引入生长控制参数以实现动态可控性。设计了模型的解法,实现了便于计算机模拟的数值算法。设计开发了基于B/S结构的模拟软件,实现了落叶松根系生长及水分需求的计算机模拟。由于自然植物的生存、进化、生长受环境影响,表现为区域性和时空变异性。对模型的优化,引入了分种群的竞争模式,采用基于种群分类的进化算法。落叶松根系生长过程中会出现异常—即遗传算法的选择、变异和进化,将遗传算法的操作加入在分形过程中,对形态模型中L—系统所涉及到的参数通过遗传算法进行重新设计,可生成结构有不同变化的根系形态。对功能模型采用浮点数编码代替二进制编码,将性质相近的个体作为一个种群,初期进化搜索仅限种群内部,使个体进化不受其他种群的影响,每个种群均具有产生优秀个体的机会;进化计算几代后,进行所有种群个体的相互竞争和进化,促使较差个体在种群竞争中逐渐消亡,充分保持群体的多样性,有效地克服了过早收敛和局限于局部最优解的问题。对所用的进化算子进行了详细的描述,鉴于变异操作在浮点数编码算法中的重要性,本文采用自适应调整变异算子,根据个体的适应值调整变异的步伐,使较好的个体在较小的局部区域内小步伐地变异搜索,增加局部寻优的精细度,较差的个体则加大变异幅度,使之尽快跳出较差的区域,进入较有希望的区域。