第二章-多主体模型与社会科学复杂性研究

第二章多agent模型与社会科学复杂性研究，建议6小时，第一、第二节3小时，第三、第四节3小时，本章要求完成后，掌握以下知识点，出现多agent系统与多agent模型的异同理解多agent模型与传统计算机模型的重要区别理解了解模拟在社会科学研究中的地位、作用和趋势。 把握社会科学仿真研究的一般程序和框架，基于主体建模的KISS原则，大纲，第1节.多主体系统和多主体模型第2节. MAS仿真和社会科学第3节.社会科学仿真研究的一般程序第4节.基于主体建模大纲第1节多agent系统与多agent模型1.1多agent系统和多agent模型1.2MAS发展的历史渊源1.3多agent建模与传统建模方法的比较，1.1多agent系统与多agent模型多代理系统背景：分布式人工智能多代理系统的发展是人工智能领域的一个分支学科：分布式人工智能(Dai : distributedatificialintelligent )。 DAI解决问题的方法是将问题分解为多个程序段和代理，各个程序段和代理都有各自独立的知识和专业经验，根据联合和聚类的方式，组的代理优于各个代理1.1多agent系统和多agent模型2、多agent系统和社会科学多agent系统程序的片断主体可以非常好地表现出独立的经济主体(人和组织)，但社会科学界的研究目标正是由大量个体和组织组成的集体行为1.1多代理系统与多代理模型3、多代理系统与复杂自适应系统的复杂自适应系统元素之间存在的非线性关系难以用数学方程式描述， 利用以前复杂自适应系统演化过程研究中必须添加许多人为约束条件的多agent技术仿真研究，可以通过agent之间的交互来表示这些非线性因素，突破了传统研究方法的局限性。 1.1多agent系统和多agent模型4、agent和多agent模型的定义应用了多agent系统的原理和方法，将研究对象视为由多agent交互系统构成的复合系统， 将研究对象的模型分解为其中的构成要素的模型，模拟这些要素之间的交互关系时以要素为行动主体，所以将制作的要素模型称为代理，将这样制作的研究对象的模型称为多代理模型。 1.1多代理系统与多代理模型5、多代理系统与小区自动机的关系多代理系统是由多个代理组成的集合，代理一般具有一个或多个特征值。 能够修改其特征值的代理之间的交互是可能的，并且整个系统的演进、演进和宏观规律通过与其他代理的交互而出现。 由这种基础要素的设计构成的系统，其中活动主体具有适应能动的交互和环境的能力，被称为多代理系统。 如果代理全部静止，则多代理系统将退化为小区自动机(CellarAutomaton，CA )。 通常，一个多主体系统中有能够活动的主体，也有不能代表现实的经济行为主体和社会行为主体的活动主体，代表着环境和资源。 1.2MAS发展的历史渊源，理论渊源：冯诺依曼机，40年代末，数学家冯诺依曼提出了基于agent仿真的Boids模型，构建了自我复制机器的构想康威“生命游戏”，并将1.3多agent建模与传统建模进行了比较， 自下而上：不是自上而下，而是基于agent的建模过程是“自下而上”，该“自下而上”模型反映了复杂系统的典型特征，如局部性、内部元素相互作用的分散性等。 代理之间的交互是分散的，即任何代理的行为都与其他代理的行为有关。对整个系统来说，宏观的表现是这些主体共同产生的，系统没有集中的控制者。 宏观与微观有机结合：完全分离的关注焦点不一致：关注非均衡动态变化规律，不关注优化，1.3多agent建模研究目标：理解而不是预测，对于非线性系统，一般有效的研究方法是建立仿真模型，建立模型运行即使人们能理解非线性系统的工作机制，未来的行为也是不可预测的讨论：为什么非线性系统(长期)不可预测？ 1.3多agent建模研究的目标：随后，传统的社会科学研究哲学认为，解释与预测之间的过渡太任意，缺乏严格性。 对社会现象的正确解释并不意味着必然能够预测这一现象的未来。 特别是在内在机制存在非线性关系的情况下，从该解释到预测的思维延伸几乎不可能达到100%。 根据复杂的理论，我们对组织和组织行为的预测还不够充分，即使我们能够明确定义和完全掌握影响个人行为的所有因素。 大纲，第一节.多主体系统和多主体模型第二节. MAS仿真和社会科学第三节.社会科学仿真研究的一般步骤第四节.基于主体建模的参考标准，大纲， 第二节. MAS模拟和社会科学2.1出现2.2模拟在社会科学研究中的作用2.3社会科学模拟的历史2.4模拟的逻辑， 2.1出现：低级单元之间的相互作用出现高级别的新现象3360之一不能解释为其组成部分之间作用的现象温度是分子运动的出现，一个分子没有温度特性，但多数分子出现温度，出现2.1的2， 争鸣：有人拒绝出现这个概念的理念(1895 )，当个人主义方法论者认为社会这个概念完全虚弱，曾经论述过个人人格特征与社会现象的关系时，他声称社会现象只是个人行为现象的延伸，2.1出现3、 人类组织和组织原则上与其他个人行为引起的群体出现现象(如蚁群等动物社会或沙山等)不同：在其他群体行为出现现象中，假定个人不理性，只本能从事个人行为而在群体中出现的现象没有分析能力， 新出现的现象和个人行为之间没有双向交叉反馈的影响(或者出现的现象没有反身的影响效果，将个人行为作为原因变量输入，出现作为结果现象输出，出现的现象由于个人的认知联系而不能返回自己的输入)， 2.1出现4人的组织和组织原则上与其他个体行为引起的集体出现现象(例如蚁群等动物社会，或者沙山等)不同：在人类社会中，个体是合理的人，他们可以像社会科学家一样认识到社会现象中的模式，并且可以反省、推论和预测这些现象。 在社会组织(如政府、社区、商业机构、民间组织)层面，个人不仅是无辜的自愿出现，而且从出现的效果反馈个人信息，这些信息对个人(政治家、经济学家、革命家等)的行为“时代创造英雄”、“英雄创造时代”、2.1出现5、出现的研究行为也进行了分析。 我们试图从个人层面把握我们在社会层面产生的“出现”，指导政策计划，引导个人行动。 这个个体可以把握整体的(出现的)模式和抽象的出现，或者所有的反身效果的出现，被称为二次出现(secondorderiemernce )。2.2模拟在社会科学研究中的作用，键盘布局为什么如今？ 在打字机时代为了避免键盘联动而放慢速度，为什么大部分时钟都是顺时针，有历史上颠倒过来的时钟呢？ 为什么录像带格式最后只剩下一种？模型指出这种锁定现象的存在，发生这种现象的机制通过模拟发现经济学中的市场锁定现象，模拟2.2在社会科学研究中的作用2，社会科学在工程领域，应用方针通常是在已知事务的现状下预测将来可能的进化， 2.2模拟3计算机模拟在社会科学中的作用发生了很大变化： 3个原因多主体模拟建模思想和技术发展程序作为模拟方法发现了新现象， 在理解复杂现象和形式化方面，独特的便利性和价值受到重视，模拟研究兴起的另一个原因是，它可以很好地应用于人类理性特征的理论研究，它可以很好地应用于空间位置理论研究。 2.2模拟在社会科学研究中的作用4计算机模拟在社会科学中的应用发生了很大变化：三个原因多主体模拟建模思想和技术发展程序作为模拟方法发现了新现象， 在理解复杂现象和形式化方面，独特的便利性和价值受到重视，模拟研究兴起的另一个原因是，它也可以很好地应用于人类理性特征的理论研究，它可以很好地应用于关于空间位置的理论研究，模拟其在2.2社会科学研究中的作用5， 1 .试图发现更好的理解现象，发现现象背后的机制2 .预测和辅助决策：人口统计预测研究：中国人民大学经济科学实验室开发的SIMEC电子商务环境模拟系统， 有助于培训电子商务人才3 .通过模拟开发新工具扩展人的能力2.2在社会科学研究中的作用模拟6，4 .综合理论：社会科学理论，为社会科学提供可验证的范式和跨学科交流平台社会科学研究的对象是整个复杂系统有些社会科学理论可能不完整，但以不同的可补充理论进行计算机模拟相当于社会科学研究在数学物理学中的地位，有助于明确、形式化、统一协调，统一社会科学理论，2.3社会科学模拟的历史、 系统动力学仿真小区自动机多层仿真神经网络遗传算法投入产出模型计量经济模型，*2.4仿真的逻辑，研究的目的是建立实相模型。 因为模型是可以进行实验研究的，两者之间存在着可能的同系关系，有着充分的相似之处，所以对模型进行的一些实验研究的结果可以应用于实际，即应用模型研究的结果来指导社会实践。 社会科学研究对象始终是动态的，时间和环境不断变化，具有一定的结构和行为特征。 这意味着动态仿真模型与数学模型或逻辑模型在逻辑上也必须相同，大纲，第三节.仿真研究的一般步骤3.1设计模型(概念设计)3.2结构模型(计算机程序) 3.3正确性验证和效用验证3.4发表仿真研究结论，3 .提出仿真研究的一般步骤、一个问题，定义模型仿真的实相2观察实相，为模型提供一些初始参数3，并基于此假设设计模型。为了保证该模型实现的准确性，在基于预设执行的5正确性检验模型(排除了设计错误)的行为与其仿真实相之间是否存在一致性的6效检验是在我们对某些初始条件的参数进行了细微改变的情况下，针对模型的参数这一步骤被称为7敏感性分析8。 同行们反复进行模拟实验，3 .发表模拟研究的一般步骤(逻辑步骤)3.1模型设计，重要：复杂系统的层次性和模型的抽象粒度过于抽象，失去研究的细节过于逼真，过于细节，抽象知识的目标是物理的还是化学的最符合现实世界的是现实世界本身，但这个现实对科学认识来说毫无意义的复杂系统和出现是有阶层性的，3.1模型设计2，有先知能力的人是否有行动选择的自由？ 人工社会研究：研究更多人类社会的可能形态，设计有先知的人工社会，考察先知的命运，是被人供奉还是被人鄙视？ 3.2结构模型，自己编制程序，自由度最大，但容易出错，有效使用工具平台，自由受到限制，平台内置的一些假设可能与模型设计中的假设相矛盾，3.4效用验证，研究人员引人注目如果一个模型能够反映真实行为，则被认为是可靠、有效的。 效用验证可以通过比较计算机的输出和实际调查研究的统计结果进行比较。 效用验证，3.4效用验证2，效用验证中的一些可能误区1 .模型和现实现象在统计分布中存在随机噪声(例如部分依赖于随机参数)，不能期待完全相关2 .许多仿真依赖于路径，难以再现实验结果， 或者找不到规则3 .模拟的执行结果与实际数据一致，未必有效，例如，未来50年的数据适合，但在过去10年间有很大差异。 另一种可能性是模型是正确的，但收集的真实数据不可靠5 .版本控制非常重要，不同版本调整的变化不规则3.5敏感性分析，敏感性分析分析模型行为对假设的敏感性。 例如税收和福利体系的模式，政府的福利财政总支出对社会福利率的微调很敏感吗？ 敏感性分析的使用通常也与考察模型程序的鲁棒性(鲁棒性)有关。 如果模型行为对两个参数的微小变化敏感，我们就需要怀疑模型是否仅能适应特定的特殊情况。 应质疑仿真结果的匹配只是偶然的匹配，或者这些参数的特殊限制是否符合实际情况。 3.5敏感性分析、敏感性分析分析模型行为对假设的敏感性。 例如税收和福利体系的模式，政府的福利财政总支出对社会福利率的微调很敏感吗？ 敏感性分析的使用通常也与考察模型程序的鲁棒性(鲁棒性)有关。 如果模型行为对两个参数的微小变化敏感，我们就需要怀疑模型是否仅能适应特定的特殊情况。 应质疑仿真结果的匹配只是偶然的匹配，或者这些参数的特殊限制是否符合实际情况。 3.6引入随机数空间、模型化中不考虑外部环境的过程要素(外部要素)，例如家庭收入模型中工作市场的影响等。 这里的随机数对应于建模者估计不能准确获得的信息，而不是未测量的参数(可能未被测量)。 作为主体的特定特性的随机分配，例如个人的喜好、感情、地理分布等。 在一些小区自动机或多agent建模中，作为仿真战术，例如，由于在相同条件下agent的运行规则执行的秩序的输出不同，所以随机布置运行秩序可以避免获得依赖于特定运行规则秩序的结果。3.7要发表模拟研究结论，模型必须公开，对此议题感兴趣的研究伙伴可以反复检查传统期刊缺陷电子期刊网络，发表3.7模拟研究结论，模型必须公开， 对此议题感兴趣的研究伙伴可以反复检查传统期刊的缺陷电子期刊的网络第四节.基于主体建模的若干参考标准4.1主体设计的KISS标准4.2若干宝贵的经验积累4.3MAS仿真建模的适用范围， 4.1主体设计的KISS标准，Keepitsimple，stupid尽可能简化现实世界的问题，创建只保留解决问题所需的程序，模拟系统的各个主体，模拟它们的活动和相互作用的独立规则， 将模拟可能需要的随机要素的不同种类作为随机数发生器，多次执行该程序， 用于从每个运行中收集数据和统计信息的一个主体的简单规则是如