2014课程演讲-分析方法7.3计算实验法-13级

计算实验方法MG1314015陆阳琪MG131401潘静1.社会科学计算实验的基本概念

2.社会科学计算实验的模型结构

3.社会科学计算实验的研究框架

4.计算实验的作用

5.社会科学计算实验的研究范式

6.社会科学计算实验的技术路线

7.案例基本概念计算实验是利用计算技术，借助计算机构造实验对象、实验环境和实验平台，模拟现实世界物质运动的动力学规律，对科学问题进行实验研究的一种方法。因此，计算实验就是通过基于计算技术的可控制可复现的实验来研究系统要素之间的相互作用及其整体涌现现象的演化过程，通过抽取和分析研究者感兴趣的参数，来研究其变化对整体系统演化的影响，以期更深入地观察和理解现实世界。人工社会

计算实验研究方法的关键技术之一是构造一个“人工社会”。这里的人工社会是指利用计算技术构造的具有人类社会系统结构、特性、功能和动力机制的人工系统，它包含一个开放的环境、一群不同质的、具备独立决策能力的人工主体（也称智能主体）和与之相关的有限资源，以及一套系统各要素间相互作用的规则。人工社会的主要思路是通过提取人类社会的基本运行机制，并利用计算机技术构造具有人类社会特性和功能的人工系统，研究在系统动态发展的过程中人工主体的记忆、学习、适应和相互作用以及相关资源配置的变化，观察和记录人工主体构成的系统整体在其环境中所涌现出来的宏观行为特征。社会科学计算实验的模型结构用计算实验方法对社会科学领域问题进行建模时，其整体模型结构一般包括三个层次：社会系统层次、智能主体层次、智能主体基元层次。社会系统层次：属于系统的宏观层次，描述需要进行研究的某个社会系统的宏观特征。智能主体层次：主要用来描述社会系统中智能主体的行为特征。智能主体的基元层次：由描述智能主体心理和行为活动的基本元素构成，是构建人工社会系统和研究社会系统演化问题的最基本层次。社会科学计算实验的研究框架计算实验方法采用自下而上的研究方法，通过研究微观层次的个体行为来获取宏观层次的系统整体涌现。在自下而上的研究过程中，计算实验方法以研究人员为核心，综合运用多种方法构造社会系统的综合集成研究框架；通过人机交互，观察模拟社会系统演化过程；通过运用虚实结合的方法，将模拟系统与现实系统相互对比、综合分析评价，最终总结出影响系统演化过程的关键因素与改善系统运作的关键方法。计算实验的作用计算实验研究方法利用计算技术对社会系统演化机制及其系统中要素的动力学行为行进模拟，研究社会系统中各种现象的发生过程、相互关系，对“已经发生”、“正在发生”和“将来可能发生”的社会现象进行分析，解释其形成的原因，发现其中的规律和法则，从而设计出解决实际问题的方案，为实际社会活动的管理提供客观和符合规律的正确建议和依据。

具体来说，计算实验在社会科学研究中的作用可以归纳为：

1.便于我们观察世界

2.便于实验和学习

3.便于指导社会实践

4.便于更全面认识社会系统

5.便于了解系统演化的多种可能性社会科学计算实验的研究范式社会科学计算实验应按照标准的研究范式进行，才能保证计算实验结果的客观性和可行度。其研究范式应包括以下五个方面：界定研究的问题与环境、给定基本假设和规则、建立可计算模型、实现计算实验和评估与比较实验结果。界定研究的问题与环境界定研究的问题具体工作包括：1.确定研究对象及其类型2.寻找研究视角和切入层面3.界定研究对象的时间和空间特性4.设定实验目的界定研究的环境研究对象必然不是孤立存在的，它受到周围环境变化的影响，并反过来影响着周围环境的变化。研究的环境指的是研究对象所处的研究背景，包括问题所处的自然环境、社会环境以及这些环境的变化模式。只有清晰明了地界定实验环境，才能够对计算实验进行重复，将实验结果用于实际的管理过程。给定基本假设和规则针对所要研究的社会问题，根据研究的对象和目的，有选择地构造对象所处的环境和行为条件等，这些就构成了模型的基本假设。通过假设条件的设定，才能够为计算实验的处理提供背景与依据，才能为计算过程提供初始条件和边界条件，才能够界定研究成果的使适用范围。一般情况下，对于社会科学的计算研究可以考虑如下一些基本假设：

1.环境资源的假设

2.主体基本属性的假设

3.主体行为偏好的假设

4.主体信息感知的假设

5.主体间交互作用的假设

6.主体行为决策的假设

7.主体学习能力的假设

8.系统事件的假设建立可计算模型计算实验模型是计算机模型的一种，构造计算实验模型的关键不在于图形化人机界面，也不在于抽象的程度，而在于表达方式。计算实验模型应该能够简化而直接地表达社会系统复杂的结构和主体间的相互作用，可以使人们能在比原问题所处的条件更为有利的条件下研究该问题。在复杂自适应系统计算实验的建模过程中，应该注意到模型的特点有：

1.模型的层级性：计算实验模型应该让研究者在不同的侧面、不同层次上分析社会系统的原型。

2.模型的扩展性：计算实验模型应该能够容纳其他任何可以符号化的模型，如数学模型等。

3.模型的能动性：计算实验模型应该能动的反应原型，乃至在某些特征上超越原型。

4.模型的特征性：计算实验模型应该能够反映原型要素之间存在的关联特征或内在联系。5.模型的演化性：计算实验模型应该可以描述系统多个层次的动态特性。

6.模型的标准型：计算实验模型应该可以使用通用的计算技术，在通用的计算机系统上实现，便于交流。

实现计算实验计算实验的实现更多地涉及计算机技术，包括设定计算实验的环境、变量、边界条件、关键算法、计算公式和实验结果的可视化等多个环节。主要内容：1.计算实验的环境，指的是完成计算实验所需要的计算机软、硬件环境和其他相关资源。2.计算实验的边界条件定义3.实验变量与初试数据设计4.关键算法与数理模型5.计算实验的实现过程6.实验结果的可视化评估与比较实验结果用计算实验方法研究社会系统的演化问题，需要建立对计算研究方案和结果的评估标准。这里有几个需要解决的问题：评估的对象、评估的内容、评估的依据、评估的方法和评估的结果。社会科学计算实验的技术路线社会科学计算实验的技术路线包括：1.社会科学计算实验的程序设计方法2.计算实验模型的基本框架3.计算实验模型的数理模型4.计算实验模型的推理方法5.计算实验模型的演化和学习方法等内容研究范式界定研究的问题与环境设定研究的基本假设建立可计算模型实现计算实验评估与比较实验结果一、界定研究的问题与环境确定研究对象及类型寻找研究视角和切入层面二、设定研究的基本假设1、由于食品是人类赖以生存和发展的基本物质条件,所以本文假设食品的需求为刚性需求,消费者对于食品的需求是稳定的,不因市场的价格的变化而波动。2、我们研究的食品是易腐败的,对保质期有极高的要求,食品只能当期交易、流通,如果没有交易成功,只能作废。3、由于受自然条件影响,食品原材料投入具有超前性,在某一时间段内其产出也是相对固定的,即供应商在每期的正常供应能力和供应成本都是相对固定的。4、在食品的生产加工环节,一个单位的原材料输入,同比输出一个单位的成品。如果原材料带有有害物质,那么有害物质将在食品中传播。5、在食品供应链中,供应链成员对于产品的采购是基于订单的。食品在供应链的传递是逐级传递的,不存在跨级传递,原材料、食品按照供应商—生产加工商—零售商—顾客的路径流通。6、政府在质检过程中发现有害物质时,仅惩罚被抽检到的供应链节点,不满足安全责任的可追溯性。惩罚的额度与发现有害物质的比例成正比,即有害物质比例越高,则惩罚额度越大。7、掺入有害物质增加原材料的供应水平,但掺假成本很低,可以忽略不计。三、建立可计算模型原材料供应商食品加工生产商零售商消费市场政府监管部门在各个环节中对不同类型的食品供应链采取统一的监管措施。符合理性经济人利益最大化的理论假设供应链中的成员在食品的交易过程中均有自主的决策权。食品供应链成员的策略选择分析(1)零售商的策略选择(2)生产加工商的策略选择(3)原材料供应商的策略选择利益最大化四、实现计算实验计算实验的实现涉及到计算机技术,包括计算实验的软件与硬件环境、实验变量与初始数据设计、实验边界条件定义、关键算法与数理模型、实验结果的可视化等环节。利用基于Multi-agent方法和相应的面向对象编程技术产生食品供应链参与主体通过参与主体的交互作用自下而上的主动产生系统的各种行为和现象模拟食品供应链各成员的相互作用及整体现象抽取和分析感兴趣的参数变化对有害物质在食品供应链中的传播影响根据变化规律得到管理启示每期食品供应链成员决策过程描述零售商根据上期交易得到的经验数据，计算出下期订单数和抽查比例。生产加工商根据零售商提出的订单、上期的经验数据计算出下期订单数和抽查比例。原材料供应商根据生产加工商提出的订单和经验数据，计算出下期提供的原材料数量和掺假比例。

利用Multi-agent技术实现对参与成员的构建,设置好相应的环境参数和交易流程与规则,并为主要参与成员配备一个优化器,使其在利益最大化的前提下做出优化决策。通过控制输入相应的参数,得到我们感兴趣的参数变化,揭示供需关系、政府政策与食品安全之间的关系。五、评估与比较实验结果在一定的基本情景和法则下的多种可能状态、轨迹和落地路径中的“一种”。计算实验的方法是通过计算机尽可能重现“一束”社会现实,一次实验得到的只是“一束”中的“一种”，而多次实验得到的则是那“一束”，它们之中包括我们见过的“几种”，也包括我们从来没有见过的所谓“怪异”情形。不同关系下有害物质在食品供应链中的传播规律为了探寻不同的政府监管策略对食品安全的影响，构建两种模型1.政府监管部门按章办事,是一种静态的监管策略;2.动态的监管策略,政府会根据物流供需平衡的情况制定不同的监管策略,会根据供需平衡的变化而制定相应的监管策略,在本文主要是随着供需平衡的变化改变质检抽查的比例。本文对模型对检查成本、消费者维权及法律保障等因素对供应链食品安全的影响情况做了进一步分析,选取供需关系比例为1.5为基准进行计算模拟。如同数理模型一样，前提假设是模型的基础。

计算实验的结果只有在一定的前提条件下才是正确的。为了提高实验结果的可信性，关键要尽可能准确地提出前提假设。实验结果可信性的第二个条件是实验模型的正确性。只有正确的实验模型才能保证在模型的假设条件下能够产生正确的结果。将模型的演化结果与现实情况相对比，并对模型的假设与规则不断修正，使其趋于更合理、更可信。参考文献