基于多主体经济仿真的应用研究

第18卷第2期 系 统 仿 真 学 报© V ol. 18 No. 2 2006年2月 Journal of System SimulationFeb., 2006• 434 •基于多主体经济仿真的应用研究傅 星多主体经济仿真因其在模拟经济系统复杂性特征方面具有独特的优势美国Sandia国家实验室的ASPEN系列模型就是多主体经济仿真中具有代表性的研究成果之一多主体仿真技术在国内引起广泛兴趣近年来也围绕多主体经济仿真开展研究工作系统地仿制了ASPEN模型并对结果进行了有限的分析多主体经济仿真中国经济模型中图分类号1004-731X (2006) 02-0434-05Application study of Multi-Agent Based Simulation of EconomiesFU Xing, LIN Yin(School of Information Management, Capital University of Economics and Business, Beijing 100026, China)Abstract: Multi-Agent Based Simulation of economies has gradually become a new modeling approach supplementing thetraditional mathematical model of economies due to the distinctive performance in modeling of the complex properties of economic system.It has been developed in western countries for many years. U.S. economic model ASPEN which was developed by the Sandia National Laboratory is one of the representative achievements for microanalytic simulation. In China, research in this field was undertaken since the end of 90’s last century, and was made considerable progress. In the research of Multi-Agent Based economic simulation during recent years, the author developed a distributed platform被广泛地应用于经济学ASPEN[1]是美国Sandia 国家实验室在二十世纪九十年代中期开发的一个基于多主体的美国经济模型宏观结构以及运行机制方面更加接近现实经济在表现系统的非线性美国著名经济学家克莱因教授在评价ASPEN时认为其基本思想是[6]所谓具有适应能力根据环境及其它主体的状态通过持续的交互过程不断学习2004-12-01 修回日期国家自然科学基金 (7017060)作者简介计算机仿真技术等这些微观层次上的变化最终导致整个宏观系统的演变和进化适应性造就复杂性美国一直对外保密但内容有限需要解决以下几方面的问题多主体模型往往需要仿真大量的经济主体9个不同类型的厂商联邦储备局等主体并相互作用ASPEN采用了大规模并行计算机系统PARAGON再利用消息机制建立主体间的联系对于多数经济学家可能比较困难较有影响的包括SWARM最后2006年2月 傅 星,等分布式SWARM 及其在中国经济仿真中的应用该课题的主要研究内容包括由于在我国并行计算机系统的使用并不普遍通过分布式计算技术进行多主体经济仿真开发的分布式多主体仿真平台是在重点分析了ASPEN 以及国外一些成功的多主体仿真系统的结构与功能的基础上利用分布式对象计算技术CORBA 实现的一个仿真开发平台ServiceProxy 和ASAPI后者是开发主体仿真程序的程序设计接口在DABS 的基础上模仿开发ASPEN 模型仿ASPEN 模型在主体的种类学习算法以及消息机制等方面第三根据中国现阶段经济的基本特点对模型进行扩展并对实验结果展开初步的讨论它采用自下而上的模型构成方式并通过消息机制建立各微观主体之间的经济联系多主体经济仿真中引入了离散的虚拟时间系统VTS [8]作为模型的时间基准多主体经济仿真具有如下基本特点主体的属性用来表示主体的状态或特征或者以消息的形式传递给其它主体所谓环境是指主体属性以外每种类型的主体可以只有一个实例(如ASPEN 中的政府主体)厂商等)同时发出消息对其它主体及环境施加影响以确定当前状态下的行为根据所仿真经济系统的特点仿真系统可以最大限度地使用并行计算技术主体可以具有一定的学习能力这种对环境的适应能力可以通过遗传算法或人工神经网络等算法实现它反映了主体与主体在多数情况下对于复杂适应系统来说而是在系统长期演化过程中逐渐形成的一种有选择的连接关系图1 多主体仿真系统中主体间的相互作用关系更加一般地如图2所示其输出与输入之间的映象关系y i = f i (x 1, x 2,……x n )可以是连续的可以是线性关系作为结果x 1y 1x 2y 2 x n y m图2 主体的输入与输出3 分布式多主体仿真平台DABSDABS 平台的功能定位是为此(1) 协调各主体的仿真进程分布式多主体仿真系统在运行过程中为保持主体间最基本的行为顺序关系目前设计在这种比较仿真系统以VTS 中2006年2月 系 统 仿 真 学 报 Feb., 2006• 436 •的所有主体的仿真进程都不得超前或滞后于系统的当前节拍它为每类主体提供一个接收消息的通道所以称为从功能特点上讲(3) 提供公告信息的发布功能多主体经济仿真中还存在另外一些没有严格时间要求与明确接收对象的消息这类消息通过公告板形式发布DABS 由服务代理ServiceProxy 及主体仿真的程序设计接口ASAPI 两部分组成它为模型中所有仿真主体提供进程控制与消息传递功能公告板单元以及相应的方法组成ServiceProxyProcedure: Push(AgentID,Message)Function: Pop(AgentID)Procedure: SendBulletin(BulletinID,Message)Function: GetBulletin(Bulletin)Function: Step(AgentID,NextStep)图3 ServiceProxy 的主要方法(1) Step(…) 在一个模型中并询问系统的当前节拍这是一种比较保守的进程控制方式(2) Push(…)与Pop(…)ServiceProxy结构中提供若干消息队列需要为每种类型的主体指定一个专用的消息队列作为其接收消息的通道具有消息传递与消息缓冲的功能主体根据需要从自己的消息队列中取出来自其它主体的消息调用Push(…)方法将该消息压入目的主体的消息队列(3) SendBulletin(…)与GetBulletin(…) 多主体仿真过程中这类消息可以存放在公告板中公告板的一个典型应用是保存经济模型中的环境信息GetBulletin(...)则用于取出公告板中的消息在开发一个模型时几乎不需要做任何工作建模人员的工作是逐个编写不同类型主体的仿真程序对异构环境具有较强的适应性在主体仿真程序接口方面向建模人员提供一个主体仿真程序的基本框架主体仿真程序的I/O 层一般情况下此外如遗传算法图4所示为DABS 所构造仿真系统的一般结构笔者首先根据Sandia 报告[1]中对ASPEN 的描述在DABS 环境下开发了一个仿ASPEN 模型共涉及了九类经济主体图5所示为ASPEN 所仿真的各类主体各类主体的属性主体的学习算法等方面并取得了较理想的运行结果运行方式以及设计意图等方面的一些差异也有自己的一些特点由于采用了分布式的模型运行方式在模型运行过程中2006年2月 傅 星,等观察模型的运行结果当然模型的动态可操作性并没有得到充分的体现就业状态存款消费存款工人数库存产品生产投资购买机器 非耐用 消费品 厂商 2个机器数现金资产产品价格雇佣工人定价投资购买机器 汽车 厂商 2个 机器数现金资产产品价格雇佣工人定价投资购买机器 建筑 厂商 2个 机器数现金资产产品价格雇佣工人定价投资购买机器 银行 2个 职工数贷款总额接收存款购买债券 联邦储 备局 1个 法定存款准备金率 接收存款准备金买/卖债券政府 1个 职工数税收总额转移支付发行债券 金融 主体1个债券价格 撮合债券交易ASPEN 原模型的运行分为两个阶段当学习完成后而在笔者的设计中采用这种连续学习方式的理由是而经济系统复杂性的一个重要来源恰恰是微观主体不断地适应环境变化图7分别显示了仿ASPEN 模型运行过程中政府主体与食品厂商主体的运行结果笔者对该模型进行了扩充与改造转型经济并提出相应的政策建议根据对该模型的定位(1) 在ASPEN 模型基础上新增一个尚未充分市场化的行业 ──钢铁厂商更与利率无关其产品价格也不受需求约束钢铁非耐用消费品厂商2006年2月 系 统 仿 真 学 报 Feb., 2006• 438 •商和建筑厂商使用钢材生产产品(3) 在政府的支出政策中增加了政府购买作为模型的外生变量ASPEN 原模型中政府支出比较简单政府购买是支出政策中的一个调控消费需求与投资需求的重要政策工具银行存实际上是官定利率4.3 模型运行结果的分析在完成了模型的改造后以观察在转型经济环境下在模型的三次仿真试验中单独实施扩张性的货币政策在此仅以图8及图9展示政府主体及非耐用消费品厂商主体在扩张性财政政策下的运行结果如在促进经济增长方面经济增长的过程较为均衡由于资源约束类型企业的投资决策机制不健全通过对三种不同经济政策仿真试验结果的比较分析为减少宏观经济的剧烈波动加快利率市场化的步伐政府在实施扩张性的经济政策时应慎用扩张性的货币政策可以看到多主体仿真在经济学研究中具有数量经济模型所不具备的一些特点在复杂适应系统理论基础上建立的多主体仿真模型具有复杂系统的所谓涌现性是指系统宏观层面在众多微观个体相互作用在仿ASPEN模型及中国转型经济模型的实验中可以明显地看到宏观指标的系统性波动它较真实地反映了现实经济的基本特点宏观经济的波动现象是各微观经济个体相互作用的结果多主体经济仿真模型在宏观与微观的构成关系上与现实经济系统更加接近在仿ASPEN模型的仿真实验中如果所有厂商都采取较谨慎的定价策略相反则产生产品价格的分化本研究中利用分布式计算技术开发了分布式多主体仿真平台DABS中国经济模型而实际上还带来了仿真系统的另一个特点 ── 模型的人/机动态交互性且模型具有可视化的操作界面从某种意义上讲当然无论从理论基础到具体的建模方法(下转第443页)2006年2月 胡玉锁,等可以看到在每一帧中可以看出对大量视频数据的实验表明以较高的精度同时跟踪未知复杂场景中的多个物体该模型使用鲁棒估计和假设检验的方法为了提高算法的可靠性基于实际视频数据的实验表明并以较高的精度跟踪物体轮廓在复杂背景和非刚性运动目标跟踪中的应用[J]. 计算机研究与发展, 2003, 40(2): 283-288. [9]马波, 张田文. 基于AOS 的运动目标检测算法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2003, 15(10): 1213-1217.[10] O dobez J M, Bouthemy P . Robust multiresolution estimation ofparametric motion models [J]. Journal of Visual Communication and Image Representation (S1047-3203), 1995, 6(4): 348-365. [11] Huber P J, Robust Statistics [M]. Wiley, N. Y ., 1981.[12] Osher S, Sethian J A. Fronts propagating with curvature dependent speed:algorithms based on Hamilton-Jacobi formulations [J]. Journal ofComputational Physics (S0021-9991), 1988, 79(1): 12-49.[13] Sethian J A, Evolution. Implementation, and Application of Level Set andFast Marching Methods for Advancing Fronts [J]. Journal of Computational Physics (S0021-9991), 2001, 169: 503-555.(上接第438页)参考文献。