基于Agent的经济社会系统建模与仿真研究

第８卷第４期　复杂系统与复杂性科学　Ｖｏｌ．８Ｎｏ．４２０１１年１２月　ＣＯＭＰＬＥＸＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤＣＯＭＰＬＥＸＩＴＹＳＣＩＥＮＣＥＤｅｃ．２０１１

文章编号：１６７２－３８１３（２０１１）０４－００５９－０９

基于Ａｇｅｎｔ的经济社会系统建模与仿真研究

赵剑冬１，黄　战２

（１．广东技术师范学院，广州５１０６６５；２．暨南大学计算机系，广州５１０６３２）

摘要：讨论基于Ａｇｅｎｔ的人工社会建模方法学流程，然后采用基于Ａｇｅｎｔ的建模

与仿真方法对产业集群这种具体的经济社会系统进行建模，并给出产业集群中企

业生产营销行为的仿真描述，最终建立的计算机仿真模型可以帮助分析影响产业

集群发展的多个因素。建立这个仿真模型的过程是探索将ＡＢＭＳ方法应用于具

体经济社会系统建模的新尝试。

关键词：产业集群；仿真；决策；主体；企业

中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ

Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ａｇｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　Ｓｏｃｉａｌ－Ｅｃｏｎｏｍｉｃ

Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎ－ｄｏｎｇ１，ＨＵＡＮＧ　Ｚｈａｎ２

（１．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６６５，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉ’ｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６３２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇｅｎｔ－ｂａｓｅｄ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄｔｏ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｃｌｕｓｔｅｒｓ，ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｒｋｅｔｉｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｏ　ｉｎ　ａ　ｃｌｕｓｔｅｒ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｈｅｌｐ　ｔｏ　ａｎａｌｙｓｉｚｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕ－ｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｃｌｕｓｔｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ａｔｔｅｍｐｔ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ＡＢＭＳ（ＡｇｅｎｔＢａｓｅｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）ｉｎｔｏ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｓｏｃｉａｌ　ｏｂｊｅｃｔ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｃｌｕｓｔｅｒ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅｃｉｓｉｏｎ；ａｇｅｎｔ；ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ

０　引言

２０世纪９０年代中后期随着复杂系统研究的不断发展，基于Ａｇｅｎｔ的建模与仿真方法（Ａｇｅｎｔ－ＢａｓｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＡＢＭＳ）为研究人员在计算机上创建“人工社会”［１］对现实经济社会系统进行研究提供了新的研究手段。目前ＡＢＭＳ方法在被广泛应用于人工股市、产业集群、供应链系统、新产品市场扩散［２］等研究当中，近年来在国内外受到广泛的关注。例如在产业集群仿真方面，Ｍ．Ｚｅｉｄｅｎｂｅｒｇ使用Ａｇｅｎｔ仿真研究产业集群的自组织涌现［３］，仿真思路借鉴了经典的Ｓｃｈｅｌｌｉｎｇ种族隔离模型。Ｖｉｔｏ　Ａｌｂｉｎｏ等人使用Ａｇｅｎｔ仿真技术研究产业集群中创新过程的涌现和演化［４］。乐建兵使用Ａｇｅｎｔ仿真技术研究产业集群

收稿日期：２０１１－０４－２６

基金项目：广东教育厅资助项目（ＷＹＭ０９１１０）；广东技术师范学院资助项目（ＧＤＩＮ２０１１）

作者简介：赵剑冬（１９７７－），男，广东湛江人，博士，讲师，主要研究方向为管理信息系统与管理系统仿真、计算机网络及多媒体技术应用。

复杂系统与复杂性科学２０１１年１２月

中企业投资行为以及成长机制［５］

。周庆等人使用Ｓｗａｒｍ仿真平台模拟零售商的动态竞争行为和演化过程［６］

。Ｖｉｔｏ　Ａｌｂｉｎｏ等人采用Ａｇｅｎｔ仿真技术研究供应链合作对产业集群的影响［７］。张彪用Ａｇ

ｅｎｔ仿真技术分析竞争性创新技术扩散，剖析了不同的企业多因素能量强度（企业基础）和竞争作用强度对扩散过程的

影响［

８］

。但这些研究建立的大多数是概念模型或者演示模型，主要通过假设模型输入并观察输出进行研究，缺乏规范的方法学流程，还不能真正地实现对现实中复杂系统的解释、分析和控制。

因此，本文提出基于Ａｇｅｎｔ的人工社会建模及应用流程，并结合产业集群这种具体的经济社会系统进行了仿真实践，尝试弥补以上研究的不足。本文后续部分的内容组织如下，第２部分讨论基于Ａｇｅｎｔ的人工社会建模流程，

第３部分结合产业集群建模对这一流程进行了说明，第４部分给出产业集群建模中企业生产营销行为的仿真描述，

第５部分对仿真结果以及仿真过程中的关键难点进行了讨论。１　基于Ａｇ

ｅｎｔ的人工社会建模我们认为经济社会系统可以理解为多个不同种类主体通过相互作用而构成的演化系统，那么就可以采用Ａｇｅｎｔ仿真技术在计算机中对这些主体进行建模。Ａｇｅｎｔ是一个具有自主性、适应性的计算机程序体，它们会在计算机环境中像现实的经济主体一样自主地完成生产、

销售和买卖等决策行为，这样就在计算机中虚拟了一个仿真的经济社会系统。作为一个虚拟经济社会系统的整体，它便能够映射现实经济社会系统的普遍规律和现象。例如美国Ｉｏｗａ　Ｓｔａｔｅ大学的Ｌｅｉｇｈ　Ｔｅｓｆａｔｓｉｏｎ教授等人将经济系统看作由相互交互的自主Ａｇ

ｅｎｔ组成的演化系统，将ＡＢＭＳ应用到能源批发市场设计、消费者市场、劳动力市场及失业情况分析等方面的研究中［９］

。所以采用ＡＢＭＳ方法对经济社会系统进行仿真所构建的“人工社会”实际是一个复杂的多Ａｇｅｎｔ模型，在模型中Ａｇ

ｅｎｔ代表个体（例如消费者，销售者，投标者）或者社会团体（例如家庭，公司，社团和政府代理）。依赖于相当简单的行为规则，Ａｇｅｎｔ之间的交互导致了社会结构和群体行为的涌现。与常见Ａｇｅｎｔ仿真应用不同，基于Ａｇｅｎｔ的人工社会建模主要是利用大量的Ａｇｅｎｔ以及建立Ａｇ

ｅｎｔ间的交互

规图１　人工社会模型构建及应用流程

则建立复杂适应系统的整体演化模型，并借助计算机仿真工具来研究从小规模性质到大规模性质的复杂适应系统涌现行为。其核心是研究局部细节变化如何涌现出复杂的全局行为，体现了一种自底向上的建模思想。而常见的Ａｇ

ｅｎｔ仿真主要是基于多Ａｇｅｎｔ合作求解的观点，也即由于实际系统的分布性、复杂性、动态性而希望通过对单个个体能力的有效分工、协调、组织而达到系统整体优化的目的，体现的是一种自上而下的建模

观点。参考人工社会的概念模型［１０］

，本文提出基于Ａｇ

ｅｎｔ的人工社会建模及应用流程如图１所示。

１

）模型边界定义。即明确研究的目标，明确研究问题，定义模型的边界，相对普通模型，人工社会模型边界不容易确定。

２

）经济社会系统主体互动分析。即对所研究的经济社会小系统中各种类型的主体之间的交互行为进行分析，区别各类主体的层次和关系。

３

）所研究问题的评价指标体系建立。人工社会模型一般应用于经济和社会问题的分析，而经济社会类问题的分析必须首先确定评价指标体系，然后才能进行定量的仿真分析。４

）微观主体决策行为分析。复杂适应系统理论的核心思想是“适应性造就复杂性”，适应性表明了相互作用在系统存在和演化中的基础地位和主要作用，人工社会模型中Ａｇｅｎｔ的适应性行为主要以行为决策的方式体现。

５

）模型假设定义。经济社会系统是一个复杂系统，为了简化模型必须作一些假设。·０６·