人工社会计算试验平台设计.PDF

第 9 章 人工社会计算实验平台设计 ·221 · 第9 章 人工社会计算实验平台设计 平行应急管理方法已经成为应对非常规突发事件的一种有效手段，而计算实 验是支持平行应急管理的核心能力。目前，国内外关于建模与仿真的通用平台很 多，如 StarLogo、NetLogo 、Anylogic 、RePast 及 KD-RTI 。但是，它们要么太通 用而对应急管理领域的支持能力有限，要么所支持的实体数量有限而不满足超大 规模的个体级仿真。因此，它们通常无法满足应急管理的全方位建模和仿真需求。 在自然科学基金委的资助下，本课题组研制了一种基于平行应急管理的人工社会 计算实验平台，简称 KD-ACP 。该平台支持社会性突发事件的模型开发、数据准 备、情景生成、仿真模拟、实验管理、结果分析和态势显示功能，可以通过历史 人口地理数据生成人工城市，并建立事件发生的人工社会初始情景，然后在领域 专家的协助下开发突发事件模型和干预措施模型，从而进行计算实验来研究应急 管理中的科学问题，辅助职能部门进行决策与分析。本章将先较为详细地介绍 KD-ACP 平台的设计与实现方法；然后重点讨论计算实验的控制流程以及并行仿 真引擎的优化方法；最后给出计算实验平台的应用流程，主要包含人工社会初始 情景的构建、应急事件的描述和加载、干预措施的描述和加载，以及计算实验的 运行管控。 9.1 人工社会计算实验过程 支持平行应急管理的计算实验着重于多次实验所展现的涌现行为，不仅需要 大规模多次运行，而且能够动态接收外部的干预。在计算实验过程中，人工社会 ·222 · 面向应急管理的人工社会构建与计算实验 的状态演化如图 9.1 所示。计算实验驱动人工社会的情景演化，即根据当前的情 景态势和影响因素计算下一步的情景，并向决策者展示情景，决策者可根据展示 的情景进行决策并制定应急措施。同时，应急措施实施过程进一步影响情景的演 化，达到应急管理的目的。 图 9.1 人工社会状态演化 基于人工社会的状态演化流程，可建立计算实验的过程模型，并设计面向平 行应急管理的计算实验框架（孟荣清等，2015 ）。人工社会是在计算机中构建的 实验环境，通过外部的输入与控制，影响人工情景的演化过程。如图 9.2 所示 ， 我们设计了平行应急管理计算实验过程模型，下面对其进行简要介绍。 图 9.2 平行应急管理计算实验过程模型 （1 ）计算实验输入与输出。用户根据一定目的（如训练、预测、管理）使用 平行应急管理系统，输入各种统计数据、领域知识等，利用计算实验平台进行情 景演化，输出情景的态势、应急预案的效果等。 第 9 章 人工社会计算实验平台设计 ·223 · （2 ）构建人工社会。利用外部输入数据在计算机中重构真实社会的一个镜 像，使人工社会逼近真实社会的统计特征。首先，建立人工社会的基本结构， 确定社会中的人口、环境、关系网络等；其次，建立人口在人工社会中的行为映 射。通过反复迭代，人工社会涌现出真实社会的景象。将生成的人工社会进行保 存，得到人工社会数据库。 （3 ）构建初始情景。基本人工社会是一个相对通用的实验环境，它是正常社 会的一个展现。进行具体实验时，需要对基本人工社会进行扩展，以便支持特定 领域的计算实验，建立支持特定领域的仿真模型。例如，甲型 H1N1 疾病传播实 验需要为人口确定疾病传播相关属性特征。在加入特定的结构与动态行为后，使 人工社会演化到特定的情景（初始情景），该情景即为所有实验的基本参考点。最 后将该情景保存入库，得到初始情景库。 （4 ）设计突发事件。在特定的初始情景基础上设计需要应对的突发事件，将 该突发事件加载到人工社会以后，人工社会涌现出相应的情景和态势。突发事件 是一个动态过程，在设计中需要指定突发事件的属性及其随着情景演化的动态行 为变化。将设计完成的突发事件保存，可以得到基于某初始情景的突发事件库。 （5 ）设计应急措施。应急措施是基于特定初始情景的，它也是一个动态过 程。与突发事件不同，应急措施的实施需要依据观测到的情景而进行动态调整。 设计应急措施时，同样需要指定应急措施的属性