本文關鍵詞：人工社會、計算實驗、平行系統(tǒng)——關于復雜社會經濟系統(tǒng)計算研究的討論，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

人工社會、計算實驗、平行系統(tǒng)——關于復雜社會經濟系統(tǒng)計算研究的討論

目前經濟學中的計算實驗方法仍存在如下問題：

1) 許多模型經濟仍然是靜態(tài)的和線性外推的；

2) 計算模型多是基于現有經濟理論的集成，以仿真和逼近實際經濟系統(tǒng)為主要或唯一目的；

3) 計算實驗多是用于經濟問題的分析或者離線式決策支持和分析，而非在線實時式的決策支持、分析和產生。

社會經濟系統(tǒng)計算理論的基本假設和關鍵問題

假設1：相對于任何有限資源，在本質上，復雜社會經濟系統(tǒng)的整體行為不能通過對其各組成部分行為的獨立分析而確定。

假設2：相對于任何有限資源，在本質上，復雜社會經濟系統(tǒng)的整體行為不能預先在大范圍的時間、空間或其它度量內確定。

基于這兩個基本假設，可以得到下面的推論：

1) 必須采用整體論的觀點考慮復雜社會經濟系統(tǒng)的問題。由于此類系統(tǒng)的結構不明確,邊界不確定，以往的系統(tǒng)分析方法往往難以刻畫系統(tǒng)部分之間的相互關系。

2) 復雜社會經濟系統(tǒng)問題不存在“一勞永逸”的解決方案。特別是許多此類系統(tǒng)涉及人與社會的動態(tài)變化，問題本身也在不斷變化和發(fā)展之中，不可避免地需要一個不斷深化的認識過程，也導致了對這類系統(tǒng)不存在精確完備的整體解析模型。

3) 復雜社會經濟系統(tǒng)問題不存在一般意義下的最優(yōu)解，更不存在唯一的最優(yōu)解�？梢岳萌斯づc實際系統(tǒng)并舉的平行系統(tǒng)方法，追求具有動態(tài)適應能力的有效解決方案。

關鍵問題：

1) 建模問題：如何根據“簡單的一致”原理，從對簡單對象及其相互作用的基本一致的認識出發(fā)，充分考慮簡單對象的主動性和隨機性，通過綜合集成，從行為生成的角度出發(fā)，自下而上地建立復雜社會經濟系統(tǒng)的綜合人工社會模型。

2) 實驗問題：如何利用人工社會的思想與方法，通過計算模擬和涌現觀察，產生和分析復雜社會經濟系統(tǒng)的行為，進而建立計算實驗的理論和方法，以此克服難以對復雜系統(tǒng)進行實驗的困難，為深入分析復雜社會經濟系統(tǒng)的行為和有效評估決策的效果奠定基礎。

3) 決策問題：如何利用人工社會模型和計算實驗方法，通過實際社會與人工社會的交互運行和過程演繹，構成“平行系統(tǒng)”�；谄叫邢到y(tǒng)的對比、借鑒、實驗，采用綜合集成研討廳體系實現復雜社會經濟系統(tǒng)的智能管理和控制，在“不斷探索和改善”的原則下，建立復雜社會經濟系統(tǒng)的決策分析、支持和生成體系。

4) 計算問題：如何利用開放和變結構的高性能計算環(huán)境及方法，通過自組織協同計算模式，以可靠、高效、低成本的方式實現自下而上的復雜人工社會模型的生成和演化，并保證計算的可移植性、可擴展性和可交換性，為計算實驗、平行系統(tǒng)和綜合集成的實施提供保障。

基于人工社會的復雜系統(tǒng)建模方法

研究復雜系統(tǒng)時應采用“多重世界”的觀點：即對復雜系統(tǒng)進行建模時，不再以逼近某一實際的復雜系統(tǒng)的程度為唯一的標準，而是把模型也認為是一種“現實”，是實際復雜系統(tǒng)的一種可能的替代形式和另一種可能的實現方式，而實際復雜系統(tǒng)也只是可能出現的現實中的一種，其行為與模型的行為“不同”但卻“等價”。

人工社會還是一門試驗性的學科，具有如下特點：

1) 強調綜合與合成在行為產生中的作用，通過利用人工組件構造復雜行為模式，而不是將自然系統(tǒng)形式拆成部件來理解系統(tǒng)行為，因此采用的是整體而不是還原的方式。

2) 通過把人工創(chuàng)造的系統(tǒng)置于實際、仿真或混合環(huán)境下，產生復雜的互動方式和相關行為，利用涌現方法進行觀測總結，了解、分析和理解復雜系統(tǒng)的行為及其各種影響因素。

計算實驗：從系統(tǒng)仿真到系統(tǒng)實驗

研究復雜社會系統(tǒng)時很難，有時不可能對其研究對象進行“試驗”，更不用說是“實驗”或“重復性”試驗了。即使是作了試驗，其中的主觀和不可控因素也太多了，從而結果和結論往往也不具有一般性。

在計算實驗方法中，傳統(tǒng)的計算模擬變成了“計算實驗室”里的“試驗”過程，成為“生長培育”各類復雜社會經濟系統(tǒng)的手段，而實際系統(tǒng)只是這個“計算實驗”的一種可能結果而已。因此，不同于計算仿真遵守實際系統(tǒng)是唯一現實存在的理念，把逼真實際系統(tǒng)作為目的，并把實際系統(tǒng)作為檢驗仿真結果成功與否的唯一參照和標準，追求“真實”。計算實驗認為計算模擬也是一種“現實”，是現實系統(tǒng)的一種可能的替代形式和另一種可能的實現方式。根據這一理解，自然就可以利用計算模擬進行“計算實驗”了。

計算實驗中的被試系統(tǒng)的計算模擬，將主要基于代理方法和相應的面向對象的編程技術，產生人工對象，通過人工對象的相互交往，自下而上地“主動”產生被試系統(tǒng)的各種行為。同時，由于主動性和綜合型的模擬方式，在計算“實驗”過程中必然會全面綜合地考慮各種不同因素對于被試系統(tǒng)行為的影響，所以必須進行整體系統(tǒng)行為的模擬。這與計算仿真可以僅模擬系統(tǒng)行為的一部分不同。

圖1 基于人工社會的計算實驗和行為分析及決策評估

通過對人工社會設計不同的“實驗”方案，并在必要時進行多次大量的重復，就可以全面、準確、及時、量化地對各種復雜社會經濟系統(tǒng)解決方案按不同指標體系進行分析評估。

利用人工社會的“計算實驗”之可設計性和可反復進行的特點，還可以對實際社會的解決方案，進行各種關于性能可靠性和質量等的“加速”實驗，“壓力”實驗以及“極限”實驗等等。

平行系統(tǒng)：人工社會和實際社會的有機結合

所謂平行系統(tǒng)，是指由某一個自然的現實系統(tǒng)和對應的一個或多個虛擬或理想的人工系統(tǒng)所組成的共同系統(tǒng)。

平行系統(tǒng)的應用于復雜社會經濟系統(tǒng)問題的基本框架，主要包括實際社會經濟系統(tǒng)和人工社會經濟系統(tǒng)，通過二者的相互作用，完成對實際系統(tǒng)的管理與控制，對相關行為和決策的實驗與評估，對有關人員和系統(tǒng)的學習和培訓等等。

圖2 平行系統(tǒng)應用于復雜社會經濟系統(tǒng)問題的基本框架

實驗和評估：在這一過程中，人工社會經濟系統(tǒng)主要被用來進行計算實驗，分析了解各種不同的社會經濟系統(tǒng)的行為和反應，，并對不同的解決方案的效果進行評估，作為選擇和支持管理與控制決策的依據。

學習與培訓：在這一過程中，人工社會經濟系統(tǒng)主要是被用來作為一個學習和培訓管理及控制復雜系統(tǒng)的中心。通過將實際與人工系統(tǒng)的適當連接組合，可以使管理和控制實際復雜社會經濟系統(tǒng)的有關人員迅速地掌握系統(tǒng)的各種狀況以及對應的行動。在條件允許的情況下，應以與實際相當的管理與控制系統(tǒng)來運行人工系統(tǒng)，以期獲得更佳的真實效果。同時，人工系統(tǒng)的管理與控制系統(tǒng)也可以作為實際社會經濟系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，增加其運行的可靠性和應變能力。

管理與控制：在這一過程中，人工社會經濟系統(tǒng)試圖盡可能地模擬實際社會經濟系統(tǒng)，對其行為進行預估，從而為尋找對實際系統(tǒng)有效的解決方案或對當前方案進行改進提供依據。進一步，通過觀察實際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)評估的狀態(tài)之間的不同，產生誤差反饋信號，對人工系統(tǒng)的評估方式或參數進行修正，減少差別，并開始分析新一輪的優(yōu)化和評估。

主要研究內容

針對本質性復雜社會經濟系統(tǒng)行為的無法分解和不可預測的特點，我們研究的主要目的是建立一套分析和評估其行為的理論和可計算的方法體系。核心思想是利用人工社會的思想對復雜社會經濟系統(tǒng)進行“等價”描述，“計算”實驗和“平行”管理與控制，從而解決研究復雜社會經濟系統(tǒng)時所面對的無法還原、沒有解析模型和難以實驗、分析和評估系統(tǒng)行為的問題。

1. 基于代理的人工社會的建模、分析、設計和綜合方法

代理是描述復雜行為和決策的基本構件，應以代理的思想為基礎，建立人工社會的一套具有靈活表示和精確定義的完備建模和分析體系，主要內容應包括：

1) 代理的元胞自動機模型及其廣義形式

2) 代理行為的語言動力學描述及詞計算方法

3) 代理相互作用的Petri網模型和翻譯器等衍生模型及其分析

4) 代理決策的計算智能算法和博弈對策

5) 代理的可調多分辨率觀測、分析和商空間描述方法

著重解決： 1)利用代理按照“簡單的一致”原理進行建模的方法； 2)形成人工社會模型生成的支持環(huán)境和解析工具

2. 計算實驗理論的基本方法

應當利用計算實驗方法對復雜社會經濟系統(tǒng)進行各種“實驗”,對其行為進行預測和分析，其具體內容應包括：

1) 研究從計算仿真到計算實驗的修正過渡方法

2) 研究“加速”、“壓力”、“極限”、“失效”或“突變”等試驗的計算實驗方法

3) 研究基于涌現的觀察和解釋方法及其各種核心算法

4) 研究多尺度多粒度的行為分析方法和對應的計算實驗過程。

5) 研究計算實驗的設計方法及其標定、分析和驗證算法

應著重解決：1)利用人工社會對實際社會進行實驗；2)針對實際需要設計不同的計算實驗方案；3)計算實驗的標定、觀察和解釋方法

3. 平行系統(tǒng)理論的基本方法

應利用平行系統(tǒng)方法對復雜社會經濟系統(tǒng)進行管理和控制，使常規(guī)的被動仿真模擬轉為平行的主動人工社會，并使其角色從被動到主動、靜態(tài)到動態(tài)、離線到在線，以至最后由從屬的地位提高到平等的地位，充分發(fā)揮人工社會在實際系統(tǒng)的管理與控制中的作用，主要內容應包括：

1) 建立平行系統(tǒng)運行的基本框架以及人工社會與實際社會相互作用的過程和協議；

2) 建立平行系統(tǒng)的多目標、多有效解決方案的評估體系；

3) 建立平行系統(tǒng)內部的反饋機制和對應的控制及自適應算法；

4) 建立基于攝動分析和序貫優(yōu)化的平行系統(tǒng)的新型優(yōu)化方法；

5) 利用計算實驗對實際系統(tǒng)的組成與行為進行辨識和控制的方法。

著重解決：1)人工社會經濟系統(tǒng)與實際社會經濟系統(tǒng)相互作用的方式；2)平行系統(tǒng)內部的反饋和借鑒機制；3)按照“不斷探索與改善”的原理實現對復雜社會經濟系統(tǒng)的控制和管理。

4. 綜合集成研討廳決策分析與支持體系

綜合集成研討廳決策體系是我國學者提出的處理開放的復雜巨系統(tǒng)的一種有效途徑。人工社會、計算實驗和平行系統(tǒng)提供了利用綜合集成研討廳體系研究復雜社會經濟系統(tǒng)新的環(huán)境和手段。主要內容應包括：

1) 人機結合的綜合集成理論及其在決策支持中的應用

2) 復雜社會經濟系統(tǒng)決策的綜合集成研討廳的總體實現策略

3) 復雜社會經濟系統(tǒng)決策問題的研討流程設計

4) 綜合集成研討廳體系的軟件和網絡支撐環(huán)境

5) 利用計算實驗和平行系統(tǒng)建立管理和控制決策的集成評估環(huán)境

著重解決：1)面向人工社會的綜合集成研討廳體系；2)計算實驗和平行系統(tǒng)與綜合集成研討廳的有機融合；3)復雜社會經濟系統(tǒng)決策分析與支持系統(tǒng)。

5. 復雜系統(tǒng)的并行分布式計算平臺

并行分布式計算平臺是最終實現我們各種目標的基礎。在計算環(huán)境方面，應同時探討高端的網格計算和低端的對等計算以及二者的集成。在數據處理和管理方面，可著重考慮分布式數據庫的設計與管理、海量數據的處理與挖掘問題。此外，應研究面向計算實驗、平行系統(tǒng)和綜合集成研討廳的智能化人機界面，形成一個集成試驗和演示系統(tǒng),主要內容應包括：

1) 開放式人工社會計算過程的并行分布模型的研究

2) 面向人工社會的并行分布式計算過程的Petri網模型

3) 面向人工社會的多源異構海量數據的管理、挖掘、融合和約簡

4) 支持計算實驗、平行系統(tǒng)和綜合集成研討廳的高效算法和分布協同技術

5) 支持計算實驗、平行系統(tǒng)和綜合集成研討廳的計算環(huán)境及工具

6) 虛擬統(tǒng)一的智能化用戶界面設計

7) 建立集成試驗和演示系統(tǒng)

著重解決：1)實現開放式人工社會的并行分布模型；2)人工社會的多源異構海量數據的分布式存儲和實時處理；3)支撐計算實驗、平行系統(tǒng)和綜合集成研討廳的網格環(huán)境和計算平臺

參考文獻：

[1] 王飛躍. 人工社會、計算實驗、平行系統(tǒng)——關于復雜社會經濟系統(tǒng)計算研究的討論. 復雜系統(tǒng)與復雜性科學, 2004,10

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