基于Agent的人工社會應(yīng)急管理政策分析方法.pdf

1、復(fù)雜系統(tǒng)通常表現(xiàn)為系統(tǒng)中存在大量自主交互的個(gè)體以及由此產(chǎn)生的全局行為具有動(dòng)態(tài)性、不確定性、難以重現(xiàn)性或不可重復(fù)性等特點(diǎn)，如社會系統(tǒng)、軟件密集型的社會技術(shù)系統(tǒng)等。復(fù)雜系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些突發(fā)事件（如疾病傳染、網(wǎng)絡(luò)攻擊等）可能會誘發(fā)系統(tǒng)宏觀層面的一些“壞”涌現(xiàn)，例如疾病暴發(fā)、系統(tǒng)癱瘓等，從而可能會對系統(tǒng)的利益相關(guān)者以及系統(tǒng)中的個(gè)體造成嚴(yán)重危害與負(fù)面影響。因而，如何提供有效的方法來對復(fù)雜系統(tǒng)中的突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急管理是目前社會科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、管理

2、科學(xué)、控制科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科所關(guān)注的一個(gè)重要研究課題。社會計(jì)算借助于計(jì)算機(jī)科學(xué)及社會科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的思想和技術(shù)來研究和分析復(fù)雜系統(tǒng)中的社會和計(jì)算行為，它已成為突發(fā)事件應(yīng)急管理研究的一個(gè)重要方法和手段。
　　本文以突發(fā)事件應(yīng)急管理為具體應(yīng)用背景，采用社會計(jì)算的方法來支持針對社會系統(tǒng)中的突發(fā)事件的應(yīng)急管理政策的評估、分析、優(yōu)化或選擇，通過在計(jì)算機(jī)世界構(gòu)建社會系統(tǒng)的計(jì)算模型（即人工社會），采用多 Agent系統(tǒng)的思想對人工社會

3、進(jìn)行抽象、建模和仿真，從而開展突發(fā)事件應(yīng)急管理實(shí)驗(yàn)。論文通過在人工社會中的可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)展示應(yīng)急管理政策的有效性，并且可將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)社會系統(tǒng)的突發(fā)事件應(yīng)急管理中。論文所取得的主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)概述如下。
　　1.為了支持突發(fā)事件應(yīng)急管理政策的評估、分析與選擇，提出了一種輕量級的社會計(jì)算方法——PZE（即政策選擇、基于僵尸城的人工社會建模以及政策評估）。
　　針對突發(fā)事件應(yīng)急管理所帶來的挑戰(zhàn)，同時(shí)為了解決現(xiàn)有社會計(jì)算方法的臃

4、腫性、缺乏靈活性等問題，論文圍繞應(yīng)急管理政策的評估與選擇，借助于迭代開發(fā)、閉環(huán)控制等思想，并引入情景/應(yīng)對（scenario/response）的應(yīng)急管理模式，提出了針對突發(fā)事件應(yīng)急管理政策選擇、評估與優(yōu)化的輕量級社會計(jì)算方法——PZE。由于 PZE方法集成了軟件工程、控制學(xué)等領(lǐng)域的一些成熟的思想，具有簡單、靈活、易使用、低成本等輕量級方法的特性，其主要包括以下三個(gè)部分：（P）針對突發(fā)事件場景來選擇合適的應(yīng)急管理政策，即政策選擇；（Z）

5、基于僵尸城（Zombie-city）模型來構(gòu)建人工社會模型；（E）借助于人工社會模型開展應(yīng)急管理實(shí)驗(yàn)，評估應(yīng)急管理政策的有效性，并給出評估結(jié)果，而這些評估結(jié)果又作為政策選擇的反饋，為政策的選擇提供有效的支持。
　　2.為了給突發(fā)事件及其應(yīng)急管理提供一般性的分析模型，提出了以Agent、病毒（Virus）和交互（Interaction）為核心的面向應(yīng)急管理的AVI模型及其擴(kuò)展模型——僵尸城模型（Zombie-city）。
　　

6、由于社會系統(tǒng)中個(gè)體間的局部非線性交互，突發(fā)事件（如傳染病、謠言傳播）會在社會系統(tǒng)中不斷地演化和發(fā)展，進(jìn)而產(chǎn)生全局性的宏觀行為，因而突發(fā)事件演變的本質(zhì)實(shí)際上是傳播問題。為了揭示和分析突發(fā)事件帶來的傳播問題，論文提出了一個(gè)包含 Agent、病毒以及交互三個(gè)核心概念的AVI模型，以表示復(fù)雜系統(tǒng)中參與傳播的個(gè)體、傳播的載體和內(nèi)容、傳播的媒體和途徑。在此基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步提出了針對突發(fā)事件應(yīng)急管理的人工社會模型——僵尸城模型（Zombie-cit

7、y），該模型除了包含以上三個(gè)核心概念之外，還包括了角色、環(huán)境（物理環(huán)境和社會環(huán)境）、規(guī)則。角色表示一類Agent的抽象，Agent通過扮演角色來獲取不同的行為與屬性，并能通過動(dòng)態(tài)地扮演角色來適應(yīng)環(huán)境與自身變化。物理環(huán)境表示Agent所生活的空間，社會環(huán)境主要指Agent之間的社會關(guān)系，Agent行為會受到環(huán)境的影響。此外，規(guī)則定義了Agent、病毒、交互、角色及環(huán)境等的屬性或行為規(guī)范，其也能用于描述應(yīng)急管理政策等。該模型能更為系統(tǒng)地刻畫

8、面向突發(fā)事件應(yīng)急管理的人工社會，為人工社會建模提供了參考與指導(dǎo)。
　　3.為支持對基于僵尸城模型的人工社會進(jìn)行建模和分析，提出了一種圖形化的人工社會建模語言——ASML（Artificial Society Modeling Language）。
　　為了支持人工社會建模與分析，論文借助于社會組織學(xué)思想（包括組織、角色等）以及角色動(dòng)態(tài)扮演機(jī)制等，基于Zombie-city模型提出了人工社會建模語言ASML，包括建模語言的元模

9、型、模型、可視化建模圖元以及形式化語義等。ASML從不同視點(diǎn)、層次與建模機(jī)制提供了五類模型，包括人口統(tǒng)計(jì)學(xué)模型、環(huán)境模型、角色模型、組織結(jié)構(gòu)模型以及交互模型，以便于系統(tǒng)地構(gòu)建人工社會模型?？傮w來說，ASML建模語言具有高層抽象、自然建模、多視點(diǎn)、可視化、模型易于理解、表達(dá)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。此外，為了支撐基于建模語言ASML的人工社會建模，論文還設(shè)計(jì)并開發(fā)了人工社會建模支撐工具 ASMLTools，其包括模型的可視化編輯、模型存儲、模型載入與

10、導(dǎo)出、模型轉(zhuǎn)換等功能。
　　4.為了支持針對突發(fā)事件的應(yīng)急管理政策的評估，進(jìn)而支持政策的優(yōu)化及選擇，提出了定量與定性相結(jié)合的應(yīng)急管理政策評估方法。
　　應(yīng)急管理政策的評估對于政策能否有效地應(yīng)對和管理突發(fā)事件至關(guān)重要，為政策的選擇或優(yōu)化提供反饋，論文提出了一種定性和定量相結(jié)合的方法。在定量評估方法方面，論文提供了一個(gè)一般性的方法框架，基于情景提取人工社會的宏觀屬性，同時(shí)根據(jù)具體的應(yīng)用提取相關(guān)的評估參數(shù)，并利用數(shù)值方法將宏觀屬性

11、與評估參數(shù)相結(jié)合定量地評估政策的效果。此外，涌現(xiàn)程度也側(cè)面反映了應(yīng)急管理政策的效果，論文通過對涌現(xiàn)進(jìn)行分類，提出了基于信息熵理論的三種定量度量涌現(xiàn)程度的方法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)展示了三種度量方法的有效性，三種度量也可用于定量地分析應(yīng)急管理政策的效果。在定性分析方面，論文同樣也提出了通過基于定理與規(guī)則的形式化推理的應(yīng)急管理政策定性分析方法。首先，通過基于Zombie-city模型構(gòu)建人工社會形式化模型并將政策轉(zhuǎn)換為人工社會中的規(guī)則，然后利用形

12、式化推理（情景推理）定性地評估和分析政策的有效性。為此，論文還給出了Zombie-city的形式化規(guī)約以及人工社會中情景的形式化描述。定性評估方法可用于輔助定量評估方法，其能進(jìn)一步確認(rèn)和說明應(yīng)急管理政策的定量評估結(jié)果，通過定量與定性相結(jié)合的政策評估方法能更為顯式和準(zhǔn)確地展示政策的有效性。
　　論文以 H1N1在某大學(xué)校園中的傳播以及互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下社交媒體中的廣告信息傳播作為案例，開展相關(guān)的分析和實(shí)驗(yàn)，以展示如何基于人工社會模型Zom