試論多智能體模擬的流行病消息傳播研究

試論多智能體模擬的流行病消息傳播研究論文摘要：設(shè)計(jì)了并實(shí)現(xiàn)了消息傳播多智能體模擬模型(ens)，研究了個(gè)人的社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量、對(duì)流行病消息的信任度和傳播網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造對(duì)流行病消息傳播的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量的增加，流行病消息傳播速度迅速增加，而直接聽到消息的比例減少；隨著信任度的增加，流行病消息的傳播速度迅速增加，而直接聽到消息的比例變化不顯著；在小世界網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造下，流行病消息的傳播和遺忘速度比隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中慢。論文關(guān)鍵詞：多智能體模擬；信息傳播；小世界網(wǎng)絡(luò)；流行病引言在有關(guān)戰(zhàn)爭、營銷、災(zāi)難和流行病的實(shí)證性研究認(rèn)為，流言的傳播容易誤導(dǎo)民眾，導(dǎo)致不必要的社會(huì)騷亂。流行病消息的傳播往往導(dǎo)致不必要的社會(huì)恐慌，這對(duì)流行病控制產(chǎn)生了不利影響。有關(guān)流行病傳播的研究非常多，其模型大多由一組微分方程組構(gòu)成。而因?yàn)槿狈线m的方法，對(duì)消息傳播的理論性研究要比實(shí)證性研究少得多。幸運(yùn)的是，近些年來出現(xiàn)了一些研究消息傳播的新理論和方法，其中多智能體模擬是一種研究復(fù)雜系統(tǒng)微觀機(jī)制的有效方法。本研究的創(chuàng)新在于，引入多智能體模擬方法，建立了流行病消息傳播多智能體模擬模型，對(duì)流行病消息傳播過程特征進(jìn)展了分析，研究了傳播過程中間接聽到流行病消息的智能體的比例，而且在過程中考慮到了傳播過程的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。1消息傳播多智能體模擬模型的設(shè)計(jì)1．1智能體間的組織構(gòu)造本文的多智能體模擬模型使用anylgit來實(shí)現(xiàn)。我們?cè)谀Ｐ椭性O(shè)置了兩個(gè)智能體類。第一個(gè)被稱為環(huán)境類，另外一個(gè)被稱為傳播智能體類。環(huán)境類只有一個(gè)實(shí)體，稱為環(huán)境智能體，而傳播智能體類有許多稱為傳播智能體的實(shí)例。傳播智能體是模擬過程中的活動(dòng)智能體。圖1是僅包含5個(gè)傳播智能體的多智能體組織構(gòu)造框架圖。在圖1中，環(huán)境智能體充當(dāng)了傳播智能體的容器。它能適時(shí)記錄處于不同狀態(tài)下的智能體數(shù)量。在模擬開場(chǎng)后，在“tiebegin〞時(shí)，產(chǎn)生一些被感染實(shí)體的角色。模型中的相關(guān)參數(shù)和說明參考模型下載地址中的說明。在當(dāng)今社會(huì)對(duì)于多數(shù)人來說，交通和交流非常便利。所以，我們暫時(shí)將智能體當(dāng)前的y坐標(biāo)值、x坐標(biāo)值和聯(lián)絡(luò)范圍半徑設(shè)置為unifr(600)，以保證傳播智能體可以在容器中自由挪動(dòng)和向任意間隔的其它傳播智能體傳播消息。人們要花費(fèi)一定的時(shí)間去發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)鄰近的感染者，所以我們?cè)O(shè)置“tiekn~’為unifr(0．2，1)，以表達(dá)花費(fèi)的時(shí)間。在與其它人獲得聯(lián)絡(luò)以傳播消息的過程中，我們總是要花費(fèi)一定時(shí)間。我們還假定感染的傳播智能體(ift)$ia直接聽到流行病消息的傳播智能體(hed)傳播消息的速度要比間接聽到流行病消息的快。所以，暫時(shí)將“b"epinkdist’’設(shè)置為unifr(．1，0．5)，將“tielnfetdis〞設(shè)置為unifr(0．1，0．2)，將“t~ebluedist’’設(shè)置為unifr(0．2，1)。1．2傳播智能體的行為根據(jù)所處狀態(tài)的不同，我們將傳播智能體分為四類：已感染的智能體(ift)，沒有聽到流行病消息的智能體(uhe)，直接聽到流行病消息的智能體(臟d)，間接聽到流行病消息的智能體(hei)。為了在模擬過程中將它們區(qū)分開，我們用不同的顏色標(biāo)示它們。用紅色標(biāo)示ift，用淡灰標(biāo)示uhe，用粉紅色標(biāo)示hed，用藍(lán)色標(biāo)示hei。流行病消息傳播過程的特征由傳播智能體的行為決定。所以我們將對(duì)傳播智能體的行為進(jìn)展詳細(xì)描繪。傳播智能體的行為與狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖2所示。在圖2中，傳播智能體的4種狀態(tài)分別標(biāo)示在四個(gè)矩形中，7種狀態(tài)轉(zhuǎn)移由帶圈的數(shù)字標(biāo)示，5種活動(dòng)由小正方形中的數(shù)字標(biāo)示。圖中的粗圓點(diǎn)表示傳播智能體的初始狀態(tài)。傳播智能體的活動(dòng)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移描繪如下。(1)模擬開場(chǎng)初，所有消息傳播智能體的狀態(tài)都是未聽到消息者，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為①。模擬開場(chǎng)不久，環(huán)境智能體使某些消息傳播智能體成為感染者，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為④。(2)在模擬過程中，已感染的智能體者和會(huì)快速將消息傳播給其它傳播智能體，參考行為回，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為③和⑥。在模擬空間，與感染者為中心，在一定范圍內(nèi)相連的未聽到消息智能體或間接聽到消息智能體成為聽到直接消息的智能體，參考行為②，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為③和⑥。(3)與已感染智能體相距一定范圍的未感染智能體將按照一定比率被感染，參考行為③，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為④、⑤和⑦。(4)聽到直接消息的智能體會(huì)快速傳播消息，使未聽到消息者成為聽到間接消息者，參考行為④，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為②。聽到間接消息的智能體同樣會(huì)傳播消息，但是傳播速度相對(duì)于已感染智能體和聽到直接消息的智能體比擬慢，參考行為固，相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為②。另外，在經(jīng)過挪動(dòng)過程時(shí)間間隔后，在模擬空間內(nèi)重新隨機(jī)布置傳播智能體，當(dāng)前模擬時(shí)間間隔上次聽到消息的時(shí)間超過消息遺忘時(shí)間間隔時(shí)，該智能體將忘記流行病消息。2模擬實(shí)驗(yàn)和敏感性分析2．1社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量的影響在模擬的圖形環(huán)境中，設(shè)置每個(gè)消息傳播agent的大小為3x3的方格，模擬空間為600x600的方格區(qū)域。將模擬時(shí)鐘設(shè)置為天。在模擬開場(chǎng)后的很短時(shí)間(tiebegin=0．00001天)時(shí)，環(huán)境智能體將分布在半徑為80的區(qū)域內(nèi)的3個(gè)傳播智能體變?yōu)橐迅腥局悄荏w。為研究社會(huì)聯(lián)絡(luò)對(duì)信息傳播的影響，我們改變‘’nuntat’’的值進(jìn)展屢次模擬試驗(yàn)，每種不同取值運(yùn)行7次得到的平均結(jié)果如圖3所示。圖3中的曲線都表示在不同‘’nuntat’’的條件下，聽到流言消息的智能體數(shù)量的變化。從時(shí)間點(diǎn)第1．46天看，從上至下的5條曲線依次表示‘’nuntat’’的值等于unifr(0，20)、unifr(0，10)、10、5和unifr(0，5)時(shí)聽到流言消息是智能體數(shù)量的變化曲線。圖3中的所有曲線都是按照較規(guī)那么的“s〞曲線上升，即聽到流言消息智能體數(shù)量在開場(chǎng)時(shí)緩慢上升，然后加速上升并形成很高的上升速度，最后上升的速度逐步減慢。這與許多傳播動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果類似。比照‘’nuntaf’的值等于unifr(0，20)、unifr(0，10)和unifr(0，5)時(shí)的3條曲線，發(fā)現(xiàn)社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量的增加將使流行病消息傳播的速度迅速提升。當(dāng)今社會(huì)，便利的通訊使人們與其別人交流信息非常方便迅速，實(shí)際社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量可能會(huì)遠(yuǎn)多于unifr(0，10)或unifr(0，20)，流行病消息在現(xiàn)代社會(huì)中的實(shí)際傳播速度要比模擬結(jié)果快。為了分析流行病消息快速傳播的影響，我們引入統(tǒng)計(jì)量rhei(間接聽到流行病消息智能體數(shù)量的比率)：從圖4可見，rhei隨著‘’nuntaf’的值增加而增加。即假如平均‘’nuntat’’值越高，那么更多的智能體得到間接消息。2．2消息信任度的影響傳播消息的意愿會(huì)影響信息的傳播。傳播流行病消息的意愿主要由對(duì)消息的信任度，即“trustrate’’的值決定。為研究“trustrate"’的值對(duì)信息傳播的影響，改變“trustrate〞的值，通過屢次模擬試驗(yàn)，得到的平均結(jié)果如圖5和圖6所示。從圖5中可見，當(dāng)“trustrate’’的值高時(shí)，流行病消息的傳播速度快。但是，“trustrate’’的值對(duì)rhei的影響沒有‘’nuntat〞的值對(duì)rhei的影響明顯。圖6中的5條曲線比擬接近，所以“trustrate’’的值對(duì)rhei校2．3網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的影響小世界網(wǎng)絡(luò)存在與流言傳播的整個(gè)過程中，小世界網(wǎng)絡(luò)是一種理論是一種研究如何控制流言傳播的有效分析工剮。‘’nuntat〞的值等于10和5時(shí)，是一種隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而‘’nuntat’’等于unifr(0，20)或unifr(，10)時(shí)形成的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的連接邊數(shù)不固定，不是規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)，也不是隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而是某種小世界網(wǎng)絡(luò)。圖3中的模擬結(jié)果說明’nuntat’’為10和5時(shí)的流行病消息傳播速度要分別較‘’nuntat〞為unifr(0，20)和unifr(0，10)時(shí)的流行病消息傳播速度快。從圖5中也可以發(fā)現(xiàn)，小世界網(wǎng)絡(luò)中的傳播速度較隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中略慢。比方，“trustrate’’等于unifr(0．02，1)時(shí)的消息傳播速度比等于0．6時(shí)慢，“trustrate’’等于unifr(0．01，0．5)時(shí)的消息傳播速度比等于0．255時(shí)慢。改變‘"nuntat〞的值進(jìn)展屢次模擬試驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，‘’nuntat〞的值等于unifr(0，10)時(shí)，遺忘消息者的數(shù)量增長迅速比等于5時(shí)快；等于unifr(0，20)時(shí)，比等于10時(shí)快。可見在小世界網(wǎng)絡(luò)中，消息被遺忘的速度要比在一樣平均節(jié)點(diǎn)度的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中慢。3結(jié)論通過多智能體模擬試驗(yàn)和敏感性分析，我們得到以下結(jié)論：．(1)社會(huì)聯(lián)絡(luò)數(shù)量的增加，能使流行病消息傳播的速度迅速提升，而且導(dǎo)致直接聽到消息的比例減少。(2人們對(duì)消息的關(guān)注程度的增加，也能使流行病消息傳播的速度迅速提升，但是對(duì)直接聽到消息的比例的影響不顯著。(3)在小世界網(wǎng)絡(luò)假定下，流行病消息傳播的速