2014課程演講-分析方法7.3計(jì)算實(shí)驗(yàn)法-13級(jí)

計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法MG1314015陸陽(yáng)琪MG131401潘靜1.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的基本概念

2.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的模型結(jié)構(gòu)

3.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的研究框架

4.計(jì)算實(shí)驗(yàn)的作用

5.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的研究范式

6.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線

7.案例基本概念計(jì)算實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)構(gòu)造實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬現(xiàn)實(shí)世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，對(duì)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。因此，計(jì)算實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)基于計(jì)算技術(shù)的可控制可復(fù)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究系統(tǒng)要素之間的相互作用及其整體涌現(xiàn)現(xiàn)象的演化過(guò)程，通過(guò)抽取和分析研究者感興趣的參數(shù)，來(lái)研究其變化對(duì)整體系統(tǒng)演化的影響，以期更深入地觀察和理解現(xiàn)實(shí)世界。人工社會(huì)

計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究方法的關(guān)鍵技術(shù)之一是構(gòu)造一個(gè)“人工社會(huì)”。這里的人工社會(huì)是指利用計(jì)算技術(shù)構(gòu)造的具有人類社會(huì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特性、功能和動(dòng)力機(jī)制的人工系統(tǒng)，它包含一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境、一群不同質(zhì)的、具備獨(dú)立決策能力的人工主體（也稱智能主體）和與之相關(guān)的有限資源，以及一套系統(tǒng)各要素間相互作用的規(guī)則。人工社會(huì)的主要思路是通過(guò)提取人類社會(huì)的基本運(yùn)行機(jī)制，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)造具有人類社會(huì)特性和功能的人工系統(tǒng)，研究在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程中人工主體的記憶、學(xué)習(xí)、適應(yīng)和相互作用以及相關(guān)資源配置的變化，觀察和記錄人工主體構(gòu)成的系統(tǒng)整體在其環(huán)境中所涌現(xiàn)出來(lái)的宏觀行為特征。社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的模型結(jié)構(gòu)用計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法對(duì)社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題進(jìn)行建模時(shí)，其整體模型結(jié)構(gòu)一般包括三個(gè)層次：社會(huì)系統(tǒng)層次、智能主體層次、智能主體基元層次。社會(huì)系統(tǒng)層次：屬于系統(tǒng)的宏觀層次，描述需要進(jìn)行研究的某個(gè)社會(huì)系統(tǒng)的宏觀特征。智能主體層次：主要用來(lái)描述社會(huì)系統(tǒng)中智能主體的行為特征。智能主體的基元層次：由描述智能主體心理和行為活動(dòng)的基本元素構(gòu)成，是構(gòu)建人工社會(huì)系統(tǒng)和研究社會(huì)系統(tǒng)演化問(wèn)題的最基本層次。社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的研究框架計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法采用自下而上的研究方法，通過(guò)研究微觀層次的個(gè)體行為來(lái)獲取宏觀層次的系統(tǒng)整體涌現(xiàn)。在自下而上的研究過(guò)程中，計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法以研究人員為核心，綜合運(yùn)用多種方法構(gòu)造社會(huì)系統(tǒng)的綜合集成研究框架；通過(guò)人機(jī)交互，觀察模擬社會(huì)系統(tǒng)演化過(guò)程；通過(guò)運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合的方法，將模擬系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相互對(duì)比、綜合分析評(píng)價(jià)，最終總結(jié)出影響系統(tǒng)演化過(guò)程的關(guān)鍵因素與改善系統(tǒng)運(yùn)作的關(guān)鍵方法。計(jì)算實(shí)驗(yàn)的作用計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究方法利用計(jì)算技術(shù)對(duì)社會(huì)系統(tǒng)演化機(jī)制及其系統(tǒng)中要素的動(dòng)力學(xué)行為行進(jìn)模擬，研究社會(huì)系統(tǒng)中各種現(xiàn)象的發(fā)生過(guò)程、相互關(guān)系，對(duì)“已經(jīng)發(fā)生”、“正在發(fā)生”和“將來(lái)可能發(fā)生”的社會(huì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，解釋其形成的原因，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律和法則，從而設(shè)計(jì)出解決實(shí)際問(wèn)題的方案，為實(shí)際社會(huì)活動(dòng)的管理提供客觀和符合規(guī)律的正確建議和依據(jù)。

具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)在社會(huì)科學(xué)研究中的作用可以歸納為：

1.便于我們觀察世界

2.便于實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)

3.便于指導(dǎo)社會(huì)實(shí)踐

4.便于更全面認(rèn)識(shí)社會(huì)系統(tǒng)

5.便于了解系統(tǒng)演化的多種可能性社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的研究范式社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)的研究范式進(jìn)行，才能保證計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性和可行度。其研究范式應(yīng)包括以下五個(gè)方面：界定研究的問(wèn)題與環(huán)境、給定基本假設(shè)和規(guī)則、建立可計(jì)算模型、實(shí)現(xiàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)和評(píng)估與比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。界定研究的問(wèn)題與環(huán)境界定研究的問(wèn)題具體工作包括：1.確定研究對(duì)象及其類型2.尋找研究視角和切入層面3.界定研究對(duì)象的時(shí)間和空間特性4.設(shè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕缍ㄑ芯康沫h(huán)境研究對(duì)象必然不是孤立存在的，它受到周圍環(huán)境變化的影響，并反過(guò)來(lái)影響著周圍環(huán)境的變化。研究的環(huán)境指的是研究對(duì)象所處的研究背景，包括問(wèn)題所處的自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境以及這些環(huán)境的變化模式。只有清晰明了地界定實(shí)驗(yàn)環(huán)境，才能夠?qū)τ?jì)算實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重復(fù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于實(shí)際的管理過(guò)程。給定基本假設(shè)和規(guī)則針對(duì)所要研究的社會(huì)問(wèn)題，根據(jù)研究的對(duì)象和目的，有選擇地構(gòu)造對(duì)象所處的環(huán)境和行為條件等，這些就構(gòu)成了模型的基本假設(shè)。通過(guò)假設(shè)條件的設(shè)定，才能夠?yàn)橛?jì)算實(shí)驗(yàn)的處理提供背景與依據(jù)，才能為計(jì)算過(guò)程提供初始條件和邊界條件，才能夠界定研究成果的使適用范圍。一般情況下，對(duì)于社會(huì)科學(xué)的計(jì)算研究可以考慮如下一些基本假設(shè)：

1.環(huán)境資源的假設(shè)

2.主體基本屬性的假設(shè)

3.主體行為偏好的假設(shè)

4.主體信息感知的假設(shè)

5.主體間交互作用的假設(shè)

6.主體行為決策的假設(shè)

7.主體學(xué)習(xí)能力的假設(shè)

8.系統(tǒng)事件的假設(shè)建立可計(jì)算模型計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪怯?jì)算機(jī)模型的一種，構(gòu)造計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷年P(guān)鍵不在于圖形化人機(jī)界面，也不在于抽象的程度，而在于表達(dá)方式。計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該能夠簡(jiǎn)化而直接地表達(dá)社會(huì)系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和主體間的相互作用，可以使人們能在比原問(wèn)題所處的條件更為有利的條件下研究該問(wèn)題。在復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的建模過(guò)程中，應(yīng)該注意到模型的特點(diǎn)有：

1.模型的層級(jí)性：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該讓研究者在不同的側(cè)面、不同層次上分析社會(huì)系統(tǒng)的原型。

2.模型的擴(kuò)展性：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該能夠容納其他任何可以符號(hào)化的模型，如數(shù)學(xué)模型等。

3.模型的能動(dòng)性：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該能動(dòng)的反應(yīng)原型，乃至在某些特征上超越原型。

4.模型的特征性：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該能夠反映原型要素之間存在的關(guān)聯(lián)特征或內(nèi)在聯(lián)系。5.模型的演化性：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該可以描述系統(tǒng)多個(gè)層次的動(dòng)態(tài)特性。

6.模型的標(biāo)準(zhǔn)型：計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)該可以使用通用的計(jì)算技術(shù)，在通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，便于交流。

實(shí)現(xiàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)更多地涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括設(shè)定計(jì)算實(shí)驗(yàn)的環(huán)境、變量、邊界條件、關(guān)鍵算法、計(jì)算公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視化等多個(gè)環(huán)節(jié)。主要內(nèi)容：1.計(jì)算實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，指的是完成計(jì)算實(shí)驗(yàn)所需要的計(jì)算機(jī)軟、硬件環(huán)境和其他相關(guān)資源。2.計(jì)算實(shí)驗(yàn)的邊界條件定義3.實(shí)驗(yàn)變量與初試數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)4.關(guān)鍵算法與數(shù)理模型5.計(jì)算實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視化評(píng)估與比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果用計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法研究社會(huì)系統(tǒng)的演化問(wèn)題，需要建立對(duì)計(jì)算研究方案和結(jié)果的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。這里有幾個(gè)需要解決的問(wèn)題：評(píng)估的對(duì)象、評(píng)估的內(nèi)容、評(píng)估的依據(jù)、評(píng)估的方法和評(píng)估的結(jié)果。社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線包括：1.社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的程序設(shè)計(jì)方法2.計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕究蚣?.計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)理模型4.計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐评矸椒?.計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难莼蛯W(xué)習(xí)方法等內(nèi)容研究范式界定研究的問(wèn)題與環(huán)境設(shè)定研究的基本假設(shè)建立可計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)評(píng)估與比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果一、界定研究的問(wèn)題與環(huán)境確定研究對(duì)象及類型尋找研究視角和切入層面二、設(shè)定研究的基本假設(shè)1、由于食品是人類賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)條件,所以本文假設(shè)食品的需求為剛性需求,消費(fèi)者對(duì)于食品的需求是穩(wěn)定的,不因市場(chǎng)的價(jià)格的變化而波動(dòng)。2、我們研究的食品是易腐敗的,對(duì)保質(zhì)期有極高的要求,食品只能當(dāng)期交易、流通,如果沒(méi)有交易成功,只能作廢。3、由于受自然條件影響,食品原材料投入具有超前性,在某一時(shí)間段內(nèi)其產(chǎn)出也是相對(duì)固定的,即供應(yīng)商在每期的正常供應(yīng)能力和供應(yīng)成本都是相對(duì)固定的。4、在食品的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié),一個(gè)單位的原材料輸入,同比輸出一個(gè)單位的成品。如果原材料帶有有害物質(zhì),那么有害物質(zhì)將在食品中傳播。5、在食品供應(yīng)鏈中,供應(yīng)鏈成員對(duì)于產(chǎn)品的采購(gòu)是基于訂單的。食品在供應(yīng)鏈的傳遞是逐級(jí)傳遞的,不存在跨級(jí)傳遞,原材料、食品按照供應(yīng)商—生產(chǎn)加工商—零售商—顧客的路徑流通。6、政府在質(zhì)檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)時(shí),僅懲罰被抽檢到的供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn),不滿足安全責(zé)任的可追溯性。懲罰的額度與發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)的比例成正比,即有害物質(zhì)比例越高,則懲罰額度越大。7、摻入有害物質(zhì)增加原材料的供應(yīng)水平,但摻假成本很低,可以忽略不計(jì)。三、建立可計(jì)算模型原材料供應(yīng)商食品加工生產(chǎn)商零售商消費(fèi)市場(chǎng)政府監(jiān)管部門(mén)在各個(gè)環(huán)節(jié)中對(duì)不同類型的食品供應(yīng)鏈采取統(tǒng)一的監(jiān)管措施。符合理性經(jīng)濟(jì)人利益最大化的理論假設(shè)供應(yīng)鏈中的成員在食品的交易過(guò)程中均有自主的決策權(quán)。食品供應(yīng)鏈成員的策略選擇分析(1)零售商的策略選擇(2)生產(chǎn)加工商的策略選擇(3)原材料供應(yīng)商的策略選擇利益最大化四、實(shí)現(xiàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù),包括計(jì)算實(shí)驗(yàn)的軟件與硬件環(huán)境、實(shí)驗(yàn)變量與初始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)邊界條件定義、關(guān)鍵算法與數(shù)理模型、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視化等環(huán)節(jié)。利用基于Multi-agent方法和相應(yīng)的面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)產(chǎn)生食品供應(yīng)鏈參與主體通過(guò)參與主體的交互作用自下而上的主動(dòng)產(chǎn)生系統(tǒng)的各種行為和現(xiàn)象模擬食品供應(yīng)鏈各成員的相互作用及整體現(xiàn)象抽取和分析感興趣的參數(shù)變化對(duì)有害物質(zhì)在食品供應(yīng)鏈中的傳播影響根據(jù)變化規(guī)律得到管理啟示每期食品供應(yīng)鏈成員決策過(guò)程描述零售商根據(jù)上期交易得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出下期訂單數(shù)和抽查比例。生產(chǎn)加工商根據(jù)零售商提出的訂單、上期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出下期訂單數(shù)和抽查比例。原材料供應(yīng)商根據(jù)生產(chǎn)加工商提出的訂單和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出下期提供的原材料數(shù)量和摻假比例。

利用Multi-agent技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)參與成員的構(gòu)建,設(shè)置好相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)和交易流程與規(guī)則,并為主要參與成員配備一個(gè)優(yōu)化器,使其在利益最大化的前提下做出優(yōu)化決策。通過(guò)控制輸入相應(yīng)的參數(shù),得到我們感興趣的參數(shù)變化,揭示供需關(guān)系、政府政策與食品安全之間的關(guān)系。五、評(píng)估與比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果在一定的基本情景和法則下的多種可能狀態(tài)、軌跡和落地路徑中的“一種”。計(jì)算實(shí)驗(yàn)的方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)盡可能重現(xiàn)“一束”社會(huì)現(xiàn)實(shí),一次實(shí)驗(yàn)得到的只是“一束”中的“一種”，而多次實(shí)驗(yàn)得到的則是那“一束”，它們之中包括我們見(jiàn)過(guò)的“幾種”，也包括我們從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的所謂“怪異”情形。不同關(guān)系下有害物質(zhì)在食品供應(yīng)鏈中的傳播規(guī)律為了探尋不同的政府監(jiān)管策略對(duì)食品安全的影響，構(gòu)建兩種模型1.政府監(jiān)管部門(mén)按章辦事,是一種靜態(tài)的監(jiān)管策略;2.動(dòng)態(tài)的監(jiān)管策略,政府會(huì)根據(jù)物流供需平衡的情況制定不同的監(jiān)管策略,會(huì)根據(jù)供需平衡的變化而制定相應(yīng)的監(jiān)管策略,在本文主要是隨著供需平衡的變化改變質(zhì)檢抽查的比例。本文對(duì)模型對(duì)檢查成本、消費(fèi)者維權(quán)及法律保障等因素對(duì)供應(yīng)鏈?zhǔn)称钒踩挠绊懬闆r做了進(jìn)一步分析,選取供需關(guān)系比例為1.5為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算模擬。如同數(shù)理模型一樣，前提假設(shè)是模型的基礎(chǔ)。

計(jì)算實(shí)驗(yàn)的結(jié)果只有在一定的前提條件下才是正確的。為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信性，關(guān)鍵要盡可能準(zhǔn)確地提出前提假設(shè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信性的第二個(gè)條件是實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性。只有正確的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒拍鼙ＷC在模型的假設(shè)條件下能夠產(chǎn)生正確的結(jié)果。將模型的演化結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況相對(duì)比，并對(duì)模型的假設(shè)與規(guī)則不斷修正，使其趨于更合理、更可信。參考文獻(xiàn)