糖域模型

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糖域模型 Sugarscape models是一个遵循简单规则的基于主体的模型，用于人工智能、基于主体建模以及社会仿真等领域，在约书亚·爱泼斯坦 Joshua M. Epstein和罗伯特·阿克斯泰尔Robert Axtell一起出版的书籍中《不断发展的人工社会》Growing Artificial Societies中有详细介绍。[1]

起源

糖域模型最早可以追溯到马里兰大学 University of Maryland的经济学家托马斯·谢林 Thomas Schelling发表的论文 ，他提出了谢林的种族隔离模型 Schelling's model of segregation[2]。这篇论文是谢林和社会环境建模的同事写于1969年，但由于缺乏足够的算力与合适的编程机制来充分开发其模型的潜力，他们的选择受到了限制。


Epstein和Axtell在他们的书中，应用了约翰·何顿·康威 John Horton Conway提出来生命游戏的主体仿真模型，并将其应用于谢林的最初的想法中。为了证明他们在基于主体仿真领域的发现，他们创造了一个模型并将其制成CD-ROM附在书上一起出售。这个模型就是我们现在众所周知的概念糖域模型[1] 。此后，糖域模型就被广泛使用于基于主体的模型中，只要这些模型使用的规则与Epstein和Axtell定义的规则相似即可。

原理

所有的糖域模型都包括主体（居民），环境（二维网格）以及控制主体之间，主体和环境之间相互作用的规则。



Epstein和Axtell最初提出来的模型（被认为是第一个大规模社会仿真的主体模型），是基于51x51的细胞网格，其中每个细胞可以包含不同量的糖（或香料）。在每个步骤中，主体都会环顾四周，找到离自己最近的充满糖的细胞网格，然后移动并代谢。它们可能会留下污染，死亡，繁殖，继承资源，传递信息，交易或借糖，产生免疫力或传播疾病-取决于模型设置时定义的特定情况和变量。


模拟中的”糖“可以看作是人造世界中资源的隐喻，设计者可以通过该隐喻来研究社会动力学效应，诸如进化，婚姻状况和种群继承问题。[3]


Epstein和Axtell在他们的书中提到的原始规则在精确模拟时可能会出现问题[4]，因为并不总是能够复现出《发展中的人工社会》中所提供的结果。

模型实现

糖域模型已经有多种实现方式，其中一些可以在开源软件中获得。


Ascape

一个最初的应用实现是基于Ascape开发的。Java软件适合做基于主体的社会仿真。糖域模型仍然是Ascape内嵌库模型中的一部分。[5]

NetLogo已经可以实现Sugarscape模型。 NetLogo模型库中包含三个Sugarscape场景：“立即回升 Immediate Growback”，“恒定回升 Constant Growback”和“财富分配 Wealth Distribution”。除了这三种场景外，还有Iain Weaver的Sugarscape NetLogo模型，该模型是用户社区模型库的一部分。“它建立在Owen Densmore的NetLogo社区模型的基础上，涵盖了除战斗规则（尽管包含了琐碎的规则，但对模型却没有多大价值）之外，在《发展中的人工社会》一书中讨论的所有规则。” [6]并且该模型配备了丰富的文档，[7] 其中包括成功复制最初糖域规则的说明。[4]

SugarScape on steroids

随着基于主体的模型（ABM）的兴起，在建模时，仿真中的总体大小与动态系统的总体大小相匹配是至关重要的。[8]

但是，现代主体仿真程序框架的性能不足以处理如此大的人口规模，并且设计运行计算集群的并行计算框架受到可用带宽的限制。根据摩尔定律，随着计算能力的增加，仿真框架的规模和复杂度也会随之增加。来自密歇根理工大学的R. M. D’Souza, M. Lysenko and K Rahmani使用糖域模型来证明ABM仿真中的图形处理单元（GPU）每秒更新50多次，主体人数超过200万。[9]

Mathematica

也可以在Mathematica上实现。[10]

MASON

乔治·梅森大学 George Mason University的MASON项目中，只要有免费学术许可证 Academic Free License，也可以实现糖域模型，其中MASON是使用Java开发的多主体仿真环境。 [11]

References

  1. ↑ 1.0 1.1 Epstein, Joshua M.; Axtell, Robert (October 11, 1996). Growing artificial societies: social science from the bottom up. Brookings Institution Press. pp. 224. ISBN 978-0-262-55025-3. https://archive.org/details/growingartificia00epst/page/224. 
  2. ↑ "Sugarscape - Growing Agent-based Artificial Societies". Sourceforge. Retrieved 7 November 2010.
  3. ↑ "Agents at Work". CIO Insight. 1 (27): 43. 1 June 2003. ISSN 1535-0096. Retrieved November 11, 2010.(Retrieved from ABI/Inform Document ID: 347271391)
  4. ↑ 4.0 4.1 "Replicating Sugarscape — University of Leicester". Archived from the original on 2012-06-19. Retrieved 18 January 2011.
  5. ↑ "The Ascape Model Developer's Manual". Sourceforge. Retrieved 9 November 2010.
  6. ↑ "NetLogo User Community Models: Sugarscape". Retrieved 9 November 2010.
  7. ↑ "The Sugarscape". University of Leicester. Archived from the original on 2017-10-02. Retrieved 19 January 2011.
  8. ↑ Gilbert, Nigel; Bankes, Steven (2002). "Platforms and Methods for Agent-Based Modelling" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (3): 7197–7198. doi:10.1073/pnas.072079499. PMC 128584. PMID 12011398.
  9. ↑ D'Souza, Roshan M.; Lysenko, Mikola; Rahmani, Keyvan (2007). "SugarScape on steroids: simulating over a million agents at interactive rates" (PDF). Proceedings of Agent2007 Conference. Chicago, Il.(See also: presentation slides)
  10. ↑ "Sugarscape: Agent-Based Modeling - Wolfram Demonstrations Project". Wolfram. Retrieved 18 January 2011.
  11. ↑ Bigbee, Anthony; Cioffi-Revilla, Claudio; Luke, Sean (2007). Terano, T.; Kita, H.; Deguchi, H.; et al. (eds.). "Replication of Sugarscape Using MASON" (PDF). Agent-Based Approaches in Economic and Social Complex Systems IV: Post-Proceedings of the AESCS International Workshop 2005. Tokyo: Springer.

其他的一些链接

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