[發明專利]一種大規模人口建模與仿真方法

在審

• 申請號: 201310733220.0
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103699747A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 繆青海;黃敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明所屬領域為復雜系統科學，涉及社會計算領域中多智能體建模、計算實驗等技術。

背景技術

人工系統是研究復雜系統的新興計算手段，各種人工系統的建立在一定程度上解決了使復雜系統研究人員深感興趣并深受困擾的問題。復雜社會問題的ACP(Artificial?System，Computational?Experiments，Parallel?Execution)方法。人工系統(Artificial?System)是研究復雜系統的新興計算手段，各種人工系統的建立在一定程度上解決了使復雜系統研究人員深感興趣并深受困擾的問題：因為復雜而產生研究興趣，可是又由于太復雜而無法在現實中把握具體、有意義的研究對象，以至無法進行具體和實質性的研究工作，更不能針對研究對象進行實驗。而計算實驗(Computational?Experiments)方法的提出，使我們可以利用計算對復雜系統進行各種“實驗”，達到對復雜系統行為和能力進行預測和評估的目的。通過人工系統和計算實驗，平行執行(Parallel?Execution)方法又為在“不斷探索和改善”原則下，對復雜系統進行調控和管理奠定了基礎。人工系統、計算實驗和平行系統方法形成了研究復雜系統的完備理論和方法體系，成為系統科學和工程進一步發展的理論支撐之一。人工系統的建模是ACP方法的基礎。

人工社會系統中，人的模型是最基本和關鍵的要素，同時也是社會計算中的難點。在人的建模方面，經濟學、智能科學、游戲等領域中不同時期的國內外學者開展了廣泛得研究。諾貝爾獎得主司馬賀提出了經濟學領域中的理性人的理論，心理學家馬斯洛提出了人的層次需求理論，人工智能領域中多智能體方法得到廣泛的應用，人工生命同樣引起學術界的廣泛關注，在計算機游戲中，各種角色也體現了人的智能化特點。在社會計算領域，更多的是在RePast、NetLogo等軟件平臺上采用多智能體的建模方法，在某具體的領域中開展仿真研究，仿真規模相對較小。而大規模、通用的人口建模與仿真方法，是研究社會穩定、政府決策、突發事件、災害應急等重大社會問題的關鍵，這方面的研究還處于起步階段。

發明內容

在研究社會發展歷程、政府決策的實施效果預評估、群體性突發事件的起因和預防、重大自然災害應急預案、傳染性疾病的傳播和預防、謠言等社會危害言論的傳播等重大社會問題的過程中，人口都是基本要素。因此，在綜合社會學、經濟學、心理學和計算機科學的基礎上，提出通用大規模的人口模型和并行仿真方法，對社會計算和復雜性科學理論的發展有積極的理論和實用價值。

本發明即實現了這樣一種通用大規模的人口建模方法，其基本思想是其基本思想是：在微觀上，定義個人的年齡、性別、戶籍、職業、財富等屬性，將人的日常生活分為睡眠、飲食、勞作、休閑等有限狀態；宏觀上，將全部人口按照個人-家庭-社區-鄉鎮-縣市-省州-國家的層次關系進行組織，建立知識與信息的傳播機制；建立水、糧食、土地、礦山等資源模型，建立旱澇、地震、戰爭等災害抽象模型。采用統計數據進行人口初始化，以時間驅動個人狀態和行為的演進，采用并行處理進行仿真計算，其主要步驟如下：

步驟1：根據宏觀統計數據的分布規律，按照性別、年齡和地域完成總體人口的初始化，設置水源、糧食、土地、礦產等總體資源的分配；

步驟2：按照“個人-家庭-社區-鄉鎮-縣市-省州-國家”的層次關系建立人口組織樹；

步驟3：根據統計規律隨機設置個人的睡眠、飲食、勞作、休閑的初始狀態，設置個人各項狀態指標隨時間的變化規律；

步驟4：基本時間單位加1，更新人口的狀態和指標；

步驟5：設置氣候、環境、疾病等突發事件(可選項)；

步驟6：若仿真時間未到，返回步驟4，若到達設定的時間，仿真結束。

本發明的有益效果是將社會科學與智能科學相結合，將宏觀的人口原理與微觀的行為需求原理相結合，完成對大規模人口的建模和仿真，是對社會計算領域中人口建模方法的創新，在社會問題分析中具有重要的應用價值，特別是在研究社會穩定問題的起因和預防、政府決策的評估與完善、突發事件與災害應急預案等重大社會問題方面具有重要的理論和參考價值。

附圖說明

圖1是以交通出行為例的人口仿真流程圖；

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明加以詳細說明，應指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。本發明從上述基本思想出發，以交通仿真中的出行需求模擬為例，說明人口模型的建立和使用方法，包括如下步驟，同時在圖1中說明使用流程：