基于智能体建模经济仿真研究综述

基于智能体建模的经济仿真研究综述 摘要：经济仿真作为实验经济学的一种研究手段，目前广泛应用于经济、金融各领域的研究，对于经济系统演化、经济主体特征和政策模拟等领域的研究做出了突出贡献。本文首先简要回顾了经济仿真的发展历程，总结了经济仿真研究方法的特点；然后综述了国内外学术界对于经济仿真理论与应用研究的成果，总结了在swarm仿真平台下进行经济仿真研究的框架；最后分析了目前制约经济仿真研究的主要因素和可行的解决手段。 关键词：复杂适应性系统；基于智能体建模；经济仿真；swarm 中图分类号：tp391.9 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2012）10-0-03 一、引言 自二十世纪五十年代博弈论学科基础和理论体系建立伊始，博弈论就被广泛应用于社会、经济领域，并逐渐成为研究社会、经济主体行为与利益关系的有力工具。在博弈理论发展的同时，另一项加速人类历史发展进程的技术诞生了，那就是计算机科学。随着计算机技术的快速发展，计算机的体积越来越小，运算速度越来越快，功能越来越强，在计算机环境模拟经济系统运行的可能性大大增加。约翰·霍兰于1994年提出了著名的复杂适应性系统理论（complex adaptive system，简称cas），为人们研究经济系统提供了一种重要的思路与方法，该理论同时成为目前经济系统仿真研 究的理论基础。在具备了理论基础与技术基础之后，计算机环境下的虚拟经济系统仿真方法成为一种全新的研究手段。以霍兰提出的cas理论为基础的，基于智能体建模的系统仿真方法成为博弈论研究的有力扩展，用以验证博弈理论的正确性，研究经济系统的演化过程，并推演新的结论。现在，经济仿真方法作为实验经济学的一种研究手段，广泛应用于经济、金融各领域的研究，对于经济系统演化、经济主体特征和政策模拟等领域的研究做出了突出贡献。 二、国外经济仿真研究综述 基于智能体建模的经济仿真方法是随着计算机技术的发展而产生的一种较为前沿的经济理论研究手段。由于国外计算机技术、系统科学等基础理论发展较为成熟，因此对于经济仿真的应用研究成果非常丰富。 美国的aspen模型可以说是经济仿真方法应用最早、成就最大的经济系统仿真模型。aspen模型是美国sandia国家实验室开发的基于微观经济主体的经济仿真模型，主体自学习与自适应特性的引入使得该模型对经济系统的模拟更加接近于真实情况。aspen模型作为一个政策模拟平台，对美国的财政、金融领域政策的制定提供了重要的参考。 strader、lin和shaw（1998）①对分散式装配供应链的订单执行情况进行了仿真研究，对经济仿真方法在供应链管理领域的应用进行了尝试。bruun和luna（1999）②利用开放性的swarm仿真平 台建立了一个用以模拟宏观经济系统运行的仿真模型，并通过该模型对经济的内生增长理论进行了仿真研究。sapienza（2000）③建立了人工劳动力市场，模拟了不同类型的劳动力在市场中的流动，将经济仿真方法引入到了人力资源研究领域。corazza（2000）④利用随机非线性动力学系统研究了垄断市场中供给方造假问题，对特定市场结构中的经济主体行为特征进行了研究。tout和stender（2001）⑤建立了一个具有适应性的经济仿真模型，研究指出了霍兰提出的遗传算法仿真模型的某些限制，及该模型与博弈论、控制论和进化论之间关系的缺陷，探讨了仿真模型在不同研究领域的适用性问题。luna和perrone（2001）⑥在综合了一系列学者在swarm仿真平台的研究成果基础上，系统地阐述了基于智能体的经济金融仿真模型在swarm仿真平台上的应用，为swarm仿真平台的推广和发展奠定了基础。francesco luna 和benedikt stefannson（2001）⑦编著了一部系统全面的在swarm仿真平台上进行经济仿真研究的专著，该著作系统论述了基于智能体建模和面向对象设计在经济仿真中的运用，同时也较为详尽地在技术层面上探讨了swarm仿真平台的应用，并综合了各个领域的swarm仿真研究成果，成为日后经济仿真研究的重要参考。lebaron（2002）⑧建立了人工股票市场，将基于智能体的建模运用到了股票市场投资者行为的研究领域，使经济仿真方法的应用逐渐从宏观系统演化层面深入到微观经济主体行为研究层面。foster（2005）⑨对经济系统的复杂性进行了深 层次的探讨，研究指出，对于经济现象的研究不能过于简单，要从系统的整体性和复杂性深入分析经济现象的实质和内在联系。jeffrey（2006）⑩指出目前的经济仿真研究中的经济变量大都具有排外性，如果要引入某些非经济类变量，通常要以效用函数的方式，基于此种情形，jeffrey建立了一个用以引入非经济类变量的模型框架，扩展了经济仿真模型中对于非经济类要素变量的应用范围。 三、国内经济仿真研究综述 国内的经济仿真研究起步较晚，但在美国圣塔菲研究所开发的swarm仿真平台推广之后，我国专家学者在短期内对于基于智能体建模经济仿真的研究取得了丰富的成果，经济仿真方法已经成为我国各类经济、金融现象研究的重要手段之一。 张守一（2001）⑾作为国内最早的swarm仿真平台介绍者之一，对swarm平台的仿真模型框架进行了简要的介绍，将swarm这一应用最为广泛的仿真平台引入人们的视线。王文举、任韬（2004）⑿介绍了2002年度诺贝尔经济学奖获得者弗农·史密斯在实验经济学领域的研究成果，同时探讨了博弈论与经济仿真这两种较为先进的经济研究手段之间的关系。王利（2005）⒀在netlogo仿真平台上就进化博弈理论进行了探讨，并对进化博弈囚徒困境和鹰鸽博弈两个仿真实例进行了仿真实验，并对实验结果进行了分析，以体现进化博弈的基本特性，对高级博弈理论的仿真实验进行了探讨。王 文举、任韬（2006）⒁对二元劳动力市场资源配置问题进行了仿真研究，说明了降低劳动力从农村向城市流动成本的合理性，验证了已有理论的正确性。任韬、王文举（2006）⒂使用博弈论和基于智能体的动态仿真方法进行保险业监管的研究取得实质性成果，利用仿真模型实验得出了最优免赔额设定等一系列有意义的结论，对经济系统仿真方法在金融监管领域的应用做出了尝试。翁鸣（2007）⒃指出swarm仿真平台是以复杂适应性系统理论为理论基础的重要仿真工具之一，并在探讨若干swarm仿真实现技术问题的基础之上，说明了自下而上建模思想对于swarm仿真平台的适用性。任韬、王文举（2007）⒄以复杂适应性系统理论为基础，建立了用以研究多主体寡头竞争的仿真实验平台，将经济仿真方法由具体的实现层次深化到了抽象的方法论层次。刘娟娟、王镜宇（2007）⒅利用演化博弈思想研究了银行与企业信贷市场的演化，利用java语言实现了该仿真模型，通过仿真实验得出了一系列有意义的结论。韩立岩、夏坤、刘唯妮（2007）⒆将复杂适应性系统引入行为金融的研究，并构造了一个基于多主体羊群行为仿真模型，通过仿真和数值模拟测算了人工股票市场中的羊群效应，为进一步研究股票市场投资者的羊群效用奠定了仿真模型基础。刘贞、张希良、何建坤（2008）⒇提出了一个基于有限自动机的多主体博弈仿真框架用以研究经济主体的有限理性行为，该仿真框架技术上可以实现多主体的序贯博弈、演化博弈，并以三人重复囚徒困境为实例在该仿真框架中进 行了仿真实验；该仿真框架非常深入地将系统科学、系统动力学、遗传算法等前沿领域结合到了一起，为动态经济仿真的研究提供了极具意义的参考。 经济仿真方法由于其成本低、研究周期短等优势，越来越受到学者们的关注，目前已经被广泛应用于政策模拟、理论检验和理论扩展等方面的研究，成为经济学理论研究的重要手段。 四、swarm仿真平台系统框架 为了建立具有良好适用性的通用型基于智能体建模的系统仿真工具，美国的一些大学和研究所相继开发了用以研究复杂系统仿真的工具平台，目前应用最为广泛的是美国圣塔菲研究所开发的仿真工具集swarm。 swarm的核心是一个面向对象框架，其结构如图1所示。 图1 swarm仿真模型基本框架 其中，makefile是仿真模型程序编写完成后，在编译生成可执行文件过程中涉及的一个功能性文件，是仿真模型在计算机环境实现过程中不可缺少的技术性文件；main是整个仿真模型程序的入口；observerswarm的功能在于创建swarm另外一个功能类modelswarm的实例并实现其功能，而后生成仿真模型设置的控制界面和各类图表，用于人机交互设定各种参数和读取仿真数据绘制图表；modelswarm是swarm必需的令一个功能类，其作用在于控制仿真模型的运行，创建仿真模型设定的各类主体、主体的属性和行为，并 设定主体的行为时序；agent则是用户所研究的现实系统主体在swarm框架下的映射，仍是以类的形式对其属性和行为进行定义。完成上述框架内所有主体属性行为的声明、行为程序代码的编写及仿真主体行为顺序的设置工作以后，通过编译生成可执行文件，一个完整的swarm经济仿真模型就可以在计算机环境中运行了。 swarm仿真平台的出现，大大降低了仿真方法对于研究人员程序设计水平的要求，使得越来越多的非专业程序设计人员投身于复杂系统仿真的研究，为推动理论的发展做出了重要贡献。 五、结论与研究展望 综上所述，基于智能体建模的经济仿真是在博弈理论、复杂适应性系统理论、计算机技术等多领域发展而形成的较为前沿的经济学研究手段，已经被应用于经济、金融等学科的研究；swarm作为主要的基于智能体建模的仿真工具软件平台，已经被广为应用。然而swarm在近些年的版本更新频率远不如netlogo、matlab/simulink等其他仿真工具。专业仿真工具的缺乏已经成为制约基于智能体建模经济仿真理论与应用进一步发展的最大障碍。更新频率较低和功能正确性存在缺陷是非商业性软件的通病，这两大缺陷使得诸如swarm等非商业化仿真平台的应用受到了很大限制。此外，由于目前仿真平台对于仿真过程中产生的数据收集功能上存在一定缺陷，也使得统计方法与仿真方法的联合应用产生了一定困难。因此，开发更为先进的仿真软件工具已成为基于智能体建模经济仿真研究