朱　偉

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)中的計(jì)算機(jī)建模與模擬分析

朱偉

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

摘要：探討了經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)中計(jì)算機(jī)建模與模擬的科學(xué)方法，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與基于Agent的建模與模擬的對(duì)比，涵蓋了適應(yīng)性、視角和內(nèi)核思想等方面的內(nèi)容并進(jìn)行了分析，比較了2種方法的共同與相似之處，提出了采用2種方法交叉研究復(fù)雜經(jīng)濟(jì)與管理問(wèn)題的思路。結(jié)果表明，基于Agent建模與模擬較之系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)具有高度的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，更加穩(wěn)定，更具可行性，彰顯出了各科學(xué)領(lǐng)域交叉融合的主旨思想，在經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值更高，可加以推廣使用。計(jì)算機(jī)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)科相互影響，極大地促進(jìn)了兩者的發(fā)展進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)與管理；計(jì)算機(jī)；建模與模擬；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的軟、硬件性能均有了顯著的提升。筆者認(rèn)為，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展道路可理解為“雙向道路”，各個(gè)領(lǐng)域與學(xué)科在謀求發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，必然會(huì)向計(jì)算機(jī)技術(shù)靠攏，并逐漸深化。經(jīng)濟(jì)與管理作為龐大的社會(huì)性科學(xué)系統(tǒng)，原論分析→微觀拆解→簡(jiǎn)單匯總的流程已難以滿足時(shí)代發(fā)展的需求，因此，亟待借助新的工具與理論加以解決。

1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法(System Dynamics，SD)以計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為措施，基于反饋控制理論，實(shí)現(xiàn)定量結(jié)合定性的科學(xué)方法，經(jīng)濟(jì)與管理等均是其研究的對(duì)象與范圍。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法立足于整體，從宏觀行為逐漸向微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，在周期性以及長(zhǎng)期性的問(wèn)題中具有高度的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，尤其適應(yīng)于處于精度要求低、數(shù)據(jù)不全面的經(jīng)濟(jì)管理問(wèn)題，可將其視為管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的旁支，以橫向的形式跨越社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)領(lǐng)域。

就系統(tǒng)方法論而言，結(jié)構(gòu)方法為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的核心方法，整合歷史方法與功能方法。而從系統(tǒng)科學(xué)角度而言，經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)系統(tǒng)被視為“高階多重”的反饋回路，主導(dǎo)回路存在較大的可變性，為非線性系統(tǒng)。上述理論在麻省理工學(xué)院斯隆管理學(xué)院教授J. D. Sherman的著作《商務(wù)動(dòng)態(tài)分析方法：對(duì)復(fù)雜世界的系統(tǒng)思考與建?！分械玫搅顺浞值恼撟C。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型基本等同于一組非線性偏微分方程式，系統(tǒng)動(dòng)力的內(nèi)部反饋機(jī)制及內(nèi)部動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)直接決定著系統(tǒng)的特性及模式，系統(tǒng)也許會(huì)隨著外部情況的變化而變化，但是鑒于系統(tǒng)行為扎根于系統(tǒng)內(nèi)部，所以是恒定不變的。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法示意圖

2基于Agent的建模與模擬分析

作為面向未來(lái)的穩(wěn)健決策方法，基于Agent的建模與模擬(Agent-Based Modeling and Simulation,ABMS)有助于解決經(jīng)濟(jì)與管理中的各項(xiàng)復(fù)雜性問(wèn)題，起到預(yù)判趨勢(shì)與審度結(jié)果的作用，降低決策失誤的概率?？蓪⒒贏gent的建模與模擬方法理解為由上而下的捕捉系統(tǒng)行為，宏觀現(xiàn)象由微觀個(gè)體的所產(chǎn)生的交互行為(非線性)衍生得出，類似于“人浪效應(yīng)”，其核心概念為“1+1<2”，即整體大于部分匯總之和[1]?；谠摴ぞ撸?jīng)濟(jì)與管理科學(xué)中的組織及系統(tǒng)經(jīng)過(guò)重構(gòu)成為了具有相互作用的Agent集合。

基于復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)領(lǐng)域構(gòu)建Agent模型并加以模擬，其核心作用在于對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行復(fù)制，對(duì)可能發(fā)生的結(jié)果進(jìn)行預(yù)判與審度，長(zhǎng)期戰(zhàn)略與短期決策均可適用?；贏gent的建模與模擬的組成部分為多個(gè)可相互作用且具備適應(yīng)性行為的獨(dú)立個(gè)體，各個(gè)獨(dú)立個(gè)體雖然帶有自身的規(guī)則與屬性，但是在Agent模型中可實(shí)現(xiàn)整合目標(biāo)一致性的目的。

作為一種嶄新的經(jīng)濟(jì)與管理研究方法，基于Agent的建模與模擬既可適用于虛擬層面的經(jīng)濟(jì)與管理問(wèn)題研究，也可延伸至真實(shí)世界的決策與判斷，鑒于傳統(tǒng)的研究工具與模式并不具備模擬性與動(dòng)態(tài)性[2]；因此，筆者認(rèn)為基于Agent的建模與模擬大有徹底顛覆傳統(tǒng)研究工具與模式的趨勢(shì)與潛力。基于Agent的建模與模擬示意圖如圖2所示。

3系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與基于Agent的建模與模擬對(duì)比分析

3.1共同或相似之處

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與基于Agent的建模與模擬均屬于經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬研究的主要方法行列，其共同或相似之處可概括為如下幾點(diǎn)：1)均為有助于科學(xué)決斷的面向未來(lái)型的科學(xué)工具；2)均有效地實(shí)現(xiàn)了社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的交叉結(jié)合；3)均具備傳統(tǒng)的研究方法，包括統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)等方法所不具備的長(zhǎng)處與特征；4)均可實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性(non-linear)經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)領(lǐng)域以及現(xiàn)實(shí)社會(huì)的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)判與審度。

圖2　基于Agent的建模與模擬(ABMS)示意圖

圖3　非線性(non-linear)經(jīng)濟(jì)與管理特征圖

非線性經(jīng)濟(jì)與管理特征圖如圖3所示。

3.2區(qū)別之處

3.2.1核心思想

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的核心思想即為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要特征與行為模式，直接受到內(nèi)部反饋機(jī)制以及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。筆者認(rèn)為，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的宏觀行為基本上都是來(lái)源于其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，在微觀結(jié)構(gòu)恒定不變的前提下，系統(tǒng)的宏觀行為也不會(huì)產(chǎn)生本質(zhì)的改變。

基于Agent的建模與模擬的核心思想建立于“1+1<2”，即整體大于部分匯總之和的概念之下，系統(tǒng)的全部宏觀現(xiàn)象均是由非線性交互適應(yīng)性行為以及多樣化交互適應(yīng)性行為衍生而出的[3]。經(jīng)分析，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與基于Agent的建模與模擬的核心思想存在本質(zhì)上的差異，核心思想不同，諸如研究思路、研究工具和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)也存在較大的區(qū)別，也直接導(dǎo)致上述2種方法相互割裂，互不交融。然而，鑒于基于Agent的建模與模擬的核心思想堅(jiān)持“1+1<2”的理念，因此，其比系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)更為穩(wěn)定。

3.2.2分析單元

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的分析單元行為直接受到系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)的影響，鑒于其內(nèi)的部分敏感變量隨時(shí)都有發(fā)生變化的可能性，因此，其主導(dǎo)結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)可變性?；谕幌到y(tǒng)結(jié)構(gòu)環(huán)境中，假設(shè)時(shí)空條件相對(duì)恒定，其主導(dǎo)部分以及非主導(dǎo)部分均可實(shí)現(xiàn)互相轉(zhuǎn)化的目標(biāo)，整個(gè)系統(tǒng)的分析單元也呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)可變的特征。

基于Agent的建模與模擬則涵蓋2種不同的分析單元規(guī)則：第1種為基礎(chǔ)性質(zhì)的行為規(guī)則，可將其簡(jiǎn)單地理解為系統(tǒng)視環(huán)境的變化而做出的具有針對(duì)性的反應(yīng)基本規(guī)則；第2種規(guī)則較之第1種的級(jí)別更高，可對(duì)第1種的基礎(chǔ)性質(zhì)的行為規(guī)則進(jìn)行改變與修正，即為“規(guī)則之上的規(guī)則”，體現(xiàn)出基于Agent的建模與模擬在經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)領(lǐng)域更強(qiáng)的適應(yīng)性與實(shí)用性。

3.2.3構(gòu)建模塊

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本構(gòu)建模塊由可實(shí)現(xiàn)互相作用的反饋循環(huán)模塊構(gòu)成，系統(tǒng)的行為特征是通過(guò)反饋循環(huán)模塊所產(chǎn)生的。基于該理論，筆者認(rèn)為，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的構(gòu)建模塊即為反饋循環(huán)模塊[4]。

針對(duì)基于Agent的建模與模擬模型而言，其核心的構(gòu)建模塊即是Agent，整個(gè)模型是由若干個(gè)Agent模塊及其內(nèi)部運(yùn)行所構(gòu)成的。一般而言，各個(gè)Agent均帶有明顯的獨(dú)立性，規(guī)則各不相同，其全部的適應(yīng)性行為均是通過(guò)Agent各異性的規(guī)則以及互相作用而出現(xiàn)的，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的宏觀現(xiàn)象得以產(chǎn)生。

3.2.4建模層次與視角

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模層次始于宏觀層次，立足于系統(tǒng)整體的平均水平[5]。建模視角則是自上而下，整個(gè)分析過(guò)程由宏觀行為開(kāi)始，至微觀結(jié)構(gòu)結(jié)束，并未足夠深入。

基于Agent的建模與模擬的建模層次始于微觀異質(zhì)，先行明確Agent的規(guī)則與本質(zhì)屬性，對(duì)其適應(yīng)性行為進(jìn)行全面而深入的研究，隨后引申出宏觀現(xiàn)象[6]。建模視角則是自下而上，宏觀層次現(xiàn)象很大程度上依賴微觀Agent的交互性行為與適應(yīng)性行為而涌現(xiàn)，因此整個(gè)視角顯得全面而深入，較之系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)更為合理。

3.2.5動(dòng)態(tài)起源與數(shù)學(xué)公式

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)起源為“累積”，狀態(tài)變量等同于水平變量，信息→能量→物質(zhì)的逐漸疊加累積，系統(tǒng)前一時(shí)刻的本期進(jìn)出速率以及水平累積變化直接決定著系統(tǒng)的狀態(tài)變量。鑒于累積形式的動(dòng)態(tài)起源必定會(huì)產(chǎn)生慣性延遲現(xiàn)象，對(duì)經(jīng)濟(jì)與管理的決策產(chǎn)生不良的影響。數(shù)學(xué)公式則為非線性微分方程組，構(gòu)成部分為速率方程與水平方程，計(jì)算機(jī)自行完成差分求解，計(jì)算軟件多為Vensin軟件與Dynamo軟件。

基于Agent的建模與模擬的動(dòng)態(tài)起源為事件本身與變化起因，行為變化出現(xiàn)在閾值被完全突破之后，對(duì)較為復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)問(wèn)題能起到更為理想的解決效果?；贏gent的建模與模擬并不存在特定的數(shù)學(xué)公式表達(dá)，只是在IF-THEN邏輯規(guī)則的指導(dǎo)下，對(duì)下一步的行為實(shí)現(xiàn)調(diào)整與優(yōu)化，其中還包含遺傳算法(Genetic Algorithm)等，常用的軟件有Netloogo和Swarm等。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于Agent的建模與模擬的模型在經(jīng)濟(jì)與管理過(guò)程中具有高度的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，宏觀現(xiàn)象基于異質(zhì)的主體非線性交互作用而出現(xiàn)，與國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的研究結(jié)果基本吻合，彰顯出各科學(xué)領(lǐng)域交叉融合的主旨思想，計(jì)算機(jī)科學(xué)與經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)科相互影響，極大地促進(jìn)了兩者的發(fā)展進(jìn)步。

Computer Modeling and Simulation Analysis in Economics and Management Science

ZHU Wei

(School of Business, Hohai University, Nanjing 211100, China)

Abstract：Discuss the economics and management science of computer modeling and simulation of the scientific method. Based on system dynamics and the modeling simulation contrast agent, it covers aspects such as adaptability, angle of view, the kernel thoughts of content analysis. Compare the difference between the two methods, and propose crossover study with complex problems using two methods thinking. The modeling and simulation based on agent is obtained while the system dynamics is more stable, more feasible, have higher application value in the economics and management. So they will be in great development.

Key words:economic and management, computer, modeling and simulation, system dynamic

中圖分類號(hào)：F 224-39

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A