[发明专利]一种大规模人口建模与仿真方法

说明书

技术领域

本发明所属领域为复杂系统科学，涉及社会计算领域中多智能体建模、计算实验等技术。

背景技术

人工系统是研究复杂系统的新兴计算手段，各种人工系统的建立在一定程度上解决了使复杂系统研究人员深感兴趣并深受困扰的问题。复杂社会问题的ACP(Artificial System，Computational Experiments，Parallel Execution)方法。人工系统(Artificial System)是研究复杂系统的新兴计算手段，各种人工系统的建立在一定程度上解决了使复杂系统研究人员深感兴趣并深受困扰的问题：因为复杂而产生研究兴趣，可是又由于太复杂而无法在现实中把握具体、有意义的研究对象，以至无法进行具体和实质性的研究工作，更不能针对研究对象进行实验。而计算实验(Computational Experiments)方法的提出，使我们可以利用计算对复杂系统进行各种“实验”，达到对复杂系统行为和能力进行预测和评估的目的。通过人工系统和计算实验，平行执行(Parallel Execution)方法又为在“不断探索和改善”原则下，对复杂系统进行调控和管理奠定了基础。人工系统、计算实验和平行系统方法形成了研究复杂系统的完备理论和方法体系，成为系统科学和工程进一步发展的理论支撑之一。人工系统的建模是ACP方法的基础。

人工社会系统中，人的模型是最基本和关键的要素，同时也是社会计算中的难点。在人的建模方面，经济学、智能科学、游戏等领域中不同时期的国内外学者开展了广泛得研究。诺贝尔奖得主司马贺提出了经济学领域中的理性人的理论，心理学家马斯洛提出了人的层次需求理论，人工智能领域中多智能体方法得到广泛的应用，人工生命同样引起学术界的广泛关注，在计算机游戏中，各种角色也体现了人的智能化特点。在社会计算领域，更多的是在RePast、NetLogo等软件平台上采用多智能体的建模方法，在某具体的领域中开展仿真研究，仿真规模相对较小。而大规模、通用的人口建模与仿真方法，是研究社会稳定、政府决策、突发事件、灾害应急等重大社会问题的关键，这方面的研究还处于起步阶段。

发明内容

在研究社会发展历程、政府决策的实施效果预评估、群体性突发事件的起因和预防、重大自然灾害应急预案、传染性疾病的传播和预防、谣言等社会危害言论的传播等重大社会问题的过程中，人口都是基本要素。因此，在综合社会学、经济学、心理学和计算机科学的基础上，提出通用大规模的人口模型和并行仿真方法，对社会计算和复杂性科学理论的发展有积极的理论和实用价值。

本发明即实现了这样一种通用大规模的人口建模方法，其基本思想是其基本思想是：在微观上，定义个人的年龄、性别、户籍、职业、财富等属性，将人的日常生活分为睡眠、饮食、劳作、休闲等有限状态；宏观上，将全部人口按照个人-家庭-社区-乡镇-县市-省州-国家的层次关系进行组织，建立知识与信息的传播机制；建立水、粮食、土地、矿山等资源模型，建立旱涝、地震、战争等灾害抽象模型。采用统计数据进行人口初始化，以时间驱动个人状态和行为的演进，采用并行处理进行仿真计算，其主要步骤如下：

步骤1：根据宏观统计数据的分布规律，按照性别、年龄和地域完成总体人口的初始化，设置水源、粮食、土地、矿产等总体资源的分配；

步骤2：按照“个人-家庭-社区-乡镇-县市-省州-国家”的层次关系建立人口组织树；

步骤3：根据统计规律随机设置个人的睡眠、饮食、劳作、休闲的初始状态，设置个人各项状态指标随时间的变化规律；

步骤4：基本时间单位加1，更新人口的状态和指标；

步骤5：设置气候、环境、疾病等突发事件(可选项)；

步骤6：若仿真时间未到，返回步骤4，若到达设定的时间，仿真结束。

本发明的有益效果是将社会科学与智能科学相结合，将宏观的人口原理与微观的行为需求原理相结合，完成对大规模人口的建模和仿真，是对社会计算领域中人口建模方法的创新，在社会问题分析中具有重要的应用价值，特别是在研究社会稳定问题的起因和预防、政府决策的评估与完善、突发事件与灾害应急预案等重大社会问题方面具有重要的理论和参考价值。

附图说明

图1是以交通出行为例的人口仿真流程图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。本发明从上述基本思想出发，以交通仿真中的出行需求模拟为例，说明人口模型的建立和使用方法，包括如下步骤，同时在图1中说明使用流程：