Анализ демографических процессов с использованием агент-ориентированной модели России, разработанной в системе проектирования МЁБИУС
В статье представлена конструкция демографической агент-ориентированной модели (АОМ), разработанной в системе проектирования МЁБИУС, которая позволяет создавать АОМ с численностью популяций до 109 агентов, эффективно масштабируемые при запуске на суперкомпьютерах. Система МЁБИУС поддерживает также динамическое изменение численности и пространственного распределения агентов за счет имитации процессов исчезновения агентов и появления новых. Конструкция апробирована при реализации крупномасштабной демографической АОМ России, в которой имитируются процессы естественного движения населения страны в разрезе регионов. Агентами в модели являются люди, которые обмениваются сообщениями, поддерживают родственные связи, рожают детей, стареют и умирают. Показаны результаты апробации АОМ России на реальных статистических данных. Получены прогнозы основных демографических показателей как для России в целом, так и для всех регионов при различных сценариях изменения суммарного коэффициента рождаемости. Показана дифференциация регионов по ожидаемой динамике численности населения и его возрастной структуры. Оценено влияние отдельных социально-экономических факторов на динамику суммарного коэффициента рождаемости.
Агент-ориентированная суперкомпьютерная демографическая модель России: анализ апробации
В статье представлена агент-ориентированная демографическая модель России, предназначенная для запуска на суперкомпьютерах. Использованные в модели технологии позволяют создавать искусственное общество с числом агентов до 109 и эффективно распараллеливать работу симулятора. Программный комплекс, созданный для реализации модели, объединяет отдельные подсистемы, написанные на языках программирования разного уровня. С одной стороны, это обеспечивает эффективную балансировку нагрузки между вычислительными процессами и обмен сообщениями между агентами (реализовано на языке С++), а с другой, упрощает разработку блоков модели, реализующих симуляцию демографических процессов (реализовано на С#). Демографические процессы в модели имитируются на основе действий отдельных агентов с учетом их родственных связей, которые они поддерживают, обмениваясь сообщениями. Ключевыми особенностями демографической агент-ориентированной модели являются следующие: а) динамическое изменение численности и состава популяции агентов – удаление части агентов (их «смерть») и возникновение новых («рождение»); и б) разделение действий, выполняемых на шаге имитации по этапам, в конце каждого из которых может происходить пересмотр общих параметров, относящихся к регионам или группам агентов, и/или обмен сообщениями между агентами. Модель в ходе компьютерных экспериментов прошла апробацию на реальных данных и показала высокие результаты при тестировании по следующим параметрам: а) качество воссоздания на популяции агентов возрастно-половой структуры населения как по стране в целом, так и в разрезе регионов; б) устойчивость работы модели и низкая погрешность получаемых результатов прогнозирования основных демографических показателей в сравнении с вариантами официального прогноза Росстата; в) эффективность распараллеливания программного кода при запуске на суперкомпьютерах. Модель является базовой для разрабатываемой комплексной региональной имитационной модели, однако может быть полезна как самостоятельный инструмент прогнозирования.
Декомпозиция графа для оптимизации ресурсоемких агент-ориентированных моделей
В статье рассматривается алгоритм декомпозиции графа, применительно к реализации масштабируемой агент-ориентированной модели, с целью эффективной балансировки нагрузки между узлами суперкомпьютера. Агенты модели одновременно задействованы в нескольких процессах, для которых важны различные социальные связи (семья, соседи, друзья и др.).
Разработка агент-ориентированной демографической модели России и ее суперкомпьютерная реализация
Рассмотрено применение агент-ориентированного подхода при моделировании естественного движения населения. Представлена демографическая модель России с учетом ее административного деления, в которой на основе моделирования поведения отдельных членов искусственного общества имитируются процессы смертности, рождаемости и миграции. Для моделирования поведения искусственного общества в целом требуется проведение модельных расчетов с числом агентов до 109 и использование суперкомпьютерных технологий. Важной задачей в таких расчетах становится оптимальное распределение агентов по процессорам кластера. Показано применение декомпозиции модели с использованием алгоритма METIS с учетом основных особенностей агентной модели. Обсуждаются результаты апробации модели.
Моделирование социальных процессов на суперкомпьютерах: новые технологии
Статья продолжает работу, результаты которой публиковались в “Вестнике РАН” ранее (2016, № 3, 5). В предыдущих статьях были проанализированы международный опыт подготовки и использования агент-ориентированных моделей и технические наработки по их реализации на суперкомпьютерах, подробно описаны этапы и методы эффективного отображения счётного ядра мультиагентной системы на архитектуру современного суперкомпьютера с использованием разработанной авторами технологии поддержки агент-ориентированного моделирования для суперкомпьютеров – STARS (Supercomputer Technology for Agent-oRiented Simulation). STARS была апробирована на двух построенных в Центральном экономико-математическом институте РАН мультиагентных демографических моделях, различающихся уровнем детализации при имитации репродуктивного поведения людей. В настоящей публикации рассматриваются технология построения многоагентных симуляций, дающая возможность эффективно масштабировать модели этого класса до 109 агентов, и её применение при создании крупномасштабной агентной модели стран Евразии. Задача модели – имитировать основные миграционные процессы и динамику экономик этих стран, а также последствия реализации крупных инфраструктурных проектов как результата действий множества самостоятельных агентов. Тестирование модели проводилось на различных суперкомпьютерах, что позволило сделать вывод об их технических характеристиках.
Development of the Agent-based Demography and Migration Model of Eurasia and its Supercomputer Implementation
В статье описываются результаты исследования, направленного на совершенствование инструментов реализации больших агентных моделей на суперкомпьютерах. Для проведения эффективного расчета модели с использованием суперкомпьютера требуется распределить агентов равномерно по всем задействованным процессорам суперкомпьютера таким образом, чтобы минимизировать связи между агентами, размещенными на разных процессорах. Связи агентов можно представить в виде графа, а затем для его разбиения на относительно изолированные части применить алгоритмы графовой декомпозиции.
Моделирование социально-экономических процессов с использованием суперкомпьютерных технологий
Моделирование социально-экономических процессов с использованием суперкомпьютерных технологий [Текст]: монография / В.Л. Макаров, А.Р. Бахтизин, Е.Д. Сушко. — Вологда: ИСЭРТ РАН, 2016. — 183 c.
Суперкомпьютерные технологии в общественных науках: агент-ориентированные демографические модели
Настоящая статья является продолжением работы, опубликованной в «Вестнике РАН» (2016, № 3). В предыдущей статье был проанализирован международный опыт подготовки и использования агент-ориентированных моделей и технические наработки по их реализации на суперкомпьютерах. Здесь описываются две мультиагентные демографические модели, построенные в Центральном экономико-математическом институте РАН. Модели различаются уровнем детализации при имитации репродуктивного поведения людей. Анализируются этапы и методы эффективного отображения счётного ядра мультиагентной системы на архитектуру современного суперкомпьютера с использованием разработанной авторами технологии поддержки агент-ориентированного моделирования для суперкомпьютеров – STARS (Supercomputer Technology for Agent-oRiented Simulation).
Агент-ориентированные модели: мировой опыт и технические возможности реализации на суперкомпьютерах
Масштабные социальные процессы, нередко формирующиеся спонтанно под влиянием непредсказуемых факторов, как это наблюдается сейчас в Европейском союзе в связи с массовым притоком мигрантов, требуют разработки новых инструментов мониторинга и прогнозирования, позволяющих не только оперировать большим количеством данных, но и отражать сложную динамику, определяемую действиями отдельных людей. Таким инструментом является агент-ориентированное моделирование, возможности которого усилены за счёт использования суперкомпьютерных вычислительных ресурсов. В статье рассматривается успешный опыт зарубежных учёных по запуску агент-ориентированных моделей на суперкомпьютерах, а также разработанное к настоящему моменту специализированное программное обеспечение для технической реализации агентных моделей на суперкомпьютерах.
Makarov V.L., Zhitkov V.A., Bakhtizin A.R. Moscow Traffic Jam Is Under Attack of an Intelligent Agent-based Model
The paper deals with conceptual description of an agent-based model for Moscow city transportation system. The model was created in the framework of the project dealing with strategy of city development till the year 2025. The study aims at presenting a solution to transportation problem in Moscow, which is one of the serious issues in all megapolises. As is shown in paper, development of calculation packages and specialized software, used for practical realization of agent-based model, allows computing a solution to the problem.
