台灣風險分析學會

 

 

 2023年第3期

代理人模擬法（Agent-Based Simulation）       

  國立臺灣大學生物環境系統工程學系 胡明哲
   Release: Feb 6, 2023

 

本文將介紹近年常見之風險分析、系統模擬工具中的代理人模擬法（Agent-Based Simulation），代理人模擬法的部分概念類似蒙地卡羅模擬法（Monte Carlo Simulation），蒙地卡羅模擬利用已隨機變數的機率分布，模擬複雜的系統的動態表現，而代理人模擬法除設定系統中隨機變數外，再進一步設定代理人間的互動（interactive behavior），以模擬系統中個人屬性和行為的異質性。

代理人模擬法是一種數學的模擬方法，代理人模擬法可以被用來研究及分析非常複雜系統性問題。首先，代理人模擬法將整個研究系統切割到細小的系統參與者（agent）為研究單位，然後此方法將模擬系統中所有參與者的個別行為，並模擬參與者與參與者間互相影響的關係，最後代理人模擬法可以由系統的底層到系統上層、由個別參與者到整個系統，模擬出整個系統的隨著時間的變化。代理人模擬法將模擬系統細分到代理人層級，結果將模擬並顯示整個系統的性能和個人的動態行為，此研究必須首先建立代理人模擬模式，此模式可以模擬和分析系統中代理者之間的互動行動。在此模型中，各代理人必須完成其任務需求，並尋求個人的目標，代理人模擬複雜的系統的個別代理人行為模式及代理人間的互動，可呈現系統隨時間變動的動態模擬。

蒙地卡羅模擬法與代理人模擬法的差異在於，蒙地卡羅模擬法將整個系統視為單一個體，直接模擬整個系統的動態表現，而代理人模擬法能夠表現及模擬個人屬性和行為的異質性。

代理人模擬法中的代理人是自動自發的學習的，代理人能夠感覺及認識環境，代理人可以接收信息，並從以往的經驗學習，然後根據目前的情況作出即時反應。代理人模擬法是反應迅速變化而且強健有效的（robust）模擬方法，代理人模擬法常被用來模擬非常複雜且個人互動頻繁的經濟行為或商業情況。

代理人模擬法是一個自細部到整體的模擬方法，研究方法先在個人層面上定義代理人的行為模式，再定義代理人間的互動行為，最後代理人模擬法可以模擬整個系統層面的動態表現。值得注意的是代理人模擬法可以模擬相當真實的代理人情況，例如：部分代理人可能沒有對整個系統的完善訊息，而只有局部的信息來供供其決策。而且在代理人模擬法中，代理人具備自主意識來做出個人行動，代理者可以對其他個人代理人的行為作出反應，代理人也具備動態的學習能力，過程中代理人會不斷修正個人的行為模式，來對整體系統及其他的代理人來做出回應，代理人模擬法可以成功的顯示整體系統的動態模擬和代理人間的互動行為。

代理人模擬法可用來模擬複雜的系統，其特點是可以模擬參與者間互相影響的互動行為，並可模擬隨時間變動的動態模擬，是政策模擬、複雜系統、風險分析的重要工具。