[論文レビュー] Towards a living earth simulator

Mario Paolucci, D. Kossman+18 more|Apr 6, 2013

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、エージェントベースモデリング、マルチスケールシミュレーション、データマイニング、リアルタイム可視化を統合するフェデレーテッドで多様な分野にまたがるプラットフォーム、Living Earth Simulator (LES) を提案する。ビッグデータ、社会学的理論、およびインタラクティブなツール（シリアスゲームなど）を組み合わせることで、集団的行動やシステム的リスクのスケールを超えた理論に基づいた探求が可能となり、相互に接続され自己適応的なシステムにおける社会的予測力とガバナンスの向上を目的としている。

ABSTRACT

The Living Earth Simulator (LES) is one of the core components of the FuturICT architecture. It will work as a federation of methods, tools, techniques and facilities supporting all of the FuturICT simulation-related activities to allow and encourage interactive exploration and understanding of societal issues. Society-relevant problems will be targeted by leaning on approaches based on complex systems theories and data science in tight interaction with the other components of FuturICT. The LES will evaluate and provide answers to real-world questions by taking into account multiple scenarios. It will build on present approaches such as agent-based simulation and modeling, multiscale modelling, statistical inference, and data mining, moving beyond disciplinary borders to achieve a new perspective on complex social systems.

研究の動機と目的

• 金融危機、パンデミック、社会的対立といった、相互に接続された社会的課題の複雑性が増す中で、統合的シミュレーションプラットフォームを構築すること。
• ICT、複雑系科学、社会学の知見を統合することで、学際的・分野横断的枠組みを構築し、集団的人類行動をモデル化すること。
• リアルタイムデータ統合と可視化ツールを活用し、理論に基づいたインタラクティブな社会的システムのシミュレーションを可能にすること。
• 複数のシナリオをシミュレートし、政策干渉の結果を予測することで、予防的ガバナンスを支援すること。
• 社会的技術的システムに予測と適応的計画能力を統合することで、社会全体の自己認識を高めること。

提案手法

• 適応的かつ目的志向的なエージェントを用いて、社会的技術的システムにおける個人および集団行動をエージェントベースモデリングでシミュレートする。
• 不確実性の定量化を伴うマルチスケールモデリングを用いて、空間的・時間的スケールの異なる相互作用を表現する。
• 多様なデータソースからパターンや暗黙の仮定を抽出する自己組織的知識マイニングを統合する。
• 統計的推論とデータマイニングを用いて、モデルを現実世界のデータと照合し、出現的システム行動を検出する。
• 「LESバーチャルワールド」を通じたインタラクティブな可視化とゲーム化を活用し、ユーザーの関与度と複雑なダイナミクスの理解を向上させる。
• リアルタイムデータの受容、モデル実行、共同シナリオ探索を可能にするフェデレーテッドコンピューティングアーキテクチャに依存する。

Figure 1: Causality networks allow one to anticipate likely courses of events and to prepare for possible cascading effects, for example the likely impact of supply chain disruptions (from Ref. HelbingWitt ). See xyz for more case studies.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、非線形的で適応的かつ相互依存的な社会的ダイナミクスをモデル化できる大規模かつインタラクティブな社会的技術的システムのシミュレーションを設計できるか？
• RQ2 ビッグデータ、社会理論、計算モデルを統合するための手法は何か？ これにより集団的行動の予測精度がどのように向上するか？
• RQ3 リアルタイム監視とフィードバックループをシミュレーションプラットフォームに統合する方法は何か？ これにより適応的ガバナンスがどのように支援されるか？
• RQ4 ゲーム化と可視化ツールは、複雑な社会的シミュレーションにおける理解と意思決定をどのように向上させるか？
• RQ5 予測に応じて進化する適応的で人間の行動をモデル化するにあたり、どのような方法論的および倫理的課題が生じるか？

主な発見

• Living Earth Simulator は、統合的モデリングフレームワークを用いて、社会的伝染、対立、制度的崩壊といった複雑な社会的現象のシミュレーションを可能にする。
• モバイルおよびソーシャルメディアからのリアルタイムデータを活用することで、危機時における社会的行動のモデルを情報提供および検証できる。
• シリアスゲームとインタラクティブな可視化は、ユーザーの関与度を著しく向上させ、シナリオベースの政策効果の探求能力を高める。
• 不確実性の定量化を伴うマルチスケールモデリングをサポートするため、空間的・時間的スケールを越えてシステムレベルの行動を堅牢に分析できる。
• 認知的および行動的理論をモデルに統合することで、予測への社会的適応が新たな方法論的および倫理的課題を引き起こすことが明らかになった。
• LESアーキテクチャは、分野横断的な協働を促進し、社会的技術的システムにおける仮説検証と仮想実験を可能にする。

Figure 2: A Multi-level vision of Participatory Policy Modelling (PPM).