[论文解读] Towards a living earth simulator

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

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用 4

一句话总结

该论文提出了生活地球模拟器（LES），一个联邦制的跨学科平台，整合了基于代理的建模、多尺度仿真、数据挖掘以及实时可视化技术，用于模拟和预测复杂的社会动态。通过结合大数据、社会科学理论以及像严肃游戏等交互式工具，LES能够实现跨尺度、基于理论的集体行为与系统性风险探索，旨在提升在相互关联、自适应系统中的社会预见力与治理能力。

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.

研究动机与目标

• 通过创建统一的仿真平台，应对日益复杂的相互关联的社会挑战，如金融危机、大流行病和社交冲突。
• 通过融合信息通信技术（ICT）、复杂性科学以及社会科学的洞见，打破学科壁垒，以模拟集体人类行为。
• 通过实时数据集成与可视化工具，实现交互式、基于理论的社会系统仿真。
• 通过模拟多种情景并预测政策干预的结果，支持主动治理。
• 通过将预测与适应性规划能力嵌入社会技术系统，促进社会的集体自我认知。

提出的方法

• 利用基于代理的建模技术，模拟具有自适应性与目标驱动特性的社会技术系统中个体与群体的行为。
• 采用多尺度建模并结合不确定性量化，以表征不同空间与时间尺度上的交互作用。
• 整合自组织知识挖掘技术，从异构数据源中提取模式与隐含假设。
• 运用统计推断与数据挖掘技术，将模型与现实世界数据进行验证，并检测系统中涌现的行为。
• 通过“LES虚拟世界”部署交互式可视化与游戏化技术，提升用户参与度与对复杂动态的理解。
• 依赖联邦计算架构，支持实时数据摄入、模型执行以及协作情景探索。

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.

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计大规模、交互式的社会技术系统仿真，以模拟非线性、自适应且相互依存的社会动态？
• RQ2 哪些方法能够实现大数据、社会理论与计算模型的整合，以提升对集体行为的预测能力？
• RQ3 如何将实时监控与反馈回路嵌入仿真平台，以支持适应性治理？
• RQ4 游戏化与可视化工具在复杂社会仿真中以何种方式可增强理解与决策能力？
• RQ5 在建模会因预测而动态演变的人类行为时，面临哪些方法论与伦理挑战？

主要发现

• 生活地球模拟器通过集成建模框架，能够模拟社会传染、冲突与制度崩溃等复杂社会现象。
• 移动设备与社交媒体来源的实时数据可被用于在危机期间为社会行为模型提供信息与验证。
• 严肃游戏与交互式可视化显著提升了用户参与度，并增强了探索基于情景的政策结果的能力。
• 该平台支持带不确定性量化的多尺度建模，可实现对不同空间与时间尺度上系统级行为的稳健分析。
• 将认知与行为理论整合到模型中揭示，社会对预测的适应性引入了新的方法论与伦理挑战。
• LES架构促进了跨方法论的跨学科协作，支持在社会技术系统中进行假设检验与虚拟实验。

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