經濟模擬

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　　經濟模擬是指以現實世界中的經濟環境和經濟代理人行為的特點為原型，將經濟系統抽象成為程式模型，在電腦中進行運算，模擬現實經濟運行的方法。研究者可以通過改變一些參數的設置，模擬現實生活中某些經濟變數的改變，觀察程式運行結果，作為經濟學研究的輔助手段。^[1]

　　經濟模擬是以美國的聖菲研究所(Santa Fe Institute，SFI)的約翰·霍蘭(John Holland)於1994年提出的複雜適應系統(Complex Adaptive System，CAS)作為其理論基礎的。複雜適應系統是關於系統的複雜性(complexity)的形成原因、特點和機制的一個理論。該理論認為，系統的複雜性形成的原因主要來自內部，是大量具有適應性的主體(adaptive agent)相互作用的結果。而經濟系統正是一個典型的C 窀妁複雜性根源是系統中的具有適應性的主體，也就是人的相互作用。具體點說，每個主體(人)‘ 置身於有大量其他主體組成的經濟環境中，他們不斷地與周圍的主體發生交互作用，並根據作用的結果修正自己的行為(即適應性)，這樣，從微觀角度來看，經濟呈現極大的不確定性，而從巨集觀角度來看，經濟又具有一定的規律性。

　　根據這一理論，在構造經濟模擬模型時，需要做的工作主要是將代理人的主要的屬性和行為抽象出來，再配以必要的環境變數，並根據制度對代理人的行為和環境進行一定限制。這樣，就可以在電腦中模擬出一個虛擬的經濟環境，其中的虛擬代理人會根據事先定義的制度自動進行各種事先定義的經濟行為，而整個模型則會體現出一些巨集觀的特性。利用這一模型，我們可以達到與經濟實驗同樣的目的。

　　(1)人工智慧及遺傳演算法

　　人工智慧是電腦科學的一個重要分支, 它旨在利用電腦的軟、硬體模擬人類觀察問題、分析問題和解決問題的能力。人工智慧的研究主要有兩個方向, 即結構主義和功能主義。結構主義的理論基礎是結構決定論, 即有什麼樣的結構就有什麼樣的功能, 所以希望利用電腦的硬體模擬人腦的結構, 從而產生出人腦的功能, 其成果是人工神經網路; 功能主義的著眼點在於需要的功能,並用軟體實現這些功能, 其成果是專家系統。遺傳演算法是由霍蘭提出的。通過對生物遺傳進化過程的模擬, 霍蘭建立了一種可以在超大的模式備選集中快速尋找較好模式的方法, 即遺傳演算法。其思路就是優勝劣汰, 適者生存。這一演算法包括了兩個核心的操作: 交換和突變。為了在電腦中處理方便, 遺傳演算法用一個足夠長的二進位字元串來描述模式。演算法首先將對已知的模式進行評價, 並選擇其中較好的模式進行配對, 配對的兩個模式要互換字元串的一部分( 即交換) , 然後再隨機變化自己的某一位字元( 即突變) , 之後重覆上述過程。這樣, 不但可以實現把“好”的部分繼承下來, 還可以得到新的模式, 可以看到, 這種新的模式如果不好, 將會很快被淘汰掉, 最後剩下的將是比較優秀的模式。

　　無論是人工智慧還是遺傳演算法, 將其引入經濟模擬的目的都是利用它們來為模型中的主體賦予適應性。通過前面的討論我們可以看到, 主體的適應性是模擬模型最重要的組成部分, 缺少了這個部分, 在很大程度上來講模擬模型將是沒有意義的。

　　(2)面向對象的程式設計( OOP)和Swarm客觀世界的任何一個事物都可以看作一個對象。從電腦的角度看, 一個對象包括兩部分, 一是數據, 二是要施加在數據上的演算法。在傳統的面向過程的程式設計方法中, 程式的設計圍繞功能進行, 數據是公用的, 多個函數可以共用這些數據。這種程式設計方法使得程式不能夠直接同客觀世界聯繫起來, 為程式的設計和理解帶來了較大困難。而面向對象的程式設計方法(ObjectOriented Programming, OOP) 則解決了這個問題。面向對象的程式設計方法有四個重要的特性: 抽象性、封裝性、繼承性、多態性。它將屬於一個對象的數據和演算法封裝在一個類中, 從而將對象的內部和外部隔離開。這種方式使得程式的設計者不必考慮對象的內部結構, 只需瞭解它所提供的功能。並且這種方式符合客觀世界組織模式, 比較易於實現對客觀世界的抽象。由於面向對象的程式設計方法的這個特性, 它非常適於用來實現模擬程式。模擬模型中的主體可以被直接的轉化為程式中的對象, 從而實現了模型構建和程式實現的一致性。

　　由於經濟模擬不同於普通的程式設計, 它需要大量專用的工具, 如隨機數發生器、各種動態圖表等, 所以僅僅依靠諸如c++、Java這些面向對象的程式設計語言是不夠的。從前的做法是每個研究人員各自為戰, 編製自己的模擬工具。這顯然是極為不便的。1995年, 美國聖菲研究所開發出了Swarm, 為模擬模型的設計者提供了一個通用的工具。Swarm在經濟模擬中扮演了兩個角色, 一是它提供了一個實現模擬程式的框架, 如下圖所示; 二是它提供大量的用於模擬的工具。

　　如下圖顯示的是Swarm的程式框架。圖中的“Main”是整個模擬程式的入口, 它負責創建一個Observer Swarm的實例, 並運行其中的方法。而Observer Swarm的功能是, 首先, 創建一個ModelSwarm的實例, 並執行其中的方法; 然後, 創建圖形界面, 包括控制界面和各種圖表, 並將這些圖表與模型的數據聯繫起來。Model Swarm的功能是控制模型的運行。它會創建若幹個主體, 並創建這些主體的行為的時序表和用戶與模型的參數界面, 使用戶可以改變模型的參數, 最後激活模型。一個模擬模型的建立, 其工作主要集中在主體的設計上。包括主體的種類、屬性、行為以及互相間行為發生的次序和信息的傳遞。當這些工作做完後, 將設計好的主體放入上述的框架中, 就構成了一個完整的模擬模型。