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Modelo basado en agentes

Un modelo basado en agentes ( ABM ) es un modelo computacional para simular las acciones e interacciones de agentes autónomos (entidades individuales o colectivas como organizaciones o grupos) con el fin de comprender el comportamiento de un sistema y lo que gobierna sus resultados. Combina elementos de teoría de juegos , sistemas complejos , emergencia , sociología computacional , sistemas multiagente y programación evolutiva . Los métodos de Monte Carlo se utilizan para comprender la estocasticidad de estos modelos. Particularmente dentro de la ecología, los ABM también se denominan modelos basados ​​en individuos ( IBM ). [1] Una revisión de la literatura reciente sobre modelos basados ​​en individuos, modelos basados ​​en agentes y sistemas multiagente muestra que los ABM se utilizan en muchos dominios científicos, incluidos la biología , la ecología y las ciencias sociales . [2] El modelado basado en agentes está relacionado con el concepto de sistemas multiagente o simulación multiagente , pero es distinto de ellos , en que el objetivo del ABM es buscar información explicativa sobre el comportamiento colectivo de agentes que obedecen reglas simples, típicamente en sistemas naturales, en lugar de diseñar agentes o resolver problemas prácticos o de ingeniería específicos. [2]

Los modelos basados ​​en agentes son un tipo de modelo a microescala [3] que simula las operaciones e interacciones simultáneas de múltiples agentes en un intento de recrear y predecir la aparición de fenómenos complejos. El proceso es de emergencia , que algunos expresan como "el todo es mayor que la suma de sus partes". En otras palabras, las propiedades del sistema de nivel superior emergen de las interacciones de subsistemas de nivel inferior. O bien, los cambios de estado a macroescala emergen de los comportamientos de los agentes a microescala. O bien, los comportamientos simples (es decir, las reglas seguidas por los agentes) generan comportamientos complejos (es decir, cambios de estado a nivel de todo el sistema).

Los agentes individuales suelen caracterizarse como racionales acotados , y se presume que actúan en función de lo que perciben como sus propios intereses, como la reproducción, el beneficio económico o el estatus social, [4] utilizando heurísticas o reglas simples de toma de decisiones. Los agentes ABM pueden experimentar "aprendizaje", adaptación y reproducción. [5]

La mayoría de los modelos basados ​​en agentes se componen de: (1) numerosos agentes especificados en varias escalas (normalmente denominados granularidad del agente); (2) heurísticas de toma de decisiones; (3) reglas de aprendizaje o procesos adaptativos; (4) una topología de interacción ; y (5) un entorno. Los ABM suelen implementarse como simulaciones por ordenador , ya sea como software personalizado o mediante kits de herramientas ABM, y este software puede utilizarse luego para probar cómo los cambios en los comportamientos individuales afectarán el comportamiento general emergente del sistema.

Historia

La idea del modelado basado en agentes se desarrolló como un concepto relativamente simple a fines de la década de 1940. Dado que requiere procedimientos computacionales intensivos, no se generalizó hasta la década de 1990.

Primeros desarrollos

La historia del modelo basado en agentes se remonta a la máquina de von Neumann , una máquina teórica capaz de reproducirse. El dispositivo que propuso von Neumann seguiría instrucciones detalladas con precisión para crear una copia de sí mismo. El concepto fue desarrollado por el amigo de von Neumann , Stanislaw Ulam , también matemático; Ulam sugirió que la máquina se construyera en papel, como una colección de células en una cuadrícula. La idea intrigó a von Neumann, quien la diseñó, creando el primero de los dispositivos que más tarde se denominarían autómatas celulares . Otro avance fue introducido por el matemático John Conway . Construyó el conocido Juego de la Vida . A diferencia de la máquina de von Neumann, el Juego de la Vida de Conway funcionaba con reglas simples en un mundo virtual en forma de un tablero de ajedrez bidimensional .

El lenguaje de programación Simula , desarrollado a mediados de la década de 1960 y ampliamente implementado a principios de la década de 1970, fue el primer marco para automatizar simulaciones de agentes paso a paso.

Años 70 y 80: los primeros modelos

Uno de los primeros modelos basados ​​en agentes en concepto fue el modelo de segregación de Thomas Schelling , [6] que se analizó en su artículo "Modelos dinámicos de segregación" en 1971. Aunque Schelling originalmente utilizó monedas y papel cuadriculado en lugar de computadoras, sus modelos incorporaron el concepto básico de los modelos basados ​​en agentes como agentes autónomos que interactúan en un entorno compartido con un resultado emergente agregado observado.

A finales de los años 1970, Paulien Hogeweg y Bruce Hesper comenzaron a experimentar con modelos individuales de ecología . Uno de sus primeros resultados fue demostrar que la estructura social de las colonias de abejorros surgía como resultado de reglas simples que rigen el comportamiento de las abejas individuales. [7] Introdujeron el principio ToDo, que se refiere a la forma en que los agentes "hacen lo que hay que hacer" en un momento dado.

A principios de la década de 1980, Robert Axelrod organizó un torneo de estrategias del dilema del prisionero y los hizo interactuar de manera basada en agentes para determinar un ganador. Axelrod continuaría desarrollando muchos otros modelos basados ​​en agentes en el campo de la ciencia política que examinan fenómenos que van desde el etnocentrismo hasta la difusión de la cultura. [8] A fines de la década de 1980, el trabajo de Craig Reynolds sobre modelos de agrupamiento contribuyó al desarrollo de algunos de los primeros modelos biológicos basados ​​en agentes que contenían características sociales. Intentó modelar la realidad de los agentes biológicos vivos, conocidos como vida artificial , un término acuñado por Christopher Langton .

Resulta difícil encontrar el primer uso de la palabra "agente" y una definición tal como se utiliza actualmente. Un candidato parece ser el artículo de 1991 de John Holland y John H. Miller "Artificial Adaptive Agents in Economic Theory", [9] basado en una presentación anterior de ellos en una conferencia. Un candidato más fuerte y anterior es Allan Newell , quien en el primer discurso presidencial de la AAAI (publicado como The Knowledge Level [10] ) analizó el concepto de agentes inteligentes.

Al mismo tiempo, durante la década de 1980, científicos sociales, matemáticos, investigadores de operaciones y un grupo de personas de otras disciplinas desarrollaron la teoría computacional y de la organización matemática (CMOT, por sus siglas en inglés). Este campo creció como un grupo de interés especial del Instituto de Ciencias de la Gestión (TIMS, por sus siglas en inglés) y su sociedad hermana, la Sociedad de Investigación de Operaciones de Estados Unidos (ORSA, por sus siglas en inglés). [11]

Década de 1990: expansión

La década de 1990 fue especialmente notable por la expansión del ABM dentro de las ciencias sociales; un esfuerzo notable fue el ABM a gran escala, Sugarscape , desarrollado por Joshua M. Epstein y Robert Axtell para simular y explorar el papel de los fenómenos sociales como las migraciones estacionales, la contaminación, la reproducción sexual, el combate y la transmisión de enfermedades e incluso la cultura. [12] Otros desarrollos notables de la década de 1990 incluyeron el ABM Kathleen Carley de la Universidad Carnegie Mellon , [13] para explorar la coevolución de las redes sociales y la cultura. El Santa Fe Institute (SFI) fue importante para alentar el desarrollo de la plataforma de modelado ABM Swarm bajo el liderazgo de Christopher Langton . La investigación realizada a través del SFI permitió la expansión de las técnicas ABM a varios campos, incluido el estudio de la dinámica social y espacial de las sociedades humanas y los primates a pequeña escala. [11] Durante este período de la década de 1990, Nigel Gilbert publicó el primer libro de texto sobre simulación social: Simulación para científicos sociales (1999) y estableció una revista desde la perspectiva de las ciencias sociales: Journal of Artificial Societies and Social Simulation (JASSS). Además de JASSS, los modelos basados ​​en agentes de cualquier disciplina están dentro del alcance de la revista SpringerOpen Complex Adaptive Systems Modeling (CASM). [14]

A mediados de los años 1990, el eje de las ciencias sociales del ABM comenzó a centrarse en cuestiones como el diseño de equipos eficaces, la comprensión de la comunicación necesaria para la eficacia organizacional y el comportamiento de las redes sociales. El CMOT (posteriormente rebautizado como Análisis Computacional de Sistemas Sociales y Organizacionales, CASOS) incorporó cada vez más modelos basados ​​en agentes. Samuelson (2000) ofrece una buena y breve descripción general de la historia inicial [15] , y Samuelson (2005) y Samuelson y Macal (2006) rastrean los desarrollos más recientes [16] [17]

A finales de los años 1990, la fusión de TIMS y ORSA para formar INFORMS , y el paso de INFORMS de dos reuniones al año a una, ayudaron a impulsar al grupo CMOT a formar una sociedad separada, la Asociación Norteamericana de Ciencias Sociales y Organizacionales Computacionales (NAACSOS). Kathleen Carley fue una importante colaboradora, especialmente en modelos de redes sociales, obteniendo fondos de la National Science Foundation para la conferencia anual y sirviendo como la primera presidenta de NAACSOS. Fue reemplazada por David Sallach de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne , y luego por Michael Prietula de la Universidad Emory . Casi al mismo tiempo que comenzó NAACSOS, se organizaron la Asociación Europea de Simulación Social (ESSA) y la Asociación del Pacífico Asiático para el Enfoque Basado en Agentes en la Ciencia de Sistemas Sociales (PAAA), contrapartes de NAACSOS. A partir de 2013, estas tres organizaciones colaboran internacionalmente. El Primer Congreso Mundial sobre Simulación Social se celebró bajo su patrocinio conjunto en Kioto, Japón, en agosto de 2006. [ cita requerida ] El Segundo Congreso Mundial se celebró en los suburbios del norte de Virginia, Washington, DC, en julio de 2008, y la Universidad George Mason asumió el papel principal en los arreglos locales.

Años 2000 y posteriores

Más recientemente, Ron Sun desarrolló métodos para basar la simulación basada en agentes en modelos de cognición humana, conocidos como simulación social cognitiva. [18] Bill McKelvey, Suzanne Lohmann, Dario Nardi, Dwight Read y otros en la UCLA también han hecho contribuciones significativas en el comportamiento organizacional y la toma de decisiones. Desde 1991, la UCLA ha organizado una conferencia en Lake Arrowhead, California, que se ha convertido en otro importante punto de encuentro para los profesionales de este campo. [19]

Teoría

La mayoría de las investigaciones sobre modelado computacional describen sistemas en equilibrio o en movimiento entre equilibrios. Sin embargo, el modelado basado en agentes, que utiliza reglas simples, puede dar como resultado diferentes tipos de comportamiento complejo e interesante. Las tres ideas centrales de los modelos basados ​​en agentes son los agentes como objetos, la emergencia y la complejidad .

Los modelos basados ​​en agentes consisten en agentes basados ​​en reglas que interactúan dinámicamente. Los sistemas dentro de los cuales interactúan pueden crear una complejidad similar a la del mundo real. Normalmente, los agentes están situados en el espacio y el tiempo y residen en redes o en vecindarios similares a celosías. La ubicación de los agentes y su comportamiento de respuesta están codificados en forma algorítmica en programas informáticos. En algunos casos, aunque no siempre, los agentes pueden considerarse inteligentes y con un propósito. En el ABM ecológico (a menudo denominados "modelos basados ​​en individuos" en ecología), los agentes pueden, por ejemplo, ser árboles en un bosque y no se considerarían inteligentes, aunque pueden ser "con un propósito" en el sentido de optimizar el acceso a un recurso (como el agua). El proceso de modelado se describe mejor como inductivo . El modelador hace las suposiciones que considera más relevantes para la situación en cuestión y luego observa los fenómenos que surgen de las interacciones de los agentes. A veces, ese resultado es un equilibrio. A veces es un patrón emergente. A veces, sin embargo, es un desbarajuste ininteligible.

En cierto sentido, los modelos basados ​​en agentes complementan los métodos analíticos tradicionales. Mientras que los métodos analíticos permiten a los seres humanos caracterizar los equilibrios de un sistema, los modelos basados ​​en agentes permiten la posibilidad de generar esos equilibrios. Esta contribución generativa puede ser el más común de los beneficios potenciales de los modelos basados ​​en agentes. Los modelos basados ​​en agentes pueden explicar la aparición de patrones de orden superior (estructuras de redes de organizaciones terroristas e Internet, distribuciones de ley de potencia en los tamaños de los atascos de tráfico, las guerras y los desplomes bursátiles, y la segregación social que persiste a pesar de que existen poblaciones de personas tolerantes). Los modelos basados ​​en agentes también pueden utilizarse para identificar puntos de influencia, definidos como momentos en el tiempo en los que las intervenciones tienen consecuencias extremas, y para distinguir entre tipos de dependencia de la trayectoria.

En lugar de centrarse en los estados estables, muchos modelos consideran la robustez de un sistema, es decir, las formas en que los sistemas complejos se adaptan a las presiones internas y externas para mantener sus funcionalidades. La tarea de aprovechar esa complejidad requiere considerar a los propios agentes: su diversidad, conectividad y nivel de interacciones.

Estructura

Trabajos recientes sobre modelado y simulación de sistemas complejos adaptativos han demostrado la necesidad de combinar modelos basados ​​en agentes y en redes complejas. [20] [21] [22] describen un marco que consta de cuatro niveles de desarrollo de modelos de sistemas complejos adaptativos descritos utilizando varios estudios de casos multidisciplinarios de ejemplo:

  1. Nivel de modelado de redes complejas para desarrollar modelos utilizando datos de interacción de varios componentes del sistema.
  2. Nivel de modelado basado en agentes exploratorios para desarrollar modelos basados ​​en agentes con el fin de evaluar la viabilidad de futuras investigaciones. Esto puede ser útil, por ejemplo, para desarrollar modelos de prueba de concepto, como por ejemplo para solicitudes de financiación, sin que los investigadores tengan que pasar por una curva de aprendizaje extensa.
  3. Modelado descriptivo basado en agentes (DREAM) para desarrollar descripciones de modelos basados ​​en agentes mediante el uso de plantillas y modelos complejos basados ​​en redes. La creación de modelos DREAM permite la comparación de modelos entre disciplinas científicas.
  4. Modelado validado basado en agentes utilizando el sistema Virtual Overlay Multiagent (VOMAS) para el desarrollo de modelos verificados y validados de manera formal.

Otros métodos para describir modelos basados ​​en agentes incluyen plantillas de código [23] y métodos basados ​​en texto como el protocolo ODD (Descripción general, Conceptos de diseño y Detalles de diseño). [24]

El papel del entorno en el que viven los agentes, tanto macro como micro, [25] también se está convirtiendo en un factor importante en el trabajo de modelado y simulación basado en agentes. Un entorno simple genera agentes simples, pero los entornos complejos generan diversidad de comportamiento. [26]

Modelado multiescala

Una de las ventajas de los modelos basados ​​en agentes es su capacidad para mediar el flujo de información entre escalas. Cuando se necesitan detalles adicionales sobre un agente, un investigador puede integrarlos con modelos que describan los detalles adicionales. Cuando uno está interesado en los comportamientos emergentes demostrados por la población de agentes, puede combinar el modelo basado en agentes con un modelo continuo que describa la dinámica de la población. Por ejemplo, en un estudio sobre células T CD4+ (un tipo de célula clave en el sistema inmunológico adaptativo), [27] los investigadores modelaron fenómenos biológicos que ocurren en diferentes escalas espaciales (intracelular, celular y sistémica), temporales y organizacionales (transducción de señales, regulación genética, metabolismo, comportamientos celulares y transporte de citocinas). En el modelo modular resultante, la transducción de señales y la regulación genética se describen mediante un modelo lógico, el metabolismo mediante modelos basados ​​en restricciones, la dinámica de la población celular se describe mediante un modelo basado en agentes y las concentraciones sistémicas de citocinas mediante ecuaciones diferenciales ordinarias. En este modelo multiescala, el modelo basado en agentes ocupa el lugar central y orquesta cada flujo de información entre escalas.

Aplicaciones

En biología

El modelado basado en agentes se ha utilizado ampliamente en biología, incluido el análisis de la propagación de epidemias , [28] y la amenaza de guerra biológica , aplicaciones biológicas que incluyen dinámica de poblaciones , [29] expresión genética estocástica, [30] interacciones planta-animal, [31] ecología de la vegetación, [32] ecología migratoria, [33] diversidad del paisaje, [34] sociobiología , [35] el crecimiento y declive de civilizaciones antiguas, la evolución del comportamiento etnocéntrico, [36] desplazamiento/migración forzada, [37] dinámica de elección del idioma, [38] modelado cognitivo y aplicaciones biomédicas que incluyen modelado de formación/morfogénesis de tejido mamario en 3D, [39] los efectos de la radiación ionizante en la dinámica de subpoblaciones de células madre mamarias, [40] inflamación, [41] [42] y el sistema inmunológico humano , [43] y la evolución de los comportamientos de búsqueda de alimento. [44] Los modelos basados ​​en agentes también se han utilizado para desarrollar sistemas de apoyo a la toma de decisiones, como en el caso del cáncer de mama. [45] Los modelos basados ​​en agentes se utilizan cada vez más para modelar sistemas farmacológicos en la investigación preclínica y en etapas tempranas para ayudar en el desarrollo de fármacos y obtener conocimientos sobre sistemas biológicos que no serían posibles a priori . [46] También se han evaluado aplicaciones militares. [47] Además, los modelos basados ​​en agentes se han empleado recientemente para estudiar sistemas biológicos a nivel molecular. [48] [49] [50] También se han escrito modelos basados ​​en agentes para describir procesos ecológicos que funcionan en sistemas antiguos, como los de los entornos de los dinosaurios y también en sistemas antiguos más recientes. [51] [52] [53]

En epidemiología

Los modelos basados ​​en agentes ahora complementan a los modelos compartimentados tradicionales , el tipo habitual de modelos epidemiológicos. Se ha demostrado que los ABM son superiores a los modelos compartimentados en lo que respecta a la precisión de las predicciones. [54] [55] Recientemente, se han utilizado ABM como CovidSim del epidemiólogo Neil Ferguson para informar intervenciones de salud pública (no farmacéuticas) contra la propagación del SARS-CoV-2 . [56] Los ABM epidemiológicos han sido criticados por simplificar y hacer suposiciones poco realistas. [57] [58] Aun así, pueden ser útiles para informar decisiones sobre medidas de mitigación y supresión en casos en que los ABM estén calibrados con precisión. [59] Los ABM para tales simulaciones se basan principalmente en poblaciones sintéticas , ya que los datos de la población real no siempre están disponibles. [60]

En los negocios, la tecnología y la teoría de redes

Los modelos basados ​​en agentes se han utilizado desde mediados de la década de 1990 para resolver una variedad de problemas comerciales y tecnológicos. Entre los ejemplos de aplicaciones se incluyen el marketing , [65] el comportamiento y la cognición organizacional , [66] el trabajo en equipo , [67] [68] la optimización de la cadena de suministro y la logística, el modelado del comportamiento del consumidor , incluido el boca a boca , los efectos de las redes sociales , la computación distribuida , la gestión de la fuerza laboral y la gestión de carteras . También se han utilizado para analizar la congestión del tráfico . [69]

Recientemente, el modelado y la simulación basados ​​en agentes se han aplicado a varios dominios, como el estudio del impacto de los lugares de publicación por parte de investigadores en el dominio de la informática (revistas frente a conferencias). [70] Además, los ABM se han utilizado para simular la entrega de información en entornos asistidos por el ambiente. [71] Un artículo de noviembre de 2016 en arXiv analizó una simulación basada en agentes de publicaciones difundidas en Facebook . [72] En el dominio de las redes peer-to-peer, ad hoc y otras redes autoorganizadas y complejas, se ha demostrado la utilidad del modelado y la simulación basados ​​en agentes. [73] Recientemente se ha demostrado el uso de un marco de especificación formal basado en la informática junto con redes de sensores inalámbricos y una simulación basada en agentes. [74]

La búsqueda o algoritmo evolutivo basado en agentes es un nuevo tema de investigación para resolver problemas de optimización complejos. [75]

En equipo científico

En el ámbito de la ciencia de equipos, se ha utilizado el modelado basado en agentes para evaluar los efectos de las características y los sesgos de los miembros del equipo en el desempeño del equipo en diversos entornos. [76] Al simular interacciones entre agentes (cada uno de los cuales representa a miembros individuales del equipo con rasgos y sesgos distintos), este enfoque de modelado permite a los investigadores explorar cómo estos factores influyen colectivamente en la dinámica y los resultados del desempeño del equipo. En consecuencia, el modelado basado en agentes proporciona una comprensión matizada de la ciencia de equipos, lo que facilita una exploración más profunda de las sutilezas y variabilidades inherentes a las colaboraciones basadas en equipos.

En economía y ciencias sociales

Antes y después de la crisis financiera de 2008 , ha crecido el interés en los ABM como posibles herramientas para el análisis económico. [77] [78] Los ABM no presuponen que la economía puede alcanzar el equilibrio y los " agentes representativos " son reemplazados por agentes con un comportamiento diverso, dinámico e interdependiente, incluido el comportamiento gregario . Los ABM adoptan un enfoque "de abajo hacia arriba" y pueden generar economías simuladas extremadamente complejas y volátiles. Los ABM pueden representar sistemas inestables con crisis y auges que se desarrollan a partir de respuestas no lineales (desproporcionadas) a cambios proporcionalmente pequeños. [79] Un artículo de julio de 2010 en The Economist analizó los ABM como alternativas a los modelos DSGE . [79] La revista Nature también promovió el modelado basado en agentes con un editorial que sugería que los ABM pueden hacer un mejor trabajo de representación de los mercados financieros y otras complejidades económicas que los modelos estándar [80] junto con un ensayo de J. Doyne Farmer y Duncan Foley que argumentaba que los ABM podrían satisfacer tanto los deseos de Keynes de representar una economía compleja como los de Robert Lucas de construir modelos basados ​​en microfundamentos. [81] Farmer y Foley señalaron el progreso que se ha logrado utilizando los ABM para modelar partes de una economía, pero abogaron por la creación de un modelo muy grande que incorpore modelos de bajo nivel. [82] Al modelar un sistema complejo de analistas basado en tres perfiles de comportamiento distintos (imitación, antiimitación e indiferencia) , se simularon los mercados financieros con alta precisión. Los resultados mostraron una correlación entre la morfología de la red y el índice del mercado de valores. [83] Sin embargo, el enfoque ABM ha sido criticado por su falta de solidez entre modelos, donde modelos similares pueden producir resultados muy diferentes. [84] [85]

Los ABM se han utilizado en arquitectura y planificación urbana para evaluar el diseño y simular el flujo peatonal en el entorno urbano [86] y para examinar las aplicaciones de políticas públicas al uso del suelo. [87] También existe un campo creciente de análisis socioeconómico del impacto de la inversión en infraestructura que utiliza la capacidad de los ABM para discernir los impactos sistémicos sobre una red socioeconómica. [ 88] La heterogeneidad y la dinámica se pueden incorporar fácilmente en los modelos ABM para abordar la desigualdad de la riqueza y la movilidad social. [89]

Los ABM también se han propuesto como herramientas educativas aplicadas para diplomáticos en el campo de las relaciones internacionales [90] y para que los responsables de políticas nacionales e internacionales mejoren su evaluación de las políticas públicas . [91]

El ABM también se está volviendo cada vez más popular en el campo del análisis de sistemas de energía , particularmente en el contexto del modelado del mercado de electricidad . Ejemplos notables de tales modelos incluyen AMIRIS , [92] ASSUME, [93] EMLab , [94] y PowerACE, [95] que facilitan el análisis de los mercados de electricidad en el contexto de la transición en curso hacia las energías renovables .

En la gestión del agua

Los ABM también se han aplicado en la planificación y gestión de recursos hídricos, en particular para explorar, simular y predecir el desempeño del diseño de infraestructura y las decisiones políticas, [96] y para evaluar el valor de la cooperación y el intercambio de información en grandes sistemas de recursos hídricos. [97]

ABM organizacional: simulación dirigida por agentes

La metáfora de simulación dirigida por agentes (ADS) distingue entre dos categorías, a saber, "Sistemas para agentes" y "Agentes para sistemas". [98] Los sistemas para agentes (a veces denominados sistemas de agentes) son sistemas que implementan agentes para su uso en ingeniería, dinámica humana y social , aplicaciones militares y otras. Los agentes para sistemas se dividen en dos subcategorías. Los sistemas soportados por agentes se ocupan del uso de agentes como una instalación de soporte para permitir la asistencia informática en la resolución de problemas o la mejora de las capacidades cognitivas. Los sistemas basados ​​en agentes se centran en el uso de agentes para la generación de comportamiento modelo en una evaluación del sistema (estudios y análisis del sistema).

Coches autónomos

Hallerbach et al. analizaron la aplicación de enfoques basados ​​en agentes para el desarrollo y validación de sistemas de conducción automatizada a través de un gemelo digital del vehículo bajo prueba y una simulación de tráfico microscópica basada en agentes independientes. [99] Waymo ha creado un entorno de simulación multiagente Carcraft para probar algoritmos para coches autónomos . [100] [101] Simula interacciones de tráfico entre conductores humanos, peatones y vehículos automatizados. El comportamiento de las personas es imitado por agentes artificiales basados ​​en datos del comportamiento humano real. La idea básica de utilizar el modelado basado en agentes para comprender los coches autónomos se discutió ya en 2003. [102]

Implementación

Muchos marcos ABM están diseñados para arquitecturas de computadoras seriales de von-Neumann , lo que limita la velocidad y la escalabilidad de los modelos implementados. Dado que el comportamiento emergente en ABM a gran escala depende del tamaño de la población, [103] las restricciones de escalabilidad pueden dificultar la validación del modelo. [104] Estas limitaciones se han abordado principalmente mediante computación distribuida , con marcos como Repast HPC [105] específicamente dedicados a este tipo de implementaciones. Si bien estos enfoques se adaptan bien a las arquitecturas de clúster y supercomputadoras , los problemas relacionados con la comunicación y la sincronización, [106] [107] así como la complejidad de la implementación, [108] siguen siendo obstáculos potenciales para su adopción generalizada.

Un desarrollo reciente es el uso de algoritmos de datos paralelos en unidades de procesamiento gráfico ( GPU) para simulación ABM. [103] [109] [110] El ancho de banda de memoria extremo combinado con la gran potencia de procesamiento numérico de las GPU multiprocesador ha permitido la simulación de millones de agentes a decenas de cuadros por segundo.

Integración con otras formas de modelado

Dado que el modelado basado en agentes es más un marco de modelado que un software o una plataforma en particular, a menudo se ha utilizado junto con otras formas de modelado. Por ejemplo, los modelos basados ​​en agentes también se han combinado con sistemas de información geográfica (SIG). Esto proporciona una combinación útil donde el ABM sirve como modelo de proceso y el sistema SIG puede proporcionar un modelo de patrón. [111] De manera similar, las herramientas de análisis de redes sociales (SNA) y los modelos basados ​​en agentes a veces se integran, donde el ABM se utiliza para simular la dinámica en la red mientras que la herramienta SNA modela y analiza la red de interacciones. [112] Herramientas como GAMA proporcionan una forma natural de integrar la dinámica del sistema y el SIG con el ABM.

Verificación y validación

La verificación y validación (V&V) de los modelos de simulación es extremadamente importante. [113] La verificación implica asegurarse de que el modelo implementado coincida con el modelo conceptual, mientras que la validación asegura que el modelo implementado tenga alguna relación con el mundo real. La validación de apariencias, el análisis de sensibilidad, la calibración y la validación estadística son diferentes aspectos de la validación. [114] Se ha propuesto un enfoque de marco de simulación de eventos discretos para la validación de sistemas basados ​​en agentes. [115] Se puede encontrar un recurso completo sobre la validación empírica de modelos basados ​​en agentes aquí. [116]

Como ejemplo de la técnica V&V, considere VOMAS (sistema multiagente de superposición virtual), [117] un enfoque basado en ingeniería de software, donde se desarrolla un sistema multiagente de superposición virtual junto con el modelo basado en agente. Muazi et al. también proporcionan un ejemplo del uso de VOMAS para la verificación y validación de un modelo de simulación de incendios forestales. [118] [119] Otro método de ingeniería de software, es decir, el desarrollo impulsado por pruebas, se ha adaptado para la validación de modelos basados ​​en agentes. [120] Este enfoque tiene otra ventaja que permite una validación automática utilizando herramientas de prueba unitaria.

Véase también

Referencias

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