多主体财政行为资金流动仿真平台设计

丁 雯，朱建锋

(1.河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003;2.上海交通大学安泰经济与管理学院，上海 200052)

社会经济系统是一个由许多相互关联的子系统构成的复杂巨系统。这些子系统包含大量关系复杂的变量，变量与变量之间存在着错综复杂的作用关系，难以直接用数学方法对这些复杂性行为进行描述和分析。另外，整个系统还表现出主体分散交互、无系统控制者、经济主体具有自适应能力等特点，这些特点相互交织在一起，表现出经济系统特有的复杂化[1－2]。

从20世纪80年代开始，国际科学界兴起了对复杂性的研究。复杂适应系统(complex adaptive system，CAS)是由遗传算法(genetic algorithms，GA)的创始人HOLLAND在1994年正式提出的[3]，它从进化的角度研究复杂系统，形成了一套比较完整的复杂适应系统理论体系，为人们认识和理解复杂系统提供了新思路。

随着对CAS理论的深入研究，以及IT技术的飞速发展，有的学者将CAS理论引入到对社会经济的研究中，逐渐形成了基于CAS理论的多主体经济仿真方法，即通过应用计算机技术，构造出以适应性交互主体为基础、具有进化功能的动态经济仿真模型，从而达到通过对仿真主体属性集、规则库进行设计，间接地构造整个宏观经济系统的效果[4－5]。

笔者在CAS理论的框架指导下，运用多主体经济仿真技术来研究现实社会经济问题。其意义在于:①采用的基于CAS的多主体仿真方法是一种探索，为经济学研究提供了一个全新的视角，它以多主体建模及模型实验为手段，通过对实验结果进行分析，揭示出经济系统的内在规律，这在一定程度上弥补了传统经济学研究方法的不足;②在前人理论研究的基础上，实际设计开发了一个仿真系统平台，为以后多主体经济仿真研究提供一定的参考经验与技术支持;③通过对经济政策采用仿真实验的方法进行模拟，对政策运用效果的验证具有一定的指导意义。

1 模型的实现方法

由于社会经济系统具有显著的离散性和随机性特征，可采用基于离散事件的多主体经济系统仿真方法来构建多代理人模型。其主要特点是借鉴离散事件系统仿真的事件表和事件处理机制实现代理人之间的交互。

采用基于离散事件的多主体仿真方法来实现多部门仿真的一般步骤可概括为:①建立仿真主体的面向对象模型，主要是定义各代理人的属性集与事件表。将代理人的行为作为事件，确定各代理人事件之间的相互关系，如引发或被引发关系等，进而按照事件之间的先后逻辑关系形成一张反映事件发生时间、条件、次序和相互关系的事件表。②采用离散事件仿真的仿真时钟来模拟系统运行中的时间变化，进而解决代理人之间的交互问题。③仿真模型建立之后，随着仿真时钟的推进及对事件表的处理就构成了多主体仿真模型的运行过程。

2 多主体经济系统仿真模型设计

2.1 模型中的代理人

在仿真模型中，主要构建了4类Agent，分别为政府 Agent、企业 Agent、家庭 Agent和银行 A－gent，这4类Agent通过资金流动互相连接起来，他们之间的资金流动关系如图1所示。

图1 多主体经济行为资金流动仿真体系结构

2.2 事件集设计

事件集是仿真主体进行活动的集合，它不仅定义了仿真过程中涉及到的各个仿真事件，还对事件之间可能产生的各种关系作了详细的描述，同时，对事件的触发和调用机制也进行了说明。

为了便于仿真过程的实现，在模型的实现过程中将每1天分为14个时间步骤，在每个步骤里分别实现如表1中所列举的行为。

2.3 推理机及规则库设计

推理机是指在仿真主体事件发生后，从仿真环境和Agent属性集中获取所需信息，然后到规则库中匹配相应的规则进行判断推理的组件。这里所说的推理是指从规则库中选择合适的规则，并依据该规则从已有的事实推出结论的过程。

规则库是指当Agent在执行事件集时所需要推理规则的集合。在对事件处理的过程中，需要调用仿真主体的相关规则，这主要是通过调用规则库中相关规则来实现。当仿真环境发生改变或者事件接受器探测到内部事件发生后，就会触发事件集中的某一事件，随后Agent从规则库中选取相关规则来确定执行该事件的细节活动。同时，仿真主体还可以根据仿真事件的执行结果和环境信息的变化提供反馈信息，依此改进规则库中的相关规则。

表1 仿真系统中Agent主要事件表

该仿真系统中的规则内容是依据仿真主体实际情况，结合一定的简化分析后进行设计的。以住房消费规则为例:

假设1市场上有两种类型的房子供出售:A型80万元，B型150万元。

假设2家庭购买新房，并不出售自己已有的房子(即该系统中没有二手房交易市场)。

{假设购买房产A，以家庭资产的90%购房，其余申请银行贷款，每月月供为家庭收入的50%。如果能够在30年内还清，则购买房产A，否则，暂时不买房}

//此处逻辑:先买房，再买车，然后再考虑买第2套房或第2辆车。第2套房和第2辆车哪个优先，此处无硬性规定。对于购买第2套房产，此处简化成全额用现金购买。

//如果已经拥有了2套房产，则不考虑买房

3 平台实现及仿真实验

3.1 仿真平台构建过程

该系统的目标是构建一个以政府为主的多层级(包括中央政府、省级政府和县级政府)多部门(财政部门、教育部门、人力资源和社会保障部门)多主体(政府、企业、家庭和银行)的资金流动仿真系统。

该仿真系统的具体构建过程如下:①依据现实环境中各类主体具体情况抽象出每类主体的属性集、执行事件表和行为运行规则库;②详细设计各类仿真主体之间的资金交互行为，进而形成一个完整的多主体资金流动仿真模型;③在模型设计的基础上，基于Swarm仿真平台开发仿真系统，实现不同仿真主体间的资金流动行为;④仿真开始时，根据仿真目的，通过交互窗口，对相关参数进行设置。如家庭个数、存款准备金率和银行利率等;⑤系统在运行过程中生成的数据可自动存储在数据库中，并且在仿真过程中，关键经济指标(如GDP等)可通过图表的形式实时呈现。

3.2 Swarm仿真平台

Swarm是美国桑塔费研究所(SFI)开发的一个用来帮助科学家们分析复杂适应系统的多智能体仿真工具[6－7]。Swarm的目的是通过制造一个高效率、可重复使用的软件仪器，来帮助科学家们致力于研究而非制造工具。使用Swarm平台进行仿真，可以调用由它提供的类库来构建一个模拟系统，通过离散事件之间的交互行为实现系统中主体与元素的交流。

Swarm仿真的建模思想可以概括为自底向上、伪并发、模型与观察分离[8]。Swarm仿真的基本单元由仿真Agent构成，它构成了Swarm系统中基本的对象。这里所指的Agent具有属性和行为两个特征变量，其中属性主要用来表明Agent的特征和状态，行为则用来表明Agent的行为特征。在Swarm仿真模型中除了要创建Agent外，还要为仿真模型定义时间表。时间表是一个数据结构，用来表示各类 Agent的事件发生次序，A－gent就是按照时间表中定义的顺序来执行相应的方法，这样随着事件的处理就构成了仿真模型的整个执行过程[9]。

3.3 仿真系统初始化

3.3.1 宏观环境参数设置

根据对仿真系统的设计要求，系统开始运行时需要对相关宏观变量做初始化配置。这些初始化参数侧重于对财政政策和货币政策的描述方面，如表2所示。另外，通过仿真系统的参数设置界面也可以修改相关宏观变量参数值，从而模拟不同经济政策下的宏观经济运行状况。

3.3.2 仿真主体参数设置

政府的房屋及汽车数量，根据政府层级手动设定;政府财政账户余额，根据仿真系统设定分布函数，由系统随机分配。

企业初始商品及机器数量、企业账户余额及国债数量，根据企业规模在仿真系统中直接设定。

中央银行主要负责对宏观变量的调整;在商业银行，银行贷款余额初始化为零，银行资本和国债金额，由仿真系统参数配置页面获得。

仿真系统中的家庭Agent属性通过手动来设定。该仿真系统中模拟了120个家庭主体。其中，个人主体和家庭主体的属性依据上海的相关统计数据进行设置，如该模型中个人类型的分布、就业率、工资水平和支出水平等都与上海的统计数据保持一致[10]。

3.4 仿真实验结果分析

(1)宏观经济政策对GDP的影响。该仿真实验主要是为了验证国家宏观经济政策对GDP的影响，其界面图如图2所示。

图2 宏观经济政策对GDP影响仿真实验界面图

从图2可以看出:①当实施扩张型经济政策时，经济得到了较快的发展，GDP总量获得了增长。如8月底，通过降低存款准备金率和银行贷款利率，使得经济得到了显著增长，这是由于贷款成本的降低和整个社会可用资本的增加，再加上政府采购的强劲拉动作用导致市场需求旺盛;②当实施紧缩型经济政策时，GDP总量减少。如2月底通过提高法定存款准备金率，导致GDP下降，这是由于存款准备金率的提高使可用资金大幅减少，进而家庭和企业消费量也随之减少。由此看来，经济政策的实施引起的GDP变动结果与传统的经济理论基本吻合。

(2)宏观经济政策对家庭消费影响的仿真实验界面图如图3所示。

图3 宏观经济政策对家庭消费影响仿真实验界面图

从图3可以看出，经济政策的调整直接关系到家庭消费的成本以及家庭可用资金的额度，同时也反映了经济理论中家庭消费的波动现象。

4 结论

基于离散事件的复杂经济系统仿真技术，构建了一个以政府为主的多主体财政资金流动仿真系统，通过对大量微观主体的经济行为进行模拟，来重现宏观层面的经济现象。

在仿真系统中，对4类主体进行了分析设计。首先，通过对现实各类主体的分析，抽象出每类主体的事件表、规则库和推理机制，并且对各类主体之间的资金流动行为进行了交互设计，进而形成了完整的资金流动仿真模型。然后，在模型设计的基础上，基于Swarm仿真平台开发实现了一个多主体财政经济行为仿真平台。通过该仿真平台，获得了中央、省、县三级政府3部门的资金流动仿真数据，这对相关的研究工作具有较大的参考价值，在一定程度上解决了科研工作中现实经济数据难以获得的问题。

[1] 方福康.经济和生态环境的复杂性研究[J].科学中国人，2004(10):34－36.

[2] 朱建锋，丁雯.突发公共事件应急管理信息共享研究综述[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2011，33(3):435 －439.

[3] HOLLAND J H，MILLER J H.Artificial adaptive agents in economic theory[J].The American Economic Review，1991，81(2):365 －370.

[4] 宣慧玉，高宝俊.一个基于离散事件仿真的Multi－A－gent经济仿真模型[J].信息与控制，2002(2):84 －88.

[5] 唐协平，张鹏翥.电子政务需求研究综述[J].计算机应用研究，2008，25(7):1921 －1927.

[6] DAVID A，SEHOENWARD D C.An agent－based simulation laboratory of economics and infrastructure interdependency[R].[S.l.]:[s.n.]，2004.

[7] Swarm Development Group.A tutorial introduction to swarm[ED/OL].[2011 －10 －27].http://www.swarm.org.

[8] SEHOENWAND D A，BARTON D C，EHLEN M A.An agent－based simulation laboratory of economics and infrastructure interdependency[R].Sandia:[s.n.]，2004.

[9] IMPULLITTI R M.An agent－ based model of wealth distribution[R].CEPA:[s.n.]，2000.

[10] 郭庆旺，贾俊雪，刘晓路.财政政策与宏观经济稳定:情势转变视角[J].管理世界，2007(5):49 －55.