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安娜·玛丽亚·拉马纳和奈杰尔·吉尔伯特(2004)

基于参与主体的社会模拟设计

人工社会与社会模拟杂志第7卷,第4期
<https://www.jasss.org/7/4/1.html>

引用发表在人工社会与社会模拟杂志,参考上述信息,必要时包括段落编号

收到日期:2003年7月13日接受日期:2004年7月21日发布日期:2004年10月31日


* 摘要

人们普遍认为,如果潜在用户和利益相关者利用参与性研究的原则密切参与模型规范、设计、测试和使用,应用社会模拟研究将更加有效。在本文中,对软件工程原理的回顾和仿真模型开发的描述被用作推荐一些有用技术的基础,这些技术可以帮助与用户一起开发基于agent的社会仿真模型。本文介绍了作者在合作参与项目中进行情景分析、设计研讨会联合分析、原型制作和用户面板的经验,并结合其他参与项目的评审,提出了如何在基于模拟的研究中使用这些技术的建议。

关键词:
参与式仿真、软件方法、开发技术

* 介绍

1.1
虽然基于代理的社会模拟作为一种理解社会过程的方法以及作为一种创建工具以协助政策制定和评估的技术在过去十年中发展迅速,但尚未正式化,系统化和交流开发有用社交模拟的方法(但请参见吉尔伯特和特洛伊茨奇1999;苏莱曼、特洛伊茨奇和吉尔伯特2000;巴雷托等人2003). 对于旨在让利益相关者参与仿真模型开发的研究,尤其如此,使用“参与式”方法,用户从最早阶段就参与模型的设计(参见Gilbert等人,2002年). 对此类模型的描述越来越多,其中一些包括对模型是如何设计和使用的思考,但大部分工作都是通过反复试验进行的,积累的经验有些零散和轶事。

1.2
本文开始通过研究复杂软件系统开发的文献来增加这种方法论经验。关于如何管理这种参与性过程,特别是关于快速迭代开发和用户研讨会等技术,从软件工程的文献中可以学到更多,这些技术值得在社会模拟社区中更广泛地了解。

1.3
借鉴了几个研究领域的方法论传统,其中一些技术已应用于当前的一个名为Simweb的欧洲项目(http://www.simdigital.com). 该项目使用基于代理的模拟来探索数字内容领域的创新电子商务模型。电子商务的发展对欧洲出版和音乐零售业的影响是为出版商和零售商开辟了新的经营方式。在线向消费者提供新闻和音乐产品已经成为可能,但必须解决有关管理新类别消费者、适当的法律和金融基础设施、知识产权和阻止欺诈的新问题。进入这个市场的公司必须创造新的商业模式,而现有的供应商往往会发现自己面对的竞争对手的活动还鲜为人知。

1.4
本文第2节回顾了参与式模拟研究的样本,以提取可作为未来参与式模拟项目起点的常见方法学教训。第3节考察了构建参与式模拟的技术与其他软件和系统之间的相似性。在第4节中,Simweb项目的初步结果用于说明这些技术,第5节提供了一些建议。

* 基于Agent的参与式社会模拟研究的经验教训

2.1
更传统的社会模拟方式(即以研究人员为中心)使利益相关者基本上处于被动地位。利益相关者是指那些与研究项目结果直接或间接相关的人(参见Hare和Pahl-Whostl 2002;埃斯特雷拉2000). 利益相关者可能是组织中的研究人员、管理人员和决策者、决策者(或其代表)等,尤其是在没有更多客户(或最终用户)参与的情况下,Gilbert等人(2002:2)辩称:“……通常情况下,决策者认为学术研究过于理论化,与他们正在努力解决的实际问题无关,或以其他方式与他们的担忧无关……”

2.2
以用户为中心的社会模拟允许利益相关者重新运行在不同场景、环境和战略条件下做出的决策(例如,请参见,Bonabeau和Meyer,2001年;Thesen和Travis 1995;Hannon和Ruth 2001). 这可以以相对经济高效的方式为决策提供支持(威肯伯格和戴维森2002). 场景的使用作为一种增强对任务的理解和利益相关者之间沟通的技术,在邻近的系统/软件工程领域也得到了越来越多的关注(例如,见,Sampaio等人,2000年;朱、金2000). 在本文中,以用户为中心的模拟和参与式模拟可以视为同义词。为了实现更多的最终用户参与,参与式模拟借鉴了两个领域的想法。首先,它借鉴了各种方法的技术,这些方法被称为互动社会科学、参与式方法、综合评估和行动研究(参见Gilbert等人,2002年). 其次,它利用游戏作为一种战略技术,从最终用户那里获得需求和知识,用户进行模型测试,甚至最终用户培训(Colella等人,1998年).

2.3
之前的一些研究,包括d'Aquino等人(2002),Gilbert等人,2002年),Barreteau等人(2001); Lynam等人(2002)Bousquet等人(2002)和Purnomo等人(2002)已对采用参与式模拟方法的项目进行了审查,以确定方法教训。还回顾了其他研究参与式相关模拟方法的文献,包括Parunak等人(1998); 泰纳(1998); 帕克和斯沃特曼(1999); 浅川和吉尔伯特(2002)和Hare等人(2001). 从这些研究中可以得出的主要结论是,参与式方法需要考虑迭代、协作和探索备选方案。表1汇总了这些研究中关于仿真开发过程关键方面的一些评论。


表1:以往关于开发参与式模拟实践的研究提供的建议

利益相关者
设计
  • 在设计过程中,可能存在许多偏差和数据问题的来源。例如,Irvine等人(1998年)列出了作者称之为“判断偏差”的29个可能来源,分为三大类:与数据相关的偏差(例如调整和锚定;可用性;保守主义;数据饱和;虚假线索等);与决策者相关的偏见(例如,对自我实现的预言、期望、事实价值混淆的渴望;习惯;事后诸葛亮、一厢情愿等);以及决策者对数据的使用(数据表示上下文、小数定律、代表性等)。
  • 在设计以互联网为媒介的模拟(如游戏)方面,例如:同步性(游戏),支持技术或培训问题,安全(版权、密码、登录名)和通信(对文化和语言差异的敏感性,敏感数据/信息的共享),对于设计师来说非常重要。就同步性而言,需要尽早做出决定,例如,不同地点和时间安排的参与者将如何相互玩耍(例如,通过互联网、视频会议或个人对个人等)(参见浅川和吉尔伯特2002).
工具
  • 高级结构化编程工具的使用有助于发布仿真结果并帮助复制。这些高级工具(有关审查,请参阅托拜厄斯和霍夫曼2004),有助于简化软件的编写,减少出错的可能性(Terna 1998年).
  • 使用Java等编程语言并在客户端机器上以小程序的形式运行生成的模拟软件可能会对这些机器提出很大的要求,并且可能会使代码的维护变得棘手。使用最新的支持Web的语言(如PHP),可以更轻松地动态生成网页,所有代码都保留在服务器上。这对于游戏模拟过程中的玩家间通信也有好处,例如,因为所有玩家的动作都存储在服务器上以供以后分析(请参阅Gilbert等人,2002年).
  • 另一个用于构建基于多代理的应用程序的工具是XML(可扩展标记语言)。XML是一种开放的标准,用于表示可由机器处理并可由人读取的信息。它支持数据表示,这种表示方式足够通用,但也足够丰富,可以对一系列概念进行建模。它还允许将信息存储在结构化文件中,并跨不同平台进行移植(请参见Erl 2004年).
评价
  • 仿真结果和现实之间可能存在显著差异。这可能是由于软件错误,也可能是由于在初始概念化和建模阶段遗漏了关键(社会)方面(请参见Purnomo等人,2002年;Edmonds and Hales 2003年).
  • 基于多智能体的仿真中可能会出现不希望出现的结果,也可能会出现期望的结果,这可能是由于系统组件之间的交互而产生的紧急行为的副作用(请参阅Bousquet等人,2002年;卡尼和梅拉特1999). 这可能会给更多以工程为导向的仿真研究人员带来问题。作为埃德蒙兹和黑尔(2003)指出:“如果我们要相信我们使用的模拟,我们必须独立地复制它们。未复制的模拟是不可信的模拟”。
  • 帕克和斯沃特曼(1999)建议强调循序渐进而非解释性方法的简化文件可以减少与培训、简报/汇报、角色扮演和成果传播等活动相关的时间和成本;而且,使用电子邮件作为交流工具和替代某些类型的详细文档是有效的。然而,这些作者还得出结论,尽管使用网络有好处,但利益相关者仍然倾向于面对面交流,尤其是出于简报和汇报的目的。

2.4
迭代研究过程的各个阶段(概念化、设计、构建和评估)在大多数已发布的仿真模型中进行。然而,该过程还有另一个不太经常执行的阶段,即复制(例如,请参阅,Gilbert和Troittsch 1999年;阿克塞尔罗德1997). 复制意味着确认任何给定模拟的声称结果都是可靠的,即任何人都可以复制这些结果。然而,涉及使用相同编程基础设施对同一模拟进行文字重建的复制有一个缺点,即原始版本中内置的未经确认的假设可以在复制中复制,因此不会进行测试。更好的技术可能包括对接,使用不同的工具甚至不同的方法构建概念上相同的仿真(Hales、Rouchier和Edmonds 2003年).

* 融合社会模拟和软件工程领域的技术

3.1
参与式仿真项目所涉及的步骤(即概念化、设计、构建和评估)与软件(或系统)工程项目的开发阶段没有什么不同。一些在仿真研究中可能有价值的软件工程技术包括:与用户的结构化研讨会;正式或非正式的涉众访谈和原型制作。

3.2
然而,尽管软件工程方法已经发展为增加利益相关者的参与,但其中一些方法可能起源于社会科学,在社会科学中,参与者在结构化的群体过程中发挥积极作用,并清楚表达他们的知识,价值观和偏好已经演变了近一个世纪(例如,van Asselt等人,2001年;埃斯特雷拉2000;Vennix 1998年;钱伯斯2002). 对模拟文献的回顾揭示了一些有用且详细的探索建议,涉及目标现实混乱或复杂情况下的利益相关者。因此,软件工程界可能会从社会科学研究领域的新发展中受益。例如,使用场景作为一种技术来增强对任务的理解和利益相关者之间的沟通,在软件工程领域正受到越来越多的关注(参见Sampaio等人,2000年;朱、金2000).

3.3
通过对软件和仿真文献的回顾,发现四种技术在帮助理解和细化用户需求以及在Simweb项目期间为仿真模型奠定基础方面具有价值。接下来将介绍这些技术,即场景分析、联合应用程序设计研讨会、原型制作和用户面板。

场景分析

3.4
情景分析是一个互动的过程,在这个过程中,团队参与识别关键问题、创建和探索情景的过程,以了解外部环境,并将洞察力融入组织的决策中。自由格式的方法可以实现思想的交流和综合,并鼓励创造性思维(van Asselt等人,2001年). '情景是相互关联的陈述,描绘了一幅广阔但相对肤浅的未来前景图(Gilbert等人,1998年). 据van Asselt等人(2001),情景分析过程的第一步是确定与组织或项目相关的关键问题或问题,以及与重点问题相关的时间框架。随后进行头脑风暴练习,以暴露与相关问题相关的想法。此外,决策者在情景创建和探索过程中的参与可能仅限于一次访谈,但也可能涉及参加一次可能持续几天的研讨会。这些场景研讨会可能涉及使用软件(例如原型)作为团队支持的工具。作为研讨会(或访谈)的后续行动,应该有一段时间进行反思,写出情景并探究其含义(van Asselt等人,2001年:15,16).

3.5
远见(Gilbert等人,1998年)是一种战略情景探索过程,在参与性项目开始时可能有用。在参与式模拟的评估阶段,也可以通过与用户进行圆桌讨论的形式使用情景分析,以帮助他们根据许多模拟运行的结果阐明合理的、创新的替代未来。

联合应用程序设计研讨会

3.6
JAD研讨会(或会议)是一种面向用户的参与式研讨会,旨在软件开发项目的初始阶段。马丁和奥德尔(1996)详细描述各种可能的研讨会类型(例如:“联合企业建模”或JEM;“联合需求规划”或JRP;等等)。研讨会的持续时间和范围因需求的复杂性、关键利益相关者的可用性等而异(Martin 1991)。作者就如何组织冲突(地点、设备、参与者选择、培训)、控制冲突(冲突管理、文档)和缓和冲突(持续时间、动态)提出了建议。

3.7
JAD对于使用原型辅助讨论更多技术问题非常有用,同时也有助于提高用户的计算机素养(马丁1991). JAD会议通常持续三到五天,具体取决于需求的复杂性和新颖性。马丁和奥德尔(1996)提供关于如何安排和开展JAD会议的指南,包括此类会议的议程和问题示例。当研讨会期间出现无法解决的问题时,他们建议将此类问题声明为“未决问题”,并且抄写员(或记录员)应记录问题编号、问题名称、指定解决问题的人员、解决日期和描述。因此,在参与式模拟的模型设计中,JAD可能是一种有用的技术。文献强调了这些会议中熟练主持人的重要性。主持人应具备出色的沟通技巧,公正、公正和中立,善于主持会议,具有谈判技巧,并具有外交手腕(Martin和Odell,1996年).

原型制作

3.8
原型技术是软件工程中一种根深蒂固的技术,尽管有各种不同的名称。例如,在极限编程方法(或XP)中,它被称为“尖峰”(参见威尔斯2001). 此外,方法论在不同程度上使用了原型。在Rational统一过程方法(或RUP)中,“可执行的架构原型”被视为构建阶段的重要输出(参见Jacobson等人,1999年). 原型可以用于软件生命周期的几个阶段,以构建所需软件产品或系统部件的快速粗略版本(如果需要)(例如,请参见,阿格雷斯蒂1986,马丁1991). 在设计期间,它可以用于开发屏幕、对话框和报告,以符合用户要求(例如,在与最终用户的研讨会期间进行讨论);在构建过程中,原型设计可以加快软件增强的迭代周期(尤其是在用户不确定自己想要什么的情况下)(Martin和Odell,1996年). 根据所选择的目的,原型可以不断演化,直到最终成为最终的软件产品,也可以以逐步的方式在每一步之后丢弃(Pressman 1994年;布鲁克斯1995>; Martin和Odell,1996年). 根据软件工程文献中的建议,建议在参与式模拟项目中从一开始就经常使用原型。

用户面板

3.9
代理淡水综合资源管理(FIRMA)项目(见http://www.cpm.mmu.ac.uk/firma)使用利益相关者代表小组来评估设计方案,这一技术也可能对许多参与式模拟项目有用。模拟软件的潜在用户聚集在一张桌子周围,并向他们演示软件。然后要求小组进行讨论,并将由此产生的互动录制下来,供以后分析。这种方法类似于使用焦点小组(运行小组的程序也类似),但不同之处在于小组对软件的响应是对他们讨论的“刺激”。当多个用户尝试过该软件时,也可以使用类似的格式进行取消列示会话——与单独的会话相比,分组取消列示可能更好。预计这种技术在参与式模拟项目的评估阶段可能有用,因为用户的评论可能比从结构化评估表中获得的评论更具启发性和帮助性。

* 欧洲数字内容市场建模

4.1
Simweb项目在开发两个参与式模拟时使用了上一节中概述的四种技术,一种是模拟在线新闻的发展,另一种是在线音乐的发展。在接下来的段落中,将介绍在仿真构建和评估的初始迭代周期中使用这些技术的一些结果。

模型概念化:情景分析


目标:
通过制定情景探讨未来可能性的研讨会
结构:半天研讨会,包括议程和会议记录
输入:关于在线新闻和音乐领域最新技术的文献综述
参与者:最终用户组织的研究人员和董事会代表(每次会议10至12人)
输出:总结报告;会议的视频和音频录制

4.2
情景研讨会有助于更好地了解影响最终用户组织运营部门的社会、技术、经济、环境和政治因素(例如,在线新闻部门的报纸、音乐零售商等)。然而,一些董事会成员此前的承诺使他们无法在研讨会的整个期间参加。虽然他们觉得这次演习很有趣,但眼前的操作问题更为重要。

模型设计:JAD研讨会


目标:软件概念化和设计研讨会,涉及开发人员和最终用户
结构:日间研讨会,包括议程、会议纪要、参与者的陈述(作为小组讨论某些主题的起点)以及团队设计/头脑风暴中视觉辅助工具的使用(例如活动挂图)
输入:先前情景分析得出的执行摘要或报告。根据文献综述、与市场参与者的面对面或电话访谈、调查数据分析等,对在线新闻和音乐市场进行简要、初步的描述。
粗略(原型)软件设计。原型被展示给JAD观众,作为来自预计笔记本电脑的演示,以获得反馈
参与者:代表行业和开发商的终端用户(7至10人)
输出:构成模型结构的主要实体(无论是有生命的还是无生命的)的初始列表(例如软件代理:关键属性和属性,它们的交互作用等)

4.3
JAD研讨会有助于具有不同技术专长的合作伙伴(例如软件开发人员和新闻媒体)之间的学习和思想交流。随着项目的发展,参与者参与了研究伙伴之间更多的面对面会议,并增加了研究团队成员之间的电话、电子邮件和网络通信。一个问题是,那些需要从很少的先前知识(例如基于代理的模拟、行业部门、IT平台和工具等)开始掌握开发的专业方面的人需要学习。

模型构造:原型制作


目标:构建所需软件/系统的快速粗略版本,涉及设计师和最终用户
结构:参与原型设计的软件开发人员的数量往往会因每个项目的规模和需求而异。例如,在Simweb的案例中,原型是由位于不同地点的小型团队(3-5名软件开发人员)构建的。
输入:来自先前活动的报告和软件版本(例如,场景分析、JAD会议、电子邮件、调查、网站文档等),但主要是初始模型结构、模拟软件需求草案和初始软件原型版本。
参与者:相关利益相关者(研究人员、最终用户)输入的仿真设计师和开发人员
输出:最新的原型软件版本。原型是功能软件,但模型不完整,功能减少。根据利益相关者的要求,它们可能会演变为最终的仿真软件产品,也可能不会。例如,软件可能由图形输入/输出界面和核心后台应用程序组成。

4.4
关于原型设计,“快速”软件发布可以为团队成员讨论需求和特性提供切实的基础。这一点,再加上小型开发团队不太正式、快速的开发环境,可以鼓励频繁的面对面交流。在Simweb中,开发人员的接近性有时导致使用更简单、低技术的设计工具(例如笔和纸、黑板等),但也使用电子邮件、即时消息和视频会议。

4.5
Simweb中的快速原型开发周期持续约12周(包括软件设计、编码和测试)。但预计随着需求变得更加明确,软件更加健壮,设计/构建周期将需要更长的时间才能完成(大约六个月)。也就是说,软件构建活动随后变得更加“自上而下”,因为之前的原型为开发人员和最终用户之间的讨论提供了更有用的工具。

4.6
在不同位置的合作伙伴之间划分原型任务导致了一些软件集成问题。初始原型的构建速度(与技术方面的学习曲线和确定软件需求的困难相结合)也导致了缺乏进行彻底软件测试的时间,以及对软件“调试”的更多需求。此外,将快速原型开发的重点放在编程活动上,使得开发人员几乎没有时间制作软件文档。例如,在Simweb的案例中,考虑到快速迭代方法,小型开发团队很难生成相关的(软件和最终用户)文档(例如详细的需求和设计规范、测试规范、教程等)。然而,一些UML(统一建模语言,Jacobson等人,1999年)原型开发人员正在使用描述来表示最近的软件迭代中的对象/代理。

评估:用户面板


目标:开发人员和用户之间的演示和讨论
结构:一整天的会议,包括议程和会议记录。考虑到时间限制以及在这些小组会议期间需要尽可能多地收集最终用户的反馈,在这些会议之前向参与者分配了角色(例如主席/计时员、主持人、会议记录员)。
输入:相关利益相关者的原型软件演示
原型开发人员通常提供的未解决问题列表(例如,基于代理的软件的行为规则;软件实现问题、数据相关问题等)
参与者:10至12人,包括所有研究合作伙伴的代表和最终用户组织的代表
输出:主要基于用户反馈的软件改进的手写(或电子)说明

4.7
在用户小组会议期间,技术合作伙伴的原型演示(以及随后的讨论)有助于参与者更好地理解仿真建模过程的结果。原型软件的实际演示(使用真实数据)可以帮助用户更有效地评估软件的可用性和功能性。在用户小组之后,合作伙伴之间可能需要额外的面对面会议,以便在进一步迭代仿真开发周期之前细化软件需求。

* 结论

5.1
本文为基于参与主体的社会模拟的发展提供了一套初步的技术和思路。它利用了软件工程领域中广泛的方法学文献,以及关于如何开发现有社会模拟模型的更为罕见的描述,从而做到了这一点。对这些技术在数字在线媒体商业战略Simweb项目中的使用进行了说明。总的来说,参与式模拟方法已被证明是Simweb的研究设计策略。特别是,它有助于详细规划和执行任务,因此它对项目管理和研究人员来说是一个有用的指南。然而,由于我们只有一个项目历史,没有对照案例研究,因此无法将项目进度与采取参与性较低的方法或未采用所用方法时可能发生的情况进行比较。我们的印象是,更容易激励所有合作伙伴参与项目,因为他们的参与显然是项目工作的核心部分。但我们无法判断,如果没有参与,开发是否会更直接或更有效。

5.2
正是由于这个原因,本文建议的方法和技术在现阶段应被视为假设:采用其中一些技术似乎可以提高社会模拟模型的质量和有效性,但社区还没有足够的经验,也没有投入足够的精力来记录和综合这些经验,以确保这些技术确实如人们所期望的那样发挥作用。在这方面,本文仅仅是一个开始,如果我们要清楚地了解如何建立基于参与性代理的模型,以便我们能够将我们的专业知识传授给后来的人,还有很多工作要做。

* 鸣谢

该研究是欧盟支持的Simweb项目的一部分,合同号为IST-2001-34651。

作者感谢文章的匿名审稿人的建议,也感谢项目的所有成员,他们不仅为使用快速原型技术提供了灵感,而且还同意成为实验动物,作为我们研究的对象,在快速发展的商业领域收集数据的试验中,我们进行了观察,随着我们的研究发生了变化,同时也生产了复杂的软件来安排时间。以下人员尤其对本研究做出了贡献:科尔内利亚·范德比克、玛丽·埃贝林、科妮莉亚·克鲁格、芭芭拉·拉凯、梅特·洛佩斯、泽维尔·诺里亚、吉尔伯特·佩弗、斯蒂芬·舒斯特、保拉·斯沃特曼和米盖尔·瓦雷拉。


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