摘 要

人工社会理论的发展促进了对现实社会地演化模拟，在经济方面具有广泛地应用。然而，目前国内外面向经济交易的研究集中于构建纯经济系统，忽略了经济事件对社会发展的影响。

基于以上研究不足，本文利用Netlogo软件进行建模，首先构建了经典Sugarscape糖域模型，演化经济社会中的财富竞争现象；其次，基于基尼指数分析，构建了优化后Sugarscape模型，研究了经济社会中的贫富分化问题，验证了马太效应；再次，构建了财富分配模型，将个体按照财富分为不同阶层，研究不同阶层的财富发展状况，验证了二八原则和帕累托定律；最后，为研究上述模型所反映问题带来的社会影响，在享乐主义效用函数的基础上构建了基于财富差距的人口分布模型，演化了穷人及富人居住地失衡的现象。同时，为解决以上问题，对财富分配模型进行了参数优化，利用R语言绘制基尼系数波动图，找到了影响财富分配的关键因素，为现实社会经济发展提出了合理可行的建议。

本论文的研究有助于解决经济发展带来的贫富分化，居住地失衡等社会问题，并对人工社会建模系统进行了有益地思考，完善了目前较为单一的经济研究。

关键词：Sugarscape糖域模型；经济交易；财富分配；贫富分化；人口分布

Abstract

The development of artificial social theory promotes the evolution of real society, and has a wide range of applications in the economic field. However, current research on economic transactions at home and abroad focuses on building a pure economic system, ignoring the impact of economic events on social development.

Based on the above research deficiencies, this paper uses Netlogo software to model, firstly constructs the classic Sugarscape sugar domain model, evolves the phenomenon of wealth competition in the economic society; secondly, the optimized Sugarscape model was constructed to study the problem of the rich and the poor in the economic society, and the Matthew effect was verified. Thirdly, the wealth distribution model was constructed, and the individual was divided into different classes according to wealth, and the wealth development of different classes was studied. The 28th principle and Pareto's law are verified. Finally, in order to study the social impact of the problems reflected by the above model, a population distribution model based on wealth gap is constructed, on the basis of the hedonic utility function, which has transformed the imbalance between the poor and the rich. At the same time, in order to solve the above problems, the parameters of wealth allocation model are optimized, and draw the parameter fluctuation graphs with R language, the key factors affecting wealth distribution are found, which provides reasonable and feasible suggestions for real social and economic development.

The research of this thesis helps to solve the social problems caused by the economic development, such as the polarization between the rich and the poor, the imbalance of residence, and the useful thinking of the artificial social modeling system, and perfect the current single economic research.

Key Words：Sugarscape model；economic transaction；wealth distribution；rich and poor differentiation；population distribution

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 研究意义 1

1.3 研究目的 2

第2章 基于Sugarscape模型的经济模型建模 4

2.1 Sugarscape模型建模 4

2.1.1 设置变量及初始化 4

2.1.2 设定规则 5

2.1.3 模型演化及分析 5

2.2优化后Sugarscape模型建模 8

2.2.1设置变量及初始化 8

2.2.2设定规则 9

2.2.3模型演化及分析 10

2.3财富分配模型建模 13

2.3.1设置变量及初始化 13

2.3.2设定规则 14

2.3.3模型演化及分析 15

2.4基于财富差距的人口分布模型建模 18

2.4.1设置变量及初始化 18

2.4.2设定规则 19

2.4.3模型演化及分析 21

2.5模型总结 24

第3章 基于财富分配模型的参数优化 26

3.1参数优化 26

3.1.1人口总量参数优化 26

3.1.2土地资源比例参数优化 27

3.1.3个体最大视野参数优化 29

3.2优化后模型总结 30

第4章 总结与展望 31

4.1论文总结 31

4.2研究展望 32

参考文献 33

致 谢 34

附录A 35

附A1 Sugarscape模型代码 35

附A2 优化后Sugarscape模型代码 37

附A3 财富分配模型代码 41

附A4 基于财富差距的人口分布模型代码 46

第1章 绪论

本章首先介绍经济领域内人工社会建模系统的国内外研究现状，然后阐述论文选题的意义、选题的目的，最后解释说明了论文的基本内容和技术方案。

1.1 国内外研究现状

随着复杂性科学方法和社会科学的应用结合，人工社会应运而生，受到广泛关注。其基本思路是:人类的现实社会是由大量个体组成的系统，复杂并由多种因素影响，因此可通过计算机来模拟人类社会，系统模型中涌现的规律可解释社会宏观现象。

基于人工社会的建模系统广泛应用于经济，社会，交通，文化等各个方面。在经济社会系统方面，Epstein和Axtell两人构建了Sugarscape，即糖域。糖模拟现实社会中的资源财富，众多的Agent在计算机虚拟的二维世界里按照不同的规则不断移动来获得糖和失去糖，由此可以模拟人类真实社会中的贸易往来，贫富分化等众多社会问题。

人工社会建模系统广泛地应用于经济事件的研究，例如美国Sandia实验室开发出ASPEN模型，构建了包括居民，政府，企业等在内的多Agent经济系统^[2]。王飞跃通过整合人工社会,计算实验和平行系统等方法,构建了复杂社会经济问题的计算研究理论和方法体系^[3]。以ASPEN模型为基础，傅星和林寅针对我国经济热点问题进行了基于多主体经济仿真研究，并进行了有效分析^[4]。施永仁论述了复杂适应系统与基于 Agent 的建模方法在社会经济系统中的实践，为更深层次的工作起到铺垫作用^[9]。栗丽兵，万芷君等基于 Sugarscape 模型的建模原理从社会属性的角度出发，利用 NetLogo 仿真软件对社会财富流动进行了仿真，通过观察实验数据分析了社会属性对财富分布的影响^[14]。李张强，毕贵红等人在Sugarscape人工社会模型的基础上提出了一个复杂Agent网络人工社会模型,基于社会圈子理论赋予Agent社会半径，并利用社会半径在Sugarscape中构建社会圈子网络^[17]。

综上所述,这些研究大多数从纯经济角度构建模型并进行分析应用，但忽略了经济交易与社会发展之间的关系。因此，本论文提出在Sugarscape模型的基础上，赋予Agent一定的规则，通过移动获取糖源来模拟现实社会中的活动，再现贫富分化，财富分配不均，人口居住地失衡等经济社会问题，研究经济社会中“二八定律”，“帕累托定律”，“马太效应”等典型经济理论，尝试丰富以上的研究内容。

1.2 研究意义

经济发展是国家进步的强大动力和不竭之源，党的十八大以来，国家高度重视经济发展，充分调动各方面力量，并提出我国要由经济高速度增长转型为经济高质量发展。随着科学技术地发展，科技已经成为促进经济发展，经济转型的强大助推力。现实经济社会无法进行实验，应充分发挥科技的力量，模拟现实经济社会，重现现实经济社会运行情况，为促进经济高质量发展增添动力。因此运用人工社会建模方法构建面向经济交易事件的系统具有积极的现实意义。

基于人工社会方法的经济系统能够充分反映现实社会经济发展规律，预测发展趋势，可通过多种参数模拟理想化的经济交易环境。从经典的糖域模型入手可以将复杂的经济社会发展简单化，反映其本质的发展规律，凸显社会经济问题。同时，虚拟系统增强了容错性，可进行多方面的探索与研究，从而为优化与改善模型提供了支持，对调整社会关系，减轻贫富分化现象，缓解人口居住地失衡和促进经济发展有良好的指导作用。

1.3 研究目的

随着国家经济水平的不断提高，经济社会中的问题也逐渐凸显，例如社会贫富分化，少数人掌握着大多数的财富，富人越来越富而穷人越来越穷，穷人住所趋向于边缘化而工作单位和富人住所趋向于城市中心化，等问题已成为制约社会发展，影响民生改善的重要因素。因此探究典型经济交易事件，分析经济学中典型定律理论，优化经济交易方案对促进经济高质量发展，构建和谐社会，实现民族复兴有着重要作用。

本文从Sugarscape模型入手，该模型是人工社会建模系统中的经典模型，其以简单的模拟演化反映了众多经济社会现象及问题，对于研究经济交易事件，掌握人工社会理念，方法等具有指导性意义，能有效增进对人工社会建模的思考与应用。

本系统设计旨在基于Sugarscape模型，通过赋予Agent不同规则，构建并演化四种模型，进一步探索贫富分化，财富分配不均，人口居住地失衡等问题，研究经济社会中“二八定律”，“帕累托定律”，“马太效应”等典型经济理论，并对以上问题提供解释和优化解决方案。

1.4 研究基本内容

为探究人工社会系统中的经济交易事件，本文的研究内容主要有以下五个方面：一是通过经典Sugarscape模型的构建与模拟探究简单经济财富分配状况，二是通过改进规则后的Sugarscpe模型的构建与模拟探究经济交易中的“马太效应”，三是通过财富分配模型的构建与模拟探究经济交易中的帕累托定律，四是研究贫富分化，财富分配不均带来的人口分布失衡问题，五是调整财富分配模型中的参数进行经济交易解释和优化。

面向经济交易事件的人工社会建模系统将采用NetLogo仿真编程建模环境，运用NetLogo编程语言，并基于Agent主体进行系统建模，按照建立Agent并初始化，赋予Agent初值，赋予Agent规则，自主移动生成人工社会系统流程进行建模，实现“二八定律”，“帕累托定律”，“马太效应”等经济理论地解释和优化。

本文研究内容框架如图1.1所示，本文共分为四章：

第一章为绪论，介绍本文的国内外研究现状，研究意义，研究目的，提出本文的研究内容和技术方案。

第二章介绍四种模型的构建过程及演化结果，对每种模型的演化结果进行分析解释，并解释其反映的经典经济定律。

第三章聚焦于财富分配模型，通过调整参数观察各参数对财富分配的影响，并进行相应的分析解释，从而为减轻社会贫富分化等现象提供指导。

第四章对本文的研究内容进行总结，并分析研究中存在的不足。

图1.1 研究内容框架

第2章 基于Sugarscape模型的经济模型建模

2.1 Sugarscape模型建模

该人工社会模型由Epstein和Axtell提出并建立，旨在运用计算机模拟人类社会来研究经济，社会发展等多方面规律。该模型通过自下而上的建模方法，构建起基于Agent的人工社会系统。通过赋予Agent一系列不同的规则，该模型可以模拟社会经济事件，并重现经济学中一些典型定律。

该模型中每一个方格都含有一些糖源，最大糖源数是设定好的。在每一个时间刻度内，每一个方格重新增加一定量的糖源，直至达到最大糖源数。方格所含糖源数量的多少可通过颜色区分，糖源多的方格颜色越深。

在初始状态下，糖源集中于两个区域，Agents随机分布在方格内，每一个个体都有特定的水平和垂直视野，在每一个时间刻度内，每一个个体都会移动到自己视野范围内糖源数最多且未被占领的方格上。每个个体具有一定的代谢率，若糖源被消耗完，则该个体死亡。

2.1.1 设置变量及初始化

该模型中主体包括Agent，方格环境。首先设置Agent，即个体的变量，个体变量表如表2.1所示：

表2.1 个体变量

方格变量表如表2.2所示，由于引入糖地图文件，变量初始值由该文件决定。

表2.2 方格变量

在初始状态下，设置初始人口initial-population通过滑块来调节，如图2.1所示：

图2.1 初始人口变量

2.1.2 设定规则

该模型中规则包括Agent移动规则，Agent获取糖源规则，方格再生长糖源规则：

（1）Agent移动规则包括：1.Agent观察自己视野范围内糖源数最多的方格；2.若有多个含有最大糖源数的方格，则就近选择；3.Agent移动到这个方格上。

（2）Agent获取糖源规则包括：1.移动到新方格后则更新sugar值；2.收集该方格糖量并减去移动代谢消耗的糖量，即为当下时刻该Agent的糖源数sugar；3.若该个体糖源数为0，则死亡。获取糖源公式如下：

(2.1)

其中，sugar表示糖源数，metabolism表示代谢量，psugar表示方格糖源数。

（3）方格再生长糖源规则包括：1.Agent移动到该方格后，方格糖源值为0；2.每隔一个时间单位t，方格再生长一个单位糖，直至达到最大糖源数max-psugar。

2.1.3 模型演化及分析

根据设定的变量和规则进行建模，并增加人口状况图，平均视野图，平均代谢图，财富分配图以便进行结果分析。

初始状态下，Sugarscape模型如图2.2所示，Agents随机分布在方格内部，初始人口数量为500。人口状况图，平均视野图，平均代谢图，财富分配图初始状态如图2.3所示。其中，人口图表示模型内总人数随时间变化的情况，财富分配图表示糖量在个体间的分配，平均视野图表示模型内平均视野随时间变化的情况，平均代谢图表示模型内平均代谢量随时间变化的情况。

图2.2 Sugarscape模型初始状态

图2.3 Sugarscape模型图表初始状态

运行该模型后，在5360个时间刻度内，演化结果如图2.4所示，Agents大部分集中于糖源数最多的两个区域内，且个体数由初始状态的500减少至262，并维持较稳定状态。人口状况图，平均视野图，平均代谢图，财富分配图如图2.5所示。

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