淺談行為者模擬:什麼是好的決策

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淺談行為者模擬:什麼是好的決策(A Brief Talk on Agent-based Modeling: What is an Appropriate Decision)
國立臺灣大學土木工程研究生 林鈺倢

過去我們在做水資源分配相關決策時,習慣以 Top-down(由上而下)的方式來解決問題;如圖一所示,「由上而下法」 是先對問題有一個整體的概念後再去思考其他細節,簡單來說就是以總體的社會效益作為決策的依據,而決策權在於政府,由政府去配置資源,發生矛盾時也由政府來從中協調;因為過於強調總體的效益,所以會忽略小團體或是基層單位的需求,也無法展現問題的多元性;所以有另一種方式 Bottom-up(由下而上)來解決問題,和「由上而下法」恰好相反,「由下而上法」則是先思考組成問題的所有因素,並思考這些因素的目標,再來做資源上的分配,發生衝突時不再是政府來協調,而是中下層的單位來解決,如此一來可以更貼近基層單位的需求,但也可能因為過於在乎基層的目標而忽略整體的效益;因此結合兩種方法的優點,則有整合模式的產生,即是 Multi-Agent System(多元行為者系統)。

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圖一、Top-down(由上而下)以及 Bottom-up(由下而上)示意圖。(本文作者林鈺倢繪)

多元行為者系統就像一個縮小的社會形態,Agent 即是行為者也是多元行為者系統中最小的單位(如圖二),如同細胞是生物體結構最小的單位一樣,每一個行為者都有自己的運作模式還有他們自己的目標,行為者各自獨立卻也會影響彼此,同時也受環境影響(如圖三),我們會用直觀且簡單的數學公式來表示不同的行為者,舉例來說,我們可以以不同的收益以及成本代表不同的行為者,而接下來決策者會依不同的考量做出最適合整體社會效益的分配;多元行為者系統最大的特色就是可以模擬行為者的行為以及行為者之間的互動,所以常應用在資源的分配上並解決因為資源有限造成的困境或是衝突。

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圖二 、Agent(行為者)和環境的關係。(本文作者林鈺倢繪)

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圖三、Multi-Agent System(多元行為者系統)基本模型。(本文作者林鈺倢繪)

以台灣的水資源為例,我們稱每一個用水者為行為者,不論自來水公司、農田水利會、農夫、工業用者、政府或是環境都是一個個獨立的行為者,每個使用者都希望自己能獲得應有的水量,但無奈資源有限,所以在分配不足的水量時,不同使用者會有不同的行為反應並相互影響,就像是農民跟工業用者常因為水資源分配不均而起衝突,這時候的工業用者可能選擇去抽地下水、農民可能向政府抗議又或者大家都消極的接受補償;然而分配資源的決策者也是一個行為者,所以我們可以去模擬不同政策下社會的整體效益以及不同政策下每個用水者的反應。

對於政府來說,沒有最好的決策,只有最適合的資源分配,如果今天政府在乎的是環境是否可以永續,那在模擬行為者行為時,是否抽取地下水將是一大考慮因素;相反的,如果今天政府希望 GDP(國內生產總值)上升可能就會忽略環境這個因素;以往由上而下的方法讓用水者屬於一個被動的角色,接收決策者自認為最好的分配,卻無法主動地爭取該有的水資源或是期望的水量,而透過多元行為者系統模擬,除了可以了解不同行為者的用水行為外也可以讓決策者多元的思考如何分配有限資源,也能分析不同政策下會有的結果,以減少衝突的發生並讓用水者之間找到平衡。


參考文獻

  1. Berglund, E. Z. (2015). Using Agent-Based Modeling for Water Resources Planning and Management. Journal of Water Resources Planning and Management141(11), 04015025.
  2. Macal, C. M., & North, M. J. (2009). Agent-based modeling and simulation. In Winter simulation conference. pp. 86-98. Winter Simulation Conference.

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