Agent-based Models om complexiteit te begrijpen

Infrastructuren zijn complexe systemen. Dit geldt voor alle infrastructuren: wegen, energie, waterwegen, rioleringen, glasvezel, kabeltelefonie, noem maar op. Er is meestal geen centrale coördinator en hun vorm en gedrag komen voort uit de interactie van vele sociale (f)actoren en hun fysieke eigenschappen. Infrastructuren kennen daarnaast ook vaak een lange historie en een complexe omgeving. Het ontwerpen, realiseren en beheren van zulke evoluerende complexe systemen is niet eenvoudig. De genoemde infrastructuren worden echter door iedereen op dagelijkse basis gebruikt, waardoor de complexiteit niet altijd zichtbaar is.

Pas geleden werd ik gewezen op Agent-based Modelling (ABM).  Een methode die zou kunnen helpen in het begrijpen van en ingrijpen in complexe (infrastructuur)systemen.

Agenten zijn autonome computerprogramma’s die de belangen van de gebruiker behartigen. Agenten hebben een bepaalde doelstelling en gedragen zich rationeel en autonoom. Een systeem is autonoom als zijn gedrag wordt bepaald door zijn eigen ervaringen; het systeem vertoont een lerend gedrag. Een veelgebruikt voorbeeld om het begrip ‘agent’ uit te leggen is software die voor de gebruiker verschillende websites af gaat om de beste prijs en voorwaarden voor een bepaald artikel te vinden, hierover onderhandelt en tot slot de transactie afsluit. De gebruiker heeft zijn doelstellingen en randvoorwaarden aan de agent gegeven en de agent gaat zelfstandig te werk. In de film “The Matrix” is zo’n agent goed weergegeven middels de figuur “Agent Smith” (foto van dit artikel).

Een Agent-based Model is een softwaremodel waarin het effect van de actie en interactie van de afzonderlijke onderdelen (de agents) op het systeem als geheel wordt bestudeerd.

 

Nadere uitleg

In de modellen worden aspecten van complexe systemen; de speltheorie, emergentie, de computationele sociologie, multi-agent systemen en evolutionair programmeren gecombineerd. Om een verdelingsfunctie te krijgen voor statistische analyse wordt vaak gebruik gemaakt van Monte-Carlosimulaties. In het model wordt verder het gelijktijdig werken van verschillende agenten gesimuleerd, met als doel het reconstrueren en voorspellen van complexe verschijnselen. Op deze manier wordt emergentie van het microniveau overgedragen op het macroniveau en wordt het gedrag van complexe systemen als geheel omschreven als het resultaat van de wisselwerking tussen de delen. Agent-gebaseerde modellen geven met simpele uitgangspunten complex gedrag weer als gevolg van wisselwerking tussen objecten, complexiteit en emergentie.

De software-agenten hebben een bepaalde mate van intelligentie en vertonen doelgericht gedrag. Daarnaast hebben ze een plaats in de tijd en ruimte en maken ze onderdeel uit van netwerken. Om het model zo goed mogelijk te simuleren wordt in computerprogramma’s zowel de locatie als het gedrag van de agenten die werden ingevoerd in de vorm van een algoritme.

Een hele cursus “Agent Based Modeling of Complex Adaptive Systems” van de TU-Delft incl. video’s en sheets staat hier.

Toepassingen

Agent-based Modelling wordt momenteel ingezet om complexe netwerken en systemen te beschrijven zoals de aandelenmarkt, macro-economie, complexe productieketens, consumentengedrag,  de verspreiding van epidemieën, oorlog en het immuunsysteem.

Conclusie

In mijn vorige artikel en ook al eerder in 2010 wees ik er juist op dat wij mensen weliswaar de neiging hebben alles te willen controleren en te coördineren, maar dat er grenzen zijn aan onze hersencapaciteit. Je kunt op allerlei vlak zien dat de werkelijkheid zo complex aan het worden is, dat we die controle en coördinatie aan het verliezen zijn. ABM lijkt op het eerste gezicht op een methode om meer grip en controle te krijgen. Maar ik zie zelf daarnaast juist een rol weggelegd voor ABM als ‘bewijsmiddel’ om mensen te tonen dat we de werkelijkheid niet meer onder volledige controle hebben; dat iedere actor allemaal slechts een radertje in een systeem is en dat hooguit door gedrag te veranderen een kleine wijziging op richting of snelheid van het systeem kunnen bewerkstelligen.

 

 

Bronnen:

Reageer hier op dit artikel!