Russia, Moscow, Computig Center of RAS, pospeli@ccas.ru;

Russia, Moscow, Computig Center of RAS, pospeli@ccas.ru;

The ECOMOD system supports the proper structure of an agent-based macroeconomic model taking into account the natural ambiguity of economic concepts. The system is based on the classification of model relationships and variables which expresses their meaning and supports a) editing relationships; b) syntax control; c) semantic control; d) control of balances of assets; e) dimensionality control (existence of consistent system of measurement units);

Россия, Москва, Вычислительный центр РАН, pospeli@ccas.ru

Россия, Москва, Вычислительный центр РАН, pospeli@ccas.ru

Система ЭКОМОД контролирует правильность построения макроэкономической модели, учитывая естественную неоднозначность экономических понятий. Система основана на разработанной классификации уравнений и переменных и позволяет редактировать уравнения, проверяя их синтаксис и семантику, а также следит за соблюдением балансов и размерности (существования системы единиц измерения).

Система ЭКОМОД поддерживает в работоспособном состоянии ранее разработанные модели экономики и помогает использовать их отдельные элементы при создании новых моделей. Потребность в этом возникла у исследовательской группы ВЦ РАН, которая вот уже более 20 лет разрабатывает методы системного анализа развивающейся экономики. В рамках этого направления созданы математические модели рыночной экономики, плановой административно регулируемой экономики, смешанной экономики, экономики переходного периода. Эти модели позволили описать качественные особенности развития экономических систем, проанализировать проблемы внешней торговли, экологии, энергетики. Как строились эти модели? Сначала определялись те процессы и явления, которые хотелось бы воспроизвести в данной модели. Затем выделялись основные экономические агенты и набор основных величин, с помощью которых можно описать взаимодействие выделенных агентов. После трудной работы по построению замкнутой системы математических соотношений проводились вычислительные эксперименты и аналитические исследования. На этом этапе подбирались значения параметров модели, иногда изменялись и соотношения. При удачном исходе работа завершалась публикацией результатов. Потом возникали новые задачи, исследовательский коллектив менялся, и через год уже никто не мог повторить расчеты. Что же оставалось? Оставался опыт моделирования (как положительный, так и отрицательный). Что терялось? Терялись конкретные алгоритмы, соотношения, данные, которые можно было бы непосредственно использовать в новых моделях. Пропадала возможность корректно сравнить старые модели с новыми. Положение стало просто нетерпимым, когда исследовательская группа стала изучать экономику переходного периода, модели которой приходится часто пересматривать вслед за изменениями экономических отношений в стране. Тогда авторы моделей инициировали работу по созданию системы ЭКОМОД как инструмента исследователя.

Упорядочивать опыт решения задач в некоторой области и облегчать его применение - основная практическая цель искусственного интеллекта. В инженерии знаний выработался следующий подход к достижению этой цели:

1. ?????????? ????? ??????? ?????????? ???????;
2. выясняются правила, которыми руководствуются эксперты при определении метода решения, пригодного в данной исходной ситуации;
3. совокупность правил записывается в виде некоторой логико-лингвистической модели предметной области и проверяется ее непротиворечивость;
4. модель оформляется в виде диалоговой системы, способной подсказать пользователю способ решения задачи.

Попытавшись применить этот подход к построению системы ЭКОМОД, мы натолкнулись на неожиданные и принципиальные трудности, которые представляется полезным обсудить, поскольку они могут возникнуть и в других предметных областях, которые имеют дело со сложными самоорганизующимися системами. Во-первых, система предназначена не для решения типовых задач, а для помощи в решении задач, с которыми эксперт еще не встречался. Это делает ЭКОМОД похожим не на прикладную экспертную систему, а на универсальный набор методов, подобный известному пакету "Mathematiсa". Во-вторых, экономика - это сложная, необратимо изменяющаяся и, в сущности, уникальная система. Чтобы понять особенность моделей экономики, посмотрим, как строятся надежные модели в других областях знания. В точных науках лучшие модели выводятся как частные случаи общей теории, а в технике - собираются, как из "кубиков", из готовых модулей в соответствии с проектом моделируемой системы. В прикладных областях с большим и надежным корпусом экспериментальных данных и экспертных оценок, таких как геология, техническая диагностика, юриспруденция, отчасти медицина, надежную модель (экспертную систему) удается построить, записав в виде априорных правил опыт экспертов. Хорошую модель экономики нельзя, как в естественных науках, вывести из общей теории, поскольку формальная общая теория отсутствует. Нельзя также сложить модель из готовых модулей, поскольку в экономике взаимодействуют не функциональные подсистемы, а лица и организации, способные вести себя по-разному в разных ситуациях. Наконец, эксперты в экономике слишком часто ошибаются и противоречат друг другу. Именно частые неудачи и явная ангажированность экспертов-экономистов породили потребность в сложных математических моделях экономики. Однако, в отличие от универсальных моделей точных наук, экономические модели имеют достаточно узкие и не вполне ясные границы применимости. При внимательном рассмотрении в них не обнаруживается ни функциональной, ни алгоритмической, ни программной модульности. Ситуация усугубляется тем, что модель приходится идентифицировать и верифицировать по данным, собранным статистическими службами, которые используют совсем другую систему понятий. Для исследования новой проблемы приходится пересматривать и структуру модели, и номенклатуру переменных. Система общеупотребительных понятий в экономике так и не достигла стандарта строгости системы понятий точных наук. Понятия экономики отнюдь не являются элементарными. Они представляют собой аспекты общих категорий и в экономических теориях часто используются метафорически. Неоднозначность в понимании экономических терминов была главной причиной того, что мы отказались класть в основу классификации моделей используемые в ней экономические понятия, такие как "продукт", "цена", "деньги", "потребитель" и т. п. Вместо этого мы сконструировали особую каноническую форму модели, которая отражает принципы построения моделей, а не способы их интерпретации.

Каноническая форма - это система классификации соотношений, образующих математическую модель, и переменных, которые входят в соотношения. Наиболее важные классификационные категории: "экономический агент", "взаимодействие", "актив", "сигнал", "план". Первые две категории являются группами соотношений, а последние три - типами переменных. Экономический агент (ЭА) - это группа соотношений (блок), описывающая некоторый процесс принятия решений в экономике. Взаимодействие (ВД) - это блок, описывающий процесс согласования планов агентов. Блок ЭА имеет довольно жесткую структуру, отвечающую стандарту описания задачи принятия решения, принятому в теории исследования операций. В блоках ВД описываются те процессы в экономике, которые мы пока не умеем представлять как решения экономических агентов, ограничиваясь словами, например, о "невидимой руке рынка". По этой причине форма и набор соотношений блоков ВД достаточно произвольны. Однако анализ построенных моделей показал, что блоки ВД компонуются из стандартных составляющих - операций, таких как "сообщение", "обмен", "передача", и могут соответствовать известным моделям (конкурентный рынок, монополистический рынок и т.п.). Важнейшими из планируемых величин являются потоки активов - труда, денег, капитала, продуктов и т. п. Запасы активов - это важнейшие показатели текущего состояния агентов. Характерной особенностью моделей системного анализа развивающейся экономики является полная система материальных и финансовых балансов. Это означает, что для каждого рассматриваемого в модели актива, например продукта, описывается весь путь его передач и преобразований от создания до потребления. Движение актива описывается специально отмеченными балансовыми уравнениями, которые имеют вполне определенный вид: "изменение запаса актива равно алгебраической сумме некоторых потоков этого актива".

Определив отношения сходства канонических форм, мы получим инструмент, который может помочь заимствовать описания из одной модели в другую. Отношения сходства удобно описывать через преобразования моделей: две модели в канонической форме находятся в некотором отношении сходства, если первую можно превратить во вторую преобразованиями определенного типа. Выделены четыре типа преобразований, определяющих транзитивное и рефлексивное отношение сходства моделей. Первые три отношения симметричны и разбивают множество моделей на непересекающиеся классы, а последнее - антисимметрично и задает на множестве моделей частичный порядок. Введено понятие вариации модели как суперпозиции локальных вариаций. Локальная вариация - это любое изменение соотношений (в том числе с введением новых переменных) в каком-либо одном блоке модели (ЭА или ВД). Если две модели являются вариациями друг друга, то описания соответствующих блоков этих моделей полностью взаимозаменяемы. Если одно из этих описаний можно использовать в новой модели, то можно использовать и любые его вариации. Система ЭКОМОД хранит эти вариации, систематизирует их и предоставляет для использования в новых моделях.

Система предназначена для поддержки всех этапов: построения и информационного наполнения модели, проведения численных экспериментов, интерпретации результатов. На этапе построения новой модели система преобразует поток математических соотношений в каноническую форму. Многооконный интерфейс, возможности редактирования, синтаксического и семантического анализа вводимых соотношений, генерации соотношений, визуализации модели – все это ускоряет и облегчает процесс разработки модели. Информационное наполнение моделей включает задание конкретного вида некоторых функций и распределения случайных факторов, задание значений констант и начальных условий для дифференциальных уравнений. ЭКОМОД автоматически генерирует запросы-таблицы с перечнем всех необходимых для расчетов данных. Вычислительные эксперименты проводятся с целью решить одну из трех взаимосвязанных задач: косвенная оценка параметров модели, исследование качественных свойств модели как динамической системы и выявление характеристик развития рассматриваемой социально-экономической системы.