Моделирование социально-экономического развития муниципального образования на основе мультиагентного подхода тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Моделирование социально-экономического развития муниципального образования на основе мультиагентного подхода"

Оиэ

На правах рукописи

Бегунов Николай Анатольевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИАГЕНТНОГО ПОДХОДА

Специальность 08.00.13 - Математические и инструментальные методы

экономики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

1 5 ДЕК 2011

Екатеринбург - 2011

005006107

Диссертационная работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Уральский федералып университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург.

Научный руководитель:

Научный консультант:

Оппоненты:

кандидат технических наук, доцент, Клебанов Борис Исаевич (Россия), профессор кафедры АСУ ИРИТ ФГАОУ ВПО «УрФУ и Первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург

доктор экономических наук, профессор Попов Евгений Васильевич (Россия), заслуженный деятель науки РФ, руководитель Центра экономической теории Института экономики Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург

доктор физико-математических наук, профессор Никонов Олег Игоревич (Россия), директор Департамента бизнес-информатики и математического моделирования ВШЭМ ФГДОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург

Ведущая организация:

кандидат экономических наук, доцент Назаров Дмитрий Михайлович (Россия), заведующий Кафедрой бизнес-информатики ГОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет», г. Екатеринбург

Учреждение Российской академии наук Центр альт экономико-математический институт РАН, г. Москва

Защита состоится «28» декабря 2011 г. в 15 час 00 мин. на заседай диссертационного совета Д004.022.01 при Учреждении Российской академии на Инстшуге экономики УрО РАН по адресу: 620014, г. Екатеринбург, ул. Московская, 2 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российск академии наук Институте экономики УрО РАН.

Автореферат разослан «25» ноября 2011 г. Объявление о защите диссертации автореферат диссертации «25» ноября 2011 г. направлены на размещение в се Интернет Министерством образования и науки Российской Федерации по адре referat_vak@mon.gov.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор экономических наук, профессор

В.С. Бочко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время, в свете прилагаемых усилий по модернизации российской экономики и разработке планов долгосрочного развития особую важность приобретает вопрос оценки потенциальных возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития территорий. И если анализу и прогнозированию социально-экономического развития (СЭР) при разработке федеральных и региональных программ уделяется определенное внимание, то инструменты и методология прогнозирования развития крупных муниципальных образований, процесс подготовки планов их стратегического развития в большинстве работ в этой области остается без внимания.

Муниципальное образование (МО) является сложной слабоформализованной социально-экономической системой, обладающей множеством неявных прямых и обратных связей и часто противоречащими друг другу по целям функционирования элементами. Необходимость учета при принятии решений большого количества разнообразных факторов увеличивает риск принятия неверного решения, которое может негативно сказаться на всех объектах экономики и социальной сферы города при реализации в реальной обстановке.

Эффективность развития крупных МО в значительной степени зависит как от организации сбора статистики, так и от точности решения задач прогнозирования социально-экономического развития, выбора направлений и путей их реализации.

Прогноз, анализ и принятие решений в большинстве случаев основывается на опыте других МО, мнениях экспертов, собственном опыте принятия решений и накопленной статистике, методиках, предложенных вышестоящими органами власти, и простых методах математического прогнозирования, основанных на собранной статистике за предшествующие периоды. Характерный для большинства МО неавтоматизированный процесс анализа эффективности стратегических проектов, консолидации мнений экспертов при построении стратегических планов и грубый прогноз СЭР МО, при объективно существующей сложности анализируемых объектов, а также необходимость учета местной специфики при использовании указанных методов, часто не позволяет получить действительно эффективную совокупность решений на каждом этапе развития МО.

Большинство существующих инструментов автоматизации процессов поддержки принятия решений основывается на моделях системной динамики, что не позволяет в полной мере решать задачи анализа и прогнозирования социально-экономического развития, так как такой подход не описывает в полной мере особенности функционирования отдельных объектов МО.

Учитывая, имеющиеся на сегодняшний день сложности с прогнозированием социально-эконмического развития крупных муниципальных образований, актуальными представляются попытки

создания информационных систем, обеспечивающих анализ принимаемых управленческий решений и оценку последствий их реализации, основанных на статистических закономерностях, действующих в данном МО, так и на теоретическом базисе, накопленном в этой предметной области (макро и микроэкономика, социальные исследованиях и т.д.).

Стремительное увеличение мощности вычислительной техники делает возможным и актуальным разработку методологии и средств поддержки принятия решений на основе аппарата мультиагентных моделей для решения задач стратегического управления МО. Применение мультиагентной имитационной модели муниципального образования, в качестве средства интеграции знаний, обеспечивает возможность совместного использования различных типов моделей развития сложных экономических объектов и статистических данных разного уровня детализации.

Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования определяется недостаточной разработкой проблемы и отсутствием инструментов учитывающих специфику прогнозирования социально-экономического развития муниципальных образований, в том числе, на уровне отдельных экономических объектов. Последнее играет важную роль при разработке и оценке последствий реализации проектов стратегического развития крупных муниципальных образований.

Степень разработанности проблемы исследования.

Стратегическое планирование развития муниципальных образований является важнейшим направлением современных экономических исследований. В этой области хорошо известны работы уральских ученых (А.И. Татаркин, B.C. Бочко, Е.Г. Анимица, О.И. Боткин, O.A. Козлова, A.A. Куклин, Ю.Г. Лаврикова, O.A. Романова, А.Г. Шеломенцев и др.), также российских исследователей (С.Д. Валентей, B.JI. Макаров, Б.С. Жихаревич,

A.Г. Гранберг, Г.Г. Фетисов, Б.М. Штульберг и др.).

Одно из направлений современных исследований в области математического обеспечения процесса управления муниципальными образованиями относится к разработке систем поддержки принятия решений на основе аналитических и имитационных моделей.

Это направление включает в себя методы экономико-математического моделирования (B.JI. Макаров, Н.Б. Кобелев, А.А.Петров, М.Н. Узяков, Д.Л. Андрианов, В.А. Цыбатов и др.), статистического анализа и теории вероятности, системной динамики (Дж. Форрестер), мультиагентного моделирования (В.Л. Макаров, А.Р. Бахтизин, A.B. Борщев и др.), и методы оптимизации (Л.В. Канторович, Т. Купманс, Г. Кун, А. Таккер, И.И. Еремин,

B.C. Танаев и др.).

Другое направление относится к разработке систем поддержки принятия решений на основе знаний, опыта и интуиции специалистов, когда невозможно учесть влияние многих факторов из-за значительной сложности объекта прогнозирования, либо из-за недостатка фактографической информации: метод экспертных оценок, метод декомпозиции целей, метод

«мозговой атаки», метод «Дельфи» и ряд других методов (Р. Беллман, В.Н. Бурков, Т.Л. Саати).

Третье направление относится к формированию комбинированных моделей, сформировавшиеся путем интеграции двух вышеперечисленных подходов: компьютерные деловые игры (М. М. Бирштейн, К. Гринблат, Г. Грэм, Г. Дюпюи, И.М.Сыроежин, Р.Ф.Жуков, Г.П. Щедровицкий и др.), ситуационное моделирование, технология форсайта (П. Бишоп, В.И. Самаруха) и др. Сферы применения данных моделей охватывают все области использования экспертных и формализованных моделей.

Наиболее результативным для решения постановленных задач является комбинированный подход. Он позволяет охватить новые классы систем, которые не могут быть исследованы с использованием только экспертных и формализованных методов.

Несмотря на многообразие работ по совершенствованию механизма социально-экономического прогнозирования, проблема согласования различных подходов и создания комплексной системы стратегического планирования МО практически не решалась, блок прогноза социально-экономического развития муниципальных образований отсутствует. В большинстве работ объектом исследования выступают более глобальные региональные и международные социально-экономические процессы.

Объект исследования. Процессы социально-экономического развития муниципального образования.

Предмет исследования. Отношения между экономическими агентами в процессе прогнозирования социально-экономического развития МО и поддержки принятия решений в стратегическом управлении развитием МО.

Целью диссертационного исследования является разработка мультиагентной имитационной модели развития муниципального образования и создание на ее основе системы поддержки принятия решений в области управления и стратегического планирования развития МО, с целью повышения точности прогнозов и обоснованности принятия стратегических решений при управлении МО.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих научно-исследовательских задач:

1. Анализ и совершенствование методологии построения имитационных моделей МО на основе объединения принципов системной динамики и агентного подхода для прогнозирования социально-экономического развития МО с использованием статистических данных различного уровня детализации.

2. Разработка моделей поведения агентов имитационной модели МО на основе существующих экономико-математических моделей, продукционных систем, результатов анализа статистических данных и решения оптимизационных задач.

3. Разработка методологического подхода к использованию имитационной модели МО для прогнозирования социально-

экономического развития, анализа возможностей, последствий и эффективности реализации проектов стратегического развития МО.

4. Разработка системы деловых имитационных игр с привлечением экспертов для прогнозирования социально-экономического развития . МО и выработки согласованных коллективных решений. Теоретической и методологической основой исследований являются общепризнанные положения экономико-математического моделирования, системного анализа, теории систем, теории исследования операций, теории управления, аппарата дискретной математики, аппарата продукционных систем, интеллектуального анализа данных, метода экспертных оценок, теория и методы принятия решений, теория и методы искусственного интеллекта, теория графов, теория прогнозирования.

Концептуальные аспекты диссертации были разработаны на основе взглядов и подходов Дж. Форрестера, В.А. Цыбатова, А.Р. Бахтизина, A.B. Борщева, B.JI. Макарова, Е.Г. Анимицы, А.И. Татаркина, B.C. Бочко, М.М. Бирштейна, Д.А. Поспелова.

Особую роль в выделении предметной области сыграли труды зарубежных авторов, среди которых Р.В. Конвей, А. Вебер, В. Леонтьев, А. Прицкер, A.B. Шеер, М. Исидзука, X. Уэно, М.Д. Вулдридж.

Работы по данным вопросам также ведутся в Уральском федеральном университете им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина О.И. Никоновым, Б.И. Клебановым, К.А. Аксеновым, A.B. Немтиновым, И.М. Москалевым, A.B. Крицким.

Информационную базу исследования составили статистические данные и прогнозы социально-экономического развития Федеральной службы государственной статистики, территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Свердловской области и Администрации города Екатеринбурга.

Наиболее существенные элементы научной новизны состоят в следующем:

1. Расширена методология построения мультиагентных имитационных моделей социально-экономического развития муниципального образования путем объединения моделей системной динамики и агентного подхода и включающая использование исходных статистических данных с различными уровнями детализации.

2. Разработана комплексная имитационная модель поведения социально-экономических агентов муниципального образования, объединяющая области применения известных аналитических моделей, результатов интеллектуального анализа статистической информации и методов поиска эффективных решений.

3. Предложена методика анализа возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития муниципального образования с использованием мультиагентной имитационной модели,

позволяющая проводить оценку локального, а также глобального и взаимного влияния стратегических проектов на развитие муниципального образования.

4. Расширен набор существующих средств прогнозирования и поиска эффективных управленческих решений в области социально-экономического развития муниципального образования, на основе системы совместного использования знаний мультиагентной имитационной модели и группы экспертов.

Указанные положения научной новизны соответствуют п.п. 1.2, 1.4, 2.1 и 2.3 Паспорта специальности 08.00.13 - математические и инструментальные методы экономики.

Научная значимость исследований заключается в развитии теории и методов построения систем поддержки принятия решений и компьютерного моделирования социально-экономических систем на основе мультиагентных имитационных моделей, с использованием результатов интеллектуального анализа данных.

Практическая значимость диссертационной работы заключается, прежде всего, в том, что разработанные математические модели и пакет прикладных программ имитационного моделирования на их основе для целей поддержки принятия решений позволяют:

- осуществить оценку потенциальных возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития муниципалитетов;

- проводить имитационные эксперименты с их последующим анализом;

- находить эффективные управленческие решения при составлении планов стратегического развития крупных муниципальных образований.

Апробация работы и внедрение результатов исследования.

Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах по стратегическому планированию в Администрации города Екатеринбурга, семинарах кафедры АСУ Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина, семинаре в Институте экономики УрО РАН, Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2007), третьей Всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2007)» (г. Санкт-Петербург, 2007), 2-й Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2008), 3-й Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2009), VI Всероссийской конференции «Муниципальные информационные системы: достижения, проблемы, перспективы» - Екатеринбург, 2008. (г. Екатеринбург, 2008), четверной Всероссийской научно-практической

конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2009)» (г. Санкт-Петербург, 2009), пятой Всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2011)» (г. Санкт-Петербург, 2011).

. Концепция построения системы прогнозирования социально-экономического развития муниципального образования с использованием имитационной модели МО «город Екатеринбург» и ее программная реализация внедрены в деятельность Администрации города Екатеринбурга (акт внедрения от 31.10.2011 г.), результаты исследования используются в учебном процессе Института радиотехники и информационных технологий Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина (акт внедрения от 06.06.2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 21 научной работе общим объемом 6,15 п.л. (в т.ч. авторских 3 пл.), включающих 3 статьи объемом 1,25 п.л. (в т.ч. авторских 0,7 п.л.) в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертации («Журнал экономической теории», «Вестник компьютерных и информационных технологий», «Современные исследования социальных проблем (электронный журнал)»).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем основной части работы составляет 168 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 50 рисунков и 35 таблиц. Список литературы включает 103 наименования.

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулирована цель работа, определены объект и предмет исследования, выделена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе «Методологические основы совершенствования механизмов прогнозирования и управления развитием территориальных социально-экономических систем» исследуется проблема поддержки принятия решений при стратегическом управлении городской средой и существующие методы прогнозирования. Проведен анализ существующих СППР относительно возможности их применения для прогнозирования СЭР МО, который показал, что в настоящее время в качестве программных продуктов подобного рода позиционируются узконаправленные системы регионального и международного уровня; системы, в которых не возможна персонификация тех или иных объектов МО; закрытые коммерческие системы; системы, находящиеся в стадии разработки.

Проведен анализ парадигм и инструментов имитационного моделирования, показавший преимущества использования агента о-ориентированного подхода для анализа динамики развития МО в связи с возможностью представления в нем объектов МО с любым уровнем

абстракции. Обоснован выбор инструментария для создания системы многоагентного моделирования.

Определена постановка задачи диссертационного исследования.

Во второй главе «Принципиальные основы построения мультиагентной имитационной модели социально-экономического развития муниципального образования» представлено описание математических моделей агентов мультиагентной имитационной модели МО и описание компонентов СППР в области прогнозирования и стратегического управления МО на основе мультиагентной имитационной модели. Предложена методика применения мультиагентной имитационной модели для прогнозирования развития МО.

В третьей главе «Принципы построения системы поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели муниципального образования» представлена архитектура СППР, основанной на аппарате мультиагентного имитационного моделирования. Описываются функциональные возможности разработанной системы моделирования социально-экономического развития МО. Приведены результаты экспериментов: по анализу влияния внешних факторов (изменения объемов экспорта продукции и др.), последствий реализации пакета СП развития города и параметрам распределения бюджетных средств МО «Город Екатеринбург».

В заключении обобщены основные результаты исследований и определены перспективные направления развития разработанной имитационной модели.

В приложении приведены копии документов, подтверждающих внедрение разработанной системы.

2. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Расширена методология построения мультиагентных имитационных моделей социально-экономического развития муниципального образования путем объединения моделей системной динамики и агентного подхода и включающая использование исходных статистических данных с различными уровнями детализации.

Российские исследователи накопили значительный опыт экономико-математического моделирования, например, разработаны модели экономки некоторых регионов. В частности, в Иркутской, Самарской и Пермской областях, Минэкономразвития РФ для прогнозирования развития страны и регионов используется комплекс «Прогноз», созданный компанией «Стерлинг Групп Прогноз» (г. Пермь) (Д.Л.Андрианов), заслуживает внимания система регионального прогнозирования развития Самарской области "АИС-Регион" (В.А.Цыбатов, Г.Р. Хасаев), "Стандарты СПб",

установленные в Санкт-Петербургском информационно-аналитическом центре (СПб ИАЦ) при Правительстве Санкт-Петербурга.

Однако, существующие системы направлены на использование статистических данных и прогнозирование укрупненных показателей регионального и федерального уровня.

На сегодняшний день полноценный блок прогноза социально-экономического развития крупных муниципальных образований региона фактически отсутствует. В диссертационной работе анализируется возможность интеграции различных подходов при создании комплексной имитационной модели для прогнозирования социально-экономического развития МО.

При моделировании МО вычисления, соответствующие эволюции, неприводимы к конечному аналитическому виду. Общих математических формул, описывающих поведение столь сложных эволюционных систем в целом, не найдено. Поведение таких систем может быть эффективно спрогнозировано только путем имитации процесса эволюции (рис. 1).

Генерация агентов

Статистика по предприятиям

Статистика по внешней среде

Сценарии изменения параметров внешней среды_

Экспертные данные

Прогноз развития социальной сферы

Прогноз развития промышленности

Рис. 1. Предлагаемая методика прогнозирования

Учитывая необходимость работать в процессе прогнозирования с конкретными объектами (например, предприятиями или стратегическими проектами развития МО) в данной работе предложено совместное использование:

1. Агентных моделей населения и объектов городской инфраструктуры.

2. Аналитических зависимостей, отражающих зависимости на уровне групп населения и отраслей промышленности.

В основу описания поведения агентов положена модель жизненного цикла. Каждый интеллектуальный агент в MAC развивается в соответствие с собственной моделью поведения, которая может изменяться в рамках его индивидуального жизненного цикла.

Структура модели агента может быть представлена:

AM =< {P},{Res},{InRes),{OutRes},{AModels},Beh >, (1)

где {P} - параметры состояния агента; {fo.v} - внутренние ресурсы агента;

и

{Ше$} - входные ресурсы агента;

{ОтЛез} - выходные ресурсы агента;

{АМо<кЬ} - множество моделей функционирования агента;

ВеИ - жизненный цикл агента.

В связи с различными объемами знаний и данных о функционировании агентов предложено совместно использовать модели 2-х типов:

1. Тип 1. «Локальная модель»: значение параметра агента на следующем шаге моделирования определяется на основе внутренних параметров и законов поведения каждого конкретного агента.

ЕЬ - функция определения выходных параметров агента.

2. Тип 2 « Глобальная модель»: значение параметра агента на следующем шаге моделирования определяется на основе статистики по внутренним параметрам всего множества агентов на предшествующих шагах, либо определяются аналитически на основе регрессионной зависимости с использованием текущей статистики по другим связанным параметрам.

множества (подмножества) агентов модели (например, среднее, максимальное значение, сумма параметров и т.д.) в момент времени М;

Где - вектор внутренних параметров г'-того агента в момент времени

г,

- вектор внутренних параметров /-того агента модели в момент времениМ;

х/ - вектор внешних условий /-того агента в момент времени /;

V/ _ вектор входных параметров управления ¿-того агента в момент времени V,

Ь - функция формирования внутреннего состояния агента;

7"/ - вектор выходных параметров г'-того агента в момент времени г;

где Zt_l _ вектор вероятностных характеристик параметров всего

Reí - функция определения зависимости вероятностных характеристик параметров множества агентов в момент времени t от параметров в момент времени t-l\ G - функция определения внутренних параметров агента; EG - функция определения выходных параметров агента. При локальном подходе удается учесть все особенности поведения конкретных объектов. Это определяющее преимущество такого подхода по сравнению с регрессионными зависимостями:

Глобальные модели Moiyr использовать известные модели макроэкономики, либо регрессионные зависимости, выявленные методами анализа статистической информации.

Существенным недостатком такого подхода является невозможность соотнести ряд выполняемых агентом действий с конкретным агентом. Например, в таком случае в процессе моделирования нельзя прогнозировать в какой семье родится ребенок (к какому агенту вида «семья» отнести ребенка, кто его родители). Прогноз здесь определяет только общее количество родившихся детей.

К плюсам глобального подхода можно отнести меньшие требования к статистике по сравнению с локальными моделями.

Выбор подхода к построению моделей развития определяется исходя из объемов, структуры и качества имеющейся в наличии статистической информации. Сочетание локальных и глобальных моделей позволяет адаптировать имитационную модель к использованию статистических данных с различным уровнем детализации. Два описанных выше подхода могут быть использованы при наличии теоретических знаний или достаточного объема статистики и возможности выделить устойчивые зависимости между факторами влияния и конечными результатами.

Предложенный подход к построению имитационной модели МО с использованием агентных технологий и выявленных статистических зависимостей позволяет избежать большинства недостатков существующих СППР, дает возможность оценки влияния стратегий развития на отдельные категории граждан, отрасли промышленности или отдельные предприятия. Преимущества предложенной технологии заключаются в том, что использование мультиагентного подхода позволяет более детально моделировать поведение отдельных агентов модели, и учитывать сложившиеся внешние связи и связи между агентами.

2. Разработана комплексная имитационная модель поведения социально-экономических агентов муниципального образования, объединяющая области применения известных аналитических моделей, результатов интеллектуального анализа статистической информации и методов поиска эффективных решений.

Существующие подходы к прогнозированию социально-экономического развития чаще всего используют известные аналитические зависимости или технологии регрессионного анализа, что не позволяет использовать такие модели для анализа развития процесса в условиях отличных от того, что было в прошлом.

Применение каждого из указанных подходов зависит не только от наличия разработанных методик и моделей, но и от имеющихся исходных данных для их применения.

В связи с этим было предложено разработать комплексную мультиагентная имитационная модель МО на основе существующих экономико-математических моделей, результатов регрессионного и интеллектуального анализа статистических данных МО, моделей жизненного цикла, моделей эффективного поведения социально-экономических объектов.

Сформулированы следующие пути задания моделей поведения агентов на отдельных стадиях жизненного цикла в рамках комплексной модели (рис. 2):

1. Определение логики поведения агентов на уровне множеств известных аналитических зависимостей или получение этих зависимостей на основе имеющейся статистики развития МО (регрессионный анализ) например, учет эластичности спроса;

2. Определение логики поведения отдельных агентов (базы знаний) в виде продукционной системы, определяемой путем интеллектуального анализа данных, полученных на основе собранной индивидуальной статистики (метод деревьев решений);

3. Использование гипотезы эффективного поведения агентов -предположения о том, что отдельные агенты (в частности, производственные), будут стараться в будущем эффективно использовать свои ресурсы (на основе целевых функций).

Модели первых двух видов могут оказаться неадекватными действительности при моделировании условий, с которыми прежде не приходилось сталкиваться (например, кризисные ситуации), так как основываются на данных, определяющих поведение агентов, в ситуациях с которыми им уже приходилось сталкиваться.

В этом случае, становится целесообразным использование моделей третьего класса или экспертных оценок для определения логики поведения агентов при помощи целевых функций и алгоритмов поиска эффективных решений, задающих поведение объектов модели в различных ситуациях. Такой подход предлагается использовать при определении логики производственных агентов, в различных условиях функционирования при недостаточности статистической базы.

Рис. 2. Классификация подходов к определению логики поведения агентов

В основу мультиагентной модели МО положена макроэкономическая модель круговорота ресурсов. Инте1ральная модель МО может быть представлена кортежем:

IM =<{£}, {S},{M},EM,ADM,S>, (7)

где {£} - модели производственных агентов; {S} - модели социальных агентов; {М} - модели рынков; ЕМ - модель внешней среды; ADM - модель бюджета города; S - сценарии развития внешней обстановки (генератор внешних событий).

Так как возможности, потребности и жизненные установки агентов могут меняться в различных периодах их жизни, в основу описания поведения положена модель жизненного цикла (ЖЦ). При этом каждый интеллектуальный агент в MAC развивается в соответствие с собственной моделью поведения, которая может изменяться в рамках его индивидуального жизненного цикла. На каждой стадии (состоянии) ЖЦ агент реализует один или множество параллельных процессов (например, потребление товаров и услуг и производство продукции).

Таким образом, модель поведения экономического агента состоит из: модели жизненного цикла и модели поведения на конкретных этапах развития.

Жизненный цикл конкретного агента представлен в виде дискретной системы, при определенных условиях меняющей свои внутренние состояния (режимы функционирования), и может быть задан в виде вероятностного графа переходов между стадиями (режимами) его существования (рис. 3).

Рис. 3. Граф переходов агента

Динамическая модель перехода интеллектуального агента из одного режима функционирования в другой представлена в виде продукционной системы:

PS =<R,B,I>, (8)

где R - множество режимов функционирования агента; В - множество правил перехода (база знаний); / -интерпретатор (машина логического вывода).

Порядок перехода из состояния в состояние определяется текущими параметрами агента и наличием необходимых ресурсов для изменения состояния, правилами вида Ь,:

If (spl = mnspf =пп...пRes) then (sp'M = у, Res = Res - A, q) ' где sp,(t) - состояние г'-ой характеристики агента в момент /; Res ~ ресурс необходимый для изменения состояния; Д - затраты ресурса необходимые для изменения состояния; q - вероятность изменения состояния.

В зависимости от внешних условий развития могут изменяться целевые установки экономического агента, которые в свою очередь определяют выбор модели функционирования агента. В процессе функционирования на конкретных этапах развития жизненного цикла экономический агент может находиться в одном или комбинировать несколько базовых режимов функционирования (рис. 4).

Рис. 4. Режимы функционирования агентов

Модели функционирования определяют:

1. объемы и пропорции спроса на ресурсы необходимые для развития агентов;

2. объемы и пропорции производства агентом различных видов товаров и услуг;

3. распределение ресурсов агента по выбранным базовым режимам (на собственное потребление, производство, сбережения и т.п.).

Базовая структура моделируемого в системе производственного агента определяется выражением (10):

£ = (С, Pot, Beh, Р, D,Str), (10)

где С - модель потребления (на основе межотраслевого баланса); Pot -модель потенциального выпуска; Beh - модель жизненного цикла производственного агента; D - модель распределения ресурсов; Р - модель производства; Str - ресурсы и средства предприятия.

В разработке базовых моделей экономического агента использован подход, предложенный В.А. Цыбатовым. На основе анализа преимуществ и недостатков моделей на основе производственных функций и межотраслевого баланса принято решение о комбинации нескольких подходов для моделирования производственных агентов:

1. Модель потребления производственного агента строится на основе данных межотраслевых балансов;

2. Производственные функции используются при построении функции потенциального выпуска;

3. Распределение ресурсов производственного агента и определение стратегии развития реализуется решением оптимизационной задачи или на основании экспертных оценок.

Модели потребления производственного агента соответствует следующая структура:

(И)

ы

где N - количество потребителей; Ь - количество видов продукции; УР^ -плановый объем выпуска продукции; к„ - доля ресурса г в межотраслевом балансе для выпуска /-ого вида продукции; гея1 - идентификатор хранимого ресурса; - максимально допустимый объем ресурса /; У^С)- текущий объем ресурса /; {эир^},./=1,Л/- множество поставщиков ресурса и

Возможны следующие варианты пересечения рабочих мест и потенциальных работников:

1. все потенциальные работники заняты;

2. все рабочие места заняты;

3. неполная занятость работников и рабочих мест.

На основании функции потенциального выпуска (ФПВ) отрасли экономики (предприятия):

[тт{уГ{^Гфляслучаев\и2 { К/'" (Г) л К/*" (Г), для случая 3 для каждого производственного агента имитационной модели МО определяется максимально возможный объем выпуска продукции. Таким образом, построение функции потенциального выпуска отрасли (предприятия) сводится к построению моделей потенциального выпуска для основных фондов У^^Ц) и трудовых ресурсов V/" (0, которые затем сопоставляются, либо композируются. Реальные объемы производства являются ограниченными полученным показателем К7"'(0 •

Модели производства продукции агента соответствует следующая структура:

Рк =РРгоЛ{гезл,Ро$,Ве$,РТтек),к = \№ (14)

где М - количество видов продукции; Р,к - объемы производства по к-му виду продукции; гея'к,{ = - сырье необходимое для производства ¿-ого вида продукции; N - количество отраслей поставщиков сырья; Ро^ - объем потенциального выпуска ¿-ого вида продукции; Лей*- плановый объем производства по к-у виду продукции; РТтек- период производства ¿-ого вида продукции.

Распределение ресурсов предприятия происходит исходя из основных факторов, влияющих на развитие предприятия (состояния основных фондов, трудовых ресурсов, объемов производства, продаж, заимствований и т.д.), и стратегических целей развития. Параметры распределения ресурсов и параметры управления производственного агента определяются на основании экспертных данных или в результате решения оптимизационной задачи. Решение задачи подразумевает минимизацию отклонений параметров развития предприятия от плановых значений на заданном горизонте

прогнозирования. Определен набор управляющих воздействий. Развитие предприятия определяется решением задачи управления и распределения ресурсов, которая имеет вид:

|*i (VP,T' ~ VP^"' ) + кг {PPF"" - PPF*°cn,')\ -> min

Jul, + prod; + щ + =+ Gs; + Di, + RES,1

, (15)

где: a"+I - ограничения на изменения параметров управления, к, - весовые коэффициенты слагаемых целевой функции, U', - объем ресурсов для собственного потребления в текущем периоде (только для. социальных агентов), PROD', - объем ресурсов, выделенный для закупок сырья и производства продукции, /Я,' - объем инвестиций в основные фонды и трудовые ресурсы, 1т\ - ресурсы, выделенные для инвестиций и обеспечения долга, 1пс\л - доходы от реализации продукции в предыдущем периоде, GS\A -объем государственной поддержки в предыдущем периоде, DI\_X - доходы от инвестиций в предыдущем периоде, RES', - объем накопленных ресурсов.

Рис. 5. Модель жизненного цикла человека

Структура модели агента-человека определяется выражением (16):

5'= ({/?'},^аЗей^да^&г'}, (16)

где {№'} - индивидуальные характеристики социального агента; 8ВеЫ -модель жизненного цикла социального агента; 8С - модель потребления

социального агента; £0' - модель распределения ресурсов социального агента; Хйг' - ресурсы социального агента.

Структура модели агента-семьи (домохозяйства) определяется выражением (17):

F' = ({РМ[},РС' ,РО' ,РВ' .ЛЯИ), (17)

где {РМ',} - структура членов семьи в момент времени РС' - модель потребления агента-семьи; ЛУ - модель распределения ресурсов агента-семьи; РВ' - модель формирования бюджета агента-семьи; .гаг1 - ресурсы агента-семьи.

3. Предложена методика анализа возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития муниципального образования с использованием мультиагентной имитационной модели, позволяющая проводить оценку локального, а также глобального и взаимного влияния стратегических проектов на развитие муниципального образования.

Существующие системы поддержки принятия решений для органов государственной власти нацелены на укрупненные социально-экономические процессы (федеральные, региональные) и не позволяют проводить анализ локального влияния реализующихся стратегических проектов (СП) МО.

Разработка стратегических проектов, в основном, осуществляется на основе знаний экспертов, без интеллектуальной компьютерной поддержки. В частности, интеллектуальные информационные системы редко применяются в следующих областях:

1. анализ взаимного влияния стратегических решений (проектов) в различных отраслях (направлениях) друг на друга,

2. оценка достаточности ресурсов, как на этапе подготовки к реализации проекта, так и в процессе реализации,

3. выбор стратегии для достижения конкретных показателей развития.

В диссертационной работе развивается методология использования для этих целей системы поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели МО. Применение имитационного моделирования при разработке экономических механизмов позволяет осуществлять экспериментальную проверку теоретических результатов и практических предложений по созданию новых экономических механизмов и для совершенствования существующих экономических регуляторов.

Использование агентного подхода при моделировании населения и промышленности города позволяет:

1. Моделировать развитие на уровне отдельных групп граждан со сходными характеристиками;

2. Учитывать особенности распределения населения на территории и городской инфраструктуры;

3. Проводить оценку влияния принимаемых решений на отдельные категории (группы) граждан;

4. Моделировать развитие, как целых отраслей промышленности, так и отдельных предприятий;

5. Учитывать сложившуюся структуру производственных связей и логистических цепочек;

6. Проводить оценку влияния принимаемых решений на отдельные предприятия или отрасли промышленности;

7. Прогнозировать последствия открытия новых предприятий или ликвидации существующих как для определенной территории или для муниципального образования в целом.

Предложена архитектура системы поддержки принятия решений в области управления социально-экономическим развитием МО, на основе аппарата мультиагентного имитационного моделирования (рис. 6).

Первоочередной задачей при реализации системы поддержки принятия решений на основе имитационной модели МО являлась оценка влияния стратегических управленческих решений на социально-экономическое развитие города.

Информационный портал MS Sharp Point

Рис. 6. Функциональная структура комплекса программ моделирования социально-экономического развития муниципального образования на основе мультиагентной имитационной модели

Предложенная имитационная модель позволяет решать 3 вида задач, связанных с оценкой стратегических проектов развития города:

1. Оценивать потенциальные возможности реализации стратегических проектов в условиях ограничения материальных, финансовых, людских

и временных ресурсов. Позволяет ответить на вопрос: «Возможна ли потенциальная реализация стратегического проекта?».

2. Оценивать потребности в реализации стратегических проектов, решать вопрос о наличии достаточного количества потребителей товаров или услуг, появляющихся при реализации СП, и как следствие сроках окупаемости, влиянии на экономику города, поступлениях в городской бюджет и т.д.

3. Определять возможные комплексные влияния (в т.ч. взаимное влияние) всего массива стратегических проектов на социально-экономическое развитие муниципального образования. Что является крайне сложной задачей при оценке последствий реализации стратегических по отдельности.

На рисунке 7 представлен механизм интеграции данных по СП в мультиагентную ИМ МО с целью оценки возможностей и последствий их реализации.

Исходные данные Результаты

Рис. 7. Интеграция данных стратегических проектов и мультиагентной имитационной модели муниципального образования

Для описания развития (изменения) объектов имитационной модели в соответствии с планами стратегического развития города в программном комплексе используется механизм формирования сценариев (стратегий развития), по которым в указанный момент времени изменяются параметры агентов модели.

Для формирования объектов стратегических проектов в модели СЭР МО используются данные мероприятий СП - отдельное мероприятие будет соответствовать вводу нового агента в модель или выбору и изменению параметров существующего. Отдельное мероприятие в имитационной

модели реализуется с использованием сценариев изменения параметров объектов в рамках СП в соответствии с планом мероприятия.

В процессе моделирования и по завершении его контрольные показатели из БД СП используются для оценки степени реализации целей СП - показатели задач. По завершении процесса моделирования на основании данных ИМ и БД СП (плановых значений) имеется возможность провести анализ причин того или иного развития событий, с целью выявления проблем взаимного влияния СП и возможностей оптимизации. Прогнозные (плановые) значения СП используются также для оценки качества модели.

Применение имитационного моделирования при разработке экономических механизмов позволяет осуществлять экспериментальную проверку теоретических результатов и практических предложений по созданию новых управленческих стратегий и для совершенствования существующих экономических регуляторов. СППР на основе ИМ МО может использоваться для решения нескольких вариантов задач (табл. 1).

Табл. 1.'Варианты использования имитационной модели муниципального образования _______

Варианты использования ИМ МО Особенности

1. Ситуационное моделирование Прогнозирование СЭР МО в условиях «что будет, если...».

2. Оценка СП Определение возможностей и последствий реализации СП.

3. Проведение оптимизационных экспериментов Поиск параметров эффективного управления на основе целевых функций.

4. Деловые имитационные игры, коллективная работа по поиску решения Совместная работа экспертов из разных отраслей для определения динамики управляющих параметров развития МО. Проигрывание множества вариантов развития событий и выбор варианта с наилучшими показателями.

4. Расширен набор существующих средств прогнозирования и поиска эффективных управленческих решений в области социально-экономического развития муниципального образования, на основе системы совместного использования знаний мультиагентной имитационной модели и группы экспертов.

Большинство систем имитационного моделирования социально-экономических процессов используют в качестве основы статистические данные, не имея при этом механизмов учета экспертных оценок и возможностей интерактивной работы множества экспертов в процессе моделирования и поиска решений.

Целями создания системы компьютерных деловых игр в рамках данного проекта явились:

1. Автоматизация и повышение качества стратегического планирования МО - коллективная выработка оптимальных решений или стратегий действий в сложной социально-экономической системе группой экспертов, с использованием средств имитационного моделирования для консолидации экспертных оценок.

2. Повышение квалификации ответственных лиц с помощью закрепления теоретических знаний и управленческих навыков.

Применение компьютерных деловых игр в системе поддержки принятия решений на основе имитационной модели МО позволило объединить традиционный подход к анализу статистической информации и механизм групповых экспертных оценок, обеспечивающий определение внешних показателей, стратегий развития производственных агентов и знания о поведении агентов, накопленные в мультиагентной имитационной модели.

С помощью разработанной системы был проведен ряд экспериментов: по анализу влияния внешних факторов (изменения объемов экспорта продукции, распределения средств городского бюджета и др.), последствий реализации пакета СП развития города и параметрам распределения бюджетных средств МО «Город Екатеринбург» (табл. 2), с привлечением экспертных групп для оценки показателей внешней среды муниципального образования.

Как видно из приведенных выше результатов экспериментов, разработанная имитационная модель показывает высокую степень соответствия прогнозируемых показателей и данных статистики (отклонение по большинству показателей не превысило 5%).

Разработанная система поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели МО легла в основу стратегического ситуационно-аналитического центра Комитета по экономике Администрации города Екатеринбурга.

Система позволяет проводить комплексный анализ и прогноз развития ситуации в городе, позволяя оценить возможные риски реализации тех или иных стратегических проектов, их взаимное влияние и влияние на качество жизни горожан, находить решения по эффективному расходованию бюджетных средств.

Табл. 2. Результаты экспериментов по прогнозированию доходов городского бюджета и показателей развития промышленности и сферы услуг

Доходы городского бюджета

-Факт/пяан —Модель

Среднее отклонение от факта/плана - 4%

Налог на доходы физ. лиц

—Ф»ет/Пл»н —Модель

Среднее отклонение от факта/плана - 6.5%

Налоги с предприятий

тыс. Прочие доходы бюджета

7000000,00 т

—Фжт/Пдаи -Модель

Среднее отклонение от факта/плана -

3%

Среднее отклонение от факта/плана — 1,7%

Объем производства

-Факт/План -Модель

ты& оуб. Средняя заработная плата

26000,03 -I

-Факт/Пш —Модель

Среднее отклонение от факта/плана -7%

Среднее отклонение от факта/плана- 14%

•л,«, чея Количество работающих

740,00 ----------—------------------

725,00 720,00 715 Д) 710Д) 705,00 700,00

£

-Факт/План —Модель

млн. оуб. Фонд заработной платы

230000,00 1

-Факт/План —Модель

Среднее отклонение от факта/плана - 0,8%

Среднее отклонение от факта/плана - 12%

3. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Бегунов H.A. Имитационное моделирование социально-экономического развития города / НА. Бегунов, Б.И. Клебанов, Е.В. Попов // Журнал экономической теории. - 2010. - № 4. - С. 180-183 (объем - 0,4 пл., авторских - 0,2 пл.).

2. Бегунов H.A. Технологии Data Mining при разработке мультиагентных имитационных моделей / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев и др. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2010. - № 2. -С. 42 - 47 (объем - 0,45 пл., авторских - 0,1 пл.).

3. Бегунов H.A. Моделирование развития муниципальных образований на основе агентного подхода / H.A. Бегунов // Современные исследования социальных проблем (электронный журнал) [Электронный ресурс]. - 2011. -№4(08) - Идентификационный номер статьи, присвоенный НТЦ «Информрегистр»: 0421100132/0098. - URL: http://sisp.nkras.ni/issues/2011/4/begunov.pdf (дата обращения: 21.10.2011) (0,4 пл.).

Статьи в других журналах, сборниках научных статей и тезисов

докладов:

4. Бегунов H.A. Использование аппарата экспертных оценок и мультиагентных систем для анализа стратегии развития крупного муниципального образования / A.B. Крицкий, И.М. Москалев, H.A. Бегунов / XIII Международная научно-практическая конференция студентов, спирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» / Сборник трудов в 3-х томах. Т. 2. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - С. - 371-373 (объем - 0,2 пл., авторских - 0,1 пл.).

5. Бегунов H.A. Применение мультиагентного подхода при имитационном моделировании «жизни» населения муниципального образования / A.B. Крицкий, И.М. Москалев, H.A. Бегунов / XIII Международная научно-практическая конференция студентов, спирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» 1 Сборник трудов в 3-х томах. Т. 2. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 492 с. С. -275-277 (объем - 0,2 пл., авторских - 0,1 пл.).

6. Бегунов H.A. Принципы построения стратегического ситуационно-аналитического центра администрации крупного муниципального образования / Б.И. Клебанов, A.B. Крицкий, H.A. Бегунов и др. // Автоматизация и современные технологии. - Москва: Изд-во «Машиностроение», 2007. - № 12. - С. 35-38 (объем - 0,4 пл., авторских -0,1 пл.).

7. Бегунов H.A. Модели населения, объектов сферы услуг и производства в мультиагентной имитационной модели муниципального образования / Б.И. Клебанов, И.М. Москалев, H.A. Бегунов и др. / Приборостроение, электроника, радиотехника и информационные технологии / Сборник тезисов научн.-практ. конф. - Екатеринбург, 2007. - С.18-19 (объем - 0,1 пл., авторских - 0,05 пл.).

8. Бегунов H.A. Мультиагентная имитационная модель муниципального образования / Б.И. Клебанов, И.М. Москалев, H.A. Бегунов и др. / Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2007) / Сборник докладов третьей Всероссийской научно-практической конференции. - Т. 2. - СПб: ЦНИИТС, 2007. - С. 45-49 (объем - 0,3 пл., авторских - 0,1 п.л.).

9. Бегунов H.A. Агентный подход в имитационном моделировании населения муниципального образования / H.A. Бегунов, Б.И. Клебанов, И.М. Москалев и др. / Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: Сборник тезисов Международной научной конференции. -Екатеринбург, 2007. - 357 е., с. - 140-142 (объем - 0,1 пл., авторских - 0,05 пл.).

Ю.Бегунов H.A. Реализация моделей сферы услуг и производства в имитационной модели муниципального образования / И.М. Москалев, Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов и др. / Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: Сборник тезисов Международной научной конференции. - Екатеринбург, 2007. - С. -167-169 (объем - 0,1 пл., авторских-0,05 пл.).

11. Бегунов H.A. Мультиагентная имитационная модель муниципального образования / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев / Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании. Вып. 4: Прикладные аспекты и разработки систем информационно-аналитической поддержки принятия решений: сборник материалов 2-й Международной научной конференции. - Екатеринбург, 2008.-С. 94-100 (объем-0,3 пл.,авторских-0,2пл.).

12.Бегунов H.A. Мультиагентная имитационная модель города / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев / Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2008» в рамках 5го ЕвроАзиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2008». - Екатеринбург, 2008. -С, 37-39 (объем - 0,2 пл., авторских - 0,1 пл.).

13.Бегунов H.A. Мультиагентная имитационная модель муниципального образования / Б.И. Клебанов, И.М. Москалев, H.A. Бегунов / Материалы международной научно-технической конференции. Информационные системы и технологии ИСТ-2008 / Нижний Новгород: Нижегородский гос. тех. ун-т им. P.E. Алексеева, 2008. - С. 146-147 (объем - 0,1 пл., авторских -0,05 пл.).

14. Бегунов H.A. Инструментарий ситуационного прогнозирования развитая муниципального образования / H.A. Бегунов, И.М. Москалев, Б.И. Клебанов / Тезисы докладов 3-й Международной научной конференции. Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании. - Екатеринбург, 2008. - С. 164-165 (объем - 0,1 пл., авторских -0,05 пл.).

15.Бегунов H.A. Технология прогнозирования развития муниципального образования с использованием имитационной модели / H.A. Бегунов, Б.И. Клебанов, И.М. Москалёв // Автоматизация и современные технологии. -Москва: Изд-во «Машиностроение», 2009. - № 4. - С. 39 - 45 (объем - 0,5 пл., авторских - 0,3 пл.).

16. Бегунов H.A. Использование результатов data mining в мультиагентных имитационных моделях / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев и др. / Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2009». - Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУГИ», 2009. - С. 38-41 (объем - 0,3 п.л., авторских - 0,1 л.л.).

17. Бегунов H.A. Прогнозирование развития муниципального образования с использованием имитационной модели / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев, И.А. Рапопорт / Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции «Муниципальные информационные системы: достижения, проблемы, перспективы». - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2009. - С. 135-146 (объем - 0,5 пл., авторских -0,3 пл.).

18. Бегунов H.A. Определение моделей поведения агентов для системы имитационного моделирования социально-экономического развития муниципального образования на основе муниципальной статистики / Б.И. Клебанов, H.A. Бегунов, И.М. Москалев и др. / Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции «Муниципальные информационные системы: достижения, проблемы, перспективы». - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2009. - С. 147-154 (объем - 0,5 п.л., авторских - 0,3 пл.).

19.Бегунов H.A. Технология моделирования социально-экономической динамики муниципального образования на основе мультиагентного подхода / Б.И. Клебанов, И.М. Москалев, H.A. Бегунов и др. / Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2009): Сборник докладов третьей Всероссийской научно-практической конференции. - Т. 2. - СПб-ЦТСС, 2009. - С. 134-137 (объем - 0,2 пл., авторских - 0,1 пл.).

20.Бегунов H.A. Применение средств SAP Data Mining для построения моделей поведения экономических агентов системы имитационного моделирования социально-экономических процессов муниципального образования / H.A. Бегунов, Б.И. Клебанов, И.М. Москалев и др. / IX-ая Международная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы '09» Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «AIS-IT'09» / Научное издание в 4-х томах. - М.: Физматлит, 2009, Т.2. - С. 484-493 (объем - 0,5 пл., авторских - 0,2 пл.).

21.Бегунов H.A. Веб-сервис моделирования территориальных образований на основе мультиагентных имитационных моделей / И.М. Москалев, H.A. Бегунов / Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2011) / Сборник докладов пятой Всероссийской научно-практической конференции. - Т. 2. - СПб: ЦНИИТС, 2011. - С. 350-355 (объем - 0,2 пл., авторских-0,1 пл.).

Подписано в печать «23» ноября 2011 г. Формат 60x84 1/16 Бумага типографская. Тираж 110 экз. Заказ № 534 . Усл. печ. л. - 1,4. Уч.-изд. л. -1,17.

РИЗОГРАФИЯ НИЧ ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» 620002 г. Екатеринбург, Мира, 19.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Бегунов, Николай Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

1.1 Современные теоретические и методологические подходы к совершенствованию процессов прогнозирования и управления развитием территориальных социально-экономических систем.

1.2 Принципиальные подходы к совершенствованию механизма прогнозирования и управления социально-экономическим развитием муниципальных образований.

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

2.1 Математическая мультиагентная модель муниципального образования.

2.2 Модель производственного агента.

2.3 Модель социального агента.

2.4 Моделирование рынков, городского бюджета и внешней среды.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ

ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

3.1 Принципы реализации имитационной модели муниципального образования.

3.2 Решение задач анализа и прогнозирования развития муниципального образования.

3.3 Прогнозирование социально-экономического развития муниципальных образований.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Моделирование социально-экономического развития муниципального образования на основе мультиагентного подхода"

Актуальность темы. В последнее время, в свете прилагаемых усилий по модернизации российской экономики и разработке планов долгосрочного развития особую важность приобретает вопрос оценки потенциальных возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития территорий. И если анализу и прогнозированию социально-экономического развития (СЭР) при разработке федеральных и региональных программ уделяется определенное внимание, то инструменты и методология прогнозирования развития крупных муниципальных образований, процесс подготовки планов их стратегического развития в большинстве работ в этой области остается без внимания.

Муниципальное образование (МО) является сложной слабоформализованной социально-экономической системой, обладающей множеством неявных прямых и обратных связей и часто противоречащими друг другу по целям функционирования элементами. Необходимость учета при принятии решений большого количества разнообразных факторов увеличивает риск принятия неверного решения, которое может негативно сказаться на всех объектах экономики и социальной сферы города при реализации в реальной обстановке.

Эффективность развития крупных МО в значительной степени зависит как от организации сбора статистики, так и от точности решения задач прогнозирования социально-экономического развития, выбора направлений и путей их реализации.

Прогноз, анализ и принятие решений в большинстве случаев основывается на опыте других МО, мнениях экспертов, собственном опыте принятия решений и накопленной статистике, методиках, предложенных вышестоящими органами власти, и простых методах математического прогнозирования, основанных на собранной статистике за предшествующие периоды. Характерный для большинства МО неавтоматизированный процесс анализа эффективности стратегических проектов, консолидации мнений экспертов при построении стратегических планов и грубый прогноз СЭР МО, при объективно существующей сложности анализируемых объектов, а также необходимость учета местной специфики при использовании указанных методов, часто не позволяет получить действительно эффективную совокупность решений на каждом этапе развития МО.

Большинство существующих инструментов автоматизации процессов поддержки принятия решений основывается на моделях системной динамики, что не позволяет в полной мере решать задачи анализа и прогнозирования социально-экономического развития, так как такой подход не описывает в полной мере особенности функционирования отдельных объектов МО.

Учитывая, имеющиеся на сегодняшний день сложности с прогнозированием социально-эконмического развития крупных муниципальных образований, актуальными представляются попытки создания информационных систем, обеспечивающих анализ принимаемых управленческий решений и оценку последствий их реализации, основанных на статистических закономерностях, действующих в данном МО, так и на теоретическом базисе, накопленном в этой предметной области (макро и микроэкономика, социальные исследованиях и т.д.).

Стремительное увеличение мощности вычислительной техники делает возможным и актуальным разработку методологии и средств поддержки принятия решений на основе аппарата мультиагентных моделей для решения задач стратегического управления МО. Применение мультиагентной имитационной модели муниципального образования, в качестве средства интеграции знаний, обеспечивает возможность совместного использования различных типов моделей развития сложных экономических объектов и статистических данных разного уровня детализации.

Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования определяется недостаточной разработкой проблемы и отсутствием инструментов учитывающих специфику прогнозирования социально-экономического развития муниципальных образований, в том числе, на уровне отдельных экономических объектов. Последнее играет важную роль при разработке и оценке последствий реализации проектов стратегического развития крупных муниципальных образований.

Степень разработанности проблемы исследования.

Стратегическое планирование развития муниципальных образований является важнейшим направлением современных экономических исследований. В этой области хорошо известны работы уральских ученых (А.И. Татаркин, B.C. Бочко, Е.Г. Анимица, О.И. Боткин, O.A. Козлова, A.A. Куклин, Ю.Г. Лаврикова, O.A. Романова, А.Г. Шеломенцев и др.), также российских исследователей (С.Д. Валентей, B.JI Макаров, Б.С. Жихаревич,

A.Г. Гранберг, Г.Г. Фетисов, Б.М. Штульберг и др.).

Одно из направлений современных исследований в области математического обеспечения процесса управления муниципальными образованиями относится к разработке систем поддержки принятия решений на основе аналитических и имитационных моделей.

Это направление включает в себя методы экономико-математического моделирования (B.JI. Макаров, Н.Б. Кобел ев, А.А.Петров, М.Н. Узяков, Д.Л. Андрианов, В.А. Цыбатов и др.), статистического анализа и теории вероятности, системной динамики (Дж. Форрестер), мультиагентного моделирования (В.Л. Макаров, А.Р. Бахтизин, A.B. Борщев и др.), и методы оптимизации (Л.В. Канторович, Т. Купманс, Г. Кун, А. Таккер, И.И. Еремин,

B.C. Танаев и др.).

Другое направление относится к разработке систем поддержки принятия решений на основе знаний, опыта и интуиции специалистов, когда невозможно учесть влияние многих факторов из-за значительной сложности объекта прогнозирования, либо из-за недостатка фактографической информации: метод экспертных оценок, метод декомпозиции целей, метод мозговой атаки», метод «Дельфи» и ряд других методов (Р. Беллман, В.Н. Бурков, Т.Л. Саати).

Третье направление относится к формированию комбинированных моделей, сформировавшиеся путем интеграции двух вышеперечисленных подходов: компьютерные деловые игры (М. М. Бирштейн, К. Гринблат, Г. Грэм, Г. Дюпюи, И.М.Сыроежин, Р.Ф.Жуков, Г.П. Щедровицкий и др.), ситуационное моделирование, технология форсайта (П. Бишоп, В.И. Самаруха) и др. Сферы применения данных моделей охватывают все области использования экспертных и формализованных моделей.

Наиболее результативным для решения постановленных задач является комбинированный подход. Он позволяет охватить новые классы систем, которые не могут быть исследованы с использованием только экспертных и формализованных методов.

Несмотря на многообразие работ по совершенствованию механизма социально-экономического прогнозирования, проблема согласования различных подходов и создания комплексной системы стратегического планирования МО практически не решалась, блок прогноза социально-экономического развития муниципальных образований отсутствует. В большинстве работ объектом исследования выступают более глобальные региональные и международные социально-экономические процессы.

Объект исследования. Процессы социально-экономического развития муниципального образования.

Предмет исследования. Отношения между экономическими агентами в процессе прогнозирования социально-экономического развития МО и поддержки принятия решений в стратегическом управлении развитием МО.

Целью диссертационного исследования является разработка мультиагентной имитационной модели развития муниципального образования и создание на ее основе системы поддержки принятия решений в области управления и стратегического планирования развития МО, с целью повышения обоснованности и точности принятия стратегических решений при управлении МО.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих научно-исследовательских задач:

1. Анализ и совершенствование методологии построения имитационных моделей МО на основе объединения принципов системной динамики и агентного подхода для прогнозирования социально-экономического развития МО с использованием статистических данных различного уровня детализации.

2. Разработка моделей поведения агентов имитационной модели МО на основе существующих экономико-математических моделей, продукционных систем, результатов анализа статистических данных и решения оптимизационных задач.

3. Разработка методологического подхода к использованию имитационной модели МО для прогнозирования социально-экономического развития, анализа возможностей, последствий и эффективности реализации проектов стратегического развития МО.

4. Разработка системы деловых имитационных игр с привлечением экспертов для прогнозирования социально-экономического развития МО и выработки согласованных коллективных решений. Теоретической и методологической основой исследований являются общепризнанные положения экономико-математического моделирования, системного анализа, теории систем, теории исследования операций, теории управления, аппарата дискретной математики, аппарата продукционных систем, интеллектуального анализа данных, метода экспертных оценок, теория и методы принятия решений, теория и методы искусственного интеллекта, теория графов, теория прогнозирования.

Концептуальные аспекты диссертации были разработаны на основе взглядов и подходов Дж. Форрестера, В.А. Цыбатова, А.Р. Бахтизина, A.B.

Борщева, B.JI. Макарова, Е.Г. Анимицы, А.И. Татаркина, B.C. Бочко, М.М. Бирштейна, Д.А. Поспелова.

Особую роль в выделении предметной области сыграли труды зарубежных авторов, среди которых Р.В. Конвей, А. Вебер, В. Леонтьев, А. Прицкер, A.B. Шеер, М. Исидзука, X. Уэно, М.Д. Вулдридж.

Работы по данным вопросам также ведутся в Уральском федеральном университете им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина О.И. Никоновым, Б.И. Клебановым, К.А. Аксеновым, A.B. Немтиновым, И.М. Москалевым, A.B. Крицким.

Информационную базу исследования составили статистические данные и прогнозы социально-экономического развития Федеральной службы государственной статистики, территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Свердловской области и Администрации города Екатеринбурга.

Наиболее существенные элементы научной новизны состоят в следующем:

1. Расширена методология построения мультиагентных имитационных моделей социально-экономического развития муниципального образования путем объединения моделей системной динамики и агентного подхода и включающая использование исходных статистических данных с различными уровнями детализации.

2. Разработана комплексная имитационная модель поведения социально-экономических агентов муниципального образования, объединяющая области применения известных аналитических моделей, результатов интеллектуального анализа статистической информации и методов поиска эффективных решений.

3. Предложена методика анализа возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития муниципального образования с использованием мультиагентной имитационной модели, позволяющая проводить оценку локального, а также глобального и взаимного влияния стратегических проектов на развитие муниципального образования.

4. Расширен набор существующих средств прогнозирования и поиска эффективных управленческих решений в области социально-экономического развития муниципального образования, на основе системы совместного использования знаний мультиагентной имитационной модели и группы экспертов.

Указанные положения научной новизны соответствуют п.п. 1.2, 1.4, 2.1 и 2.3 Паспорта специальности 08.00.13 - математические и инструментальные методы экономики.

Научная значимость исследований заключается в развитии теории и методов построения систем поддержки принятия решений и компьютерного моделирования социально-экономических систем на основе мультиагентных имитационных моделей, с использованием результатов интеллектуального анализа данных.

Практическая значимость диссертационной работы заключается, прежде всего, в том, что разработанные математические модели и пакет прикладных программ имитационного моделирования на их основе для целей поддержки принятия решений позволяют: осуществить оценку потенциальных возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития муниципалитетов; проводить имитационные эксперименты с их последующим анализом; находить эффективные управленческие решения при составлении планов стратегического развития крупных муниципальных образований.

Апробация работы и внедрение результатов исследования.

Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах по стратегическому планированию в Администрации города Екатеринбурга, семинарах кафедры АСУ Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина, семинаре в Институте экономики УрО РАН, Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2007), третьей Всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2007)» (г. Санкт-Петербург, 2007), 2-й Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2008), 3-й Международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (г. Екатеринбург, 2009), VI Всероссийской конференции «Муниципальные информационные системы: достижения, проблемы, перспективы» - Екатеринбург, 2008. (г. Екатеринбург, 2008), четверной Всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2009)» (г. Санкт-Петербург, 2009), пятой Всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2011)» (г. Санкт-Петербург, 2011).

Концепция построения системы прогнозирования социально-экономического развития муниципального образования с использованием имитационной модели МО «город Екатеринбург» и ее программная реализация внедрены в деятельность Администрации города Екатеринбурга (акт внедрения от 31.10.2011 г.), результаты исследования используются в учебном процессе Института радиотехники и информационных технологий Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина (акт внедрения от 06.06.2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 21 научной работе общим объемом 6,15 п.л. (в т.ч. авторских 3 пл.), включающих 3 статьи объемом 1,25 пл. (в т.ч. авторских 0,7 пл.) в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертации («Журнал экономической теории», «Вестник компьютерных и информационных технологий», «Современные исследования социальных проблем (электронный журнал)»).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем основной части работы составляет 168 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 50 рисунков и 35 таблиц. Список литературы включает 104 наименования.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Бегунов, Николай Анатольевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках диссертационного исследования проведен анализ существующих подходов к прогнозированию социально-экономического развития территориальных образований различного уровня и методов стратегического планирования. Рассмотрены общие принципы построения систем поддержки принятия в обрасти стратегического развития на основе традиционных подходов и имитационных моделей. Выявлены преимущества и недостатки существующих систем поддержки принятия решений для прогнозирования социально-экономического развития и оценки проектов стратегического развития муниципальных образований.

Проведен анализ используемых подходов для построения компьютерных имитационных моделей муниципальных образований, основным недостатком которых является ориентация на модели системной динамики, не позволяющие в полной мере решать задачи оценки локальных влияний управленческих решений на уровне муниципальных образований. В связи с чем, была предложена методология построения имитационных моделей муниципальных образований на основе объединения принципов системной динамики и агентного подхода для прогнозирования социально-экономического развития крупных муниципалитетов с использованием статистических данных различного уровня детализации.

В качестве инструмента прогнозирования социально-экономического развития выступает мультиагентная имитационная модель муниципального образования. Агентами в данном случае выступают (люди, семьи, предприятия, отрасли экономики, рынки, внешняя среда, городской бюджет и др.).

Возможности использования всей имеющейся статистической информации для повышения точности результатов моделирования обеспечиваются благодаря совместному использованию «локальных» и «глобальных» моделей агентов описанных во второй главе диссертации.

С целью объединения имеющихся статистических данных и различных вариантов определения стратегий развития агентов имитационной модели, в зависимости от внешних условий, предложена комплексная модель поведения агентов мультиагентной имитационной модели муниципального образования на основе:

• существующих экономико-математических моделей,

• продукционных систем,

• результатов анализа статистических данных,

• и решения оптимизационных задач.

Такой подход расширяет возможности применения имитационных моделей при прогнозировании социально-экономического развития в новых для муниципального образования условиях (финансовый кризис, круные инфраструктурные проекты и т.п.), которые ещё не нашли своего отражения в статистической базе, и реакцию на которые сложно оценить с использованием традиционных методов прогнозирования или на основе экспертных оценок, в силу комплексности структурных изменений, которые могут иметь место при развитии крупных муниципалитетов.

Определены подходы к использованию математических моделей в рамках мультиагентной имитационной модели МО, в том числе для моделирования развития отдельных объектов.

Предложен подход к использованию мультиагентной имитационной модели муниципального образования для прогнозирования социально-экономического развития муниципалитетов, комплексного анализа возможностей, последствий и эффективности реализации стратегический проектов развития (фактических срок реализации, сроков окупаемости, востребованности и т.д.).

Выделение в имитационной модели стратегических проектов в виде отдельных агентов (групп агентов) или детальное рассмотрение объектовагентов, попадающих в поле действия конкретного стратегического проекта, позволяет проводить оценку локального, глобального и взаимного влияния стратегических проектов развития муниципальных образований.

На основе предложенной имитационной модели муниципального образования разработана архитектура системы поддержки принятия решений для целей анализа и прогнозирования социально-экономического развития, а также оценки потенциальных возможностей и последствий реализации стратегических проектов развития, для администраций крупных муниципалитетов. Такая система должна стать одним из основных инструментов при разработке стратегических планов развития крупных муниципалитетов, в свете подготовки среднесрочных планов развития экономики России на ближайшее десятилетие. Преимуществом такой системы является консолидация данных из гетерогенных источников и экспертных оценок из различных областей с целью обеспечения непротиворечивости разрабатываемых планов развития территорий между собой и с фактической действительностью, с точки зрения достаточности ресурсов, востребованности результатов деятельности и согласованности целей развития в среднесрочной перспективе.

В работе предложен алгоритм поиска эффективных управленческих решений с помощью системы поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели с использованием оптимизаторов.

Определена методология интеграции мультиагентной имитационной модели муниципального образования с существующими информационными системами для получения исходных статистических данных, загрузки результатов интеллектуального анализа данных и экспертных оценок. Такая интеграция позволяет поддерживать имитационную модель в актуальном состоянии с учетом получения последних данных из информационных источников федерального, регионального и муниципального уровней.

На основании разработанной имитационной модели муниципального образования представлена реализация система деловых имитационных игр с целью привлечением экспертов из разных областей для прогнозирования социально-экономического развития муниципалитетов, определения параметров внешней среды, поиска и выработки согласованных коллективных решений, позволяющая организовать совместную работу группы экспертов и имитационной модели для повышения согласованности экспертных оценок и качества прогнозирования. Имитационная модель в таком случае становится, кроме того, и коммуникационным инструментов для обеспечения экспертов необходимой в работе статистической информацией и возможностями профессиональной интеграции при разработке стратегических проектов.

Система поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели муниципального образования может применяться для целей [15]:

1. среднесрочного прогнозирования социально-экономического развития крупных муниципальных образований в условиях «как есть» с требуемой детализацией, вплоть до оценки развития отдельных категорий граждан и отдельных предприятий;

2. проведения вычислительных экспериментов вида «что будет, если .» при различных вариантах внешних и внутренних воздействий без необходимости вовлечения в эксперимент реальных объектов экономики муниципального образования;

3. анализа потенциальных возможностей и последствий реализации как отдельных стратегических проектов развития, так и группы проектов в рамках плана стратегического развития, оценки их влияния на краткосрочное и долгосрочное развитие муниципального образования;

4. поиска эффективных решений в области управления муниципальным образованием (муниципальная налоговая политика, распределение бюджетных средств, социальная политика), в том числе с использованием технологии оптимизаторов;

5. повышения уровня компетенции экспертов и ответственных лиц в ходе проведения компьютерных деловых имитационных игр, выявления нетривиальных связей в экономике муниципального образования.

С помощью разработанной мультиагентной имитационной модели проведены эксперименты по среднесрочному прогнозированию социально-экономического развития города Екатеринбурга. Полученные результаты подтвердили высокую степень адекватности модели, её пригодность в качестве инструмента комплексного анализа и прогноза развития ситуации в крупных муниципалитетах, позволяющего оценить возможные риски реализации стратегических проектов развития, их взаимное влияние и влияние на качество жизни горожан.