Chương 1, luận văn sẽ trình bày một số cơ sở lý thuyết về mô hình dựa trên tác tử và giao thức ODD.1 Mô hình dựa trên tác tử Với cơ sở dữ liệu đang ngày càng đa dạng, phức tạp, chi tiết hơn, các hướng nghiên cứu được đưa ra với nhu cầu cao về sự kiểm soát hoạt động của từng yếu tố trong hệ thống, từ đó các mô hình mô phỏng cần thực hiện nhiều tác vụ phức tạp hơn. Tận dụng sự phát triển của công nghệ, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng được những hệ thống mô phỏng với khả năng tính toán mạnh mẽ, một điều mà trước đây khó mà thực hiện được. Trên cơ sở đó, các nhà nghiên cứu phát triển một loại mô hình mà ở đó họ có thể kiểm soát và nghiên cứu được hoạt động tương tác của của từng cá thể trong một hệ thống, đó là mô hình mô phỏng dựa trên tác tử [3].1 Tác tử và mô hình dựa trên tác tử “Tác tử” là một yếu tố khó định nghĩa. Theo Bonabeau [1], một tác tử là một thành phần độc lập trong hệ thống, nó có thể là một phần mềm hay một mô hình.
Hành vi của một thành phần độc lập có thể từ đơn giản, được mô tả bằng các quy tắc if-then, đến phức tạp, được mô tả bằng các mô hình hành vi phức tạp như trí tuệ nhân tạo. Theo Casti [2], các tác tử phải được xây dựng dựa trên hai loại quy tắc, một là quy tắc cơ bản ý chỉ việc tác tử tương tác với môi trường trường xung quanh, hai là quy tắc cao cấp chịu trách nhiệm thay đổi các quy tắc khác tùy vào điều kiện của mô hình. Jennings [13] cung cấp một quan điểm khoa học máy tính về tác tử rằng các tác tử phải có sự tự động phản hồi và lập kế hoạch thay vì là các thành phần thụ động thuần túy. Theo tài liệu về ABM [3], với mục đích mô hình hóa thực tế, tác tử nên có các đặc điểm nhất định sau: • Tác tử là tự trị và tự điều hướng: trong một phạm vi nhất định, một tác tử có thể hoạt động độc lập trong môi trường của nó và tương tác với các tác tử khác.
Hành vi của một tác tử được là biểu hiện của một quy trình kết nối giữa việc tác tử cảm nhận môi trường xung quanh và quyết định hành động tiếp theo của nó. • Tác tử nằm trong một môi trường. Một tác tử là một cá thể xác định, rõ ràng với một tập hợp các đặc điểm hoặc thuộc tính, hành vi và khả năng 12 ra quyết định. Đặc điểm này giúp xác định được một yếu tố nào đó của mô hình có phải là một phần của tác tử hay không.
• Một tác tử có tính xã hội, tương tác với các tác tử khác. Tác tử có giao thức hoặc cơ chế mô tả cách chúng tương tác với các tác tử khác. Các giao thức tương tác tác tử thông thường bao gồm hấp thu, cạnh tranh, giao tiếp, ảnh hưởng, và các cơ chế khác tùy vào đặc thù mô hình mô phỏng. Ngoài ra, còn có các thuộc tính bổ sung khác được cho là cần thiết để tác tử hoạt động: • Hành vi của tác tử phụ thuộc vào tình hình tương tác của nó với các tác tử khác và môi trường.
• Một tác tử có thể có mục tiêu cụ thể định hướng hành vi của nó. Các mục tiêu không nhất thiết phải là hành động bắt buộc mà có thể là tiêu chí để đánh giá hiệu quả của quyết định và hành động của nó. Điều này cho phép tác tử so sánh liên tục kết quả của hành vi với mục tiêu của mình đã đặt ra để có thể sửa đổi hành vi của mình. • Một tác tử có thể có khả năng học và điều chỉnh hành vi dựa trên kinh nghiệm của nó.
Học và thích nghi đòi hỏi một tác tử có bộ nhớ, thường là dưới dạng một thuộc tính động của tác tử. • Các tác tử thường có các thuộc tính tài nguyên thể hiện lượng tài nguyên hiện có của chúng, ví dụ: năng lượng, tài sản, thông tin,. Các quy tắc hành vi của tác tử có thể khác nhau về độ phức tạp, lượng thông tin được xem xét trong quyết định của tác tử, các phản ứng có thể xảy ra hoặc hành vi của các tác tử khác, và mức độ lưu trữ các sự kiện quá khứ mà tác tử sử dụng trong quyết định của nó.2 Ứng dụng của mô hình dựa trên tác tử Mô hình dựa trên tác tử được áp dụng vào nhiều lĩnh vực, bao gồm các hệ thống xã hội của con người, hệ thống vật lý và sinh học. Các ứng dụng đa dạng từ việc mô hình hóa các nền văn minh cổ đại đã biến mất từ hàng trăm năm trước đến việc thiết kế các thị trường mới cho các sản phẩm hiện không tồn tại.
Các nghiên cứu khoa học đã đưa ra lập luận rằng mô hình dựa trên tác tử là phương pháp mô hình thích hợp hơn so với các kỹ thuật mô 13 hình hóa khác. Họ lập luận rằng chỉ mô hình dựa trên tác tử mới có thể tích hợp rõ ràng được sự phức tạp phát sinh từ hành vi và tương tác cá nhân tồn tại trong thế giới thực. Ví dụ, Griffin và Stanish [5] phát triển một mô hình dựa trên tác tử cho lưu vực hồ Titicaca của Peru và Bolivia trong thời kỳ tiền sử cuối cùng, từ 2500 năm trước Công nguyên đến 1000 năm sau Công nguyên. Mô hình đã được sử dụng để nghiên cứu giả thuyết về các biến số gây ảnh hưởng đến mô hình quy hoạch về dân sinh, nông nghiệp, và chính trị.
Cấu trúc địa lý không gian của mô hình bao gồm một lưới rộng khoảng 50.000 km2 được tạo thành từ các ô vuông có diện tích 1. Mỗi ô bao gồm các thông tin mô hình hóa địa lý, thủy lực và tiềm năng nông nghiệp. Các tác tử bao gồm các khu định cư, dân tộc, các thực thể chính trị và các nhà lãnh đạo có khả năng tương tác với nhau và với môi trường. Hành vi tác tử được mô hình hoá dưới dạng một tập hợp các điều kiện hành động dựa trên các yếu tố được giả định là nguyên nhân ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, di cư, cạnh tranh và thương mại.
Tác giả chỉ ra rằng thông qua một loạt các lần chạy mô phỏng, mô hình đã tạo ra một loạt các mô phỏng chính trị thời tiền sử và kết quả cho các mẫu ở cấp độ vĩ mô tương ứng với các mẫu quan sát được trong hồ sơ khảo cổ học. Vijaya Chandrakala và P. Kiran [10] nghiên cứu về thị trường điện được cơ cấu lại, trong đó các đại lý được xem xét như các thực thể và mỗi đại lý có khả năng học hỏi. Tổ chức đã áp dụng kỹ thuật giá trị nút (nodal pricing) để quản lý tắc nghẽn trên đường truyền điện.
Trong nền tảng đa đại lý này, mục tiêu mỗi đại lý của Công ty phát điện GenCo là tối đa hóa lợi nhuận trong mạng lưới của họ. GenCo thực hiện việc tăng cường khả năng hoạt động kinh tế để tăng thu nhập hàng ngày và báo cáo thông tin cập nhật về chi phí cho tổ chức. Đối với việc nghiên cứu động vật, trong nghiên cứu của mình vào 2015, Neil Carter [8] đã sử dụng ABM để nghiên cứu phương pháp bảo tồn loài hổ khi nghiên cứu về tính lãnh thổ của chúng. Năm 2022, Chanwoo Ko [14] đã dùng ABM để nghiên cứu về hoạt động của lợn rừng và hoạt động săn bắt của con người để hỗ trợ việc ngăn chặn dịch tả lợn Châu Phi.
Các mô hình mô phỏng này được xây dựng để phục vụ các mục đích khác nhau bao gồm nghiên cứu, dự đoán, phân tích ảnh hưởng, hỗ trợ quyết định. Trong luận văn này, chúng tôi cũng sẽ sử dụng mô hình mô phỏng để hỗ 14 trợ việc xây dựng các khu bảo tồn động vật.2 Giao thức ODD Như đã trình bày trong phần trước, ABM là mô hình quan tâm đến các hành vi trong hệ thống bao gồm tính đa dạng, sự tương tác qua lại và sự thích nghi của các tác tử. Từ các nghiên cứu khoa học sử dụng ABM, người ta thấy được rằng có nhiều lĩnh vực với nhiều hướng xây dựng ABM khác nhau. Điều này dẫn đến một vấn đề đó là làm sao để mô tả mô hình ABM một cách rõ ràng và khoa học.
Có các bài báo đã chỉ ra hạn chế của ABM là chung chung và thiếu cơ sở để đánh giá mô hình [15]. Do đó, vào năm 2006, Grimm và các cộng sự [12] đã xây dựng giao thức ODD với ba phần: tổng quan, các khái niệm thiết kế, và chi tiết (Overview, Design concepts, Details). Mục đích của việc tạo ra ODD là giúp các nghiên cứu về ABM có một định dạng chung, một cấu trúc tiêu chuẩn để việc mô tả và đọc hiểu trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. ODD được kỳ vọng sẽ hỗ trợ tạo ra các mô tả mô hình hoàn chỉnh hơn, giúp cho việc xây dựng lại các ABM dễ dàng hơn, tránh bị coi là thiếu khoa học.
Để việc mô tả ABM của luận văn ở Chương 2 được rõ ràng hơn, trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu cấu trúc của giao thức ODD [17]. Để thuận tiện cho việc đọc và tra cứu thông tin, trong Bảng 1.1 chúng tôi cung cấp bản dịch các thuật ngữ liên quan đến giao thức ODD mà chúng tôi sẽ dùng trong luận văn.1 Tổng quan Trong phần này, người xây dựng mô hình sẽ mô tả tổng quan mô hình, sao cho người đọc có thể dựa vào các thông tin này để xây dựng lại một mô hình tương tự. Mục đích Mỗi mô hình phải bắt đầu từ một câu hỏi, một vấn đề hoặc giả thuyết. Do đó, ODD bắt đầu bằng một tóm tắt ngắn gọn về mục tiêu tổng thể của việc phát triển mô hình.
Trong phần này, không mô tả bất kì điều gì về cách mô hình hoạt động, chỉ nêu ra mục đích sử dụng mô hình đó.