Parallele oder sequentielle Simulationsmethode?: Implementierung und Vergleich anhand eines Multi-Agenten-Modells der Sozialwissenschaft
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München
Utz
2010
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IMAGE 1
INHALT
1 EINLEITUNG 11
1.1 MOTIVATION 11
1.2 AUFBAU DER ARBEIT 13
1.3 SOZIALWISSENSCHAFTLICHE SIMULATIONSMETHODEN 15 1.3.1 SIMULATION MIT
ZELLULAEREN AUTOMATEN 15
1.3.1.1. DISKRETER RAUM 15
1.3.1.2. LOKALITAET 16
1.3.1.3.ZUSTANDSUEBERGAENGE 17
1.3.1.4.ZELLULAERE AUTOMATEN UND MULTIAGENTENMODELLE 18 1.3.2 SIMULATION
MIT SOFTWAREAGENTEN 18
1.3.2.1. WAS IST EIN AGENT? 19
1.3.2.2. KLASSIFIKATION VON AGENTEN ANHAND IHRER EIGENSCHAFTEN.20
1.3.2.3. AGENTENKOMMUNIKATION 22
1.3.2.4. AGENTENKOORDINATION 24
1.3.2.5. EIGENSCHAFTEN VON MULTIAGENTENSYSTEMEN 25 1.3.3
AGENTENSIMULATION AUF PARALLELEN COMPUTERSYSTEMEN 26
2 INFORMATIONSTECHNISCHE GRUNDLAGEN 31
2.1 GRUNDLAGEN PARALLELER COMPUTERSYSTEME 32
2.1.1 KLASSIFIKATIONEN VON COMPUTERSYSTEMEN 32 2.1.1.1.
STANDARDKLASSIFIKATION NACH FLYNN 32
2.1.1.2. KLASSIFIKATION UEBER SPEICHERNUTZUNG/PROZESSORKOPPLUNG. 33 2.1.2
NETZWERKE 37
2.1.2.1. VERBINDUNGSMOEGLICHKEITEN 37
2.1.2.2. DATENUEBERTRAGUNGSMOEGLICHKEITEN 37
2.1.2.3. ADRESSIERUNGSARTEN 38
2.1.2.4. ROUTINGMOEGLICHKEITEN 38
2.1.2.5. ROUTINGMETHODEN 39
2.1.3 ZEIT IN PARALLELEN RECHNERSYSTEMEN 40
2.1.3.1.ZEIT IM ZUSAMMENHANG MIT DER BEFEHLSAUSFUEHRUNG 40 2.1.3.2.ZEIT
IM ZUSAMMENHANG MIT DER DATENUEBERTRAGUNG 40 2.2 GRUNDLAGEN PARALLELER
PROGRAMMIERUNG 41
2.2.1 TASK, PROZESS, PROZESSOR, PROZESSORKNOTEN 42 2.2.2 ARTEN VON
PARALLELITAET 43
2.2.3 PARALLELE PROGRAMMIERMODELLE 45
2.2.3.1. SPEICHERORIENTIERTES PROGRAMMIERMODELL 46 2.2.3.2.
NACHRICHTENORIENTIERTES PROGRAMMIERMODELL 48 2.2.4
PARALLELISIERUNGSPROZESS 49
2.2.4.1. PARALLELISIERUNGSSCHRITTE 50
2.2.4.2. PARALLELISIERUNGSAUSFUEHRUNG 51
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/100597490X
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VI INHALT
3 SIMULATIONSMODELL ZUR ENTSTEHUNG VON SOLIDARNETZWERKEN 53 3.1
SOLIDARITAET UNTER UNGLEICHEN - DIE GRUNDIDEE 54
3.2 MODELLIERUNG VON SOLIDARBEZIEHUNGEN 54
3.2.1 ZWEI-PERSONEN-GEFANGENEN-DILEMMA-SPIEL 54 3.2.2 BASISSPIEL: DAS
ZWEI-PERSONEN-SOLIDARITAETSSPIEL 56 3.2.3 SUPERSPIEL: DAS ITERIERTE
SOLIDARITAETSSPIEL 59 3.3 MODELLIERUNG DER VORTEILSORIENTIERTEN
PARTNERSUCHE 60
3.3.1 SPIELER UND SPIELFELD 60
3.3.2 ANFANGSVERTEILUNG 61
3.3.3 WANDERUNGSOPTIONEN 61
3.3.4 BESTE UND SCHLECHTESTE SOZIALE POSITIONEN 62 3.3.5 ZUFRIEDENE UND
UNZUFRIEDENE SPIELER 62
3.3.6 EINGESCHRAENKTER AKTIONSRADIUS 63
3.4 COMPUTERSIMULATIONEN VON HEGSELMANN 63
4 MULTIAGENTENSYSTEME 67
4.1 SMASS - DAS SEQUENTIELLE MULTIAGENTENSYSTEM 68 4.1.1 STANDARD-PC -
DIE SMASS-HARDWAREPLATTFORM 69 4.1.2 SWI-PROLOG - DIE
SMASS-SOFTWAREUMGEBUNG 69 4.1.3 SMASS IM UEBERBLICK 70
4.1.3.1.SMASS-KERNSTRUKTUR 70
4.1.3.2. BEHANDLUNG DER ZEIT 72
4.1.3.3. UPDATING 73
4.1.4 ABBILDUNG DES SOLIDARITAETSMODELLS 74
4.1.4.1. AUSFUEHRUNG EINES HANDLUNGSTYPEN 77
4.1.4.2. EVALUATION EINER SPIELFELDWANDERUNG 77 4.1.4.3. ERMITTLUNG DER
LOKALEN AUSZAHLUNG 78
4.1.4.4. DURCHFUEHRUNG EINES SOLIDARITAETSSPIELS 78 4.1.4.5.
AUSZAHLUNGSBERECHNUNG FUER DAS SOLIDARITAETSSPIEL 79 4.1.4.6.ZUWEISUNG DER
BERECHNETEN AUSZAHLUNGSWERTE 80
4.1.4.7. ZUFRIEDENHEITSERMITTLUNG BEI MAXIMALER AUSZAHLUNG 80
4.1.4.8.AUSZAHLUNGSWERTE BEI VERSCHIEDENEN NACHBARAGENTEN.81 4.1.4.9.
MOEGLICHE AUSZAHLUNGEN AUF DEN FREIEN NACHBARZELLEN 81 4.1.4.10.
AUSZAHLUNGSWERTE AUF DEN FREIEN NACHBARZELLEN 82 4.1.4.11. DURCHFUEHRUNG
EINER SPIELFELDWANDERUNG 82 4.1.5 SMASS-SYSTEMSTRUKTUR (MODULE UND
PRAEDIKATE) 82 4.2 DMASS - DAS PARALLELE MULTIAGENTENSYSTEM 84
4.2.1 TRANSPUTER SYSTEME - DIE DMASS-HARDWAREPLATTFORMEN.85 4.2.1.1.
GENERELLER AUFBAU EINES TRANSPUTERSYSTEMS 85 4.2.1.2. VORTEILE EINES
TRANSPUTERSYSTEMS 89
4.2.2 BRAIN AID PROLOG (BAP) - DIE DMASS-SOFTWAREUMGEBUNG. 91
4.2.2.I.PARALLELE/VERTEILTE PROLOG-PROZESSE IN BAP 92 4.2.2.2.
KOMMUNIKATION UEBER NACHRICHTEN 94
IMAGE 3
INHALT VII
4.2.3 FUER DMASS VERWENDETE TRANSPUTERSYSTEME 97
4.2.3.1.TEK4/8-DASDMASS-ENTWICKLUNGSSYSTEM 97 4.2.3.2. GCEL/1024 - DAS
DMASS-ZIELSYSTEM 98 4.2.4 UEBERGANG VON SMASS NACH DMASS 100
4.2.4.1. BEIBEHALTUNG DES SIMULATIONSMODELLS AUS SMASS 101 4.2.4.2.
FUNKTIONALE AUFTEILUNG 101
4.2.4.3. MODELLIERUNG DER UMWELT INNERHALB DER AGENTEN 104 4.2.4.4.
EINFUEHRUNG EINES REALEN NACHRICHTENAUSTAUSCHES 105 4.2.4.5. EINFUEHRUNG
EINER AGENTEN AKTIVIERUNG/DEAKTIVIERUNG 108 4.2.4.6. VERTEILUNG DES
CODES 110
4.2.5 DMASS-SOFTWAREARCHITEKTUR 113
4.2.5.I.ABLAUFSTEUERUNG/VERHALTEN DES DMASS-KOORDINATORS.113 4.2.5.2.
VERHALTEN UND KOMMUNIKATION EINES DMASS-AGENTEN.12O 4.2.5.3.
DMASS-SYSTEMSTRUKTUR (MODULE UND PRAEDIKATE) 124 5 SIMULATIONEN 127
5.1 PROTOKOLLIERUNG, DARSTELLUNG UND AUSWERTUNG 127 5.1.1
PROTOKOLLIERUNG 127
5.1.1.1. SMASS-/DMASS-PROTOKOLLDATEIEN 129 5.1.1.2. EINTRAEGE IN DEN
PROTOKOLLDATEIEN 129
5.1.2 DARSTELLUNG UND AUSWERTUNG 132
5.1.2.1. R PROJECT 132
5.1.2.2. GRAPHISCHE AUSWERTUNG - UND IHRE GRENZEN 133 5.1.2.3.
NUMERISCHE AUSWERTUNG 134
5.2 SIMULATIONSLAEUFE 136
5.2.1 VORBEREITUNG EINES SIMULATIONSLAUFES 136
5.2.1.I.VORBEREITUNGEN FUER SMASS 136
5.2.1.2. VORBEREITUNGEN FUER DMASS 137
5.2.2 DURCHFUEHRUNGEINES SIMULATIONSLAUFES 137
5.2.2.1. SIMULATIONSDURCHFUEHRUNG MIT SMASS 137 5.2.2.2.
SIMULATIONSDURCHFUEHRUNG MIT DMASS 138 5.3 SIMULATIONSSZENARIEN 139
5.3.1 SIMULATIONSSZENARIEN AUF MIKROEBENE 140
5.3.1.1.TESTSZENARIO 140
5.3.1.2. MINISZENARIO 141
5.3.2 SMASS-SIMULATIONSSZENARIEN FUER DIE MAKROEBENE 144 5.3.2.
I.STANDARD SZENARIO 144
5.3.2.2. VARIANTEN DES STANDARDSZENARIOS 146
5.3.3 DMASS-SIMULATIONSSZENARIEN FUER DIE MAKROEBENE 154 6 ERGEBNISSE UND
SCHLUSSFOLGERUNGEN 155
6.1 METHODISCH/KONZEPTIONELLE ASPEKTE 156
6.1.1 DESIGN DER PARALLELEN MULTIAGENTENSIMULATION 156
IMAGE 4
VUEI INHALT
6.1.1.1. UMSTIEG AUF EINE PARALLELE MULTIAGENTENSIMULATION 156
6.1.1.2.EINFLUSS DER HARDWAREAUSWAHL 157
6.1.1.3.TRENNUNG DER SIMULATION VON DARSTELLUNG/AUSWERTUNG. 157
6.1.1.4. EINFUEHRUNG EINER KOMMUNIKATION UEBER NACHRICHTEN .160
6.1.1.5.ABBILDUNG DER UMWELT NICHT AUSSERHALB DER AGENTEN 161 6.1.2
ENTWICKLUNG, TEST UND FEHLERBEHEBUNG 162
6.1.3 ERWEITERUNGSMOEGLICHKEITEN 164
6.1.3.1. EINFACHE REALISIERUNG INDIVIDUELLER AGENTEN 165 6.1.3.2.
SKALIERUNGSMOEGLICHKEITEN 167
6.2 SOZIALWISSENSCHAFTLICHE ASPEKTE 169
6.2.1 KEINE ZENTRALE KONTROLLE DER AGENTEN 169
6.2.2 AUSTAUSCH VON REALEN NACHRICHTEN 171
6.2.3 KEINE VORAUSWAHL/SEQUENTIALISIERUNG DER KOMMUNIKATION 173 6.2.4
BEHANDLUNG DER ZEIT 174
ANHANG A. BERECHNUNG DES SEGREGATIONSKOEFFIZIENTEN 175 A.1 GRUNDLAGEN
DER RAEUMLICHEN AUTOKORRELATION 176 A.2 UNMITTELBARE NACHBARSCHAFT 177
A.3 MORAN'S 1 178
A.4 BERECHNUNG VON MORAN'S I MIT R PROJECT 179
A.5 TEST DER BERECHNUNGSMETHODE 180
ANHANG B. ARBEITEN MIT DMASS 185
B.1 BENOETIGTE VORAUSSETZUNGEN 185
B.2 EDITIEREN VON DMASS-QUELLCODEDATEIEN 185
B.3 VERBINDUNGSAUFBAU ZUM GCEL/1024 186
B.4 EINRICHTUNG DER GCEL/1024-SYSTEMUMGEBUNG 187 B.5 START VON BAP 187
B.6 BAP BOOT-VORGANG 189
B.7 ARBEITEN MIT DER BAP BENUTZEROBERFLAECHE 191
B.8 AUFRUF DES DEBUGGERS 195
ANHANG C. HINWEISE ZUR PROGRAMMCODEDOKUMENTATION 199 C.1 DOKUMENTATION
EINES PROLOGPRAEDIKATS 199
C.2 DOKUMENTATION EINES BAP PROLOGMODULS 201
ANHANG D. SMASS-PROGRAMMCODE 203
D.1 SMASS-MODULCREATENE.PL 203
D.2 SMASS-MODUL GAMERISK.PL 206
D.3 SMASS-MODULPARAMNEW.PL 220
D.4 SMASS-MODULPREDICAT.PL 221
D.5 SMASS-MODULSIMNEW.PL 226
ANHANG E. DMASS-PROGRAMMCODE 237
E.1 DMASS-MODULAUXIL_01.BAP 237
IMAGE 5
INHALT IX
E.2 DMASS-MODUL AUXIL_02.BAP 239
E.3 DMASS-MODUL AUXIL_03.BAP 241
E.4 DMASS-MODUL CREATENE.BAP 242
E.5 DMASS-MODUL GRISK_O1.BAP 245
E.6 DMASS-MODUL GRISK_02.BAP 254
E.7 DMASS-MODUL GRISK_03.BAP 259
E.8 DMASS-MODUL HEGSIMUL.BAP 265
E.9 DMASS-MODUL NODEPRED.BAP 275
E.10 DMASS-MODUL PARAMNEW.BAP 280
E.11 DMASS-MODUL PREDICAT.BAP 282
E.12 DMASS-MODUL SIMULNEW.BAP 286
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 291
TABELLENVERZEICHNIS 293
LITERATURVERZEICHNIS 295
INDEX 303 |
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