Социальная система: иерархия уровней и мультиагентное моделирование

Математические структуры и моделирование 2002, вып. 10, с. 143-151

УДК 51-77

СОЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА: ИЕРАРХИЯ УРОВНЕЙ И МУЛЬТИАГЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова

The paper presents the hierarchical approach to construct the simulation model of complex social system on the base of multi-agent modelling technology. The system has the hierarchical structure. We consider the following subsystem levels: biosphere, ethnosphere, sociosphere, psychosphere, anthroposphere. To construct the multi-agent models for each subsystems. They are the separate parts of general complex system. We give the approach for merging these parts in a whole model of complex social system.

Введение

С развитием технологий компьютерного моделирования (simulation), появилась новая возможность изучения социальных систем на основе построения моделей искусственного общества (artificial society) в которых реализуются современные представления об обществе. Актуальной проблемой в теоретической социологии является проведение системного анализа эволюции общества. Для решения этой проблемы предлагается построить комплексную модель социальной системы на основе иерархического подхода. Социум описывается иерархической структурой следующих уровней: биосфера, этносфера, социосфера, психосфера, антропосфера.

Для построения компьютерной модели общества используется метод мультиагентного моделирования, который позволяет изучать взаимодействие индивидов в окружающей среде. Описывая действия отдельных индивидов, мы наблюдаем за поведением всего общества. Иерархическая взаимосвязь организационных уровней реализуется посредством постепенного усложнения модели. Сначала мультиагентная модель описывается на биосферном уровне: агент -биологическая особь, окружающая среда - ландшафт ресурса, а правила взаимодействия агентов основываются на примитивных инстинктах. Далее модель расширяется до уровня этносферы: агент получает дополнительные свойства (например, импульс пассионарной энергии), окружающая среда наделена новой характеристикой (этническое поле) и появляются факторы воздействия окружающей среды на агентов (этнические традиции). Затем модель усложняется добавлением специфических элементов последующих уровней.

© 2002 В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова

E-mail: korobits@univer.omsk.su, frolova@univer.omsk.su Омский государственный университет

144

В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова. Социальная система...

Anthroposphere

Psychosphere

Sociosphere

Ethnosphere

Biosphere

Рис. 1. Иерархия организационных уровней

В полученной модели поведение индивидов регламентируется определенными правилами, которые усложняются при переходе на более высокий уровень. Но каждый индивид имеет собственные характеристики и способен производить выбор своих действий из допустимых на каждом уровне. Подход построения такой модели позволит перенести реальные отношения в искусственное общество.

1. Пять организационных уровней социальной системы

Социальная система - это способ организации жизни коллектива людей, который возникает в результате взаимодействия (социальных) действий индивидов на базе диктуемых социальных ролей. Система возникает как объединение в упорядоченное и самосохраняющееся целое с помощью норм и ценностей, обеспечивающих и взаимозависимость частей системы, и последующую интеграцию целого.

Мы выделяем пять организационных уровней социальной системы: биосфера, этносфера, социосфера, психосфера, антропосфера [4]. Иерархическая пирамида организационных уровней представлена на рис. 1. На каждом уровне мы описываем поведение индивида как члена некоторой группы посредством определенных правил поведения, направленных на достижение поставленной цели.

На нижнем, биосферном, уровне группа людей представляет собой подсистему экологической системы живущей в основном, за счет энергии Солнца и участвующей в обмене биомассой с другими подсистемами данного уровня. Биосфера Земли рассматривается с точки зрения теории В.И. Вернадского [2]. Общество в таком случае - это совокупность отдельных, не оказывающих друг на друга какого-либо заметного влияния потребителей (лучше сказать «поеда-телей») чужой биомассы, отдающих свою биомассу в результате биологической смерти. Общество на данном уровне лучше называть популяцией.

На втором, этническом, уровне группа - это уже коллектив индивидов, способных к единым неосознанным действиям и характеризующихся одинаковыми неосознанными ответными реакциям на внешние воздействия, то есть вполне определенным стереотипом поведения, порожденным ландшафтными (региональными) условиями местожительства. Такое общество называется этносом.

Математические структуры и моделирование. 2002. Вып. 10.

145

Этнос живет за счет изначально полученной при рождении биохимической энергии пассионарного толчка, растрачиваемой на характерные только для него культуру и искусство, технические новшества, войны и на поддержание кормящего окружающего ландшафта. Основой для построения модели на данном уровне является пассионарная теория этногенеза Л.Н. Гумилева [3].

На третьем, социальном, уровне группа - это социум. Каждый индивид имеет собственную систему действия, которая согласуется с общественным сознанием. Мы рассматриваем социум на основе теории социального действия социолога Т. Парсонса [9]. Объединяя индивидов в сплоченную группу, общество регулирует поведение каждого в пределах данной группы. Поведение членов группы основывается на социальных действиях, обусловленных их социальным статусом и набором социальных ролей. На этом уровне социум играет интегрирующую роль.

На четвертом, психическом, уровне группа - это толпа. Каждый член группы имеет совокупность коллективных рефлексов. Коллективный рефлекс - это ответная синхронная реакция группы людей на внешний стимул. Поведение группы представляет собой цепь последовательных коллективных рефлексов. Основой модели на данном уровне является теория коллективных рефлексов

В.М. Бехтерева [1].

На последнем уровне группа - это мыслящая организация, каждый член которой имеет собственный внутренний мир. Для конструирования мультиагентной модели общества на данном уровне мы можем выбрать теорию аутопоэтических систем Н. Лумана [8]. Здесь элементами системы являются коммуникации. Коммуникация - это не только процесс передачи информации, но также самореферентный процесс. Общество воспроизводит себя посредством коммуникаций.

Для моделирования социальной системы можно использовать различные теории, описывающие общество. Эти теории возникают на соответствующем этапе развития и скорее дополняют, чем противоречат друг другу. На основе каждой теории строится модель определенного уровня. Объединяя модели по иерархическому принципу, получим модель социальной системы, которая наиболее адекватно будет отражать динамику развития реального общества.

2. Моделирование организационных уровней

Строя мультиагентную модель общества, необходимо на каждом уровне описать поведение индивида как члена некоторой группы посредством определенных правил, направленных на достижение конкретной цели. При формализации осуществляется переход от субъектов реальной жизни к объектам искусственного общества. Группа индивидов представляется как класс агентов, имеющих внутреннее состояние и правила поведения, которые отражают поведение индивида в обществе. Агенты живут и взаимодействуют в некотором пространстве, называемом полем, которое обладает факторами контроля над индивидами. На каждом уровне социальная система выполняет определенную функцию, с помощью которой описываются законы взаимодействия и изменения агентов и

146

В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова. Социальная система...

Таблица 1. Элементы модели организационных уровней

Функция Характеристика поля Факторы контроля Агент Группа

Б адаптация биомасса первичные биологическая популяция

инстинкты особь

Э поддержание пассионарная традиции член этноса этнос

образца энергия

С интеграция социальное нормы и социальная социум

окружение ценности личность

П согласование психические коллективные психическая толпа

раздражители рефлексы личность

А целеполагание информация знания рациональная мыслящая

личность организация

Б - биосфера, Э - этносфера, С- социосфера, П - психосфера, А - антропосфера.

окружающей среды. Таким образом, согласно мультиагентной технологии, мы описываем следующие элементы модели на каждом уровне: поле окружающей среды, контролирующий фактор, класс агентов и их состояния, правила взаимодействия, правила изменения состояний агентов и окружающей среды. Общая схема элементов модели каждого организационного уровня приведена в табл. 1.

2.1. Уровень биосферы

Главной функцией уровня биосферы является адаптация индивида к изменениям окружающей среды. Этот уровень является основным источником энергии и ресурса для социальной системы. Здесь ресурсом является биомасса живого вещества. Окружающая среда — поле ресурса с биологическим фактором влияния на первичные инстинкты индивидов.

На этом уровне каждый агент имеет совокупность параметров: запас ресурса, скорость потребления, скорость метаболизма и т.д. Правила поведения агентов направлены на поглощение ресурса, необходимого для комфортабельного существования агента. Агент ищет ресурс в окружающей среде. Когда он его находит, то увеличивает свой запас ресурса. В то же самое время агент поглощает ресурс со скоростью потребления ресурса, затем он перерабатывает ресурс со скоростью метаболизма. Когда запас ресурса заканчивается, агент умирает. Примером такой модели может служить модель «сахарного города»

J. Epstein и R. Axtell [7].

2.2. Уровень этносферы

В обществе традиции играют особую роль и определяют стереотип поведения людей. Основная функция уровня этносферы - поддержание образца. Индивиды стремятся сохранить культуру как совокупность исторического опыта.

Этнос — это естественно сложившийся на основе оригинального стереотипа поведения коллектив людей, существующий как энергетическая система (структура), противопоставляющая себя другим таким же коллективам, исходя из

Математические структуры и моделирование. 2002. Вып. 10.

147

ощущения комплиментарности. Положительная (отрицательная) комплиментарность - это ощущение подсознательной взаимной симпатии (антипатии) людей, определяющее деление на «своих» и «чужих» [3].

Наиболее характерным признаком принадлежности человека к некоторому этносу является стереотип поведения - изменяющийся по ходу времени комплекс стандартов поведения членов этноса. Необходимо отметить, что совокупность стереотипов поведения, передаваемых через механизм условного рефлекса, называемая этнической традицией, отделяет этнос от биологической популяции.

Пассионарная энергия — избыток биохимической энергии живого вещества, подавляющий инстинкт самосохранения и определяющий способность к целенаправленным сверхнапряжениям. Каждый человек, как всякое живое существо, обладает инстинктом сохранения рода и, в частности, инстинктом самосохранения.

Этническое поле — это поле, обеспечивающее взаимодействие членов этноса и регулирующее их совместную целенаправленную деятельность. Этническое поле формируется за счет пассионарной энергии. Каждый этнос формирует свое уникальное поле, и каждый член этноса реагирует именно на это поле. Воздействие поля проявляется в стереотипе поведения членов этноса, в ландшафте, который окружает человека с рождения, в культурных ценностях этноса.

На данном уровне мы выделяем следующие параметры для агента: принадлежность к этносу, аттрактивность, пассионарность, запас пассионарной энергии. Пассионарность - это бессознательный импульс, подавляющий инстинкт самосохранения, заставляющий членов этноса совершать сверхнапряжения. Ат-трактивность - сознательный импульс, подавляющий рациональный эгоизм. Он толкает человека на совершение действий на благо этноса. Интенсивность деятельности агента определяется запасом пассионарной энергии, которая пополняется за счет биохимической энергии окружающей среды и других индивидов. Запас энергии затрачивается на деятельность индивидов для развития этноса.

2.3. Уровень социосферы

Уровень социосферы является ядром социальной системы, выполняющим функцию интеграции всех уровней. Здесь совместная деятельность индивидов регулируется и организуется посредством норм и ценностей общества. Главной чертой выступает упорядоченность отношений между индивидами и коллективное существование людей.

На этом уровне осуществляется процесс социализации индивида посредством усвоения статусов, ролей, правил, ценностей и норм. В процессе приобретения этих свойств происходит становление личности. Примером имитации данного процесса может служить мультиагентная модель, построенная авторами [6].

Агент - это социальная личность, адаптированная к социальному окружению. Каждый агент имеет совокупность различных социальных статусов и ролей, определяющих его социальное положение. Поведение агента основывается

148

В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова. Социальная система...

на накоплении опыта о степени влияния результатов его действий на внутреннее состояние. Агент регулируют свои действия с быстро меняющимися событиями в окружающей среде. В результате жизнедеятельности агент приобретает знания, умения, навыки и привычки.

Индивид совершает действия неизолированно, а во взаимодействии с другими агентами в социальной среде. Совершая социальные действия, агент испытывает на себе действие других агентов. Таким образом, действие агента является одновременно причиной и следствием обратных действий других агентов. Обмен действиями называется межличностным взаимодействием, которое является основой социального механизма интеграции социума. Примеры подобных мультиагентных моделей приведены в [5].

2.4. Уровень психосферы

Главной функцией данного уровня является согласование действий индивидов. Здесь агент - это психическая личность, отвечающая на психические раздражители окружающей среды. Агент совершает действие, согласовывая их с действиями других. Таким образом, коллективные действия формируются посредством психических действий отдельных агентов. Поведение группы - это последовательность коллективных согласованных реакций индивидов.

Согласно теории В.М. Бехтерева социально-психическая деятельность группы сводится к комбинации следующих коллективных рефлексов: наследственноорганические рефлексы (инстинкты), коллективное настроение, коллективные мимико-соматические рефлексы, коллективное сосредоточение, коллективное наблюдение, коллективное творчество, согласованные коллективные действия.

Каждый агент описывается совокупностью рефлексов и величиной, характеризующей тип психики индивида. При внешнем раздражении агент совершает действие согласно своей совокупности рефлексов. Более того, действие агента согласуется с его местоположением в ближайшем окружении. В процессе жизнедеятельности агент приобретает дополнительные рефлексы. Это влечет за собой более сложную схему поведения. Описывая поведение отдельных агентов, мы можем наблюдать поведение общества как целого. Пример компьютерной модели коллективных рефлексов представлен в [5].

2.5. Уровень антропосферы

На уровне антропосферы реализуется процесс целеполагания посредством знаний. Индивид совершает действие для самореализации в обществе. Агент -это рациональная личность, имеющая свой внутренний мир, характеризующийся ее направленностью. Направленность определяется увлечениями, интересами, способностями, идеалами и убеждениями. Получая информацию от окружающей среды, индивид стремится к сохранению внутренней гармонии. Если информация не согласуется с его мировоззрением, тогда состояние гармонии разрушается. Агент должен вернуться в состояние равновесия после того, как внешняя причина (среда) вывела его из этого состояния. Механизм управле-

Математические структуры и моделирование. 2002. Вып. 10.

149

Таблица 2. Уровни vs окружения социальной системы

Уровень Функция Окружение

• биосфера •этносфера • социосфера • психосфера • антропосфера адаптация поддержание образца интеграция согласование целеполагание • организм • культурная система • система личности • физико-органическое • предельная реальность

ния равновесием может быть описан теорией Н. Лумана для проектирования мультиагентной модели.

3. Слияние организационных уровней

В основании пирамиды социальной системы лежит биосфера как жизнеобеспечивающая подсистема. Последующие уровни, выполняя свою функцию, надстраиваются друг над другом в строго определенном порядке. При этом высший уровень контролирует низший.

На уровне биосферы индивид как биологическая особь стремится к самосохранению и сохранению рода. На этническом уровне индивид подавляет свои первичные инстинкты для поддержания этнических образцов. Выполняя различные социальные роли, личность может нарушить традиции, если они противоречат нормам и ценностям современного общества. При психическом раздражении человек может пренебречь социальными нормами. На уровне антропосферы индивид может отказаться от схем поведения предыдущих уровней для достижения поставленной цели.

Объединяя модели различных уровней по иерархическому правилу, мы получаем модель сложной социальной системы. Такая многоуровневая модель не представляется как простая сумма моделей отдельных уровней, поскольку высший уровень влияет на низший. Поведение агентов на низшем уровне изменяется под влиянием факторов контроля высших уровней. Поднимаясь по иерархической пирамиде, окружающая среда усложняется дополнением характеристик поля. Представленный подход позволит исследовать общество как социальную систему, учитывая все ее особенности.

Такое деление социальных систем на организационные уровни не случайно. В концепции социальной системы социолог Т. Парсонс выделяет следующие пять внешних окружений социальной системы: предельная реальность, культурная система, система личности, организм, физико-органическое окружение [10]. Мы можем сопоставить эти окружения с представленными уровнями социальной системы посредством общих функций (табл. 2).

4. Конструирование единой иерархической модели

Модель описывает взаимодействие агентов в ограниченном пространстве, называемом окружающей средой. Определим среду как область в двумерном пространстве и введем координаты (x,y). Каждая клетка поля описывается пятью

150

В.В. Коробицын, Ю.В. Фролова. Социальная система...

компонентами: биомасса, пассионарная энергия, социальное окружение, психические раздражители, информация. Каждая компонента описывается числом, определяющим ее содержание в данной клетке. То есть мы определяем функцию

E : (x,y) ^ (e1,e2,e3,e4,e5),

где ek - k-я компонента поля в заданной точке (x,y). Эту компоненту также будем обозначать через Ek(x,y).

Каждый агент имеет совокупность свойств, характеризующих его состояние на пяти уровнях: биологическая особь, член этноса, социальная личность, психическая личность, рациональная личность. Пусть агент на k-м уровне описывается набором чисел sk = (sk, s2,... s^). Тогда состояние агента на всех уровнях будет описываться набором

S = (s1, s2, s3, s4, s5).

Правила взаимодействия агентов со средой определяются факторами контроля окружающей среды над индивидом: первичные инстинкты, традиции, нормы и ценности, коллективные рефлексы, знания. Высокая концентрация значения компоненты Ek в окружающей среде образует группы агентов по уровням: популяция, этнос, социум, толпа, мыслящая организация. В результате взаимодействия агента Ai со средой формируется пять наборов агентов NAі, ... , NAі, включающих всех агентов, с которыми он может взаимодействовать в данный момент на соответствующем уровне.

Правила взаимодействия агентов основываются на естественном представлении взаимодействия индивидов в группах. Из взаимодействия агента Ai с другими агентами группы NAki складывается определенное потенциальное действие P^i, которое является естественной реакцией агента на данное взаимодействие. Потенциальное действие P^i = (P^, Pk) характеризуется двумя параметрами: тип и потенциальная сила, индекс k показывает, к какому организационному уровню относится данное действие. Тип P'k указывает на конкретное действие, которое должен совершить агент Ai. Потенциальная сила Pk говорит о том, насколько сильное воздействие оказывают окружающие агенты N^i для того, чтобы агент совершил именно действие Pdk.

Действия агентов складываются из взаимодействия с другими агентами и окружающей средой. У каждого агента Ai определено пять возможных вариантов потенциальных действий P\i,... , PAi. Агент выбирает одно из них согласно своим потребностям, основанным на пяти функциях уровней: адаптация к окружающей среде, поддержание этнического образца, интеграция коллектива, согласование действий, целеполагание. Приоритет выбора потребности индивида складывается из его внутренних состояний S. Пусть параметр s1k описывает степень неудовлетворенности агента на k-м уровне. Тогда выбор действия агента Ai определяется функцией

F (s

1

1, .

s5,

P1

,P 5)

P3

Pd,

где j - индекс уровня, при котором достигается max{2kPk}. Поскольку более высокий уровень контролирует низший, то для выбора действия низшего

Математические структуры и моделирование. 2002. Вып. 10.

151

уровня m необходимо, чтобы потребность в нем была в 2k-m раз больше, чем потребность высшего уровня к. Удовлетворив свои потребности на данном шаге, на другом агент может выполнить действия другого уровня.

В результате взаимодействия агентов между собой и с окружающей средой изменяются параметры внутреннего состояния агентов и значения компонент окружающей среды. Это приводит к формированию новых групп агентов при взаимодействии на разных уровнях.

Предложенный подход представлен процессом постепенного усложнения модели общества. Это «восходящая» модель, преимущество которой состоит в возможности анализа не только каждого индивида, но и общества в целом. Описывая поведение агента на каждом уровне, мы исследуем правила эволюции общества как комплексной социальной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бехтерев В.М. Объективная психология. М.: Наука, 1991.

2. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.: Наука, 1988.

3. Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. М.: Танаис ДИ-ДИК, 1994.

4. Гуц А.К. Глобальная этносоциология. Омск: ОмГУ, 1997.

5. Гуц А.К., Коробицын В.В., Лаптев А.А., Паутова Л.А., Фролова Ю.В. Математическое моделирование социальных систем. Омск: ОмГУ, 2000.

6. Коробицын В.В., Фролова Ю.В. Имитационное моделирование социализации индивида // Математические структуры и моделирование, 2000, N 6, C. 91-100.

7. Epstein J.M., Axtell R. Growing Artificial Societies: Social Science from the Bottom Up. Brookings Institution Press, Washington, 1996.

8. Luhmann N. Soziale Systeme Grundriss einer allg. Theorie. Suhrkamp, Frankfurt, 1984.

9. Parsons T. Social Structure and Personality. Free Press, New York, 1964.

10. Parsons T. The Social System. Free Press, New York, 1951.