CHUYÊN ĐỀ Tiếp cận ứng dụng cho mô hình hóa dựa trên tác tử

Mang tính chất bổ sung cho các phương pháp phân tích truyền thống, mô hình hóa dựa trên tác tử cho phép thiết kế các mô hình mô tả sự tác động qua lại lẫn nhau giữa những mô phỏng tin họ

Biểu diễn một hệ thống thực tế và phức tạp

để nghiên cứu và đo lường các diễn biến có

thể xảy ra hoặc thiết kế và đề xuất các giải

pháp quy hoạch phù hợp chính là một trong

những mục tiêu đề ra cho công tác mô hình

hóa, đặc biệt là mô hình hóa dựa trên tác tử

Mang tính chất bổ sung cho các phương

pháp phân tích truyền thống, mô hình hóa

dựa trên tác tử cho phép thiết kế các mô

hình mô tả sự tác động qua lại lẫn nhau giữa

những mô phỏng tin học đại diện các thực

thể của hệ thống được nghiên cứu và mô

hình hóa (tác nhân, thể chế, môi trường, thực

thể sinh học hoặc phi sinh học) Mô hình này

là công cụ hữu hiệu thực hiện các mô phỏng,

googlecode.com –, do Viện Nghiên cứu Phát triển (IRD) và các đơn vị đối tác xây dựng, kèm theo đó là một trang điện tử mã nguồn

mở do Trung tâm hợp tác quốc tế về nghiên cứu phát triển nông nghiệp (CIRARD) xây dựng trên cơ sở trò chơi nhập vai liên quan đến quản lý nước – « Wat-A-Game    », xem http://sites.google.com/site/waghistory/home Mục tiêu của lớp học là giúp học viên tìm hiểu và khám phá mô hình hóa dựa trên tác

tử và các ứng dụng của nó thông qua việc cùng thiết kế và xây dựng các mô hình với độ phức tạp tăng dần nhằm quản lý nguồn nước với các tác nhân đa dạng : nhà quản trị, chủ

cơ sở sản xuất sử dụng nước, cơ quan kiểm

2.4 Tiếp cận ứng dụng cho mô

hình hóa dựa trên tác tử

Alexis Drogoul – IRD, Benoit Gaudou – Đại học Toulouse,

Arnaud Grignard – Đại học Paris 6, Patrick Taillandier – Đại học Rouen,

Võ Đức Ân, Viện Tin học Pháp ngữ (MSI-IFI)

Phương pháp này cho phép đưa ra các kịch

bản đa dạng và cụ thể Khóa học dành một

phần thời lượng cho thiết kế và viết mô hình

Ngoài ra, lớp học cũng dành thời gian tương

đối cho thảo luận về việc lựa chọn khái niệm

và cách thức biểu diễn mô hình dựa trên

phần hướng dẫn Ngày học cuối cùng, học

viên đưa ra, thử nghiệm và so sánh các giải

pháp biểu diễn cơ chế ra quyết định trong

hình tác tử với mục tiêu là ứng dụng mô hình

trong quản lý nước Trước tiên, chúng tôi sẽ

giới thiệu với các bạn mục tiêu của lớp học và

giải thích phương pháp và cách thức chúng

ta sẽ tiến hành nhằm đạt được những mục

tiêu này Phần thứ hai, chúng tôi sẽ mời từng

thành viên tham gia lớp học giới thiệu về bản

thân, đề tài và phương pháp nghiên cứu và

lý do vì sao các bạn đăng ký tham gia lớp

chuyên đề này Chúng tôi cũng muốn biết

các bạn mong muốn mô hình hóa nghiên

cứu gì và các bạn đã từng được học về lập

trình tin học hay chưa

về mô hình hóa và trong số các bạn rất ít người đã quen thuộc với mô hình hóa.Trong khuôn khổ khóa học này, chúng tôi sẽ hướng dẫn các bạn từng bước làm quen với

mô hình hóa, trên cơ sở đó các bạn sẽ gắn

nó với các nội dung, đề tài mà mình đang nghiên cứu theo đuổi Để thực hiện việc này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu phương pháp mô hình hóa dựa trên tác tử, một phương pháp giúp các bạn xây dựng mô hình theo từng bước tuần tự Trong giai đoạn đầu, mô hình được xây dựng trên cơ sở các thực thể cơ sở Tiếp đó, trong các giai đoạn tiếp theo, mô hình được bổ sung và hoàn thiện bằng các phương pháp như thêm các cấu phần, thay đổi các cấu phần có sẵn để xây dựng mô hình phức tạp hơn

Sau phần giới thiệu tổng quan, ngay trong buổi chiều nay chúng ta sẽ bắt tay vào xây dựng mô hình Chúng tôi mong muốn các bạn bắt tay vào thực hành ngay lập tức để có thể làm việc một cách độc lập trong cả tuần học  : các bạn cần học cách sử dụng phần mềm tin học và phải làm quen với ngôn ngữ lập trình

Chúng ta có thể hình dung mô hình như một

vở kịch : chúng ta có phần trang trí sân khấu, các diễn viên, các kịch bản và các mối quan

hệ qua lại Hai ngày đầu của lớp học sẽ dành cho việc xây dựng bối cảnh sân khấu của

mô hình Tiếp theo đó, chúng ta sẽ đưa các nhân vật vào, mỗi nhân vật sẽ có các hành vi,

hành các thực nghiệm khác nhau và so sánh

kết quả Kết thúc khóa học, chắc chắn mỗi

bạn học viên sẽ xây dựng những vở kịch và

các kịch bản khác nhau

Chúng ta sẽ cử hai thành viên lớp xung

phong báo cáo kết quả lớp học tại phiên họp

tổng kết vào thứ bảy Các bạn có nhiệm vụ

ghi chép lại nội dung khóa học, tổng hợp ý

kiến, cảm nghĩ của các thành viên trong lớp

và nhất là các vấn đề còn chưa được trình bày

Học viên cài phần mềm GAMA vào máy tính

cá nhân Chuyển cho học viên các slides giới thiệu lớp học và file dữ liệu thông tin địa lý.

Benoit Gaudou sẽ giới thiệu vắn tắt với các bạn phần mềm GAMA và mô hình « Wat-A-Game » trước đây vốn không phải là mô hình tin học

Đâu là thế mạnh của GAMA ?

Một trong những mục tiêu của phần mềm là

xây dựng mô hình phức cho phép tích hợp

nhiều dữ liệu để lồng ghép các hành vi của

các tác tử và quan sát các mô hình thực tế

thực tế gắn với các hành vi GAMA cho phép quản lý một cách đơn giản và dễ dàng tương tác qua lại giữa các cấp độ

Để xây dựng mô hình phức tạp hơn, phần mềm bao gồm các công cụ toán học, thống

kê hoặc trí thông minh nhân tạo Nó sử

Giới thiệu về GaMa (2)

Nguồn : tác giả.

17 khung

chương trình cho phép ta viết phần mềm

Các bạn cũng có thể chỉnh sửa và cải tiến

phần mềm phục vụ tốt nhất cho mục đích

nghiên cứu của mình Phần mềm này được

viết ra dành cho các cá nhân sử dụng mà

không nhất thiết phải có kiến thức chuyên

sâu về ngôn ngữ lập trình truyền thống vốn

rất phức tạp Phần mềm này có ngôn ngữ lập trình được đơn giản hóa và thích hợp với việc

xây dựng mô hình đa tác tử : GAML (Gama

Modeling Language).

Các bạn cũng có thể tự mình viết mô hình và tùy chỉnh nó cho phù hợp nhất với thực tế

Phiên bản GAMA đầu tiên được phát triển

năm 2008-2009 với đặc điểm là ngôn ngữ

lập trình được cấu trúc cao và ít cảm tính Hệ

thống thông tin địa lý (SIG) được lồng ghép

vào năm 2009-2010, phương pháp tiếp cận

đa cấp độ và các ngôn ngữ mô hình hóa

được ra đời vào năm 2011

Để kết thúc phần giới thiệu này, chúng ta cần lưu ý là có các nguồn sẵn có để các bạn có thể tải các phiên bản và mã nguồn GAMA :

Lịch sử vắn tắt

Nguồn : tác giả.

32 Biểu đồ

Mục tiêu của phần hướng dẫn này giúp bạn

làm quen với GAMA bằng việc mô hình hóa

một lưu vực sông, tính động của nước và

các hoạt động của con người và mối tương

tác giữa chúng Tiếp sau đó, chúng ta có thể

đánh giá tác động của những hoạt động này

về mặt chất và lượng, đặc biệt là hiện tượng

ô nhiễm Trên lưu vực này, ta có thể đưa ra

nhiều giả thiết và chiến lược quản lý nước,

quản lý hoạt động sử dụng nước, các chính

sách , v.v

Để thực hiện điều này, chúng tôi đã lựa chọn một mô hình khá đơn giản, « Wat-A-Game » – https://sites.google.com/site/waghistory/wag-courses

thông tin thêm

Nguồn : tác giả.

18 khung

« Wat-A-Game » (WAG) là một trò chơi nhập

vai cho phép các tác nhân biểu diễn lưu vực

sông và đưa các tương tác vào, xem xét nước

lưu chuyển và tìm hiểu cách thực thi các

chính sách quản lý nước

Trò chơi bao gồm nhiều yếu tố cấu thành : dòng chảy của nước, các hoạt động sử dụng nước, v.v Ý tưởng đưa ra là tạo ra một cơ sở chung để biểu diễn bất cứ lưu vực nước nào, quan sát các tương tác ở các cấp độ khác nhau : nông hộ, hiệp hội, cơ quan thể chế

Wat-a-GaME: Giới thiệu

Nguồn : https://sites.google.com/site/waghistory/wag-courses

19 khung

Trò chơi này được xây dựng theo phương

pháp mô hình hóa tham gia ComMod –

phương pháp do các nghiên cứu viên của

Trung tâm hợp tác quốc tế về nghiên cứu

phát triển nông nghiệp (CIRAD) xây dựng Trò

chơi là nơi quy tụ các tác nhân cùng một địa

phương nhằm giải quyết các xung đột liên

quan đến việc sử dụng đất Mỗi thành viên

đều tham gia vào việc xây dựng mô hình để

nắm rõ được các vấn đề trong quản lý môi

trường – xây dựng và vẽ trò chơi trên giấy

hoặc bảng

Mục tiêu đề ra là áp dụng cách tiếp cận này

để phát triển một công cụ biểu diễn lưu vực

có thể được sử dụng trong nhiều tình huống với nhau, với các tác nhân khác nhau : công

cụ này cho phép các tác nhân tại cùng một khu vực có thể tự mình làm chủ công cụ bằng cách tự mình xây dựng hệ thống lưu vực và cùng nhau thảo luận

WaG: Ý tưởng và mục tiêu

Nguồn : https://sites.google.com/site/waghistory/wag-courses

20 khung

Có một phần việc quan trọng phải làm để

biểu diễn các hoạt động sử dụng nước

Ý tưởng đưa ra là xây dựng một cơ sở trừu

tượng tại đó các cá nhân có thể lồng ghép

các khái niệm tự mình đề ra để mô hình hóa

lưu vực sông đang nghiên cứu

Ta lấy một ví dụ : xung quanh một dòng chảy,

có các không gian địa lý tại đó sẽ xác định

các hoạt động đặc thù : nông nghiệp, công

nghiệp Các hoạt động này cũng là nguồn

tạo thu nhập cho chủ sở hữu và ít nhiều cũng

được xã hội chấp nhận

Các thành viên sẽ tham gia trò chơi trên cơ sở cấu trúc đã được xác định trước đó Giai đoạn này rất quan trọng cho phép đưa ra một cấu trúc chung của lưu vực Các hoạt động sản xuất sẽ lấy một lượng nước từ lưu vực sông

và thải trở lại một lượng nước ô nhiễm sau khi

Đây là một mô hình lưu vực sông được tạo

ra ở Ethiopia Chúng ta có thể nhận thấy các

dòng chảy và các hoạt động sản xuất Ngoài

những khái niệm cơ bản, còn có một số dữ

kiện khác được đưa vào: thiếu diện tích canh

tác, sự hiện diện của các mạch nước ngầm

Ví dụ này chứng minh cho ta thấy khả năng

có thể lồng ghép các khái niệm đa dạng cho phép biểu diễn lưu vực gần với thực tế nhất

Ví dụ ứng dụng của WaG : Fogera Basin, Ethiopia

Ví dụ ứng dụng của WaG : Diga Basin, Ethiopia

Ở đây, liên quan đến lưu vực sông là các vấn

đề về sử dụng đất

Với WAG, có thể quản lý lưu vực như thế nào?

Các nhà quản lý phải quản trị lưu vực sông

trên nhiều giác độ: đối thoại xã hội (công

bằng), vấn đề môi trường, dữ liệu kinh tế

Để thực hiện các hoạt động, cần thiết lập cơ

Ví dụ ứng dụng của WaG : niger central Delta, Mali

Nguồn : https://sites.google.com/site/waghistory/wag-courses

36

Sơ đồ

Nhằm sát thực nhất với các vấn đề đặt ra với

địa phương, các thành viên tham gia đã đưa

thêm vào nhiều bước bổ sung, ví dụ như vấn

đề do sự lan tràn của các tổ mối gây ra

phan Đình phước

Tôi đã quan sát thấy trên sơ đồ, hình các viên

gạch tượng trưng cho lượng nước Đối với

một lưu vực, để xác định lượng nước tiêu thụ

của từng hoạt động kinh tế, ta có thể sử dụng

số liệu thống kê Nhưng để xác định lượng

nước thải trở lại lưu vực, ta có thể dựa vào

nguồn thông tin nào để biết về lượng và chất

nước thải, làm thế nào để biết nước thải là đủ

tiêu chuẩn hay gây ô nhiễm ?

[Benoit Gaudou]

Một lượng nước nhất định sẽ được đưa vào

nguồn của lưu vực và lượng nước này có

thể thay đổi Mô hình này được xây dựng

trên cơ sở kết hợp với các tác nhân của địa

phương mong muốn nghiên cứu lưu vực

sông mà họ quản lý Vì vậy họ có thông tin

chính xác về lượng và chất nước mà từng

hoạt động kinh tế lấy từ lưu vực và thải trở

lại lưu vực

[alexis Drogoul]

Các bạn hoàn toàn có lý khi cho rằng không

phải lúc nào ta cũng có đầy đủ số liệu thống

kê, nhất là số liệu về nước ô nhiễm Một tham

số quan trọng của mô hình đó là cách thức xã

hội nhìn nhận về một hoạt động Một phần

các quyết định được đưa ra trong mô hình

dựa vào nhận thức chứ không phải từ dữ liệu

thống kê thực

phan Đình phước

ta tính khoảng 10% lượng nước tiêu thụ Đối với hoạt động công nghiệp, khó có thể có được số liệu thống kê tin cậy vì có hai nguồn : công ty cấp nước và giếng mà doanh nghiệp khoan để lấy nước ngầm Như vậy, khó có thể

có được số liệu chính xác cả về lượng nước sử dụng và nước thải

là việc khó Chúng ta có thể nghiên cứu các hoạt động có một phần sử dụng nước được biết rõ và một phần kia ta không biết trong trường hợp có khoan thêm nước ngầm Vì vậy ta có thể ước lượng và căn chỉnh giả thiết này nhờ thông tin có được về nguồn nước ngầm

nguyễn ngọc Minh

Có cách gì để kiểm định xem mô hình của ta

có sát với thực tế hay không ?

[Benoit Gaudou]

Các sơ đồ rất khác với môi trường thực Thế mạnh của mô hình chính là ở việc các tác nhân biểu diễn lưu vực của họ căn cứ vào nhận định và vấn đề họ mong muốn tìm tòi

Tôi thấy dường như WAG là một mô hình cân

bằng nguồn nước Mô hình này có biến động

theo thời gian cùng với sự thay đổi của các

mùa hay không ?

[alexis Drogoul]

Các mô hình thủy động lực và mô hình thống

kê dòng chảy của nước hoàn toàn phụ thuộc

vào cách nhìn nhận của các tác nhân tham

gia Nếu chúng ta có thể thấy ở đó nhiều kiến

thức kỹ thuật, thì đó là một mô hình thủy

động lực chi tiết Ngoài ra, cũng có thể đo

lường dòng chảy lưu vực theo thời gian, mùa

mà các bạn đã học Mục tiêu chúng tôi đề

ra là khi kết thúc khóa học, các bạn sẽ có cái nhìn khái quát tổng thể chứ không đi vào một ví dụ cụ thể

các bước xây dựng mô hình hoàn chỉnh 21

khung

Các bước được giới thiệu tương ứng với mười

sáu mô hình khác nhau Phương pháp và

kỹ thuật mô hình hóa có độ phức tạp tăng

dần Từng mô hình sẽ giới thiệu cho các bạn

những thuộc tính của GAMA Mỗi bước là

một bài tập: trước tiên, ta xác định những

mục tiêu cần đạt được, sau đó sử dụng các

thuộc tính cho phép thực hiện các mục tiêu,

tiếp đó ta đi vào thực hành để kiểm tra xem

các bạn đã hiểu rõ nội dung của từng bước

trước khi chuyển sang mô hình tiếp theo

Mục tiêu chúng tôi đề ra trong khóa học là các

Phần thực hành chiếm thời lượng là ba ngày

rưỡi từ sáng thứ hai đến trưa thứ năm Các

ngày học 1 và 2 dành để triển khai lắp đặt

« phông nền » mô hình phục vụ cho việc đào

tạo Cụ thể là tạo ra một lưu vực sông nhỏ và

có động lực dòng chảy được đơn giản hóa

Đây cũng là dịp để các học viên làm quen với

GAMA và tổng quát hơn là quen với mô hình

hóa tin học Do trình độ của các học viên rất

đa dạng, rất nhiều thành viên đến với khóa

học nhằm tìm hiểu và học về « công cụ tin

học » nói chung, vì vậy, đội ngũ giảng viên đã

đề xuất giảng bằng tiếng Việt cả buổi chiều

(ngày học thứ 2, buổi chiều thứ ba) đảm bảo

các hành vi của con người (hành vi của doanh nghiệp quanh lưu vực sông hay của các cơ quan quản lý lưu vực) Lớp học đã có những thảo luận sôi nổi về cách thức đề cập

và phân tích vấn đề này Phần học này kết thúc vào trưa thứ năm với kết quả là tất cả các học viên đều tạo ra được một mô hình

cơ sở « trung tính » phục vụ cho việc tìm hiểu những vấn đề cụ thể và gần gũi đối với từng học viên – có nghĩa là chỉ mô tả những nội dung được coi là « khách quan » : chu trình nước, hành vi bơm và thải nước của các doanh nghiệp, chu trình kinh tế của các doanh nghiệp, nhu cầu tiêu thụ nước của các hoạt động kinh tế, v.v

Việc xây dựng từng bước mô hình (mô hình sau phức tạp hơn mô hình trước) là một trong những nét đặc trưng của phương pháp mô hình hóa dựa trên tác tử Vì ngoài những ưu điểm khác, phương pháp này cho phép ta đi từ một mô hình cơ sở, hoàn thiện

nó với các « tác tử » mới (kinh tế, xã hội, môi trường v.v.), đánh giá và đo lường tác động của việc đưa thêm các tác nhân vào hệ thống tổng thể Xét trên giác độ sư phạm, điều này được thể hiện rõ trong toàn bộ khóa học bằng việc phân tách rõ ràng hai phần : phần một là xây dựng mô hình cơ sở, được

sử dụng để giới thiệu GAMA và các khái niệm trong GAMA và phần hai, ngắn hơn, là dịp

để các học viên độc lập thực hiện các thao tác để mô hình trở nên phong phú hơn và nhằm vào một vấn đề cụ thể Với mô hình