課程資訊
課程名稱
個人、行動與社會專題:ABM的應用
Seminar on Agent-based Modeling and its Application in Social Sciences 
開課學期
102-1 
授課對象
社會科學院  國家發展研究所  
授課教師
鄧志松 
課號
NtlDev5310 
課程識別碼
341 U9260 
班次
 
學分
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期三3,4(10:20~12:10) 
上課地點
國發302 
備註
總人數上限:20人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1021ABM 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

本課程為兩學分的選修課,提供給對科際整合與程式寫作有興趣的學生。課程內容主要是介紹ABM (Agent-based Modeling) 在社會科學的應用,並以Netlogo語言撰寫程式,分析社會現象。本課程為導論性課程,修課同學毋須具備數學或程式寫作基礎,只要有興趣,老師會從基礎開始教起。修課同學一方面學習如何把社會科學的因果邏輯寫成程式語言,另一方面可以用一種嶄新的研究途徑,探討社會現象,擴大知識視野,落實科際整合精神。 

課程目標
ABM是有別於傳統演釋法、歸納法之外的第三條路。傳統社會科學量化研究以迴歸分析為主。先以演繹法建構理論、推導待驗證的命題,再用歸納法驗證經驗世界裡蒐集的數據。研究者藉迴歸方程式中自變數與依變數的關係,自變數代表原因,依變數代表結果,與理論對話,增進對社會現象的瞭解。研究過程中,假定自變數與依變數的關係是線性的、可以疊加,觀察對象彼此獨立,屬性決定最後的結果。部分學者不滿這些假定,開始關注一些稱為「複雜」(complexity) 的現象。起初它是從數學模型推導出來,慢慢地觸及其他自然與社會領域。學者們發現自變數與依變數的關係經常不是線性、也非恆定,個體屬性加總起來未必就是總體,總體經常有些性質是個體不存在的。
關心「複雜」(complexity)現象的學者,常用概念如Emergence (湧現),現象的發生不是漸進的,而是一下子突然冒出來。Chaos (混沌) 它代表初期值 (參數) 的微小變化,最後卻造成巨大的結果差異。學者發現這些現象不只是學者的數學模型,在現實社會中也會存在。要研究complexity現象,傳統迴歸分析已無法處理,ABM電腦模擬成為重要的選項。
ABM從「個體」(agent)出發,這裡的個體可以是個人,也可以是組織、家庭、公司、國家、族群、都市等。社會系統是由一些相互影響 (互動) 的個體所組成,個體有自己的屬性與行為規則,與環境互動,與其他個體互動,最後形成社會秩序,這是一個複雜的動態過程。ABM在數學、物理學、生態學等自然學科應用極為廣泛,近年來在社會科學、政策研究也逐漸獲得重視,然而在國內社會科學界卻始終罕見,這可能有兩個原因。第一、直接處理人的行為準則本來就不容易,而停留在抽象的概念層次,又不足以吸引社會科學學者的關注;第二、ABM需要一些程式寫作的技巧,台灣社會科學界程式寫作能力普遍欠缺,除非跨領域合作,否則不容易。本課程擬填補這個空缺,系統地介紹ABM,以及它在社會科學上的可能應用。修課同學可瞭解社會中的complexity現象,學會程式寫作能力,並運用Netlogo程式語言分析它。
 
課程要求
每週有個小作業,訓練同學邏輯分析,以及程式寫作能力。
期末完成一個小專案。具體內容、要求標準上課會解釋。
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
參考書目
Gibert, N. (2004) “Agent-based Social Simulation: Dealing with complexity,” http://cress.soc.surrey.ac.uk/web/resources/ABSS%20-%20dealing%20with%20complexity-1-1.pdf.
Netlogo user menu, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/docs/.
Netlogo官方網站,http://ccl.northwestern.edu/netlogo/index.shtml.
Nigel Gilbert, Klaus G. Troitzsch (2005), Simulation for the Social Scientist. Open University Press.
Robert Axelrod and Leigh Tesfatsion (2013), On-Line Guide for Newcomers to Agent-Based Modeling in the Social Sciences, http://www2.econ.iastate.edu/tesfatsi/abmread.htm#ABMSocSci.


 
指定閱讀
Steven F. Railsback & Volker Grimm (2011), Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction, Princeton University Press.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises I, Agents and Environments, Bookboon.com.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises II, Agents and Behaviour, Bookboon.com.
 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/11  主題:課程介紹
課程介紹,課程要求,評分標準。
教材:
Vicsek, Tamas (2000) “Complexity: The Bigger Picture”, Nature, Vol. 418, July 11, p. 131.

 
第2週
9/18  主題:基本概念一
1社會中的「複雜」(Complexity)現象,
2什麼叫complex? Chaos? Nonlinear? Emergence?
3傳統社會科學量化研究在處理complexity上的限制。
教材:
Tamas Vicsek (2000) “Complexity: The Bigger Picture”, Nature, Vol. 418, July 11, p. 131.
Melanie Mitchell (2013) Introduction to complexity, http://www.complexityexplorer.org/online-courses/1/intro_video.
 
第3週
9/25  主題:基本概念二
1什麼叫做Agent-based?什麼叫模擬(simulation)?
2 ABM在社會科學上的可能應用。
3一個生態學的經典範例:狼與兔子。
教材:
Nigel Gilbert, Klaus G. Troitzsch (2005), Simulation for the Social Scientist. Open University Press. Ch.1.
Netlogo官方網站,http://ccl.northwestern.edu/netlogo/index.shtml.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com. ch.1.
 
第4週
10/02  主題 :Netlogo程式寫作一
1 Netlogo 程式的發展與應用。
2 Netlogo 程式的界面、結構與基本語法。
教材:
NetLogo Models Library, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/index.cgi
Luis Izquierdo (2013) NetLogo 5.0 Quick Guide, http://luis.izqui.org/resources/NetLogo-5-0-QuickGuide.pdf.
Alan G. Isaac (2013) NetLogo Simulation: An Introduction, https://subversion.american.edu/aisaac/notes/netlogo-intro.xhtml.
Netlogo manual,
http://ccl.northwestern.edu/netlogo/4.0.4/docs/NetLogo_manual_chinese.pdf
 
第5週
10/09  主題: Netlogo程式寫作二
行為者(agents)的意義,屬性(attributes)、數目、形狀、大小、顏色、出現、消失,屬性變化。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com. ch.2 Agents and Environments.
 
第6週
10/16  主題: Netlogo程式寫作三
環境屬性設定,環境屬性的變化,行為者與環境的互動。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com. Ch.3 Frameworks for Agents and Environments.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises I, Agents and Environments, Bookboon.com.Ch.3.
 
第7週
10/23  主題: Netlogo程式寫作四
行為者移動、方向、速度、尋找、碰撞、閃避。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com. ch.3 Frameworks for Agents and Environments. Ch.4 Movement.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises I, Agents and Environments, Bookboon.com.Ch.4.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com. ch.8 Search.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises II, Agents and Behaviour, Bookboon.com.Ch.8.
 
第8週
10/30  主題: Netlogo程式寫作五
行為者的認知與行為準則。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Environments, Bookboon.com. Ch.5 Embodiment.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises I, Agents and Environments, Bookboon.com.Ch.5.
 
第9週
11/06  主題: Netlogo程式寫作六
知識的表達,人工智慧,決策樹的應用。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com. ch.9 Knowledge.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises II, Agents and Behaviour, Bookboon.com.Ch.9.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com. ch.10 Intelligence.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises II, Agents and Behaviour, Bookboon.com.Ch.10.

教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com. ch.9 Knowledge.
William John 
第10週
11/13  主題: Netlogo程式寫作七
行為者的訊息傳遞,社會網絡(social network)的應用,網絡中心性計算。
教材:
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence – Agents and Behaviour, Bookboon.com. ch.7 Communication.
William John Teahan (2010) Artificial Intelligence –Excercises II, Agents and Behaviour, Bookboon.com.Ch.7.
 
第11週
11/20  主題: Netlogo程式寫作八
結果視窗、統計圖表與基本統計量計算。
教材:
Netlogo user menu, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/docs/.
 
第12週
11/27  主題: Netlogo程式寫作九
Netlogo與GIS的結合,匯入shp檔,加入空間因素。
教材:
GIS Extension,
http://ccl.northwestern.edu/netlogo/docs/gis.html#gis:load-dataset
Alison J. Heppenstall, etc. ed.(2012) Agent-Based Models of Geographical Systems. Dordrecht Heidelberg London New York: Springer.
 
第13週
12/04  主題: Netlogo程式寫作十
Netlogo與外部程式R及Matlab的結合。
教材:
Netlogo Extensions,
https://github.com/NetLogo/NetLogo/wiki/Extensions
Matlab extension for NetLogo,
https://github.com/mbi2gs/netlogo-matlab-extension/wiki.
 
第14週
12/11  主題:專題討論,所得分配
教材:
NetLogo Models Library: Sample Models/Social Science, Wealth Distribution, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/WealthDistribution
 
第15週
12/18  主題:專題討論,合作與競爭
教材:
NetLogo Models Library: Sample Models/Social Science, Cooperation, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Cooperation
 
第16週
12/25  主題:專題討論,投票行為
教材:
NetLogo Models Library: Sample Models/Social Science, Voting, http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Voting