We introduce DeepABM, a framework for agent-based modeling that leverages geometric message passing of graph neural networks for simulating action and interactions over large agent populations. Using DeepABM allows scaling simulations to large agent populations in real-time and running them efficiently on GPU architectures. To demonstrate the effectiveness of DeepABM, we build DeepABM-COVID simulator to provide support for various non-pharmaceutical interventions (quarantine, exposure notification, vaccination, testing) for the COVID-19 pandemic, and can scale to populations of representative size in real-time on a GPU. Specifically, DeepABM-COVID can model 200 million interactions (over 100,000 agents across 180 time-steps) in 90 seconds, and is made available online to help researchers with modeling and analysis of various interventions. We explain various components of the framework and discuss results from one research study to evaluate the impact of delaying the second dose of the COVID-19 vaccine in collaboration with clinical and public health experts. While we simulate COVID-19 spread, the ideas introduced in the paper are generic and can be easily extend to other forms of agent-based simulations. Furthermore, while beyond scope of this document, DeepABM enables inverse agent-based simulations which can be used to learn physical parameters in the (micro) simulations using gradient-based optimization with large-scale real-world (macro) data. We are optimistic that the current work can have interesting implications for bringing ABM and AI communities closer.


翻译:我们引入了深ABM, 这个基于代理的模型框架, 利用图形神经网络的几何信息传递, 以模拟大型代理群体的行动和互动。 使用深ABM, 能够实时对大型代理群体进行模拟, 并在GPU结构中高效运行。 为了展示深ABM的有效性, 我们建立深ABM-COVID模拟器, 以支持各种非制药干预措施( 检疫、 接触通知、 接种、 测试) COVID-19大流行, 并且可以向具有代表性的GPU实时人群推广。 具体地说, 深ABM-COVID可以在90秒内模拟2亿个互动( 超过100 000个代理群体, 跨180个时间步), 并在网上提供, 帮助研究人员对各种干预措施进行模拟和分析。 我们解释了框架的各个组成部分,并讨论了一项研究的结果, 目的是与临床和公共卫生专家合作, 评估延迟使用COVID-19疫苗第二剂量的影响。 我们模拟了COVID-19的传播情况, 文件中引入的观点是通用的, 并且可以更接近地将实际的图像范围扩大到, 。

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