The dynamical behavior of social systems can be described by agent-based models. Although single agents follow easily explainable rules, complex time-evolving patterns emerge due to their interaction. The simulation and analysis of such agent-based models, however, is often prohibitively time-consuming if the number of agents is large. In this paper, we show how Koopman operator theory can be used to derive reduced models of agent-based systems using only simulation or real-world data. Our goal is to learn coarse-grained models and to represent the reduced dynamics by ordinary or stochastic differential equations. The new variables are, for instance, aggregated state variables of the agent-based model, modeling the collective behavior of larger groups or the entire population. Using benchmark problems with known coarse-grained models, we demonstrate that the obtained reduced systems are in good agreement with the analytical results, provided that the numbers of agents is sufficiently large.


翻译:社会系统的动态行为可以用代理商为基础的模型来描述。 虽然单个代理商遵循容易解释的规则,但复杂的时间变化模式因其相互作用而出现。 但是,如果代理商的数量巨大,模拟和分析这种代理商为基础的模型往往耗时过久。 在本文中,我们展示了如何利用Koopman操作员理论来利用模拟或真实世界数据来生成以代理商为基础的系统减少的模型。我们的目标是学习粗糙的模型,并用普通或随机差异方程式来代表减少的动态。例如,新的变量是基于代理商的模型的汇总状态变量,用来模拟较大群体或整个人口的集体行为。使用已知粗略模型的基准问题,我们证明获得的减少的系统与分析结果非常一致,只要代理商的数量足够大。

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