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Learning Individual Behavior in Agent-Based Models with Graph Diffusion Networks

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저자

Francesco Cozzi, Marco Pangallo, Alan Perotti, Andre Panisson, Corrado Monti

개요

Agent-Based Model (ABM)은 복잡계의 출현적 속성을 연구하는 데 유용한 도구입니다. ABM의 에이전트 행동은 국소적 상호작용과 확률적 규칙에 의해 결정되지만, 이러한 규칙은 일반적으로 미분 가능하지 않아 기울기 기반 최적화 방법의 사용을 제한하고, 실제 데이터와의 통합을 어렵게 합니다. 본 논문에서는 ABM이 생성한 데이터를 관찰하여 미분 가능한 ABM 대리 모델을 학습하는 새로운 프레임워크를 제안합니다. 이 방법은 행동의 확률성을 포착하기 위해 확산 모델을, 에이전트 상호 작용을 모델링하기 위해 그래프 신경망을 결합합니다. 기존 대리 모델 접근 방식과 달리, 본 연구는 시스템 수준의 출력을 근사하는 대신 개별 에이전트 행동을 직접 모델링하여 ABM을 정의하는 분산적이고 하향식 역학을 보존합니다.

시사점, 한계점

확산 모델과 그래프 학습을 결합하여 데이터 기반 ABM 시뮬레이션의 가능성을 보여줌.
개별 에이전트 수준의 패턴을 복제하고 훈련 범위를 넘어 출현적 역학을 정확하게 예측.
Schelling의 분리 모델 및 포식자-피식자 생태계 두 가지 ABM에서 검증.
ABM의 미분 불가능성 문제를 해결하여 기울기 기반 최적화 및 실제 데이터와의 통합 가능성을 열었음.
본 연구의 구체적인 한계점은 제시되지 않음.
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