artisoc Cloudレシピブック_14. ひとつのモデルを複数回実行するモデルを作ろう

連続で複数回シミュレーションを実行するモデルの作り方

・連続実行モデルを作ろう
・森林火災モデルとは？
・モデルの作り方

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Transcript

1. artisoc Cloudレシピブック 14. ひとつのモデルを複数回実行するモデルを作ろう （株）構造計画研究所 （株）PARA-SOL https://mas.kke.co.jp https://mas.kke.co.jp
2. こんなことはありませんか？ モデルを作って色々な事象のシミュレーションを行いたい...しかし、 • 実行パターン数を考えることが大変。 • パターンごとにモデルを動かすことが大変。 • 結果ファイルを集計することが大変。 パターンごとにモデルを分けることもあるので、 モデルの管理も大変だったりします。 各ケース毎の モデルの修正が必要 https://mas.kke.co.jp 2
3. 一度にたくさんモデルを実行したい 色々なパターンのシミュレーションをまとめて実行できたらいいな...。 ということで、今回は連続で複数回シミュレーションを実行するモデルを 作ってみました。 https://mas.kke.co.jp 3
4. 連続実行モデルを作ろう。 • 今回は「森林火災モデル」を基に、シミュレーションを複数回実行する モデルを作成します。 • このモデルを基に、様々なモデルを複数回実行可能なモデルに改造可能 です。 https://mas.kke.co.jp 4
5. 森林火災モデルとは？ • 木エージェントに火が燃え移り、燃え尽きていく様子を表しています。 • 木と空地の割合に応じて、どれくらい火が燃え広がるか複数のパターン んで検証していきます。 モデルの解説は「第2部：人工社会の発想と技法に慣れる＞第19章：同期問題に注意する」を参照ください。 ベースのモデルは「森林火災 過去の状態を参照」のモデルを参照ください。 https://mas.kke.co.jp 5
6. まず動かしてみよう • • • • 決められた木の割合を基に、マップのランダムな位置にエージェントを配置します。 エージェントの配置完了後、ランダムな一つのエージェントから発火します。 一度のシミュレーションは、発火したエージェントの縦横隣のエージェントに火が燃 え移り、隣接する木が全て燃えてしまうまで続きます。 入力ファイルから複数のパターンの実行を設定し、連続で実行しています。 ※サンプルモデルはこちら https://mas.kke.co.jp 6
7. モデルの構成 • 木のルール – シミュレーション開始時にランダムな位置にエージェントを配置し ます。 – 配置後、ランダムな一本の木が発火します。 – 発火した木の色は赤に変化し、次のステップで黒に変化します。 – 前のステップで赤色のエージェントが縦横に隣接している場合、そ のエージェントも発火し、赤色に変化する。 – 隣接するすべての木を焼き尽くし、赤いエージェントがいなくなっ た時点でシミュレーションを終了する。 https://mas.kke.co.jp 7
8. モデルの作り方 https://mas.kke.co.jp 8
9. モデルの作成手順 1. 入力ファイルを定義する 2. モデルを定義する 3. Universeのルールを記述する 4. エージェントのルールを記述する 5. オンプレミス版artisoc Cloudで作成する https://mas.kke.co.jp 9
10. ①入力ファイルを定義する https://mas.kke.co.jp 10
11. ① 入力ファイルを定義する • モデルの変化をつけて、試したい項目を基に入力 ファイルに定義する値を設定します。 • 新規csvファイル「input.csv」を作成します。 • 今回は、マップに配置する「木の割合」のみを定義 してみます。 ※複数の項目を指定し、項目ごとに考えられる組み合わせ全てシミュレーショ ンを実行することも可能です。 https://mas.kke.co.jp 11
12. ②モデルを定義する https://mas.kke.co.jp 12
13. ② モデルを定義する（1） モデルツリーで「空間」「エージェント」「変数」を定義します。 空間（Universe.woods） 連続空間、大きさ30×20、レイヤ数1、ループしないで作成 • エージェント（Universe.woods.trees） エージェントの記憶数を1に設定ください。 ⁻ エージェント変数 color: エージェントの色を定義します。 • ※他モデルで移植する場合は、元のモデルのエージェント、 空間、変数を定義ください。 https://mas.kke.co.jp 13
14. ② モデルを定義する（2） Universeの「変数」を定義します。 • • • • • • • • • • • • • ct_list start_time input_param_dict input_value_dict input_list report_dict sim_count current_sim_list result_data case_result ctl_rate green_cnt black_cnt :実行中のケースを管理 :モデルの開始時刻を取得 :ケースごとの変数を管理 :各ケース名を管理 :ケースの実行順を管理 :レポート出力用の結果 :シミュレーション実行回数 :実行中ケースの変数を保存 :シミュレーション実行結果 :ケース毎の実行結果の保存 :木の延焼率 :燃えていない木の数 :燃えた木の数 こちらの3つの変数は今回の森林火災 モデルでのみ使用する変数です。 https://mas.kke.co.jp 14
15. ② モデルを定義する（3） • クラウド版artisoc Cloud(academic ライセンス、standardライセンス)で ある場合、モデルのルール編集画面 の入力ファイルに「input.csv」を アップロードください。 https://mas.kke.co.jp 15
16. ③Universeのルールを記述する https://mas.kke.co.jp 16
17. ③ Universeのルールを記述する（1） • univ_init – シミュレーションの初期化と入力ファイルの取得を行います。 – シミュレーション全体で一度だけ実行し、他のモデルに流用する際も基本的に変更す る必要はありません。（シミュレーションの始めに初期化したいリストや辞書がある 場合は追加ください） https://mas.kke.co.jp 17
18. ③ Universeのルールを記述する（2） • file_read_input ⁻ input.xlsxの値を取得し、 input_param_dictに取り込みます。 ⁻ 複数の項目を設定していた場合、 各項目に対して、すべての組み合 わせに関してパターンを作成しま す。 ⁻ 入力ファイルの一行目には項目名 が入りその値をモデルでも使用し ています。「input_value_list」に 保存されており、出力時やシミュ レーション実行中に使用すること が可能です。 https://mas.kke.co.jp 18
19. ③ Universeのルールを記述する（3） • univ_init_sub – 一度シミュレーションが終了するごとに初期化を行う。 – 他モデルからの移植を行う場合、univ_initに記載している内容をここで 行うとよい。 https://mas.kke.co.jp 19
20. ③ Universeのルールを記述する（4） • univ_step_begin,univ_step_end – 各ステップ毎に実行する処理を記述する。 – 他モデルから移植する場合、基本的には同様の処理を記述する。 – モデルの終了条件を満たし、exit_simulation()を呼び出している箇所が あれば、そこを63,64行目を参照し、「univ_finish_sub」, 「univ_init_sub」を呼び出すように修正する。 https://mas.kke.co.jp 20
21. ③ Universeのルールを記述する（5） • univ_finish_sub – シミュレーションが一度終了した場合、ログの出力と画面の初期化を行う。 – 同じモデルを複数回実行し、結果の分布を調査したい場合、sim_countが 実行回数を満たすまで次のケースに入らないようにする。 （今回は10回実行するようにしている） – マップ上のエージェントを取得し、それらすべてを削除します。 今回はログの出力をケースごとに 実行しています。 この処理を実行するタイミングを ずらすことで、一度の試行ごとに ログの出力を行うことも可能です。 https://mas.kke.co.jp 21
22. ③ Universeのルールを記述する（6） • output_log – 1つのケースのシミュレーションに 対して、実行結果を出力しています。 – 115行目にて、ログのヘッダー部分 を設定しています。 – データの書き込みは、今回1列目に 木の割合、2列目に結果を出力して いる。他モデルで使用する場合は、 任意の出力に変更ください。 https://mas.kke.co.jp 22
23. ③ Universeのルールを記述する（7） • univ_finish – レポートを作成・出力後、モデル実 行時間を出力し終了。 https://mas.kke.co.jp 23
24. ③ Universeのルールを記述する（8） • output_report – 215,216行で各項目の名前を設定 しています。 – 223~232行目にレポートを出力し ています。 今回は、1列目に各シミュレーショ ンの木の割合、2列目に、木の燃焼 率を全ての実行結果について縦向 きに出力しています。 – レポートの出力形式を変更する場 合はこちらを修正ください。 https://mas.kke.co.jp 24
25. ④エージェントのルールを記述する https://mas.kke.co.jp 25
26. ④ エージェントのルールを記述する（1） • tree – 2ステップ目以降、自身の隣接するエージェントの色が赤い場合、自身の色を赤くhん こうする。 – 1ステップ前に自身の色が赤である場合、自身の色を黒に変更する。 ※他のモデルを移植する場合、こちらはそのままエージェントのルールを記述ください https://mas.kke.co.jp 26
27. 実行してみよう • モデルを実行してみよう ⁻ モデルの実行画面を開き、再生 ボタンをクリックし、シミュ レーションを実行します。 • シミュレーション終了後 ⁻ 実行画面左下「結果ファイル」 にファイルが出力します。必要 なファイルのファイル名をク リックすることでダウンロード できます。 https://mas.kke.co.jp ファイル名をクリック 27
28. 箱ひげ図に表してみる • モデルを実行後、report.csvを基に、箱ひげ図を作ってみましょう。 1. 「ログ集計分析.xlsx」を開き、「input」シートを開きます。 ※「ログ集計分析.xlsx」は「ファイルのダウンロード」よりダウンロードください 2. モデル実行後に取得した「report.csv」を開き、項目名も含めデータをすべて選択し コピーします。 3. 「ログ集計分析.xlsx」の「input」シートの「A1」セルに貼り付けます。 4. データを貼り付け後、「ログ集計分析.xlsx」の「output」シートを開きます。 5. 貼り付けたデータを基に、箱ひげ図が作られます。 木の割合が55%を超えたあたり から、火災による木の消失率が 高くなることが分かる。 https://mas.kke.co.jp 28
29. ⑤オンプレミス版artisoc Cloudで作成する https://mas.kke.co.jp 29
30. ⑤ オンプレミス版artisoc Cloudで作成する • オンプレミス版artisoc Cloud – 通常artisoc Cloudのモデルの入力ファイル・結果ファイルはブラウザの画面 上で設定・保存を行いますが、オンプレミス版artisoc Cloudでは、ファイル の出力先を任意のフォルダに変更することが可能です。 – クラウド版に関しては、standardライセンスのみ、有償で共有フォルダに ファイルを出力することが可能です。 – オンプレミス版artisoc Cloudを使用し、任意のフォルダにファイルを出力す る際は、p18,23,25で記載している入出力ファイルの参照先のパスを変更く ださい。 P18,150行目 P22,107行目 P24,197行目 ※出力されるファイルの中身に違いはありません。 https://mas.kke.co.jp 30
31. 実行してみよう • モデルをアップロードする。 ⁻ オンプレミス版artisoc Cloudを起 動し、メニューボタンの「モデル のアップロード」からモデルファ イルをアップロード 連続実行森林火災 _for_on_premises.jsonをアップロード • モデルを実行してみよう ⁻ モデルの実行画面を開き、 再生ボタンをクリックし、 シミュレーションを実行します。 • シミュレーション終了後 ⁻ 指定したフォルダ内に、 結果ファイルが出力されます。 https://mas.kke.co.jp 31
32. 考えてみよう • 入力ファイルで設定する項目数を増やしてみよう （燃焼率や、木の燃焼範囲） • 任意のモデルを移植し、複数回実行してみよう。 • 入力ファイルで考えられる値を設定し、様々なパターンでモ デルを実行してみよう。 https://mas.kke.co.jp 32