Choosing Validation Methods for Agent-Based Models: A Practical Framework
Loading...
Date
2025
Authors
Serdyuk, Artem
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Agent-based modeling (ABM) has emerged as a computational approach for studying complex social phenomena, yet validation practices remain inconsistent. This article develops a systematic framework for ABM validation method selection. Through computational analysis of 76 scenarios across model purposes, observability levels, and development stages, we identify three validation method categories: universal (visualization, expert review, structural checks), context-dependent (varying with data availability), and specialized (requiring specific conditions). We demonstrate how system observability and the development stage fundamentally constrain validation approaches. Application to Adam and Gaudou’s bushfire evacuation model illustrates the framework’s utility. Our findings show that effective validation of an agentbased model requires systematic contextual assessment, providing researchers with tools for better ABM validation decisions.
Description
Агентне моделювання виникло як обчислювальний підхід для вивчення складних соціальних явищ через дослідження взаємодії агентів на мікрорівні, проте практика валідації моделей залишається непослідовною. У статті запропоновано практичний підхід для вибору методів валідації. За допомогою обчислювального експерименту автор проаналізував 76 сценаріїв валідації, які охоплюють шість цілей моделювання (пояснення явищ, валідація теорії, генерація гіпотез, обмеження результатів, комунікація висновків, навчання), чотири рівні спостережуваності (багаті дані, часткові або зашумлені дані, лише проксі-дані, відсутність спостережуваності) та чотири етапи розроблення (концептуальний, імплементація, вдосконалення, фінальна валідація). Кластерний аналіз виявив три категорії методів валідації: універсальні методи (візуалізація, експертне оцінювання, структурні перевірки), які використовуються широко і незалежно від контексту; контекстно-залежні методи (аналітика даних, каузальний аналіз), застосування яких залежить від наявності даних; та спеціалізовані методи (емпірична валідація, IGSS, аналіз чутливості, бутстрепінг, семплінг, докінг), які потребують специфічних умов. Аналіз крайових сценаріїв виявив два основні обмеження, які впливають на вибір методів валідації: обмеження спостережуваності та обмеження етапу розроблення. На основі цих висновків розроблено практичний підхід вибору методу валідації агентної моделі на основі контексту: 1) оцінювання контексту; 2) застосування універсальних методів у всіх випадках; 3) вибір контекстно-залежних методів за етапом розроблення; 4) додавання спеціалізованих методів на основі контексту; 5) визнання компромісів та документування обмежень. Застосування підходу, запропонованого Керол Адам (Carole Adam) і Бенуа Году (Benoit Gaudou) до моделі евакуації під час лісових пожеж, продемонструвало його цінність. Аналіз виявив як успішні стратегії валідації, використані авторами (систематичний якісний аналіз, структурна валідація), так і прогалини в їхньому підході (бракує експертного оцінювання, рольових ігор, відкладений аналіз чутливості). Результати дослідження свідчать, що ефективна валідація моделей агентного моделювання вимагає систематичного оцінювання контекстуальних обмежень, що допомагає дослідникам обирати найбільш відповідні методи валідації розроблених агентних моделей.
Keywords
agent-based modeling, model validation, computational social science, generative social science, social complexity, complex systems, uncertainty, Ukrainian society, article, агентне моделювання, валідація моделей, обчислювальні соціальні науки, генеративні соціальні науки, соціальна складність, складні системи, невизначеність, українське суспільство
Citation
111