OpenMOLE, a workflow engine specifically tailored for the distributed exploration of simulation models

International audienceComplex-systems describe multiple levels of collective structure and organization. In such systems, the emergence of global behaviour from local interactions is generally studied through large scale experiments on numerical models. This analysis generates important computation loads which require the use of multi-core servers, clusters or grid computing. Dealing with such large scale executions is especially challenging for modellers who don't possess the theoretical and methodological skills required to take advantage of high performance computing environments. That's why we have designed a cloud approach for model experimentation. This approach has been implemented in OpenMOLE (Open MOdel Experiment) as a Domain Specific Language (DSL) that leverages the naturally parallel aspect of model experiments. The OpenMOLE DSL has been designed to explore user-supplied models. It delegates transparently their numerous executions to remote execution environment. From a user perspective, those environments are viewed as services providing computing power, therefore no technical detail is ever exposed. This paper presents the OpenMOLE DSL through the example of a toy model exploration and through the automated calibration of a real-world complex system model in the field of geography

A modular modelling framework for hypotheses testing in the simulation of urbanisation

In this paper, we present a modelling experiment developed to study systems of cities and processes of urbanisation in large territories over long time spans. Building on geographical theories of urban evolution, we rely on agent-based models to 1/ formalise complementary and alternative hypotheses of urbanisation and 2/ explore their ability to simulate observed patterns in a virtual laboratory. The paper is therefore divided into two sections : an overview of the mechanisms implemented to represent competing hypotheses used to simulate urban evolution; and an evaluation of the resulting model structures in their ability to simulate - efficiently and parsimoniously - a system of cities (the Former Soviet Union) over several periods of time (before and after the crash of the USSR). We do so using a modular framework of model-building and evolutionary algorithms for the calibration of several model structures. This project aims at tackling equifinality in systems dynamics by confronting different mechanisms with similar evaluation criteria. It enables the identification of the best-performing models with respect to the chosen criteria by scanning automatically the parameter along with the space of model structures (as combinations of modelled dynamics).Comment: 21 pages, 3 figures, working pape

The Importance of Being Hybrid for Spatial Epidemic Models: A Multi-Scale Approach

International audienceThis work addresses the spread of a disease within an urban system, defined as a network of interconnected cities. The first step consists of comparing two different approaches: a macroscopic one, based on a system of coupled Ordinary Differential Equations (ODE) Susceptible-Infected-Recovered (SIR) systems exploiting populations on nodes and flows on edges (so-called metapopulational model), and a hybrid one, coupling ODE SIR systems on nodes and agents traveling on edges. Under homogeneous conditions (mean field approximation), this comparison leads to similar results on the outputs on which we focus (the maximum intensity of the epidemic, its duration and the time of the epidemic peak). However, when it comes to setting up epidemic control strategies, results rapidly diverge between the two approaches, and it appears that the full macroscopic model is not completely adapted to these questions. In this paper, we focus on some control strategies, which are quarantine, avoidance and risk culture, to explore the differences, advantages and disadvantages of the two models and discuss the importance of being hybrid when modeling and simulating epidemic spread at the level of a whole urban system

: Recueil de fiches pédagogiques du réseau MAPS

DoctoralLe réseau thématique MAPS «Modélisation multi-Agent appliquée aux Phénomènes Spatialisés » propose depuis 2009 des évènements scientifiques ayant pour but de diffuser les pratiques de modélisations multi-agents au sein des Sciences de l’Homme et de la Société (SHS). Ce collectif pluridisciplinaire de chercheurs, d’enseignants-chercheurs et de doctorants est labellisé en tant que ≪ réseau thématique » par le Réseau National des Systèmes Complexes (GIS RNSC) et bénéficie du soutien du CNRS au titre de la Formation Permanente. Depuis 2009, plusieurs modèles ont été développés au cours d'événements MAPS. Ces modèles ont fait l'objet de fiches pédagogiques détaillées destinées aux communautés éducatives et universitaires et en particulier aux enseignants qui souhaiteraient faire découvrir la modélisation à leurs étudiants, mais aussi à ceux qui envisagent d’approfondir certains aspects avec un public plus averti. Elles sont également destinées à tous les curieux qui souhaiteraient découvrir ce que la modélisation apporte aux SHS, du point de vue heuristique et du point de vue opérationnel. Enfin, elles sont aussi des supports pour toutes les personnes qui souhaiteraient diffuser les réflexions scientifiques sur la modélisation et la simulation qui ont présidé à la rédaction de ces fiches

ESCAPE: Exploring by Simulation Cities Awareness on Population Evacuation

International audiencePartial or total horizontal evacuation of populations in urban areas is an important protection measure against a natural or technological risk. However, casualties during massive displacement in a context of stress and in a potentially degraded environment may be high due to non-compliance with instructions, accidents, traffic jams, incivilities, lack of preparation of civil security or increased exposure to hazards. Working in evacuation plans is therefore fundamental in avoiding casualties caused by improvisation and in promoting self-evacuation whenever possible. Since it is impossible to recreate the conditions of a crisis on the ground to assess such evacuation plans, there is a need for realistic models in order to evaluate them using simulations. In this paper, we present the ESCAPE software framework that helps in the development of such plans and testing them. In particular, ESCAPE, which uses the GAMA open-source platform as a core component, provides an agent-based simulation tool that supports simulation of the evacuation of a city's population at fine temporal and geographical scales. The framework was developed such that it works for a wide range of scenarios, both in terms of hazards, geographical configurations, individual behaviors and crisis management. In order to show its adaptability, two applications are presented, one concerning the evacuation of the city of Rouen (France) in the context of a technological hazard and the other pertaining to the evacuation of the district of Hanoi (Vietnam) in the event of floods

Retour d'expérience de l'école OpenMOLE "ExModelo", organisée en partenariat avec le méso-centre du CRIANN

International audienceOpenMOLE (Reuillon et al., 2013) est une plateforme d’exploration automatique de modèles numériques. Elle permet d’étudier des programmes développés dans une très large gamme de langages. OpenMOLE permet aussi de distribuer la charge de calcul sur la plupart des environnements de calcul (serveur, clusters, grille de calcul, cloud). La description de ces expériences sont décrits à l’aide DSL à destination d’utilisateurs non-informaticiens et non-spécialistes des environnements HPC. Alors que cette plateforme fête sa 10ème release salué par une communauté d’utilisateur en forte croissance, un nouveau pas vient d’être franchi avec l’organisation en 2019 d’une première école d’été dédiée à “l’exploration de modèles”. Durant la formation, la plateforme et l’écosystème de méthodes d’exploration qui l’accompagne sont utilisés de manière intensive. Les travaux pratiques mettent en oeuvre l’exploration d’un modèle “jouet” de dynamiques complexes développé pour l’occasion. Il s’agit d’un modèle multi-agent spatialisé de type proie/prédateur sur la thématique des zombies. Les apprenants pourront découvrir l’usage et la spécificité de chacune des méthodes d’explorations intégrés dans la plateforme de façon interactive : analyses de sensibilité (Saltelli, Morris), calibrage et optimisation (Profiles, NSGA2, ABC), diversité (PSE). Lors des deux derniers jours, les participants sont invités à formuler des questions sur le modèle de Zombies et à en proposer une étude en utilisant les outils découverts les jours précédents. La mise en oeuvre rapide de ces méthodes n’étant possible qu’avec l’appui d’un environnement HPC, un partenariat avec l’UMR IDEES et le méso-centre Normand du CRIANN a été mis en place pour assurer un accès rapide aux ressources de calcul nécessaires (1000 coeurs / 25 participants) pour les explorations menées pendant les 5 jours d’école. Développé avant tout pour accéder à des ressources de type grille, OpenMOLE s’est constamment adapté pour offrir des connecteurs capable de suivre l’offre croissante et très diversifiée en environnements de calcul. Il s’agit d’ajouter à la fois des nouveaux connecteurs (PBS, SLURM, etc.) mais aussi de nouveaux moyens d’encapsulation et de déploiement des programmes utilisateurs (Kubernetes, UDocker, PRoot, etc.). La collaboration entre les deux équipes du CRIANN et d’OpenMOLE s’inscrit dans ce cadre. Bénéfique pour les deux parties, elle a permis de soulever et résoudre des points de blocages représentatifs des diversités de pratiques qui peuvent exister sur le plan matériel et logiciels (Fortran/C vs Java/R/Python) entre les deux communautés (Grille / Cluster). Dans cette présentation nous proposons de faire une synthèse des résultats obtenus par les groupes sur le modèle jouet, ainsi qu’un retour sur cette collaboration originale entre les deux équipes techniques d’OpenMOLE et du CRIANN.Reuillon, R., Leclaire, M., and Rey-Coyrehourcq, S. (2013). Openmole, a workflow engine specifically tailored for the distributed exploration of simulation models. Future Generation Computer Systems, 29(8):1981–1990

: Recueil de fiches pédagogiques du réseau MAPS

DoctoralLe réseau thématique MAPS «Modélisation multi-Agent appliquée aux Phénomènes Spatialisés » propose depuis 2009 des évènements scientifiques ayant pour but de diffuser les pratiques de modélisations multi-agents au sein des Sciences de l’Homme et de la Société (SHS). Ce collectif pluridisciplinaire de chercheurs, d’enseignants-chercheurs et de doctorants est labellisé en tant que ≪ réseau thématique » par le Réseau National des Systèmes Complexes (GIS RNSC) et bénéficie du soutien du CNRS au titre de la Formation Permanente. Depuis 2009, plusieurs modèles ont été développés au cours d'événements MAPS. Ces modèles ont fait l'objet de fiches pédagogiques détaillées destinées aux communautés éducatives et universitaires et en particulier aux enseignants qui souhaiteraient faire découvrir la modélisation à leurs étudiants, mais aussi à ceux qui envisagent d’approfondir certains aspects avec un public plus averti. Elles sont également destinées à tous les curieux qui souhaiteraient découvrir ce que la modélisation apporte aux SHS, du point de vue heuristique et du point de vue opérationnel. Enfin, elles sont aussi des supports pour toutes les personnes qui souhaiteraient diffuser les réflexions scientifiques sur la modélisation et la simulation qui ont présidé à la rédaction de ces fiches