Demographie mal zum Anfassen

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TranslationInfo:[Autor und �bersetzer]

AboutTheAuthor:[Eine kleine Biographie �ber den Autor]

Ich besch�ftige mich mit Umweltsimulation, neuronalen Netzen und Fuzzy-Systemen, indem ich sie programmiere. Letzteres vollzieht sich immer unter Linux (seit 0.99pl12). Weiterhin bin ich an Elektronik und Hardware interessiert und versuche, das mit Linux zu verbinden.

Abstract:[Hier sollte eine kleine Zusammenfassung stehen]

Der Beitrag besch�ftigt sich mit Fragen: "Wie wird die Bev�lkerungsstruktur in 50 oder 100 Jahren aussehen?", wenn sie sich so weiterentwickelt wie bisher. Dazu wird ein kleines Programm unter QT vorgestellt, mit dem man selbst experimentieren kann. Es soll zu eigenen Erweiterungen anregen und vielleicht findet sich der eine oder andere, der es f�r sich nutzbringend anwenden und erweitern kann.

ArticleIllustration:[Das Titelbild des Artikels]

ArticleBody:[Der eigentliche Artikel. �berschriften innerhalb des Artikels sollten h2 oder h3 sein.]

Einleitung

Immer wieder streiten Politiker um den Zuzug und die Integration von Ausl�ndern. Firmen richten ihre Produktprofile nach der demographischen Entwicklung aus. Vor kurzem las ich, dass in Deutschland die Autok�ufer zuk�nftig in der Mehrzahl Rentner sein werden. Das Gesundheitssystem, das Rentensystem etc. all das h�ngt von der demographischen Entwicklung ab.
Wissenschaftler besch�ftigen sich mit diesem Problem. Es werden tiefgreifende Arbeiten zu diesem Gebiet ver�ffentlicht, trotzdem ist in weiten Kreisen der Bev�lkerung wenig �ber die dahinterliegenden Prozesse bekannt. Hier soll es weniger um Politik oder wissenschaftliche Exaktheit, als vielmehr um ein paar eigene Experimente gehen. Man sollte mal gewisserma�en spielerisch selbst schauen k�nnen, wie denn die Bev�lkerungstruktur in 50 oder 100 Jahren aussehen k�nnte. Was passiert, wenn Leute abwandern, was passiert, wenn welche dazukommen? Dazu wurde ein kleines QT-Programm zum Experimentieren entwickelt.

Hintergr�nde

Sicher hat sich jeder mal gefragt, woher eigentlich die in den Zeitungen abgebildeten Bev�lkerungspyramiden, die z.B. die Bev�lkerungsstruktur in 50 Jahren zeigen, stammen. Woher kann man so etwas wissen?
Denkt man eine Weile �ber so ein Bild nach, so stellt man fest, dass das Ganze davon abh�ngt, wieviele Kinder geboren werden, wieviele Menschen sterben und ob Menschen in das betrachtete Gebiet einwandern oder aus dem Gebiet wegziehen. Letzteres bezeichnet man als Migration, die sich in Immigration (Leute, die einwandern) und Emigration (Leute, die auswandern) teilt.
Beginnen wir mit dem ersten, was man wissen muss, um so ein Modell zu konstruieren, der Geburtenrate. Jedes Jahr wird eine Anzahl an Kindern neu geboren. Die Geburtenrate ist die mittlere Zahl der Kinder, die eine Frau in ihrem Leben bekommt. Sie ist von Land zu Land unterschiedlich und h�ngt von vielen Faktoren ab. In Deutschland betr�gt sie ca. 1.3 Kinder/Frau. Manche L�nder sind kinderfreundlicher als andere, in wieder anderen L�ndern bilden die Kinder eine Art Altersversicherung. Die Geburtenrate h�ngt von kulturellen, wirtschaftlichen Faktoren, dem Bildungsstand, Traditionen etc. ab. F�r uns ist die Geburtenrate eine Eingangsgr�sse in das Programm, die zwischen 0..10 Kinder/Frau eingstellt werden kann. Damit sind wir in der Lage, die Geburtenrate den jeweiligen Verh�ltnissen anzupassen. Die Anzahl der geborenen Kinder h�ngt aber nicht nur von der Geburtenrate, sondern auch von der Anzahl der Frauen im geb�hrf�higen Alter ab. Im Modell wird die Zahl der Frauen im geb�hrf�higen Alter (15..45 Jahre) einfach addiert und mit der Geburtenrate multipliziert. Um auf die Anzahl der Kinder pro Jahr zu kommen, ist die obige Zahl noch durch 45-15=30 Jahre zu dividieren. Das ergibt sich einfach daraus, dass eine Frau ja durchschnittlich in ihrem Leben die Geburtenrate an Kindern bekommt. Manch einer wird sich vielleicht fragen, ob die Geburtenrate wirklich stimmt, da ja eine spezielle Frau vielleicht 7 Kinder hat, eine andere aber keins. Das ist eine Sache der Statistik und kann in der Literatur nachgelesen werden. F�r uns geht es aber weniger um eine exakte Statistik, als vielmehr um die M�glichkeit des Experimentierens. So u.a. auch um die Frage, was w�rde passieren z.B. wenn es in Deutschland schick w�rde, mehr als drei Kinder zu haben? W�re doch mal interessant?

Wo Kinder geboren werden, sterben auch Menschen. Das ist ein nat�rlicher Prozess. �hnlich wie die Geburtenrate wirkt die Sterberate, diesmal bezieht sie sich aber auf alle Bev�lkerungsmitglieder, nicht nur die Frauen. (Bei der Geburtenrate spielen M�nner nat�rlich auch eine Rolle, aber die soll hier vernachl�ssigt werden ;-) . Wie man sich leicht vorstellen kann, ist die Sterberate abh�ngig vom Alter eines Menschen. So sterben alte Leute statistisch gesehen h�ufiger als junge. In Deutschland gibt es eine offizielle Sterbetafel, nach der z.B. die Versicherungen ihre Lebensversicherungspr�mien berechnen. Diese wurde dem Programm zu Grunde gelegt. F�r andere L�nder ist das anzupassen. In modernen Industriel�ndern sollte die Rate �brigens nur vom Alter und nicht noch zus�tzlich vom sozialen Stand abh�ngen. Wie mir ein Freund aus Mexiko erkl�rte, gilt das aber nicht generell. Im Programm wird von einer einheitlichen Sterberate ausgegangen, die nur vom Alter abh�ngt. M�chte man also auch die soziale Struktur mit ber�cksichtigen, so ist das Programm zu erweitern. Vielleicht hat jemand Lust?

Als letzter Prozess soll die Migration betrachtet werden. Sicher spielten Migrationsprozesse schon immer eine wichtige Rolle. So wanderte die Landbev�lkerung in den vergangenen Jahrhunderten in die St�dte ab. Das war auch nicht weiter problematisch, da durch die hohe Kinderzahl dieser Verlust ausgeglichen werden konnte. Heute spielen sich Migrationsprozesse auf einer anderen Ebene ab. Trotzdem spielt die Abwanderung der Landbev�lkerung auch heute noch in Deutschland eine wichtige Rolle, die dazu f�hren wird, dass manche Regionen vereinsamen werden. Das Ganze ist ein autokatalytischer Prozess, der sich durch zusammenbrechende soziale und kulturelle Leistungen noch verst�rkt. Es lohnen sich halt keine Kindereinrichtungen, wenn es nur noch wenige Kinder gibt. Wo es aber keine Kindereinrichtungen gibt, zieht auch niemand gern hin. Gleiches gilt f�r kulturelle Einrichtungen. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, sollte klar sein, dass Migrationsprozesse vielf�ltige Ursachen haben. Wichtig im Zusammenhang mit dem vorgestellten Programm ist, dass in der Regel die Alterstruktur der Menschen, die eine Region verlassen eine andere ist, als die Menschen, die in die Region kommen. Um dieses programmtechnisch abzubilden, stehen im Quellcode "./demogra/demogra1.cpp" ein Feld "Verteilung" zur Verf�gung, das an die eigenen Gegebenheiten angepasst werden kann. F�r erste Experimente sollte das aber nicht notwendig sein.
Als Eingabe gibt es die Felder Emigration und Immigration, die absolute Werte erwarten. Wenn also im Jahr 10000 Personen in die Region kommen, so sind im Feld Immigration 10000 einzutragen.

Last but not least werden wir alle jedes Jahr ein Jahr �lter. Deshalb wird in der Jahresschleife jemand, der vorher z.B. 40 Jahre alt war, dann eben 41 Jahre alt sein. Das Eingabefeld "Step" erm�glicht gleich mehrere Jahrschritte auf einmal auszuf�hren. Man kann also z.B. gleich in 10 Jahresschritten simulieren.

Bedienung des Modells

Hier kommt erst mal ein Blick auf die Programmoberfl�che:

Auf der linken Seite sind die oben beschriebenen Eingabefelder untergebracht. Nach jedem Schritt erfolgt eine Summation �ber alle Frauen und M�nner, die im entsprechenden Feld auf der linken Seiten ausgegeben werden. Diese Felder dienen somit nur der Ausgabe. Ebenfalls dient der gesamte Graphikbereich nur der Visualisierung. Die Buttons im linken unteren Teil dienen der Steuerung der Simulation. Mit dem Button "Step" wird ein Simulationsschritt ausgef�hrt. "Reset" erm�glicht das R�cksetzen auf den Ausgangszustand. Ein Abspeichern des aktuellen Zustandes in eine Datei "simulation.dat" ist vorgesehen. In dieser Datei befinden sich das Alter und dazu entsprechend die Anzahl der m�nnlichen und weiblichen Personen. Diese Datei kann dann einer gesonderten Auswertung unterzogen werden. Die Buttons "Help" und "Quit" erkl�ren sich wohl selbst.
Auf dem graphischen Ausgabefeld befinden sich im unteren Teil jeweils die maximale Zahl, der in allen Altersstufen befindlichen weiblichen bzw. m�nnlichen Personen als Orientierungshilfe. Zu beachten ist, dass die Gr��e der Balken sich an dieser maximalen Gr��e ausrichtet. Das ist vielleicht nicht die beste L�sung, aber mir fiel nichts besseres ein. Hat jemand ein gute Idee?
Ansonsten sollte die Simulation weitgehend selbsterkl�rend sein. Bei ung�nstigen Eingaben, z.B. wenn die Zahl der Emigranten zu gro� gew�hlt wurde, entstehen L�cher in der Alterspyramide. Ein solches Ergebnis ist in der Praxis nicht zu erwarten, es sollte also die Eingabe korrigiert werden. Vielleicht gibt es solche patologische Zust�nde, eventuell durch AIDS, wirklich? Es k�nnte ja sein, dass eine Altersgruppe stark dezimiert wird und der Rest durch Auswanderung eine gesamte Region ver�den l��t?

Installation und Lizenz

Das Programm unterliegt der GPL. Bez�glich QT ist die entsprechende Lizenz von Trolltech bindend. Die Installation ist denkbar einfach. Zuerst muss man das Demographiemodell herunterladen (siehe Referenzen). Das File "demographie-0.2.tar.gz" wird wie �blich mit: tar -zxvf demographie-0.2.tar.gz entpackt. Im neu entstandenen Verzeichnis kann mit make bzw. einem vorherigen qmake die �bersetzung gestartet werden. Voraussetzung neben QT3 ist nat�rlich der gcc. Das Programm wurde erfolgreich unter SuSE 8.0 und SuSE 8.1 getestet, sollte aber auch unter anderen Distributionen laufen.
Gestartet wird es einfach durch den Aufruf auf der Kommandozeile: "./demographie". Wichtig ist nur, dass sich die Datei "demo.csv" mit im Verzeichnis befindet. In dieser Datei sind die Jahreszahlen, die weiblichen, m�nnlichen Personen und die weiblichen und m�nnlichen Sterberaten jeweils als kommagetrennte Werte gespeichert. Hier kann auch eine Anpassung auf ein anderes Gebiet erfolgen. Im Beispiel wurden die Daten von Deutschland aus einer Zeitung entnommen. Sie sind damit nicht unbedingt genau, aber dass soll f�r unseren Zweck des Experimentierens nicht die entscheidende Rolle spielen.

Weiterentwicklung

Das Programm entstand als Teil eines regionalen Simulationssystems. Mit diesem System sollten u.a. solche Fragen gekl�rt werden, wie wird sich in einer geographisch klar abgegrenzten Region (der l�ndliche Raum n�rdlich Berlins) die Bev�lkerung entwickeln. Dazu wurde vor allem der Zuzug von jungen Familien in die berlinnahen Gebiete und der Wegzug junger Menschen in die westlichen Bundesl�nder Deutschlands untersucht. Damit ergeben sich regional ganz unterschiedliche Entwicklungen. Es gibt Gebiete, die an Bev�lkerung zunehmen und andere Gebiete nehmen ab. Manche Gebiete, vor allem die weit entfernten, werden immer menschenleerer. Hier wirkt der oben erw�hnte autokatalytische Prozess.
Man muss aber mit solchen Prognosen auch vorsichtig sein, da hier bei weitem nicht alle Daten, die f�r so einen Prozess wichtig sind, Ber�cksichtigung fanden. So kann beispielsweise durch Telearbeitspl�tze die Entfernung zu Berlin zunehmend an Bedeutung verlieren. Auch k�nnen F�rderungsprogramme zur Ansiedlung von Industrie pl�tzlich ein ganz anderes Umfeld schaffen. Die Modelle sind nur ein Fortschreibung des jetzigen Zustandes und dienen nur der Orientierung.
Bei der �bertragung in andere Regionen der Welt wirken ganz andere Prozesse, die es zu untersuchen gilt. Es w�re interessant, diese Art von Modellen auch einmal f�r andere Gebiete, wie z.B. l�ndliche Regionen in Mexiko anzuwenden. Hier sind noch viele Ideen gefragt. Vielleicht hat jemand Lust und m�chte sich mit diesen Fragen noch genauer besch�ftigen oder auch das Programm f�r andere Regionen adaptieren? Ich w�rde mich �ber eine R�ckmeldung freuen.

Danksagung

An dieser Stelle m�chte ich mich ganz herzlich bei der Linux Community bedanken, die ein solch phantastisches System entwickelte. Der Firma Troll Tech gilt mein Dank f�r das wunderbare QT und seine Verf�gbarmachung unter Linux. Nat�rlich gilt mein spezieller Dank der FSF f�r die vielen Tools, allem voran der gcc, ohne dem diese Arbeit nicht m�glich gewesen w�ren.

Referenzen

Demographiemodell von diesem Server herunterladen: demography-0.2.tar.gz
Demographiemodell, neuste Version: http://www.zalf.de/ftp/pub/out/lsa/demographie.tgz

Happy hacking!