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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Studies on autonomous learning of agents' organizational formation for system efficiency

Research Project

Project/Area Number 20H04245
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

菅原 俊治  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70396133)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywordsマルチエージェントシステム / 組織行動 / 社会学習 / 機械学習 / 組織化 / 深層強化学習 / マルチエージェントプランニング
Outline of Annual Research Achievements

本年度 (2021年度) は、COVID-19の影響で遅れていた目的2に相当する「行動規範の自律的選択による最適組織化の実現」を進めると共に、やはり同影響で遅れていた「能力の相互バランスと相互補完を実現する共同グループ構成 」に着手する。また、これまでの研究で明らかになった、新たな付随的研究項目についても調査を進める。
2020年度に提案した順序付き協調タスクにおいて、各エージェントが前後のエージェントの行動を観測しながら遂行する学習方法を、多段のものに適用できるかを確認し、国際会議で発表した。同時に課題も見つかり、さらなる工夫が必要であることも確認した。特に、多段タスクでは、その実行と報酬の受け取りに大きな時間差が生じ、かなり古い情報を書き換えと、その再学習が必要となることがわかった。実際の応用における(ロボットなどの)作業は同時にできるものよりも、ある順序で行うべきものが多いと考えられ、それを背景とした協調作業の行動と学習は重要と位置づけている。
第2に、前年度に考案した学習したエージェントが着目している情報を抽出する手法を解明する手法を国際会議で発表するとともに、さらなる高度化を図った。具体的には、同じ周囲の状況でも、自分の位置や周辺にいるエージェントのタイプ(スキルや効率)、情報の信頼性などの条件応じて行動を変える点を明確にする枠組みを提案した。これを国際会議に投稿した。この研究は、協調作業の説明性を向上させ、人間側からのエージェントの理解を実現するものである。
また、学習機能には頼らずに、決定的なアルゴリズムによる複数エージェント(ロボットを想定)の同時搬送問題における効率的な、移動アルゴリズムを考案した、これを当該分野でトップ会議であるAAMASで発表した。またその応用を想定した、水平・垂直混合輸送の問題に対して検討進め、国際会議への投稿を目指している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

COVID-19の影響で、研究協力者の実験および発表機会にやや遅延はあったものの、基本的には、計画通り遂行している。特に、組織的な行動の学習に際し、実際にエージェントが着目している情報を明確にするための研究土台ができたと考えています。当該分野でのトップレベルの会議に継続的に採択されていること、また、2021年度内に上記の内容の成果の研究発表が山下記念研究賞、2022年に入ってからOutstanding Paper Awardを受賞するなど、外部からも一定の評価を得ていると考えている。

Strategy for Future Research Activity

2022年度およびそれ以降については、特に学習した内容の説明性と解釈性に着目し、その組織的行動の判断とその評価について検討する。また、本年度は、これまでの研究の進捗を踏まえ、当初計画の目的2、目的3を目指すために、エージェントが同一グループ内の他のエージェントに着目させ、適切な行動を発現させるための手法を検討する。逆に、作業を通して、自律的にグループを生成する手法についての検討にも入る。具体的には、
同じ環境内・組織内で協力し合うべきあるいは無視すべき相手(エージェント)を自律的に同定する手法をさらに高度化し、 その評価を行う。それらの明瞭な提示法を検討する。また、他のエージェントの行動を確認しながら作業を進める行動も(順序付きタスクの例をもとに)進める。さらに、学習機能には頼らずに、確実なアルゴリズムによるエージェント(ロボットを想定)の移動アルゴリズムを考案し、環境内で発生する現象、たとえば遅延などに影響を受けない手法を検討する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2022

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Deadlock-Free Method for Multi-Agent Pickup and Delivery Problem Using Priority Inheritance with Temporary Priority2022

    • Author(s)
      Yukita Fujitani, Tomoki Yamauchi, Yuki Miyashita, and Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      Procedia Computer Science

      Volume: 207 Pages: 1552-1561

    • DOI

      10.1016/j.procs.2022.09.212

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Distributed Multi-Agent Deep Reinforcement Learning for Robust Coordination against Noise2022

    • Author(s)
      Yoshinari Motokawa and Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      Proceedings of The 2022 International Joint Conference on Neural Networks

      Volume: - Pages: 1-8

    • DOI

      10.1109/IJCNN55064.2022.9892253

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shifting Reward Assignment for Learning Coordinated Behavior in Time-limited Ordered Tasks2022

    • Author(s)
      Yoshihiro Oguni, Yuki Miyashita and Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      20th International Conference on Practical Applications of Agents and Multi-Agent Systems (PAAMS 2022)

      Volume: LNCS 13616 Pages: 294-306

    • DOI

      10.1007/978-3-031-18192-4_24

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identifying Top-k Peaks Using an Extended Particle Swarm Optimization Algorithm with Re-diversification Mechanism2022

    • Author(s)
      Stephen Raharja, Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      Proceedings of the 12th IIAI International Congress on Advanced Applied Informatics

      Volume: - Pages: 359-366

    • DOI

      10.1109/IIAIAAI55812.2022.00079

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Distributed and Asynchronous Planning and Execution for Multi-agent Systems through Short-Sighted Conflict Resolution2022

    • Author(s)
      Yuki Miyashita, Tomoki Yamauchi and Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      Proceedings of 2022 IEEE 46th Annual Computers, Software, and Applications Conference (COMPSAC 2022)

      Volume: - Pages: 14-23

    • DOI

      10.1109/COMPSAC54236.2022.00012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Standby-Based Deadlock Avoidance Method for Multi-Agent Pickup and Delivery Tasks2022

    • Author(s)
      Tomoki Yamauchi, Yuki Miyashita and Toshiharu Sugawara
    • Journal Title

      Proceedings of the 21st International Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems (AAMAS 2022)

      Volume: - Pages: 1427-1435

    • DOI

      10.5555/3535850.3536009

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] DA6-X:マルチエージェント深層強化学習における条件付き協調行動の解釈性確立2022

    • Author(s)
      元川善就, 菅原俊治
    • Organizer
      知能システム研究会 (情報処理学会)
  • [Presentation] 時間同期を伴うマルチエージェント搬送問題のための自律的なタスク選択アルゴリズムの提案2022

    • Author(s)
      山内智貴, 宮下裕貴, 菅原俊治
    • Organizer
      知能システム研究会 (情報処理学会)
  • [Presentation] Temporal Modeling of Players for Multi-agent Coordination in Non-Cooperative Game2022

    • Author(s)
      Junjie Zhong and Toshiharu Sugawara
    • Organizer
      知能システム研究会 (情報処理学会)
  • [Presentation] マルチエージェント協調巡回問題におけるエネルギー消費抑制手法の提案2022

    • Author(s)
      松本航平, 米田圭佑, 菅原俊治
    • Organizer
      知能システム研究会 (情報処理学会)
  • [Presentation] 暫時的な優先度を導入したPIBT手法の拡張2022

    • Author(s)
      藤谷雪太, 山内 智貴, 宮下 裕貴, 菅原俊治
    • Organizer
      第138回情報処理学会数理モデル化と問題解決研究会

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Published: 2023-12-25  

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