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ヒトと自律的エージェントの攻防を通じた集団ダイナミクスの評価・学習支援方法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K17673
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分59020:スポーツ科学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

筒井 和詩  名古屋大学, 情報学研究科, 特任助教 (30898458)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードマルチエージェントシステム / 強化学習 / 集団行動 / 協力 / 深層強化学習 / スポーツ科学 / 集団運動 / 運動学習
研究開始時の研究の概要

集団スポーツでは、敵を欺き、味方と協調することで、自身あるいはチームの目的を達成することが要求される。このような対人技能の重要性は科学と現場の双方で広く認識されているものの、その定量化は容易ではなく、実用的な評価指標や指導方法は確立されていない。
本研究では、深層強化学習に基づく適応的エージェントを用いた数理シミュレーションと実世界での集団運動とを組み合わせることで、集団攻防における競争・協調ダイナミクスの理解を深め、勝負所に向けての布石、味方のためのカバーリングや囮の動きといった、間接的な貢献の定量化を可能にし、理論に裏付けられたゲーム分析指標や効果的な学習支援方法の開発を目指す。

研究実績の概要

本研究では、集団スポーツなどに見られる、敵を欺く、あるいは味方と協調するといった対人技能を定量的に評価する技術、並びにその技術を活かした学習支援方法の開発に取り組んでいる。当該年度は、昨年度から取り組んでいる深層強化学習に基づく適応的エージェント同士が対戦する計算機シミュレーション環境および適応的エージェントと人間の共同対戦を行う行動実験系の開発を引き続き行なった。主に昨年度に取り組んでいた、協調的な追跡行動を対象とした計算機シミュレーション実験および行動実験の結果をまとめた論文が国際科学雑誌eLifeに受理された。また、この研究と関連して、ドイツのコンスタンツ大学およびマックスプランク動物行動研究所をはじめとした多くの研究機関、研究集会などにて招待講演を行い、スポーツ科学、生物学、認知科学、機械学習といった多様な分野の研究者と議論を行った。また、当該年度はその適用範囲を広げ、サッカーなどの練習でよく行われる3対1、4対1、4対2、5対2といったパス回し課題を対象とした計算機シミュレーション実験および行動実験に取り組んだ。パス回し課題では、パスを回す側のプレイヤーが移動してもよいバージョンと移動してはいけないバージョンを作成し、オフ・ザ・ボール(ボール非保持状態)とオン・ザ・ボール(ボール保持状態)それぞれにおける行動(あるいは意思決定)について評価し、今後の方向性を検討した。既に実験結果の予備的な解析を終えており、今後本格的なデータ分析および論文執筆に移行する予定である。加えて、これらの枠組みをサッカーの試合データ分析に応用することで、試合中のプレイヤーの意思決定を評価する方法を開発し、その成果をまとめた論文が国際学術雑誌IEEE Accessに受理された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究実績にあるように、計算機シミュレーション環境および人工知能エージェントと人間の共同対戦を行う行動実験系の構築に成功し、そのシステムを用いて行った研究の成果が学術論文として受理された。また、この成果を土台として、より応用的な課題であるパス回しにも既に取り組んでおり、その経過も順調である。このことから、本提案の後半にあたる集団スポーツへの応用に向けて順調な歩みと言える。

今後の研究の推進方策

研究計画にある集団スポーツへの応用に向けて、これまでのところ順調に研究が進んでいる。そのため、これまでの方針を大きく変えることなく、次年度はパス回し課題の実装・実験および成果の創出に取り組み、これまでに得られた知見や確立した手法の適用範囲を順次拡張していく予定である。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Adaptive action supervision in reinforcement learning from real-world multi-agent demonstrations2024

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujii, Kazushi Tsutsui, Atom Scott, Hiroshi Nakahara, Naoya Takeishi, Yoshinobu Kawahara
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Conference on Agents and Artificial Intelligence (ICAART'24)

      巻: 2 ページ: 27-39

    • DOI

      10.5220/0012261100003636

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collaborative hunting in artificial agents with deep reinforcement learning2024

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Tsutsui, Ryoya Tanaka, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 雑誌名

      eLife

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synergizing Deep Reinforcement Learning and Biological Pursuit Behavioral Rule for Robust and Interpretable Navigation2023

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 雑誌名

      Proceedings of the 1st Workshop on Synergy of Scientific and Machine Learning Modeling (SynS and ML) co-located with the International Conference on Machine Learning (ICML'23)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Action Valuation of On- and Off-Ball Soccer Players Based on Multi-Agent Deep Reinforcement Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Nakahara, Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 11 ページ: 131237-131244

    • DOI

      10.1109/access.2023.3336425

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Emergence of Collaborative Hunting via Multi-Agent Deep Reinforcement Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 雑誌名

      Proceedings of the 12th International Workshop on Human Behavior Understanding (HBU'22) in conjunction with International Conference on Pattern Recognition (ICPR'22)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of creating scoring opportunities for teammates in soccer via trajectory prediction2022

    • 著者名/発表者名
      Masakiyo Teranishi, Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 雑誌名

      Proceedings of the 9th Workshop on Machine Learning and Data Mining for Sports Analytics co-located with the European Conference on Machine Learning and Principles and Practice of Knowledge Discovery

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Adaptive action supervision in reinforcement learning from real-world multi-agent demonstrations2024

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujii, Kazushi Tsutsui, Atom Scott, Hiroshi Nakahara, Naoya Takeishi, Yoshinobu Kawahara
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Agents and Artificial Intelligence (ICAART'24)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチエージェント強化学習から探る生物集団の意思決定機構2024

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩
    • 学会等名
      学術変革領域研究(B)「コントラリアン生物学」領域勉強会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Defensive team analysis in the 2022 World Cup based on the event prediction2023

    • 著者名/発表者名
      Rikuhei Umemoto, Kazushi Tsutsui, Keisuke Fujii
    • 学会等名
      MathSport International
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Synergizing Deep Reinforcement Learning and Biological Pursuit Behavioral Rule for Robust and Interpretable Navigation2023

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 学会等名
      The 1st Workshop on Synergy of Scientific and Machine Learning Modeling (SynS and ML) co-located with the International Conference on Machine Learning (ICML'23)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 生物集団移動のデータ解析・強化学習・画像処理2023

    • 著者名/発表者名
      藤井慶輔, 筒井和詩, 伊藤真
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A)「サイバー・フィジカル空間を融合した階層的生物ナビゲーション」領域勉強会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチエージェント強化学習を用いた集団行動の意思決定メカニズムの探求2023

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩
    • 学会等名
      理研-AIP ミニワークショップ 機械学習による人間の選択行動とシミュレーションの新展開
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ルチエージェント強化学習から探る生物集団の動的パターン形成機構2023

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩
    • 学会等名
      第42回日本動物行動学会 ラウンドテーブルディスカッション 人工知能×動物行動学
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Emergence of Collaborative Hunting via Multi-Agent Deep Reinforcement Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 学会等名
      The 12th International Workshop on Human Behavior Understanding (HBU'22) in conjunction with International Conference on Pattern Recognition (ICPR'22)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of creating scoring opportunities for teammates in soccer via trajectory prediction2022

    • 著者名/発表者名
      Masakiyo Teranishi, Kazushi Tsutsui, Kazuya Takeda, Keisuke Fujii
    • 学会等名
      The 9th Workshop on Machine Learning and Data Mining for Sports Analytics 2022 (MLSA'22) co-located with the European Conference on Machine Learning and Principles and Practice of Knowledge Discovery
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチエージェント深層強化学習を用いた協調的狩りにみられる行動方略の多様性2022

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩, 武田一哉, 藤井慶輔
    • 学会等名
      第36回人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 軌道予測に基づいた味方の得点機会を創出するサッカー選手の評価2022

    • 著者名/発表者名
      寺西真聖, 筒井 和詩, 武田 一哉, 藤井 慶輔
    • 学会等名
      第36回人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 深層強化学習を用いた最適な協調行動および その基盤となる認知・意思決定機構の探究2022

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩, 武田一哉
    • 学会等名
      第49回日本スポーツ心理学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 仮想生態系を用いた組織的な狩猟行動を支える認知・意思決定機構の探究 (Exploring the cognitive and decision mechanisms supporting organized hunting behavior via virtual ecosystems)2022

    • 著者名/発表者名
      筒井和詩
    • 学会等名
      第24回日本進化学会年大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] サッカーにおけるイベント予測に基づく一般化されたチームの守備評価2022

    • 著者名/発表者名
      梅基陸平, 中原啓, 筒井和詩, 藤井慶輔
    • 学会等名
      第12回日本統計学会スポーツ統計分科会スポーツデータ解析コンペティション
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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