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2017 年度 実績報告書

モデル予測政策決定のためのエージェントベース・データ同化モデル

研究課題

研究課題/領域番号 17H02035
研究機関筑波大学

研究代表者

倉橋 節也  筑波大学, ビジネスサイエンス系, 教授 (40431663)

研究分担者 寺野 隆雄  東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (20227523)
高橋 大志  慶應義塾大学, 経営管理研究科(日吉), 教授 (60420478)
津田 和彦  筑波大学, ビジネスサイエンス系, 教授 (50302378)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
キーワードデータ同化 / 逆強化学習 / エージェントモデル / 社会経済制度設計
研究実績の概要

1)学習アルゴリズムによるパラメータ推定手法の設計と実装:エージェントモデルのパラメータ推定のための、強化学習アルゴリズムを利用し、複数の出現パターンを同時推定するため,逆強化学習手法を用いたデータ同化を提案した。一般的なデータ同化においては、非線形で正規分布を仮定しない現象に対してアンサンブルカルマンフィルタ-や粒子フィルターを用いて分布推定を行うが、本提案モデルでは,観測データから報酬を推定する逆強化学習の手法を利用し,エージェントの行動意思決定ルールを推定できるようにした。
2)エージェントベース・データ同化モデルの設計と実装:上記のパラメータ推定手法を状態空間モデルに組み込むことで、ルール推論が可能なエージェントベース・データ同化モデルを構築する提案を行った。逆強化学習は,Russellによって最適な行動系列や. 環境モデルを所与として報酬関数を求める問題として定義され,様々な手法が提案されている。Ngらは有限状態空間を持つ環境に対しては線形計画法,無限の状態空間を持つ環境に対してはモンテカルロ法を用いて報酬関数を推定する手法を示し,Abbeelらは報酬関数を推定する過程で最適な方策を獲得する見習い学習に基づく手法を示した。本年度は,Ngらの手法を適用し,農業生産者データの逆強化学習への適用を検討した。
3)社会・経済制度の実証データ収集:基礎となるエージェントベース・データ同化モデルの検証のために、システムモデルがエージェントモデルで記述でき、適切な観測データが存在する社会・経済制度の実証データとして,沖縄県の農業生産者データの収集を行った。データは農林水産省及び自治体の統計情報を使用し,統計情報には年度毎に作付け品目,品目毎の作付け面積,収穫量,単価などが含まれており,これらの情報を逆強化学習の各パラメータとして適用できるものである。

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

当初の計画である,1)進化・学習アルゴリズムによるパラメータ推定手法の設計と実装は,粒子フィルターの計算負荷を検討した結果,逆強化学習の適用がより適切であることが判明したため,こちらの手法で実現することでモデル化と実験を進めている。また,2)エージェントベース・データ同化モデルの設計と実装については,農業政策および空港での搭乗者推定を目的としたモデル作成を行い,実験が進んでいる。3)社会・経済制度の実証データ収集では,沖縄県の農業生産者データの収集を行った。データは農林水産省及び自治体の統計情報を使用し,統計情報には年度毎に作付け品目,品目毎の作付け面積,収穫量,単価などが含まれており,モデル化が可能な状態となっている。また,空港での搭乗者データを取得し,受付ロビーでの人流とプロファイルデータを元に,基礎的なエージェントベースモデルを構築できた。以上により,本研究の進捗はおおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

初年度の研究において、学習アルゴリズムによるパラメータ推定手法として、逆強化学習を用いたエージェントモデルのパラメータ推定手法の開発を行った。また、社会・経済制度の実証データの収集を実施した。本年は、これらの成果をベースに、以下の研究を実施する。
1)エージェントベース・データ同化モデルの設計と実装:上記のパラメータ推定手法をエージェントモデルに組み込むことで、ルール推論が可能なエージェントベース・データ同化モデルを構築する。逆強化学習は、観測された多数の実データから意思決定の基礎となる複数のゴールの報酬を推定することができる。この報酬値を用いて、状態価値関数を強化学習することで、エージェントの行動をモデル化できることから、観測データからより精度の高い推定が可能となる。
2)農業生産意思決定モデルの構築:前年度で取得した沖縄県の農業生産額データから、エージェントベース・データ同化モデルを構築する。離島においては、水資源の開発が農業生産に与える影響は大きい。また、飛行場などの整備によって、本土への出荷額も大きく影響される。これらの実データを用いて、農業生産額に影響する農家の意思決定構造をモデル化する。
3)エネルギーシフトを促す電力市場制度設計への適用:理想的な電力市場の姿は、需要家の自由な参加・選択、企業の自由な経済行為によってイノベーションが促進され、自然に全体の電力供給と需要がバランスする集合知としての電力市場である。しかし、本年度から開始された電力小売り自由化政策は、多様な企業の参入によるイノベーションの進展を期待して導入されたものの、その効果を判断する変化はまだ見えていない。そこで、電力市場モデルを構築し、発電事業者がどのような意思決定を行うかを参加型モデルによって同定し、望ましい電力市場制度設計を探索することを実施する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] University College Groningen(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      University College Groningen
  • [国際共同研究] University of Osnabruck(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Osnabruck
  • [雑誌論文] Agent-Based Self-Service Technology Adoption Model for Air-Travelers: Exploring Best Operational Practices2018

    • 著者名/発表者名
      Ueda Keiichi、Kurahashi Setsuya
    • 雑誌名

      Frontiers in Physics

      巻: 6 ページ: 5

    • DOI

      10.3389/fphy.2018.00005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金融規制が金融システムいの安定性や金融機関行動に与える影響についてのシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      菊地剛正, 國上真章, 山田隆志, 高橋大志, 寺野隆雄
    • 雑誌名

      人工知能学会論文誌

      巻: 33-1 ページ: 79

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 資金取引ネットワークモデルに基づく連鎖破綻リスク分析2017

    • 著者名/発表者名
      橋本守人, 倉橋節也
    • 雑誌名

      人工知能学会論文誌

      巻: 32-5 ページ: B-H21_1-9

    • DOI

      http://doi.org/10.1527/tjsai.B-H21

    • 査読あり
  • [雑誌論文] エボラ出血熱に対するエージェントベース医療政策ゲーミング&シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋節也
    • 雑誌名

      日本シミュレーション&ゲーミング学会誌

      巻: 26-2 ページ: 52-63

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 実データから顧客行動シミュレーションができるまで2017

    • 著者名/発表者名
      寺野隆雄
    • 雑誌名

      情報処理

      巻: 58-7 ページ: 586-589

  • [学会発表] Agent-Based Urban Dynamics Simulation to Analyze Effects of Street Attractiveness and Tramway for an Urban Sprawl2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Nagai, Setsuya Kurahashi
    • 学会等名
      The 4th IEEE International Workshop on Social Services through Human & Artificial Agent Models
    • 国際学会
  • [学会発表] Management integration impact analysis of financial institutions based on a fund transaction network model2017

    • 著者名/発表者名
      Morito Hashimoto, Setsuya Kurahashi
    • 学会等名
      Social Simulation 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] The energy transition game:Experiences and ways forward2017

    • 著者名/発表者名
      Setsuya Kurahashi, Gaeske Scholz, Wander Jager
    • 学会等名
      Social Simulation 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Analyzing Regional Characteristics of Living Activities of Elderly People from Large Survey Data with Probabilistic Latent Spatial Semantic Structure Modeling2017

    • 著者名/発表者名
      Ayae Ide, Kazuya Yamashita, Yoichi Motomura and Takao Terano
    • 学会等名
      IEEE BigData 2017, The 2nd International Workshop on Application of Big Data for Computational Social Science 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Classification of simulation results using log clusters in agent simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Yuji Tanaka, Takamasa Kikuchi, Masaaki Kunigami, Takashi Yamada, Hiroshi Takahashi, Takao Terano
    • 学会等名
      International Workshop Artificial Intelligence of and for Business
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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