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エージェントベース経済シミュレーションのためのエージェント設計論
井庭 崇
Il…＝‖‖＝‖＝‖＝‖‖＝‖‖‖‖‖‖………ll11…llll‖‖‖‖＝＝‖＝＝‖‖＝‖‖＝‖‖‖＝‖購‖l…l…l…lll川…ll‖＝‖‖＝‖‖‖‖‖‖＝‖‖‖＝‖‖＝‖‖服I11】illl…＝‖‖‖＝＝＝＝‖‖＝＝‖‖＝‖州＝l…i……‖＝‖‖＝‖‖＝＝＝＝‖＝‖伸＝‖‖川棚‖…＝＝‖＝＝‖冊

で区切ることは構造・認識の上で自然であり，また安
1． はじめに定的であるということである．現実世界と同様の構造

本稿では，近年応用への期待が高まりつつある「エでモデル化するため経験的対応がとりやすく，諸科学ージェントベース経済シミュレーション」におけるエの研究成果も組み込みやすいという利点がある．さらージェントのモデル設計について考察と提案を行う．に，個人や社会集団，それらの相互作用という要素は，エージェントベース経済シミュレーションとは，経社会が社会である以上，時間や場所が変わっても存在済・市場を多数の自律的主体（エージェント）のミクしつづけると考えられるため安定的であるといえる．

ロ的な相互作用からなるシステムとしてモデル化しシ第二に，行為主体としての個人や社会集団せ導入すミュレートするものである．この手法は経済や市場のることによ−），主体ごとの異質性や主観的な情報認知，ダイナミズムを理解するための新しい道を拓くものと意思決定，学習などをモデルに組み込むことができるして国内外で注目を集めている．これまでにも様々なということである．これにより，現在主流である新古シミュレーションが作成されているので，ここではま典派経済学や効率的市場仮説において想定されているずそれらのモデルと実装について概観することから始ような，完全情報による同質で合理的な経済主体のモめたい．そしてその後，柔軟性や再利用性を考慮したデルとは異なる分析が可能となるのである［1，23，エージェントのモデル設計に関する方針を提案し，設24］．
そして第三に，主体と主体が直接やり取りをすると計開発支援のための共有基盤として「Boxed Econ−いうかたちで社会の動態をモデル化することができるomy」のアプローチを紳介する．
2．エージェントによって社会を写し取る現実世界をモデル化するということは，その対象部ということである．これにより，概念的な市場メカニズムを通じてではなく，物理的空間や社会ネットワークを通じて個別具体的に相互作用を行うというモデル分を体系的なまとまりとしてモデルに写し取るというを扱うことができる［25］．ミクロ的な相克作用からマことである．エージェントベース経済シミュレーショ

クロ現象が生成されるということを表現できるため，ンでは，経済社会を多数のエージェントからなるシス

経済学や社会学で問題となってきたミクロとマクロのテムとして写し取る．ここでのエージェントとは，市関係性について論じることができるようになるのであ場を対象とした場合にはトレーダーなどの市場参加者る．

であり，経済全体の場合に1ま，企業・政府・家族・学校・地域社会・国などの「社会集団」や「個人」であ3．設計の土台としてのオブジェクト指向
エージェントベース経済シミュレーションでは，経る（表1）．

それでは，エージェントの相互作用として社会をモ済社会をエージェントの相互作用として捉えるのであデル化することの意義はどこにあるのだろうか．そのるが，そのようなモデル化はオブジェクト指向の考え

回答はこれまで様々な場面で個別に指摘されてきたが，方に非常に近く，実際相性が良いことが知られている

次のようにまとめることができると思われる．まず第［18，26］．オブジェクト指向では，物理的あるいは概一 に，社会を分解する際に個人や社会集団という単位念的なモノのひとつひとつを構成要素として認識し，いば たかし
慶應義塾大学 政策・メディア研究科〒252−0816藤沢市遠藤5322
2001年10月号「オブジェクト」というまとまりで写し取る．オブジ
ェクトは「属性」と「振る舞い」をひとまとめにカプセル化したものであり，オブジェクト指向ではこれら© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

（33）561

表1エージェントベース経済シミュレーションの先行研究におけるエージェント

モデル化の対象

実装言語

エージェントエージェントの行動

株式市場［1】

Objective−C，トレーダー

株価予測，注文，株売買

トレーダー

売買のタイミング決定，注文，株売買
株価予軋注文，株売買
株価予測，注文，株売買
株価予測，注文方法・注文量・注文価格決定，注文，売買

Swarm［2］株式市場［3］C＋＋（X−Ma叫4］）

株式市場［5】

VC＋＋投資家株式市場【6］

Java

トレーダー

先物取引市場【7］Java（U−取引所会員

Mart【8】）
外国為替市場【9】商品市場【10］

Pascal7■イーフ￣

レート予想，戦略決定，レート・注文量決定，注文，売買

Java，生産者

生産，消費，Bid，売買Java（ASIArll】） 投機家

価格推定，Bid，売買

オークション仲介者
オンライン

Java，オークション［12］Java（ASIA［11】） オークショナー Bid要求，Bid集計，落札者・落札価格決定

買い手

排出権取引市場【11］Java（ASIA［11】） Nation
COP

工場
事業部
販社
消費者
潜在的採用者

サプライチェーン［13】 IF／Prolog
規格競争（VTR）［14］規格競争（フリーC
MATLAB

状況確認，Bid，購入
国内削減量決定，Bid，取引Bid要求，Bid集計，価格決定，取引許可
生産，在庫，出荷調達，在庫，出荷調達，在庫，販売
欲求認識，シェア認知，商品購入
シェア認知，商品購入

ソフトウェア）［15］

環境マーケテイング

Delphi［16】

貨幣の自生と自壊【17】 C社会（Sugerscape）【18】 C，Java（Ascape［19自律分散型市場［20］C，C＋＋

ケインジアン経済【21】 Pascal

消費者
生産者
経済主体
架空の主体
企業
消費者
消費者
消費財生産者

商品購入
商品企画，商品版売，倒産，行動の模倣，行動規範の模倣
財の生産，物々交換，記憶移動，収集，消費，生殖，文化伝播，略奪，価格交渉，物々交換，融資，返済，疾病感染，免疫応答
稼動率調整，価格調整，生産，販売

購入

消費，労働，商品購入，許容証券価格決定，証券売買生産，雇用，投資決定，商品配送，証券発行，許容証券価格決定，証券売買
資本財生産者

アメリカ経済（ASPEN）［22】

C，C＋＋「金融市場」
政府銀行
中央銀行
パン製造業
バーチャル経済［23】

製粉業
農家
機械製造業
製鉄業
家計

562（34）生産，雇用，投資・注文決定，資本財引渡，証券発行，許容証券価

格決定，証券売買
家計
労働，商品購入，貯蓄・引出，■国債売買，納税，失業保険受取，社会保障受取，ローン借入・返却
食品製造業
生産，価格決定，設備投資，雇用，販売，納税，ローン借入・返却
非耐久財製造業 生産，価格決定，設備投資，雇用，販売，納税，ローン借入・返却
自動車製造業
生産，価格決定，設備投資，雇用，販売，納税，ローン借入・返却
住宅建設業
生産，価格決定，設備投資，雇用，販売，納税，ローン借入・返却
銀行
預金・引出受入，貸出・返却受入，国債売買，雇用，ローン貸出・
返却受入，中央銀行への準備預金預入・引出
政府
徴税，失業保険支給，社会保障支給，国債発行，雇用
連邦準備
銀行への貸出・返却受入，国債売買
不動産業
賃貸料徴収，雇用，納税
資本財製造業
生産，雇用，販売，納税

国債取引の調整
公共投資，雇用，有利子国債発行・償還受入，国債発行・償還受
入，徴税，税率決定，国債金利決定，補助金支給
預金・引出受入，貸出・返却受入，中央銀行からの借入・返却，中央銀行への準備預金預入・引出，預金金利決定，貸出金利決定
国債引受・償還，銀行への貸出・返却受入，銀行からの準備預金預入・引出受入，公定歩合決定
価格決定，原料購入，生産，販売，設備投資，雇用，貯蓄・引出，倍入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取価格決定，原料購入，生産，販売，設備投資，雇用，貯蓄・引出，借入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取価格決定，生産，販売，設備投資，雇乳貯蓄・引出，借入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取価格決定，原料購入，生産，販売，設備投資，雇用，貯蓄・引出，倍入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取価格決定，生産，販売，設備投資，雇札貯蓄・引出，借入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取
労働力供給，購入，住宅投資，貯蓄・引出，借入・返却，納税，有利子国債購入・償還，補助金受取© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ

のオブジェクトが役割を分担しながら相互作用するこの設計のために，「継承」を用いる代わりに「コンポとで世界が動いていると捉える1．このとき，一一部のジション」を用いることを提案したい［28］．コンポジ

オブジェクトに自律性をもたせてエージェントとするションとは，役割を外部化するためのオブジェクトをことによってエージェントベースのモデルを表現でき用意し，もともと操作としてもつはずだった責務（役るのである．現在，エ ジェントベース経済シミュレ割）をそのオブジェクトに委譲するという設計のことーションの多くがオブジェクト指向言語を用いて実装である［29］．エージェントの設計においては，エージされているといわれている［26］．

ェントクラスの中に操作として行動を記述するのでは

4．エージェント設計のための鍵なく，エージェントの役割別に行動クラスを作り，それらのオブジェクトを「主体」の核となる部分が保持4．1エージェント＝主体＋行動という捉え方するという設計となる（図2）．各行勤はそれぞれ状

オブジェクト指向によってエージェントを表現する態を持っており，外部とのやり取りなどによって状態場合，現状ではエージェントをひとつのオブジェクトが個別に遷移するということになる．

として設計することが多い．例えば，C，Bruun［27］このようなエージェント表現は，エージェントを最はエージェントベース経済シミュレーションのための小単位とする従来の設計にはない利点がある．それはフレームワークとして，図1のようなエージェントの第一に，ひとつのエージェントが複数の社会的役割をクラス階層の設計を提案している．またR．Axtell担っているということを自然な形で表現できるという［25］などでも，エージェントを表すオブジェクトの操ことである．例えば，「消費者エージェント」や「労作としてエージェントの行動が定義されている．

働者エージェント」という実在しない主体をモデル化

ところが，現在多くの研究で行われているように，するのではなく，「個人」が時として消費者の役割をひとつのエージェントをひとつのオブジェクトとして担ったり，労働者の役割を担ったりするという表現にストレートに設計すると，モデルの柔軟性や再利用性なるのである．このようなエージェントが複数の役割の面で問題が生じる．エージェントをひとつのオブジを担うというモデル化は，特に経済全体をシミュレーェクトにカプセル化してしまうため，行動の種類そのトするような場合に不可欠となる．経済社会におけるものが動的に変化するエージェントを作成する場合や，エージェントの異質性というのは，結局のところ行動エージェントの一部を再利用する場合に限界があるのや役割が異なるということから生じるからである．存である．

在するのはあくまで個人や社会集団であり，それらのそこで，柔軟性と再利用性を考慮したエージェント行う行動が異なるがゆえに異なる種類のエージェントとして識別されるのである．
行動を外部化する設計め第二の利点は，新しい行動の追加や削除，行動の手続きの変更などが可能になるということである．つまり，行動の上達や行動ルールの変更というレベルではなく，行動の種類が変化するということを扱うことができるようになるのである．
例えば，小売業が銀行機能の一部を担うようになるということを表すためには，小売業のエージェントが，銀行のもつ機能の一部を取り入れる必要がある．従来のようなエージェント単位の設計では，小売業エージ

図1エージェントを最小単位とする設計（C．Bruun［27］をもとに作成）

Agent

1オブジェクト指向の考え方は，世界を写し取るための手法として考案され発展してきたものであり，その起源は1960年代に開発されたシミュレーション言語SIMULAにさかのぼる．動的で複雑な現実世界をそのままコンピュータ上に取り込むための工夫がなされており，その工夫が現在のオブジェクト指向の考え方の本質をなしている．
2001年10月号10‥nBehavior、 ■ ■■■ ■ ■■ ●■■ ■■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ● ■■■ −■ ■ ■■ − ■− − ■ ■一国2「エージェント＝主体十行動」とする設計［28］© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

（35）563ェントや銀行エージェントというようにエージェントの構成員を増減させることによって自己の規模を拡張にその振る舞いをカプセル化しているため，多重継承または縮小するということである．例えば企業を表すで拡張するか，銀行兼務小売業エージェントのようなエージェントは，外部環境によって制約を受けながらものを新たに作成するということになる．しかしこのも，自らの構成員である被雇用者を増やすことも減らような方法では，継承の階層が深く複雑化するため，すこともできる．また，分離・分割や合併・買収など長期的にみると限界がある［29］．経済全体が分析対象によってその企業の境界自体が拡張したり縮小したりの場合には，時間的にも長期となり，状況によってエすることもある．境界変更の第二の方法は，エージェージェントが成長して行動の種類を変更したりするこントのもつ行動の種類を増減させた−）組み換えたりすとが考えられる．それゆえ，エージェント単位で定義ることによって行われる．これは前節で説明したとおするのではなく，それらの個別の行動ごとに分割して−）である．そして境界変更の第三の方法は，エージェ定義し，コンポジションによってエージェントを特徴ントが他のエージェントを創出できるという点にある．

づけていくという設計が不可欠となるのである．

例えば，個人であれば生・死であり，家族であれば結4．2 複合的な主体としての社会集団

婚・離婚，企業であれば起業・倒産ということである．

エージェントは相互作用により社会全体を構成する

以上のようなエージェントモデルの柔軟性は，動的なというだけでなく，中間領域として集団を形成するこ経済社会のシミュレーションを行う場合には，重要なとも可能である．このような社会集団はエージェント要因となるだろう．のひとつであるが，同時にその内部に他のエージェントを構成員としてもつ複合的な主体でもある．ここで5．共有基盤としてのBoxed Economy

は個人と社会集団の関係について図3のような設計を

本稿ではエージェントのモデル設計に特化して論じ提案したい．この図は，個人や社会集団は主体の精微てきたが，ほかにもエージェントベース経済シミュレを継承して備えていること，そしてそれぞれの社会集ーションのモデルを設計する上でのコツがいくつかあ団が他の主体（つまF）社会集団や個人）から構成される．これらをオブジェクト指向フレームワークとしてているということを表している．ここで社会集団は構定義したものが，現在私たちが提案している「Boxed成要素を排他的に拘束する階層構造ではないという点Economy基礎モデル」である［28］．「Boxed Econ−が重要である．ある個人が家族，学校，凶という複数omy基礎モデル」は，経済社会のもつ基本的な構造の社会集匝＝こ属しているというように，エージェントをオブジも複数の社会集団に属することが可能となる設計となのであり，エージェントベース経済シミュレーションっている．のための基本デザインを提供するものである（図4）．

4．3 エージェントによる境界の自己決定
これまでみてきたようなエージェントの設計により，ェクト指向分析によって分析・抽象化したもそしてさらに，BoxedEconomy基礎モデルに基づくモデルを実際に作成し動かすための開発実行環境がエージェントが円らの境界を自己決定・変更するモデ「Boxed Economyシミュレーションプラットフォー

ルが実現できる．この境界決定・変更には構成員の増ム」である［32］．BoxedEconomyシミュレーション

減，機能の組み換え，エージェントの生成・消滅といプラットフォームは，オブジェクト指向言語Javaでう三つの方法が考えられる［31］．

実装されたソフトウェアであり，このシステムによっ

まず境界変更の第一の方法は，エージェントが自らて，これまで行われてきたプログラミング作業の多くを軽減でき，経済社会モデルも作成しやすくなるため，個々の研究者のシミュレーション研究を大幅に効率化することができる（図5）．

一般に理論の発展のためには，多くの研究の積み重ねによるモデルの青鬼練・拡張が重要となるが，シミュレーション研究の場合には，その共有と累積は，数式などの設計レベルのものだけでなく，プログラムという実装レベルのものも対象となることが望ましい．シ
図3 社会集団のモデル設計［28，30］564（36）

ミュレーションにはモデルとプログラムという二層性© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ

i加nd鮎ー：Id￠nt摘即

Location

Setbcadon（Ioca血n：LocatlOn）
go軋oc8ホon（）：Locat10n
SetInぬmaポon（inねmation：In払maポoll）

騨tDist弧Ce（brgct：Lo￠ation）：D壷tan一号
gcのi托CdoIl（hrget：hcat10n）：Di∫eCdon

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Relation

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脚Goo血In血mationS￠tり：ln血madonS￠t

MモmOryaddbねm8tⅦn（h由一madon：1n払mation）
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gmmtcBeh8血I仲ebaYio血fbmation：BehaYiorInねmatjon）：BehaYior
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St且n（） StOp（）

図4 BoxedEconomy基礎モデルの中心的な構造［28，32］

ModelComponents

PresenbbonComponenb

図5 BoxedEconomyシミュレーションプラットフォーム［28］があるため，再利用の際にはモデルの整合性をとるだ
けでなく，プログラムの整合性もとれなければならないからである2．Boxed Economyによるアプローチ
では，この設計と実装の両方のレベルをモテルフレー

ムワーク（BoxedEconomy基礎モデル）と開発実行

2プログラムの整合性をとるためには，基本的には実装に用いるプログラミング言語が同じであるか，プロトコルが互換性のあるものでなければならい．その上でモデルの粒度や区切り方，モデル内のプロトコルなどが統一一されている必要がある．しかし，表1をみてもわかるようにこれまでの研究では実装言語は様々であり，作成者が異なる場今環境（BoxedEconomyシミュレーションプラットフにはお互いのプログラムの再利用はほとんど行われていないのが現状である．しかし，再利月いfr能なプログラムの作ォーム）によって支援することにより，シミュレーシ成は通常に比べて1．5倍から3倍のコストがかかるため

ョン研究の累積的発展の仕組みづくりが試みられてい［33］，再利用性を考慮しないという選択は個々の研究者にとっては合理的であるといえる．それゆえ分野の発展のたるのである．詳しい情報や今後の発展に関しては，http：／／www．boxed−eCOnOmy．Org／を参照していただ
2001年10月号

めには，現状に比べて，再利用性を考慮した上でもなお効率が良くなるような開発環境を構築することが必須となる．

© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

（37）565

きたい．

［6］Iba，T．： Agen卜BasedSimulationModelforBub−bles，CrashesandWinnerTake−AllMarket

5．さいごに，MasterThesis，慶應義塾大サ政策・メディア研究科，（1999）．

本稿では，エージェントベース経済シミュレーションにおけるエージェントの設計について考察と提案を行った．エージェントのより柔軟な設計として，コンポジションのメカニズムを川いた「エージェント＝主体＋行軌」という設計方針を提案した．社会モデルとしての利点は，複数の社会的役割を担うモデルを自然に表現でき，エージェントのもつ役割が動的に変化す［7］件撒軋久保jIミ男，／ト犬F博： マルチエージェントによる先鞭刷りlコンテスト：PreU−Mart2000実施率l措 ，情鞘処理学会研究宰l結，Vol．2001，No．1，2001−ICS−123，（2001），67−72．
［8］件藤i・；ti，久保正男，福本力也，墳岡康雄，f巨大Fl章： 人
二l二市場のシステム構造 ，八【Ⅰ二知能学会誌，Vol．15，No．6，（2000），974−981．
［9］和泉潔，植刑一博： コンピュータの小の市場：認知機る場合にも対応できるということであるが，」二学的な構をもつエージェントからなる八Ⅰ二市場の構築とその評利点としても，継承によるカプセル化の破壊を生じる

価 ，認知科学，Vol．6，No．1，「1本認知科学会（1999），31ことがなくなるためコンポーネントの再利用性が高ま−43．

るということがあげられる．このように，シミュレーションモデルの設計を考える場合には，社会モデルとしての利一亡（と，ソフトウェア∴l二学における利点とに注

定性と価格シグナル：エージェントによるシミュレーシ
ョンと解析 ，情報処理学会研究報告，Vol．2000，No．3，
2000−ICS−119，（2000），5卜56．

意を払うことが必要であろう．

本稿において，設計開発支援のための共有基盤として私たちBoxedEconomyProjectが提案する基礎モデルとシミュレーションプラットフォームを紹介したが，このようなエージェントベース経済シミュレーシ

ョンのための基盤づくりは，著者らの手に余る壮大なプロジ［10］水川秀行，Steiglitz，K．，Lirov，E．： マーケットの安ェクトである．ぜひ分野を超えた多くの方々とともに実現していきたいものである．

［11］Mizuta，H．andYamagata，Y．： AgentLbasedSim−ulation for Economic and EnvironmentalStudies，

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