マーケットデザイン

マーケットデザインは、経済学の一分野であり、「誰に何をどのような手続きで割り当てるか」という交換ルールを設計（デザイン）することを通じて、効率的で公平な結果を実現することを目的とする研究である[Milgrom Nemmers Prize Presentation Slides, 2008] Roth, Alvin E. "The economist as engineer: Game theory, experimentation, and computation as tools for design economics." Econometrica 70.4 (2002): 1341-1378.。メカニズムデザインやオークション理論と深く関連しており、特定の市場の仕組みを分析し、壊れている市場を修復する、あるいは 存在していない市場を新たに作り出すことを扱うAlvin Roth (2007), The Art of Designing Markets, Harvard Business Review, https://hbr.org/2007/10/the-art-of-designing-markets。 

マーケットデザインの社会実装には、労働市場でのマッチング（例：米国の医師レジデント全国マッチング制度）、臓器移植の割り当て、学校選択制度、大学入試のマッチングなどが含まれる。

 オークション理論 
オークション研究の初期は、入札者が品物の真の価値について私的シグナルを持つ「共通価値オークション」と、評価値が入札者間で独立同分布とされる「私的価値オークション」という二つの特別なケースに焦点が当てられていた。Milgrom と Weber（1982）は、これを拡張し、入札者の価値が正に関連する（positively related）より一般的な理論を提示した。

各入札者 i はシグナル  を受け取り、価値  は自身のシグナルに対して単調増加し、他者のシグナルに対しても対称的かつ単調増加の関数である。シグナルが独立同分布の場合、期待価値は他者の情報に依存しなくなり、この場合は標準的な私的価値オークションとなり、収入同値定理が成立する。

Milgrom と Weber は、これに対してシグナルが「アフィリエイト（affiliated）」されている場合を考察した。2変数の場合、確率密度  が次を満たすときアフィリエイトと定義される。

  （すべての  と  について）

Bayes の法則により、条件付き分布について次が得られる。

さらに変形し  について積分すると、

  （すべての  と  について） (1)

この含意は後に重要となる。3つ以上の変数の場合も、同様の不等式によりアフィリエーションが定義される。

 収入比較定理（Revenue Ranking Theorem, Milgrom and Weber） 
各入札者 i が私的シグナル  を受け取り、その価値  が自身のシグナルに対し単調増加し、他者のシグナルにも対称かつ単調増加の関数であるとする。シグナルがアフィリエイトされている場合、封印第一価格オークションの均衡入札額  は、封印第二価格オークションにおける期待支払いよりも小さくなるMilgrom, Paul and Robert Weber (1982). "A Theory of Auctions and Competitive Bidding". Econometrica 50 (5): 1089–1122.。

直感としては、第二価格では勝者の支払いは自身の情報に基づくため収入同値が成立するはずだが、アフィリエーションの下では低い価値を持つ入札者ほど悲観的な信念を持ち低く入札する。そのため高い価値の入札者は激しい競争を避けられ、第一価格オークションでは入札額が低下する。

 第一価格・第二価格オークションの均衡入札 
2人の入札者の価値が  と自身のシグナルのみで決まる場合、価値は私的であり、アフィリエイトも満たす。

第二価格（Vickrey）オークションでは価値をそのまま入札することが支配戦略であり、期待支払いは

  (2)

第一価格オークションでは、均衡入札関数 B(v) は以下の微分方程式を満たす。

  (4)

 収入比較定理の証明 

買い手が「他者も自分と同じ信念を持つ」と誤って仮定した場合の入札関数  は、

  (5)

を満たす。収入同値定理より、  



が成立する。アフィリエーションに基づく比較により、すべての v < x について



が成り立ち、結果として



となる。したがって第一価格封印入札の勝者の期待支払いは第二価格封印入札よりも低くなる。

 パッケージ入札の上昇オークション 
Milgrom と Larry Ausubel（2002）は、複数財の代替性・補完性を含む組合せ入札を扱う「上昇プロキシ（ascending proxy）オークション」を提案した。各入札者は代理人にパッケージごとの評価と予算制約を報告し、代理人は利益最大化となる入札を小刻みに提出する。オークションは最終的に新規入札がなくなるまで続く。

このオークションは常にコアの結果を生成する。また入札者の評価が「代替性条件」を満たす場合、真実申告はナッシュ均衡となり、Vickrey–Clarke–Groves (VCG) メカニズムと同じ結果を与える。しかし1人でも代替性を満たさない入札者がいると、VCG の結果がコア外となるため、上昇プロキシオークションは VCG と一致しない。

Ausubel と Milgrom（2006a, 2006b）は、VCG の弱点として、  
 売り手収入の低さ  
 参加者追加による収入の非単調性  
 負けた入札者連合による共謀への脆弱性  
 単一入札者による多重 ID 戦略への脆弱性  
を指摘した。

 組合せ時計オークション（Combinatorial Clock Auction, CCA） 
Ausubel、Cramton、Milgrom（2006）は、時計式価格上昇フェーズと補足封印入札を組み合わせた新形式のオークション CCA を提案した。結果はすべてパッケージ入札として扱われ、コア選択メカニズムにより決定される。この方式は 2008 年の英国 10–40GHz スペクトラムオークションで初めて採用され、その後、オーストリア、デンマーク、アイルランド、オランダ、スイス、英国などの主要な周波数オークションで広く利用されている。

2008年のネマーズ賞（Nemmers Prize）会議では、Penn State 大学の Vijay KrishnaKrishna's Nemmers Presentation, 2008  と Larry AusubelAusubel's Nemmers Presentation, 2008  が、Milgrom のオークション理論と実際の市場設計への影響を紹介した。

 マッチング理論 
経済理論によれば、特定の条件下では、全ての経済主体の自発的交換が、交換に関わる者たちの最大福祉をもたらす。しかし現実には状況は異なり、我々は通常、市場の失敗に直面し、もちろん、混雑した市場、嫌悪を催す市場、安全でない市場といった条件や制約に直面することもある。ここでマーケット設計者は、特定のルールと制約を備えた相互作用プラットフォームを構築し、最適な状況を実現しようと試みる。こうたプラットフォームは社会に最大限の効率性と利益をもたらすと主張される。

マッチングとは、市場の両側、すなわち財やサービスの需要者と供給者の間に適切な関係を確立するという考え方である。この理論は、経済的相互作用において誰が何を実現するかを考察する。

マッチングの概念は、シャプレーやゲイルといった数学者による理論的取り組みの形で登場した。ロスなどの経済学者による研究によって成熟し、現在ではマーケットデザインとマッチングはミクロ経済学とゲーム理論の最も重要な分野の一つとなっている。

ミルグロムはマッチング市場設計の理解にも貢献している。ジョン・ハットフィールドとの共同研究（Hatfield and Milgrom, 2005）では、安定結婚マッチング問題を一般化し、「契約付きマッチング」を可能にする方法を示した。このアプローチでは、市場の両側にあるエージェント間の契約条件が、マッチングプロセスを通じて内生的に生じる。彼らは、デイヴィッド・ゲールとロイド・シャープレイによる遅延受諾アルゴリズムを適切に一般化することで、その設定において安定的マッチングが見つかることを示している。さらに、安定的マッチングの集合は格子構造を形成し、同様の空席連鎖ダイナミクスも存在することを明らかにしている。

安定マッチングが格子であるという観察は、マッチングモデルの一般化に関する彼らの洞察の鍵となったよく知られた結果であった。彼らは（他の同時代の著者たちと同様に）、安定マッチングの格子がタルスキの固定点定理の結論を想起させることに気づいた。同定理は、完全格子からそれ自身への増加関数は、完全格子を成す非空の固定点集合を持つと述べている。しかし、どの格子が何であり、どの増加関数が何であるかは明らかではなかった。ハットフィールドとミルグロムは、蓄積されたオファーと拒否が格子を形成し、オークションにおける入札プロセスと遅延承諾アルゴリズムがこの格子における増加関数である累積オファープロセスの例であると指摘した。彼らの一般化はまた、特定のパッケージオークション （参照：Paul Milgrom: Policy）は、契約を伴うマッチングの特殊なケースと見なすことができる。この場合、市場の一方にはエージェント（競売人）が1人しか存在せず、契約には移転される物品と移転価格総額の両方が条件として含まれる。したがって、医療マッチングに適用される遅延承諾アルゴリズムと、周波数オークションに適用される同時上昇オークションという、市場設計の二大成功事例は、深い数学的関連性を持つ。さらに、この研究（特に遅延承諾アルゴリズムの「累積オファー」バリエーション）は、日本の病院と研修医のマッチングメカニズムおよび米国陸軍の士官候補生と各部隊のマッチングメカニズムの再設計の基礎となっている。

 応用 
一般的に、市場設計者が研究するテーマは、マッチング市場における様々な問題に関連している。アルビン・ロス（Alvin Roth）は、市場参加者のマッチングにおける障害を主に三つのカテゴリーに分類している：

 時として、市場参加者は「市場の薄さ」ゆえに互いの存在を知らない。この場合、市場は十分な厚みを欠いている。
 場合によっては、機能不全の原因は市場の混雑と、市場参加者が互いを知る機会の欠如にある。こうしたケースでは、過剰な市場の厚みが市場関係者に好みの選択肢を選ぶ十分な時間を与えなくなる。
 一部の市場では、特別な取り決めにより市場参加者が戦略的行動を取る可能性があり、そのため人々は真の選好を反映していない。こうした場合、市場は実際の選好を表明するのに安全な場とは言えない。
市場設計者がこれらの問題に直面した際の解決策は、市場参加者の選好情報を受け取り適切なマッチングアルゴリズムを用いる中央清算機関の創設を提案することである。情報の集約、規則の設計、およびこれらのアルゴリズムの使用は、市場参加者の適切なマッチング、市場環境の安全性、市場配分の改善につながる。この枠組みにおいて、メカニズムは経済的相互作用の当事者間の通信システムとして機能し、事前決定された規則と市場参加者から受信したシグナルに基づいてこの相互作用の結果を決定する。 したがって、市場設計の目的は、単にゲームの結果を最適化するためのゲームのルールを決定することである。

 労働市場への応用 
雇用主や企業は労働市場の需給が均衡する水準まで賃金提示額を引き下げない。企業にとって重要なのは、まさに「最適な労働者」を選ぶことである。一部の労働市場では、求職者にとって「最適な雇用主」を選ぶことも同様に重要だ。市場参加者が互いの選好を伝えるプロセスが阻害されているため、市場のパフォーマンスを改善するルールを設計すべきである。

 腎臓移植市場への応用 
腎臓移植希望者は適合する腎臓の不足という問題に直面することが多い。市場設計者は、腎臓希望者と腎臓提供者をマッチングさせるシステムを設計することで、腎臓交換市場の効率化を図ろうとしている。腎臓提供者と受給者間のコミュニケーションには、主に連鎖型と循環型の交換システムがある。循環型交換では、腎臓提供者と受給者が腎臓交換のための循環を形成する。

 参加者メッセージの簡素化 
ミルグロムは、実践的な市場設計においてメッセージ空間を簡素化することの効果に関する理解に貢献した。彼は、多くの市場における重要な設計要素として、コンフラクション（混同）の概念を観察し発展させた。これは、参加者が異なる選好に対して同じ値を入力することを強制することで、豊かな選好を伝達する能力を制限するという考え方である。

コンフラクションの例は、病院と医師のマッチングにおけるゲイル・シャプレーの遅延承諾アルゴリズムに見られる。このアルゴリズムでは、病院は応答的選好（医師と収容力の順位付け）のみを提出することが許されているが、実際には一般的な代替選好の提出を求められる可能性もある。

インターネットのスポンサー付き検索オークションでは、広告主は獲得する広告位置に関わらず、クリック単価入札を1つだけ提出できる。

同様の、より古い概念である統合型汎用アイテムオークションは、組み合わせ時計オークション（Ausubel, Cramton and Milgrom, 2006）の重要な構成要素であり、英国の最近の800  MHz / 2.6 GHzオークションを含む周波数オークションで広く採用されており、インセンティブオークションへの適用も提案されている。  入札者は、オークションの割当段階では、具体的な割り当て（これは後の割り当て段階で決定される）に関係なく、周波数の数量のみを表明することが認められている。Milgrom (2010) は、特定の「結果閉鎖性」があれば、混同によって均衡に新たな意図しない結果が生じることはなく、市場を厚くすることで価格競争が激化し、収益が増加する可能性があると論じている。

メッセージ簡素化の考え方の具体的な応用として、ミルグロム（2009）は選好の割り当てメッセージを定義している。割り当てメッセージでは、エージェントは、対象が効用を生み出す際に果たす複数の「役割」を記述できるようにすることで、様々な代替可能性を含む特定の非線形選好を線形目的関数に符号化できる。こうして生成された効用は合計される。対象集合に対する評価は、それらを様々な役割に最適に割り当てることで達成可能な最大値である。割り当てメッセージは貨幣を用いない資源配分にも適用可能である。例えばBudish, Che, Kojima, and Milgrom (2013)が分析した学校における授業割当問題が該当する。本論文は、この手法を通じてバーコフ＝フォン・ノイマン定理（二重確率行列に関する数学的性質）の一般化を提供し、特定のランダム割当てが実現可能な決定論的結果に対する抽選として「実装」可能な条件を分析するためにこれを適用した。

より一般的な概念である付与された割当メッセージについては、HatfieldとMilgrom（2005）が研究している。Milgrom（2011）では、これらの問題に関する概説が提供されている。

 関連項目 

ゲーム理論
メカニズムデザイン

 脚注 

 外部リンク 

 Nemmer's Prize Lecture, 2008
 National Science Foundations LiveScience Program Interview, 2012
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