著者

猪飼 維斗 Masato Ikai

出版者

電気通信大学

巻号頁・発行日

2017-03-24

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今日,コンピュータの進歩によって様々な場面でシミュレーションを用いた検証や予測が生かされている.シミュレーションは対象の解明,理解,予測などの目的で用いられる. シミュレーションにおけるモデルは,対象に対する理解を目に見える形で実現したものである. 従来,このモデルの実現はプログラムなどを用いて構築されてきた.シミュレーションの目的を達するためにはモデルの理解・共有性が必要とされ,それらを実現するためにグラフィカルなモデル構築を可能とするシミュレーションシステムが提案されてきた. モデルの構築は,モデル化対象への理解を自然言語などをもちいて表現した概念モデルを,プログラムや専用のスクリプトなどで記述し,実際に動作することのできる実装レベルのモデルで実現していく作業となる. 既存のシミュレーションシステムではモデルを作成するユーザが,システムが与えた枠組みに合わせて概念モデルを細分化,詳細化していく必要があった.そのため,モデル作成者は対象に対する理解とは別にシミュレーション手法への十分な知識や技術が要求されていた. そこで本研究ではシミュレーション手法に対して熟達していないユーザがモデルを作成する際に,自分の持つ知見や経験則を,容易にモデルへと落としこめるようなシステムとして「User-Friendly Simulator for Open Modeling」を開発することにした.モデルをホワイトボックスに作成することでモデルの理解や共有をしやすくし,また部分モデルをメタ的に管理する構造によって各モデルの把握を容易にする. さらに,ユーザにとってモデルの作成が容易であるかどうかを比較するための基準として,モデル作成時の思考時間に着目し,他の従来のシミュレーションシステムと比較検討を行った. 従来,シミュレーションシステム間での比較は, ・各システムがどのようなモデルを実現できる機能を持っているか ・どのようなモデルがどれくらいの速度で動作するかといった機能面での比較が行われていた. これに対しユーザビリティの側面からも評価を行うことで,モデルを作成するユーザがより適切なシミュレーションシステムを選択する助けとなるであろう. 第1 章では,本研究の背景や目的などについて説明すると共に,本論文の構成について概説する. 第2 章では,マルチエージェント型シミュレーションシステムの概略と本研究で提案するシステムについて述べる. マルチエージェント型シミュレーションには様々なシステムがあり,汎用に用いることができるものであっても,モデル作成のための方法論や,実装に用いられる言語などによってその特性が異なる.代表的な汎用シミュレーションシステムについて触れ,それぞれの特徴を述べるとともに,本研究で提案するシステムの意義について述べる. 第3 章では,本研究で提案したシミュレーションシステムがどのようにしてユーザのモデル作成を支援するのかを解説し,システムを構成する各機能とユーザのモデル作成への影響について述べる. ・モデル作成者の経験則をモデルに取り込むFuzzy 推論の採用 ・ホワイトボックスな実装レベルのモデル構造 ・シームレスな上下分離構造 の3 つの機能によって,ユーザのモデル作成を支援する. モデルを構成する最小単位のプロセッサにFuzzy 推論を可能とするFIU を採用することで,言語真理値を用いた自然言語やヒューリスティックのスムーズなモデル化を実現した. CBRFはFIU によって記述されるグラフィカルなモデルで,従来概念モデルだけであったグラフィカルなモデル構築を実際に動作するレベルでも行うことを可能としている.ここで用いられているプロセッサは2 つの入力から1 つの出力を得るものであり,これを多段階に連ねる構造は,一般的な人間の判断構造を表現することに適していると思われる.また,CBRFを部分モデルとして管理するPWCとCBRFという二重のインスタンス構造によって,モデル作成者が任意の段階で実装レベルのモデルを構築・管理することを可能としている. 第4 章では,本研究で提案したシミュレーションシステムでの具体的なモデル作成について議論する.さらに第3 章で述べたモデル作成の容易さについて,実現例をもとに述べる. 湯量調整モデルでは,Fuzzy 推論によって各エージェントの要求湯量を演算し,情報制限下での競合をモデル化している.エージェントの判断をFuzzy 推論によってモデル化することで制御モデルを容易に実現している. 入札行動モデルでは,人間の意思決定モデルを記述し,CBRFによるホワイトボックスなモデル構造の利点について述べている. 周囲の情報を取得し2 次元平面上を移動するモデルでは,シームレスなモデルの分割管理について述べている. 第5 章では,シミュレーションシステムでのモデル構築の容易性に対する新たな評価手法を提案し,その効果について述べる.従来の評価法と異なり,ユーザビリティの計測手法を援用することで,モデル構築容易性を定量的に評価することを試みる. GOMS-KLM 法によって動作の作業量を推定するとともに,総作業時間をもとに課題作業中の思考時間を推定した.推定した思考時間に着目して評価を行うことでユーザの実感としての作業への満足度に近しい評価を可能とした. 第6 章では,第5 章で提案した評価手法を複数のシステムを対象にした比較実験を行い,その結果について述べる.有効性と合わせた比較の結果,今回の課題に対してはUFSfOMが有効であるという結果を得た. 最後の第7 章では,この研究で得られた成果と知見を総括し,将来への展望を考察する. 本研究では,モデル作成を行うユーザが自身の考えたモデルを実現し,理解,共有できるモデル構築プラットホームをもち,その構造をそのまま実行することのできるシミュレーションシステムを実現した. ホワイトボックスなモデル構築によって,実装レベルからグラフィカルなモデル構築を可能とする一方,モデルが大型化してしまうことで視認性が妨げられる問題に対して,PWCによるシームレスな管理システムによってモデルの視認性を維持したまま,より複雑なモデル構築を行えるようになった. さらに従来は比較が難しかったシミュレーションシステムのモデル構築機能のユーザビリティ側面について,定量的に比較する手法を提案した.またGUI の採用によって総作業時間が多いシステムであっても,思考時間で比較した場合は大きな差がなく,より主観的な評価に近いという知見を得た.提案手法による比較の結果,提案システムは効率性において他のシステムに劣らず有効性においては他のシステムよりも有効であるという結果を得た. また本シミュレータションシステムによってシミュレーションによく用いられる典型的なモデルの機能を実現し,これらの作成例を通して,本シミュレーションシステムの機能がどのような場面で有効かを明らかにした.