Boxed Economy プロジェクトの紹介 第1回 情報科学技術フォーラム Forum on Information Technology (FIT2002) Boxed Economy プロジェクトの紹介 井庭 崇 千葉商科大学政策情報学部 専任教員（助手） フジタ未来経営研究所 リサーチフェロー 慶應義塾大学政策・メディア研究科 津屋隆之介 慶應義塾大学総合政策学部 森久保晴美 Good afternoon, In this presentation, I would like to give you a quick overview of our research in Boxed Economy Project. Today, I would like to show what we have done and what kind of progress we have made during the last several years. BESP is the platform of our model. It is not the simulated model itself but it is something we always need to conduct a simulation based research. http://www.boxed-economy.org/

Boxed Economy Project 慶應義塾大学 千葉商科大学 フジタ未来経営研究所 合資会社ニューメリック 井庭崇 中鉢欣秀 政策・メディア研究科 総合政策学部 環境情報学部 SFC研究所 千葉商科大学 政策情報学部 フジタ未来経営研究所 合資会社ニューメリック 井庭崇 中鉢欣秀 海保研 松澤芳昭 上橋賢一 山田悠 津屋隆之介 田中潤一郎 永見世央 森久保晴美 青山希 水鳥敬満 高部陽平 北野里美 廣兼賢治 浅加浩太郎

Boxed Economy Project への準備・立ち上げ Sep. 1997 - Mar.1999 Apr.1999 - Mar.2000 Apr.2000 - Aug.2000 『複雑系入門』（NTT出版）の出版 市場シミュレーション研究 (井庭崇) 家庭用VTRにおける規格競争とWinner-Take-All現象 株式市場におけるバブルの生成と崩壊 社会シミュレーションの部品の共有化を目指した「 In-The-Boxプロジェクト」を立ち上げる。 経済全体を組み込んだアドホックなシミュレーションモデルを作成。 その結果、経済全体はあまりにも複雑なので、ゼロから作成することは困難であることを実感。 コンポーネントとフレームワークの重要性を認識。 「Boxed Economy Project」という新しい名称のもとで再スタート Boxed Economy 基礎モデルの初期バージョンの開発 オブジェクト指向による分析と設計 UML (Unified Modeling Language: 統一モデリング言語)の導入

Boxed Economy Project による研究開発 Sep. 2000 - Dec.2000 Jan.2001 - Jun.2001 Aug.2001 - Dec.2001 Boxed Economy 基礎モデルの初期バージョンの整理・体系化 Boxed Economy Simulation Platformのプロトタイピング Java Beansによる実装 Boxed Economy 基礎モデルの初期バージョン改良版の実装 Boxed Economy Simulation Platformの初期バージョンの開発 デザインパターンの適用 ラショナル統一プロセス(RUP)の一部導入 ユースケース駆動 エクストリーム・プログラミング（XP）の一部導入 ペア・プログラミング ユニットテスト Boxed Economy Simulation Platformの初期バージョンのリファクタリング。 Boxed Economy Simulation Platform バージョン1.0βの開発 モデルコンポーザー モデルコンポーネントビルダー いくつかのプレゼンテーションコンポーネント デザインパターン、RUP、XPの導入

Agenda 1 2 3 出発点 動的で複雑なモデルを作成するための方法と戦略 シミュレーションの作成と共有のための仕組み 「Boxed Economy プロジェクトの紹介」

The Gap エージェントベースによる社会・経済のモデリングとシミュレーションは、二つの側面をもっている。 具体的な 応用分野 社会科学 相互作用 による社会 意思決定・ 学習 コンピュータ サイエンス シミュレーション マルチ エージェント システム モデリングと分析の新しい方法 エージェントベース による社会・経済の モデリングと シミュレーション In each scientific field, there are some primitive terms which are not defined in the system, but some of them become a basic term to define other terms. As an example of the primitive terms, there are the terms ``point'' and ``line'' in Euclidean geometry, ``position'', ``time'' and ``particle'' in classical mechanics, and ``goods'' in economics. However, when building an agent- based model, it would be necessary to define those terms each time they build the model. エージェントベースによる社会・経済のモデリングとシミュレーションは、二つの側面をもっている。 これら二つの分野からのアプローチの融合が求められるが、現状としては十分とはいえない。

The Gap 社会科学 相互作用 による社会 意思決定・ 学習 コンピュータ サイエンス モデリングと分析の新しい方法 マルチ エージェント システム 具体的な 応用分野 エージェントベース による社会・経済の モデリングと シミュレーション エージェントベースアプローチによって社会・経済を記述するための基本語句 (primitive terms)とフレームワークの整備が必要。 コンピュータ シミュレーション In each scientific field, there are some primitive terms which are not defined in the system, but some of them become a basic term to define other terms. As an example of the primitive terms, there are the terms ``point'' and ``line'' in Euclidean geometry, ``position'', ``time'' and ``particle'' in classical mechanics, and ``goods'' in economics. However, when building an agent- based model, it would be necessary to define those terms each time they build the model.

The Gap 動的で複雑なモデルとシミュレーションを、効率的に 設計・実装・保守できる仕組みが必要。 コンピュータ 社会科学 サイエンス 具体的な 応用分野 社会科学 コンピュータ サイエンス シミュレーション マルチ エージェント システム モデリングと分析の新しい方法 相互作用 による社会 エージェントベース による社会・経済の モデリングと シミュレーション 意思決定・ 学習 動的で複雑なモデルとシミュレーションを、効率的に 設計・実装・保守できる仕組みが必要。 In each scientific field, there are some primitive terms which are not defined in the system, but some of them become a basic term to define other terms. As an example of the primitive terms, there are the terms ``point'' and ``line'' in Euclidean geometry, ``position'', ``time'' and ``particle'' in classical mechanics, and ``goods'' in economics. However, when building an agent- based model, it would be necessary to define those terms each time they build the model.

The Gap → Our Solution コンピュータ 社会科学 サイエンス エージェントベース による社会・経済の モデリングと 具体的な 応用分野 社会科学 相互作用 による社会 意思決定・ 学習 コンピュータ サイエンス シミュレーション マルチ エージェント システム モデリングと分析の新しい方法 エージェントベース による社会・経済の モデリングと シミュレーション モデルフレームワーク シミュレーションプラットフォーム In each scientific field, there are some primitive terms which are not defined in the system, but some of them become a basic term to define other terms. As an example of the primitive terms, there are the terms ``point'' and ``line'' in Euclidean geometry, ``position'', ``time'' and ``particle'' in classical mechanics, and ``goods'' in economics. However, when building an agent- based model, it would be necessary to define those terms each time they build the model.

Agenda 1 2 3 出発点 動的で複雑なモデルを作成するための方法と戦略 シミュレーションの作成と共有のための仕組み 「Boxed Economy プロジェクトの紹介」

モデルのドメインについて考える モデルは、体系化された何らかの言語を用いて記述される。 モデルで表現したいものの特徴によって、適切な記述方法は変わってくる。 モデルの記述や蓄積を考えると、そのドメインに合った語彙や体系を整備する必要がある。

何を表現したいのか？ = 社会における制度・組織・知識・技術の生成と進化を内生的に表現したい。 経済学のコンテクストでは「複雑系経済学」や「進化経済学」といわれるカテゴリー。 そのようなモデルのためには、以下の４点が組み込まれることが重要。 ① 社会が、異質性と多様性のある主体から構成されているということ。 ② 主体が原子論的な意味でのアトムではなく、　内部状態をもっているということ。 ③ 情報や知識が生成され、伝達され、解釈されるということ。 ④ 主体間の関係やその意味が動的に変化するということ。 = ① 内部状態 ② ③ ④

モデルフレームワークの役割 現実世界の認識のための準拠枠 モデルを記述するための語彙 モデル作成者間のコミュニケーションのためのコード

モデルフレームワークの役割（ソフトウェアの側面） モデルフレームワークに基づいたアーキテクチャのソフトウェアを作成することもできる。

Boxed Economy基礎モデル 現実の経済社会のもつ構造をオブジェクト指向分析によって抽象化し作成したモデルフレームワーク エージェントベースによる社会・経済のモデルのための基本デザインを提供する we proposed ``Boxed Economy Foundation Model'‘. It is a model framework for agent-based economic/social models. This model framework defines the set of concepts for modeling economy/society, and it supports to recognize, describe, and share the objects in the model through the modeling process. BEFM is an abstract of the real society from the viewpoint of economy, and consists of 12 major elements. Their class definitions and the relations between them are described. Since we don’t have an enough time to describe the design in full detail To execute the simulation based on BEFM, there is a platform called ``Boxed Economy Simulation Platform'' to control the actual execution and manage the results. Boxed Economy 基礎モデルの中心的なクラス図

Boxed Economy基礎モデルにおけるBehavior 外界のイベント（オブジェクトに影響を及ぼすさまざまな出来事）が発生すると、現在の自分の状態に応じてエージェントの振舞いが決まる。 基礎モデルではエージェントの持つBehaviorを状態機械(state machine)として定義している。 状態機械とは、何らかのトリガーとなるイベントを受け取って状態を遷移させながら動くシステムである。 例: SendRequestBehaviorのステートチャート図 状態 遷移 イベント (トリガー) アクション

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 Static View シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 World Agent SocialGroup “SampleWorld” Clock Location “The Kind Corporation” ”CellTypeLocation” ”GlobalClock” Goods “know” Relation “reply” Agent Individual Goods “Mr.Customer” “request”

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 Activity View シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 Behavior ”GlobalClock” “SendBackBehavior” “SendBackBehavior” Channel “the channel to the sender” “the channel to the corporation” “The Kind Corporation” Goods Behavior “reply” “SendRequestBehavior” “SendRequestBehavior” Channel “CollectGoodsBehavior” “CollectGoodsBehavior” Goods “Mr.Customer” “request”

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 “SendBackBehavior” “The Kind Corporation” “SendRequestBehavior” “CollectGoodsBehavior” “Mr.Customer”

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 State Transition View シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 “SendRequestBehavior” “SendBackBehavior” ClockEvent “request” “reply” “request” ChannelEvent ChannelEvent “reply” “The Kind Corporation” “Mr.Customer”

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 State Transition View シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 “SendRequestBehavior” “SendBackBehavior” ChannelEvent “reply” “The Kind Corporation” “Mr.Customer” “CollectGoodsBehavior”

シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 State Transition View シンプルな例: 「企業が顧客のリクエストに対応する。」 “SendBackBehavior” “CollectGoodsBehavior” “reply” ChannelEvent “reply” “The Kind Corporation” “Mr.Customer”

Boxed Economy基礎モデルの作成 【社会集団：政府関係】 ■統計作成行動 ■公表統計作成行動 ■予算決定行動 ■企業税収行動 ■国債交換行動 ■国債買取行動 ■国債発行行動 ■生活保護支給行動 ■生活保護受付行動 【社会集団：労働関係】 ■要員計画行動 ■新人募集行動 ■新人採用行動 ■勤務記録処理行動 ■時間外労働命令行動 ■人材育成行動 ■人物評価行動 ■賃金決定行動 ■賃金支払行動 ■解雇予告通知行動 ■解雇行動 ■退職願受取行動 ■退職金計算行動 【社会集団：マスコミ関係】 ■新聞発行行動 ■新聞紙面編集行動 ■新聞制作印刷行動 ■新聞発送配達行動 ■情報受信行動 ■情報提供行動 ■財受取行動 【社会集団：基本】 ■経営戦略行動 ■行動計画実行行動 【社会集団・個人：お金関係】 ■銀行振込行動 ■現金支払行動 ■現金受取行動 ■口座照会行動 【社会集団・個人：売買関係】 ■販売行動 ■在庫確認行動 ■仕入れ行動 ■出荷行動 ■入荷行動 ■商品在庫管理行動 ■注文受取行動 【社会集団：生産関係】 ■生産管理行動 ■生産行動 【個人：労働関係】 ■就職活動行動(応募編） ■就職活動行動（雇用契約編） ■勤め行動 ■勤務記録行動 ■労働行動 ■時間外労働命令受取行動 ■教育研修行動 ■給料明細書受取行動 ■辞令受取行動 ■解雇予告通知受取行動 ■希望退職行動 ■退職行動 【個人：生活基本】 ■移動行動 ■消費行動 【個人：お金関係】 ■銀行に行く行動 ■預金引出行動 ■預金預入行動 ■家計記録行動 【個人：売買関係】 ■買物行動 ■店舗選択行動 ■商品購買行動 ■受容行動 ■購買前代案評価行動 【個人：政府関係】 ■生活保護解約行動 ■生活保護申込行動 【社会集団：銀行関係】 ■公定歩合支払行動 ■利息支払行動 ■預金行動 ■融資行動 ■担保売却行動 ■税金支払行動 ■振込・引落行動 ■財務行動 ■公定歩合受取行動 ■国債償還行動 ■国債引受行動 ■引出行動 we proposed ``Boxed Economy Foundation Model'‘. It is a model framework for agent-based economic/social models. This model framework defines the set of concepts for modeling economy/society, and it supports to recognize, describe, and share the objects in the model through the modeling process. BEFM is an abstract of the real society from the viewpoint of economy, and consists of 12 major elements. Their class definitions and the relations between them are described. Since we don’t have an enough time to describe the design in full detail To execute the simulation based on BEFM, there is a platform called ``Boxed Economy Simulation Platform'' to control the actual execution and manage the results.

Agenda 1 2 3 出発点 動的で複雑なモデルを作成するための方法と戦略 シミュレーションの作成と共有のための仕組み 「Boxed Economy プロジェクトの紹介」

社会科学におけるシミュレーション利用促進の鍵 プログラミングの支援 プログラム部品の再利用のための仕組み 研究プロセスを一貫して支援する統合環境

Boxed Economy Simulation Platform (BESP) エージェントベース経済社会モデルのシミュレーションを、作成・実行・分析するためのプラットフォーム Many parts of the programs that are necessary to run agent-based economic/social simulations are already implemented in BESP. These enable us to build the simulation with a less knowledge and skill about the software design and programming. It will contribute to remove factors that have been making difficulties for social scientists to participate in and conduct the agent-based simulation study.

Boxed Economy Simulation Platformの基本構造 BESPでは、コンポーネントとフレームワークの考え方に基づく設計がなされている。シミュレーションのモデルや実行環境をコンポーネントとして分割して定義するため、それらを組み替えることによってユーザー独自のシミュレーションを柔軟かつ容易に構築できる。 Boxed Economy 基礎モデル Model Components Presentation Components BEFM provides the design of the software architecture of social simulation for sharing and reusing of the components among the simulation builders. Frameworks keeps the components on track by defining the rule for designing the components developed in the future, although it is usually difficult to combine the components developed by independent groups due to the inconsistency. Note that the frameworks proposed so far do not support to share the simulation models among two or more simulation builders. The modular simulation program is the program which can be divided into components (pieces of modules) and but also organized well under the framework. It enables us to reuse the components among the simulation builders, so that it will accelerate the P2P sharing of the models and components. Model Container BESP Boxed Economy Simulation Platform Presentation Container Box Operating System (BOS) Java VM

プログラミングを軽減する仕組み① BESP モデルコンポーネントビルダー package SampleMarket; import org.boxed_economy.foundationmodel.*; import org.boxed_economy.foundationmodel.behavior.*; import org.boxed_economy.besp.foundationmodelframework.*; import org.boxed_economy.besp.foundationmodelframework.behavior.*; /** * OrderBehavior */ public class OrderBehaviorB extends AbstractBehavior { // decide order Action action_id_13 = new anon(); public Action getAction_id_13(){ return action_id_13; } public void start() { // Setting the state machine BehaviorState state_id_6 = new DefaultBehaviorState(this, ""); currectState = state_id_6; // This sets pseudo-initial state BehaviorState state_id_8 = new DefaultBehaviorState(this, "waiting market opening"); BehaviorState state_id_11 = new DefaultBehaviorState(this, "order determined"); Transition trans_id_7 = new Transition(); ((DefaultBehaviorState)state_id_6).addTransition( trans_id_7); trans_id_7.setTransitionTo(state_id_8); Transition trans_id_9 = new Transition(); // receivedEvent trans_id_9.setAcceptEvent(AutoTransitionEvent.class); Transition trans_id_10 = new Transition(); public void exit() { class anon extends Action{ * decide order public void doAction(Event event){ // Write the code for custom action here. BESP モデルコンポーネントビルダー この部分はモデルコンポーネントビルダーが生成する。 モデルコンポーネントビルダーは、シミュレーションにおけるエージェントの行動を記述し実装するための支援ツールである。ユーザがGUIによってこの行動モデルコンポーネントの「ステートチャート図」を記述することで、モデルコンポーネントのJavaコードが出力される。これにより、シミュレーションの作成者が書かなければならないソースコードの量を減らすことができる。 この部分に必要なカスタムのプログラムを書く。

エージェント行動の作成を支援する「アクションテンプレート」 Action template CreateGoods CreateRelation DestroyGoods KeepChannel PutGoodsIntoManager PutInformationIntoMananger TakeGoodsFromManager TakeInformationFromManager SendGoods SendBackGoodsToLastSender SendGoodsToKeptChannelSender SendInformationContents SendBackInformationContentsToLastSender SendInformationContentsToKeptChannelSender Guard template ? IsChannelInfoEqualsBehaviorInfo IsChannelSignalFromReciever

プログラミングを軽減する仕組み② BESP モデルコンポーザー モデルコンポーザーは、GUIを用いてモデルコンポーネントを組み合わせることによってシミュレートしたいモデルを構成・設定するためのプレゼンテーションコンポーネントである。プログラミングをまったく行わずに、視覚的にモデルを作成・設定することができる

Boxed Economy Simulation Platform プログラム部品の再利用のための仕組み we proposed ``Boxed Economy Foundation Model'‘. It is a model framework for agent-based economic/social models. This model framework defines the set of concepts for modeling economy/society, and it supports to recognize, describe, and share the objects in the model through the modeling process. BEFM is an abstract of the real society from the viewpoint of economy, and consists of 12 major elements. Their class definitions and the relations between them are described. Since we don’t have an enough time to describe the design in full detail To execute the simulation based on BEFM, there is a platform called ``Boxed Economy Simulation Platform'' to control the actual execution and manage the results. Boxed Economy 基礎モデルに基づいて作成されたモデル部品は粒度やモデル化の基準が等しいため、研究者間のモデル部品の共有や再利用が可能となる．. BESP Boxed Economy Simulation Platform

研究プロセスを支援する統合環境 「制御パネル」 「空間表示ウィンドウ」 「時刻表示ウィンドウ」 「データ登録ウィンドウ」、 「グラフ表示ウィンドウ」 「モデルコンポーザー」 「モデルコンポーネントビルダー」 など

Simple SugarScape Model on BESP

Simple Call Market Model on BESP

The Gap → Our Solution コンピュータ 社会科学 サイエンス エージェントベース による社会・経済の モデリングと 具体的な 応用分野 社会科学 相互作用 による社会 意思決定・ 学習 コンピュータ サイエンス シミュレーション マルチ エージェント システム モデリングと分析の新しい方法 エージェントベース による社会・経済の モデリングと シミュレーション モデルフレームワーク シミュレーションプラットフォーム In each scientific field, there are some primitive terms which are not defined in the system, but some of them become a basic term to define other terms. As an example of the primitive terms, there are the terms ``point'' and ``line'' in Euclidean geometry, ``position'', ``time'' and ``particle'' in classical mechanics, and ``goods'' in economics. However, when building an agent- based model, it would be necessary to define those terms each time they build the model.

Boxed Economy プロジェクトの紹介 第1回 情報科学技術フォーラム Forum on Information Technology (FIT2002) Boxed Economy プロジェクトの紹介 2 動的で複雑なモデルを作成するための方法と戦略 3 シミュレーションの作成と共有のための仕組み 1 出発点 Good afternoon, In this presentation, I would like to give you a quick overview of our research in Boxed Economy Project. Today, I would like to show what we have done and what kind of progress we have made during the last several years. BESP is the platform of our model. It is not the simulated model itself but it is something we always need to conduct a simulation based research. http://www.boxed-economy.org/