[論文レビュー] Automatic Extraction of the Passing Strategies of Soccer Teams

László Gyarmati, Xavier Anguera|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2015

Time Series Analysis and Forecasting参考文献 7被引用数 25

ひとこと要約

本論文では、ボールの軌道シーケンスを分析することで、フルシーズンのサッカー試合データから反復するパス戦術を自動で抽出するDTW（動的時系列適合）に基づくアルゴリズムを提案する。この手法は、複数のリーグにわたって、カウンターアタック、ボール保持戦術、クロスパターンなど、チーム固有の戦術を特定し、一部の戦術が90%の重複を伴い最大5回まで反復することを明らかにした。これにより、スカウティングや選手評価に向けたスケーラブルで客観的な分析が可能になる。

ABSTRACT

Technology offers new ways to measure the locations of the players and of the ball in sports. This translates to the trajectories the ball takes on the field as a result of the tactics the team applies. The challenge professionals in soccer are facing is to take the reverse path: given the trajectories of the ball is it possible to infer the underlying strategy/tactic of a team? We propose a method based on Dynamic Time Warping to reveal the tactics of a team through the analysis of repeating series of events. Based on the analysis of an entire season, we derive insights such as passing strategies for maintaining ball possession or counter attacks, and passing styles with a focus on the team or on the capabilities of the individual players.

研究の動機と目的

• ボールの軌道データからチーム戦術を自動的に推定する課題に取り組み、記述統計にとどまらない、背後にある戦略を解明すること。
• 手作業による分析や計算コストの高い先行研究の制限を克服し、シーズン全体のサッカーデータを処理できるスケーラブルな手法を開発すること。
• 意図的で反復的なパスシーケンスを特定し、個々の選手のパフォーマンスではなくチームの哲学を反映するものとする。
• 特定の選手が反復的な戦術に果たす役割を定量的に評価し、チーム全体の戦術と選手固有のパターンを区別すること。
• 相手チームのスカウティングや選手評価に実用的応用を可能にするために、戦略的行動を客観的に特定・測定できること。

提案手法

• ボールの軌道ログを処理し、パスの位置（x, y）を[0,100]に正規化し、最大セグメント長が2単位になるように仮想位置を挿入する。
• 動的時系列適合（DTW）に基づく動的計画法を用いて、パスのシーケンスを比較し、時間的・空間的整合性を持つ非同一パターンの類似性を許容する。
• 定められた制約下で類似度を最大化するようにアルゴリズムが反復的なパスシーケンスを特定し、類似度の高いシーケンスをグリーディーなアプローチで延長する。
• 同じパターンの複数回の出現間の重複率を計算し、一貫性と反復性を評価する。90%の重複率は高い反復性を示す。
• 選手の関与度は、基準シーケンスと一致するシーケンスに含まれる選手の集合を比較し、重複率を計算することで分析する。これにより、チーム中心の戦術と選手中心の戦術を区別できる。
• システムはシーズン全体のデータを処理でき、複数のチームやリーグにわたる大規模かつ客観的な戦術分析を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フルシーズンのボールの軌道ログから、反復的かつ意図的なパスシーケンスを自動で検出できるか？
• RQ2 カウンターアタック、ボール保持戦術、クロスなど、チームがシーズンを通じて一貫して使用するパス戦術の種類は何か？
• RQ3 反復的なパターンが、チーム全体の戦術であるか、個々の選手の役割やスキルに起因するか、その程度はどの程度か？
• RQ4 特定のパス戦術はどの程度の頻度で繰り返され、その空間的・時間的構造はどの程度一貫性があるか？
• RQ5 繰り返しのシーケンスにおける選手の重複度に基づいて、チーム中心の戦術と選手固有のパスパターンを同定できるか？

主な発見

• 本手法はスペイン1部リーグのフルシーズンデータにおいて、100メートル以上にわたるパスシーケンスを含め、反復的なパス戦術を成功裏に同定した。
• 特定の戦術、すなわち左サイドから右サイドへのクロスが5回、90%の重複率で発生した。これはヴァレカノが採用する極めて一貫性のある戦術であることを示している。
• アトレティコ・マドリードやセビージャは、フィールドのサイドを変更せずに60メートル以上の水平移動を伴う直接的なカウンターアタック戦術を示した。
• マラガは、40〜60メートルの水平移動に加え、顕著な縦方向のフィールド変更を示し、サイドチェンジを伴う攻撃的戦術を採用していた。
• FCバルセロナ、レアル・マドリード、バレンシアは、20〜30メートルの水平移動と変動のある縦方向移動を示し、バランスの取れたボール保持戦術を採用していた。
• 30のシーケンスが正確に4名の選手を含んでいたが、完全な選手の重複はなく、固定された4人組に依存しているとは限らない。むしろ、チーム戦術はしばしば柔軟な選手の役割に依存していることが示された。