[論文レビュー] Industrial Symbiotic Relations as Cooperative Games

Vahid Yazdanpanah, Devrim Murat Yazan|University of Twente Research Information|Feb 4, 2018

Sustainable Industrial Ecology参考文献 18被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、産業的共生関係（ISRs）を協力的コスト配分ゲームとして、ゲーム理論的枠組みで提示し、企業間の二重協力の公平かつ安定した運用コスト配分をモデル化する。Shapley値配分が公平性と安定性を保証することを示しており、個々の合理性とコア内に存在することを保証しており、ISRのコスト配分に特化した実用的で唯一の妥当な解決策である。

ABSTRACT

In this paper, we introduce a game-theoretical formulation for a specific form of collaborative industrial relations called "Industrial Symbiotic Relation (ISR) games" and provide a formal framework to model, verify, and support collaboration decisions in this new class of two-person operational games. ISR games are formalized as cooperative cost-allocation games with the aim to allocate the total ISR-related operational cost to involved industrial firms in a fair and stable manner by taking into account their contribution to the total traditional ISR-related cost. We tailor two types of allocation mechanisms using which firms can implement cost allocations that result in a collaboration that satisfies the fairness and stability properties. Moreover, while industries receive a particular ISR proposal, our introduced methodology is applicable as a managerial decision support to systematically verify the quality of the ISR in question. This is achievable by analyzing if the implemented allocation mechanism is a stable/fair allocation.

研究の動機と目的

• 産業的共生関係（ISRs）における協力意思決定のための形式的意思決定支援ツールの不足に取り組むこと、特に動的運用的側面に焦点を当てる。
• 二企業向けの協力的コスト配分ゲームとしてISRsを形式的ゲーム理論枠組みでモデル化すること。
• 提案されたISRが安定かつ公平であるかを検証する実用的メカニズムを開発し、経営意思決定を支援すること。
• コスト配分メカニズムが、公平性（Shapley値による）と安定性（コア内存在）の両方を尊重すること。
• ISRゲームがShapley配分のもとで本質的に安定かつ公平であるという理論的保証を確立し、信頼できる協力の実現を可能にする。

提案手法

• 企業が廃棄物と資源を共同で管理し、相互に交換する二企業間のISRを、二人の協力的コスト配分ゲームとしてモデル化する。
• 連携の総運用コスト（例：輸送およびリサイクルコスト）を団体の特性関数値として定義する。
• マージナル貢献に基づく公平性志向のコスト配分メカニズムとして、Shapley値を適用する。
• コアを安定性の検証ツールとして用い、協力から離脱するインcentiveがないことを保証する。
• ISRゲームにおいて、Shapley配分が常にコア内に存在することを証明し、公平性と安定性の両方を保証する。
• 数学的定義を用いて解概念を形式化し、解析的証明と具体的な例を用いて検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 産業的共生関係をどのように形式的に協力ゲームとしてモデル化することで、協力意思決定を支援できるか？
• RQ2 二重ISRにおいて、公平性と安定性を保証するコスト配分メカニズムは何か？
• RQ3 ISRゲームにおけるShapley値配分は、個々の合理性とコア内存在を保証するか？
• RQ4 コアとShapley値は、提案されたISRの質を検証する意思決定支援ツールとして使用可能か？
• RQ5 ゲーム理論的メカニズムのもとで、ISR協力の安定性と公平性にどのような理論的保証が存在するか？

主な発見

• ISRゲームにおけるShapley値配分は、常にコア配分であるため、安定性と公平性が保証される。
• Shapley配分は個々の合理性を満たす：各企業は非協力状態よりも協力状態でより少ないコストを負担するため、離脱のインセンティブがない。
• 走行例では、コアは企業Aに対して4～7ユニット、企業Bに対して8～11ユニットのコスト配分を許容し、Shapley値は⟨5.5, 9.5⟩に位置する。
• 二元的表現において、Shapley配分はコアセグメントの中点に位置し、バランスの取れた公平性を反映している。
• ISRゲームはサブモジュラであるため、コアは空でなく、Shapley値は常にコア内に存在する。
• 本フレームワークは、公平性と安定性基準に基づき、任意のISR提案の質を検証する体系的な手法を提供する。