[論文レビュー] Industrial Symbiotic Networks as Coordinated Games

Vahid Yazdanpanah, Devrim Murat Yazan+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2018

Sustainable Industrial Ecology参考文献 17被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、産業連携ネットワーク（ISNs）をMC-Net協力ゲームとしてモデル化し、規制的インcentiveルールと社会経済的政策を統合することで、公平で安定した利益配分を保証するゲーム理論的枠組みを提案する。主な貢献は、インcentiveルールをゲームに形式的に組み込むことで、推奨されるISNsの実装可能性を保証するとともに、不安定または禁止される連携を回避する、協調的ISNゲーム（C-ISN）の導入である。

ABSTRACT

We present an approach for implementing a specific form of collaborative industrial practices-called Industrial Symbiotic Networks (ISNs)-as MC-Net cooperative games and address the so called ISN implementation problem. This is, the characteristics of ISNs may lead to inapplicability of fair and stable benefit allocation methods even if the collaboration is a collectively desired one. Inspired by realistic ISN scenarios and the literature on normative multi-agent systems, we consider regulations and normative socioeconomic policies as two elements that in combination with ISN games resolve the situation and result in the concept of coordinated ISNs.

研究の動機と目的

• 集団的な経済的利益があるにもかかわらず、公平で安定した利益配分が妨げられるISN実装問題に対処すること。
• 運用コストのダイナミクスを反映し、規範的ルールの統合を可能にする協力ゲームとしてISNsをモデル化すること。
• インcentiveルールと社会経済的政策を用いた規範的調整メカニズムを構築し、参加者が望ましい、安定的で公平な連携へ誘導すること。
• 推奨されるISNsが安定的で公平に実装可能であることを保証するとともに、規制的メカニズムによって禁止されるISNsが抑制されることを確実にすること。
• 産業的自律性と市場自由を尊重する、スケーラブルで動的かつチューニング可能なISN実装フレームワークを構築すること。

提案手法

• 任意の企業の部分集合Sに対して、協力的連携によるコスト削減を表すv(S) = T(S) − O(S)として、正規化され、超加法的な協力ゲーム（N, v）としてISNsをモデル化する。
• 各ルールρiがパーティション（Si, N∖Si）をインcentive ιiにマッピングするMC-Netsを用いてインcentiveルールを表現し、動的かつスケーラブルなルール適用を可能にする。
• 経済的、環境的、社会的基準に基づき、ISNsを促進（p⁺）、許可（p⁰）、禁止（p⁻）の3つに分類する規範的社会経済的政策関数℘: 2^N → {p⁺, p⁰, p⁻}を定義する。
• インcentiveルールを協力的ISNゲーム（C-ISN）として統合し、c(S) = v(S) + ι(S)と定義する。ここでι(S)は、グループSに適用可能なインcentiveの総和である。
• 形式的なゲーム理論的保証を用いて、インcentiveルールの集合を構築し、推奨されるISNsのコア解が安定的で公平に実装可能であることを保証する。
• 推奨されるISNグループ同士の排他的な関係を強制し、相互に干渉しないようにすることで、すべての推奨されるISNsが互いに安定性を損なわず実装可能であることを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISNsを運用コストのダイナミクスを反映し、規範的ルールの統合を可能にする協力ゲームとして形式的にモデル化する方法は何か？
• RQ2 規制的インcentiveルールと規範的社会経済的政策を一貫して表現する方法は何か？ これにより、ISN行動を望ましい結果へ誘導できるか？
• RQ3 規範的調整メカニズムをISNゲームに統合する方法は何か？ これにより、確立された政策に従って望ましいISNsが公平で安定的に実装可能になるか？
• RQ4 与えられた政策下で、すべての推奨されるISNsが同時に安定的で公平に実装可能であることを保証する条件は何か？
• RQ5 異なる推奨されるISNsのインcentiveルール間に生じる対立をどのように解決すれば、全体のシステム安定性を維持できるか？

主な発見

• MC-Net協力ゲームとしてのISNsの形式的フレームワークが確立され、任意の連携集団Sの価値は、独自運用コストT(S)と協働コストO(S)の差として定義される。
• 任意のISNゲームが適切な金銭的インcentiveによって実装可能であるように、インcentiveルールの集合を構築することが証明可能である。
• 規範的政策関数℘の導入により、社会経済的影響に基づき、ISNsを促進（p⁺）、許可（p⁰）、禁止（p⁻）に分類できる。
• 協調的ISNゲーム（C-ISN）はc(S) = v(S) + ι(S)として定義され、ι(S)は適用可能なルールからのインcentiveの集約を表す。これにより、推奨されるISNsが経済的に魅力的で安定的になる。
• すべての推奨されるISNsが互いに排他的である場合、フレームワークは、インcentiveルールの対立を避けて、すべてのISNsが公平で安定的に実装可能であることを保証する。
• このフレームワークは、企業が市場自由や財務的自律性を犠牲にすることなく、動的でスケーラブルかつ政策に配慮したISN実装を可能にする。