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時々、競合他社が協力するとき、誰もが勝ちます| MITニュース

1つの大きな大都市には、地元の都市間路線から通勤列車、より長い地域の列まで、いくつかの異なる列車システムがある場合があります。このネットワークで列車のトラック、ステーション、スケジュールのシステムを設計するとき、鉄道事業者は各エンティティが独立して動作し、独自の収益を最大化することのみを求めていると想定する必要がありますか？それとも、彼らは常に共同計画で完全に協力し、自分の興味を脇に置いているのでしょうか？現実の世界では、どちらの仮定も非常に現実的ではありません。MITとETHチューリッヒの研究者は、競争と協力を組み合わせて、複雑で多地的なネットワークのオペレーターがいつ、どのように連携するかを戦略的に決定するのを支援する新しい計画ツールを開発しました。彼らのフレームワークは、共同投資とペイオフ共有メカニズムが組み込まれているため、珍しいです。どの共同インフラストラクチャプロジェクトが、利害関係者が他のオペレーターと投資すべきかを特定して、集合的な利益を最大化する必要があります。このツールは、政府、輸送機関、企業などのモビリティの利害関係者が、協力する適切な時期、協力プロジェクトに投資すべき金額、利益の分配方法、交渉から撤退した場合に何が起こるかを決定するのに役立ちます。「直感に反するように思えるかもしれませんが、ある時点でこの投資があなたに戻ってくるように、相手に投資したい場合があります。ゲーム理論のおかげで、興味深いクラスの問題を引き起こすためにこの直感を正式にすることができます」と、Rudge and Nancy Allen Acride Actide教授MITのMITの民間および環境エンジニアリングの助教授であるGioele Zardini氏は言います。数値分析によると、予算の一部をいくつかの共有インフラストラクチャプロジェクトに投資することにより、独立したオペレーターが完全に非協力的に運営されている場合よりも多くの収益を得ることができます。鉄道事業者の例では、研究者は、共同投資が地域の列車サービスを改善することでユーザーにも利益をもたらすことを実証しています。 ETHチューリッヒの大学院生で著者であるミンジアは、この双方にとって有利な状況は、より多くの人々が列車に乗って、オペレーターの収益を増やし、自動車からの排出を削減することを奨励しています。「ここでの重要なポイントは、トランスポートネットワークの設計がゼロサムゲームではないということです。あるオペレーターの利益は、他のオペレーターの損失を意味する必要はありません。認識を孤立した自己最適化から戦略的相互作用にシフトすることにより、協力は関係者全員にとってより大きな価値を生み出すことができます」と彼女は言います。輸送を超えて、この計画の枠組みは、混雑した産業または近隣諸国の政府の企業が共同投資戦略をテストするのに役立ちます。彼とZardiniは、Ethチューリッヒの研究者であるAndrea CensiとEmilio Frazzoliが紙に加わりました。この研究は、2025 American Control Conference（ACC）で発表され、この論文は学生のベストペーパー賞のファイナリストとして選ばれました。協力と競争の混合多面的なネットワークに輸送インフラストラクチャを構築するには、通常、膨大な時間とリソースが必要です。主要なインフラストラクチャプロジェクトには、1つの地域またはオペレーターをはるかに超えて伸びる可能性のある大きな影響があります。各地域には、地元の輸送当局などの独自の優先事項と意思決定者があり、しばしば調整の失敗をもたらします。「ローカルシステムが個別に設計されている場合、地域の旅行はより困難である可能性があり、システム全体の効率が低下します。しかし、自己利益の利害関係者が調整の恩恵を受けない場合、彼らは計画を支持する可能性が低くなります」と彼は言います。協力と競争の最良の組み合わせを見つけるために、研究者はゲーム理論を使用して、オペレーターがすべての利益をもたらす方法で関心を調整し、地域の協力を改善できるようにするフレームワークを構築しました。たとえば、昨年、スイス政府は同意しました 5,000万ユーロを投資します スイスの3つの都市間でより高速な鉄道接続を作成することを目標に、ドイツの地域鉄道網の一部を電化して拡張する。研究者の計画の枠組みは、地方自治体から鉄道事業者まで、独立した事業体を支援し、そのようなコラボレーションをいつ、どのように引き受けるかを特定することができます。最初のステップでは、オペレーターが協力しない場合の結果をシミュレートすることが含まれます。次に、共同投資とペイオフ共有メカニズムを使用して、意思決定者は協力的なアプローチを探求できます。共有プロジェクトから収益を分割する公正な方法を特定するために、研究者は、NASH交渉ソリューションとして知られるゲーム理論の概念に基づいてペイオフ共有メカニズムを設計します。この手法は、コラボレーションなしで達成する利益を考慮して、さまざまな協力的なシナリオでオペレーターがどの程度受け取る給付金を決定するかを決定します。共同投資の利点彼らが計画の枠組みを設計すると、研究者は複数の競合する鉄道オペレーターとのシミュレートされた輸送ネットワークでそれをテストしました。彼らは、複数年にわたってさまざまな共同投資率を評価し、オペレーターの最良の決定を特定しました。最終的に、彼らは、半協力的なアプローチがすべての利害関係者にとって最高のリターンにつながることを発見しました。たとえば、1つのシナリオでは、総予算の50％を共有インフラストラクチャプロジェクトに共同投資することにより、すべてのオペレーターがリターンを最大化しました。別のシナリオでは、複数年の協同組合プロジェクトの最初の年に総予算のわずか3.3％を投資することにより、オペレーターは3つのメトリックで30％を増やすことができることを示しています。「これは、小規模で前向きな投資が大きな長期的な利益につながる可能性があることを証明しています」と彼は言います。すべての領域が同じサイズではなかったより現実的な多物性ネットワークにフレームワークを適用したとき、この半協力的なアプローチはさらに良い結果を達成しました。ただし、彼らの分析は、リターンが線形方法で増加しないことを示しています。共同投資率を増加させると、オペレーターの利益が増加しない場合があります。成功は、すべてのオペレーターが投資する金額、投資がいつ選ばれるか、投資が行われたとき、および時間の経過とともに予算がどのように分配されるかに依存する多面的な問題です、と彼は説明します。「これらの戦略的決定は複雑であるため、最良の協力と交渉戦略を見つけるためにシミュレーションと最適化が必要です。私たちのフレームワークは、オペレーターがより賢い投資の選択を行い、交渉プロセスを通じてそれらを導くのに役立ちます」と彼女は言います。このフレームワークは、通信やエネルギー分布など、他の複雑なネットワーク設計の問題にも適用できます。将来、研究者は、利害関係者がさまざまな共同オプションを簡単に探索できるようにするユーザーフレンドリーなインターフェイスを構築したいと考えています。また、共有インフラストラクチャの決定でポリシーが果たす役割や、リスクと不確実性を処理する堅牢な協力戦略など、より複雑なシナリオを検討したいと考えています。この作業は、一部には、ETHチューリッヒモビリティイニシアチブとETHチューリッヒ財団によってサポートされていました。 #時々競合他社が協力するとき誰もが勝ちます #MITニュース