原田拓弥

原田拓弥

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2024

原田の論文「合成人口データの意義と利用可能性―仮想都市データの有用性と秘匿性の評価から―」が統計研究彙報で出版されました．

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匿名加工というだけでなく、属性の値の生成を通じて個体情報の秘匿性を確保する擬似的なデータとして、 合成データの作成の研究がなされている。一方、合成人口と呼ばれる、合成データとは異なる経緯から開発 されてきたデータがある。これは、シミュレーション研究を目的として、統計表として公開されている集計 データから数値計算で生成される擬似的なミクロデータである。 合成人口は、合成データや一般用ミクロデータと同様、個票データの情報を秘匿しつつ、もとの集計デー タの性質をできるだけ維持している。さらに合成人口は、実在する個票データに基づいておらず当然に秘匿 性があると考えられてきたため、定量的に評価が示されてこなかった。 そこで、本稿では、仮想都市データをもとに生成した合成人口について、原田他(2022)で示された結果 を整理し直すことで有用性を確認し、その上で ARD(Absolute Relative Difference)を計算することで秘匿性 についての評価を示すことにより、合成人口の意義と利用可能性を主張する。

Recommended citation: 原田 拓弥, 松本 渉, 村田 忠彦: 合成人口データの意義と利用可能性―仮想都市データの有用性と秘匿性の評価から―, 統計研究彙報, No. 81, pp. 53-68 (2024)

2023

原田が共著の論文「Workplace Assignment to Workers in Synthetic Populations in Japan」がIEEE Transactions on Computational Social Systemsで出版されました．

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In this article, we assign workplace attributes to each worker in each household in a synthetic population using multiple censuses conducted in Japan. The synthetic population is a set of artificial individual attributes for each resident that is synthesized according to census data. We have synthesized a set of the synthetic populations of Japan. We assign a workplace attribute to each worker to estimate daytime population distribution and develop activity-based models in agent-based or microsimulations. Although statistical information in a residential area or a working place is released by the government and some individual moving data are released by cellphone companies, it is hard to collect the information with home and workplace location of a worker with their family and working information. We employ origin–destination–industry (ODI) statistics to estimate workplaces for workers. Since some attributes in ODI statistics are not available for privacy reasons, we propose a workplace assignment method for all cities, towns, and villages using restricted ODI and OD statistics in Japan. We show how much difference there are between the number of workers using the complete ODI statistics and the number of workers by the proposed workplace assignment method. We show that 88.2% of workers in a city in Japan are assigned to correct cities as workplaces by our proposed method. We also show several maps of daytime population distributions by our proposed method. Synthetic populations with workplace attributes enable real-scale social simulations to design transport or business systems in times of peace or to estimate victims and plan recoveries in times of emergency, such as disasters or pandemics.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Daiki Iwase, Takuya Harada: Workplace Assignment to Workers in Synthetic Populations in Japan, IEEE Transactions on Computational Social Systems, Vol. 10, No. 4, pp. 1914-1923 (2023)

原田の共同研究「人間中心の社会共創デザインを可能とするデジタル社会実験基盤技術の開発」が科学技術振興機構 戦略的な研究開発の推進 未来社会創造事業 本格研究に採択されました

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社会・都市課題に対する政策の効果を事前に評価するため、政府や自治体では多大なコストと長い期間をかけてリアルな社会実験を実施しています。しかし、政策評価の精度が低いために事業投資へのリスクが高く、また短期的視点の評価しかできないという課題がありました。さらに政策立案プロセスに関係するステークホルダーを積極的に関与させる技術が不十分であることから、納得感のある政策立案も困難でした。そのため、ある自治体で成功した施策を他の自治体に適用したい場合に、地域ごとの特性に対応した最適な政策に調整・設計することも容易ではありませんでした。これは、工学的な設計分野で進展しているデジタルエンジニアリングが、社会デザインでは未確立であることによります。 本研究開発課題では、リアルスケールの社会と住民のモデルを用いたデジタル社会実験基盤技術（ＳＰＤ：Ｓｏｃｉｅｔａｌ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ）を開発し、産学官民が提案する政策案に対して、中長期的かつ多様な視点での可視化に基づいた高精度な事前評価を可能とすることを目指します。これにより、無関心層を含む多様な当事者が社会デザインに自分ごととして関われる、人間中心の社会共創デザイン手法を確立します。 探索研究では、ＡＩ技術を用いて模擬的な世帯構成員を日本全国に配置した合成人口データを作成し、エージェントベース社会シミュレーション（Ａｇｅｎｔ－Ｂａｓｅｄ Ｓｏｃｉａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ：ＡＢＳＳ）注）手法によってＣＯＶＩＤ－１９流行の抑制を目標としたさまざまな国家政策の評価・分析を行いました。この結果は実際の政策・施策で活用され、デジタル社会実験とその主要技術の一部の有効性が立証されました。 本格研究では、全国１１６の市町村の首長が参加するＳｍａｒｔ Ｗｅｌｌｎｅｓｓ Ｃｉｔｙ首長研究会（ＳＷＣ：健幸都市）と連携して、政策決定のためのＳＰＤ基盤のプロトタイプ構築に取り組み、都市政策や街づくりを対象とし具体的な社会課題の解決を目標とします。技術的には、ＡＢＳＳ手法を拡張してステークホルダーとの共創のプロセスを取り込んだＳＰＤ基盤技術の開発、および同基盤を用いたデジタル社会実験の有効性検証を行います。この手法の有効性が立証されれば、自治体だけでなく産業界を含めた施策における精度や投資効率が飛躍的に向上します。また、ある自治体で成功した政策例を地理的・経済的な条件や制約の異なる他の自治体にも迅速・安価に横展開することも容易になります。その結果大きな経済効果を生み出し、人間中心の未来社会の実現に貢献することが期待されます。 注） エージェントベース社会シミュレーション：社会を構成する個人やグループをエージェントという自律した単位としてモデル化して動作させることで、その行動と相互作用がシミュレーションデータに与える影響を評価し、社会現象の理解や予測を行うこと。

2022

原田の論文「仮想都市の統計情報による合成人口データの評価」が計測自動制御学会論文集で出版されました．

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In this paper, we propose an evaluation method of synthetic population. We calculate the difference between actual statistics and synthetic statistics summarized from synthetic populations in our previous method. If we can use actual individual data, we compare its and synthetic population. However, we can not use it. This paper proposes an evaluation method that calculates the difference between the synthetic population and the virtual population generated from actual statistics.

Recommended citation: 原田 拓弥, 村田 忠彦, 高橋 真吾: 仮想都市の統計情報による合成人口データの評価, 計測自動制御学会論文集, Vol. 58, No. 7, pp. 345-353 (2022)

原田の論文「市区町村の統計表を考慮した都道府県単位の個票データの合成」が計測自動制御学会論文集で出版されました．

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In this paper, we employ statistics of local governments (city, town, or village) in synthesizing individual households of a prefecture to reduce the error between synthesized statistics and actual statistics. Our previous method used estimated statistics of local governments with fewer than 200,000 people since those smaller local governments do not release their detailed statistics. To reduce the errors with prefectural statistics, we simultaneously employ statistics of smaller local governments in synthesizing population in a prefecture. Our experimental results show that we can make a 1/7 to 1/140 reduction in the error between synthesized statistics and actual statistics compared to the previous method.

Recommended citation: 原田 拓弥, 村田 忠彦: 市区町村の統計表を考慮した都道府県単位の個票データの合成, 計測自動制御学会論文集, Vol. 58, No. 6, pp. 281-289 (2022)

原田の研究「実規模社会シミュレーションのためのエージェント生成手法の開発」が日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究に採択されました

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これまで年齢・性別・居住地・所得属性などをもつ日本全国1億人規模のエージェントの生成に取り組んできた．しかし，エージェントがもつ属性は少なく，シミュレーションするためには新たな属性の生成が必要になることが少なくない．新たな属性を生成する際に，ある属性を生成するためにはどのデータや手法を使用すべきか，また，複数の属性を生成する際にはどの順に属性を生成すべきか明らかになっていない． そこで，本研究では，公的統計を機械判読可能かつ統一的に扱うことができるe-Stat APIを用いて，属性の生成に使用する統計データと手法，及び，属性の生成順を決定する手法を開発する．

2021

原田が共著の論文「Social Awareness from Analysis of Available Time for Automated External Defibrillators in a City」が2021 5th IEEE International Conference on Cybernetics (CYBCONF)で出版されました．

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In this paper, we conduct an investigation of available time for automated external defibrillators (AED) in a Japanese city. In Japan, there are about 600,000 AEDs available in cities or towns, but only 4.9% of AEDs are used by bystanders when citizens suffer a sudden cardiac arrest. One reason of such low usage rate comes from their available time. Since many AEDs are installed by business owners, they are not available when their business is closed. We investigate the available time of AEDs in a Japanese city, Takatsuki, Osaka Japan. The number of AEDs that are available 24 hours can be increased by installing new AEDs in 24-hour convenience stores and a koban that is a small police station with policemen.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Atsuki Fukushima, Takuya Harada, Mie Sasaki: Social Awareness from Analysis of Available Time for Automated External Defibrillators in a City, 2021 5th IEEE International Conference on Cybernetics (CYBCONF), p. (2021)

2020

原田が共著の論文「Impact of Reabsorption of Spilled Knowledge on Patent Value」が2020 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM)で出版されました．

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Innovation is often achieved by recombining existing knowledge. Thus, effective utilization of external knowledge is key for firms creating innovation. The concept of reabsorption, where an originating firm reabsorbs its spilled knowledge, including the advancements made by recipient firms, has attracted attention. Existing studies have not clarified the impact of reabsorption on patent value and have not confirmed whether an originating firm reabsorbs knowledge in the same or different technological fields. Therefore, this study attempts to examine the impact of reabsorption of knowledge on patent value considering technological fields using patent data. Reabsorption of spilled knowledge was tracked using patent citation data, and patent value was evaluated by the number of citations. By conducting negative binomial regression, we concluded that the reabsorption of spilled knowledge has a positive impact on patent value. Furthermore, the impact is greater when a firm reabsorbs spilled knowledge in different technological fields. Our results suggest that a firm has the ability to effectively create innovation by reabsorbing spilled knowledge.

Recommended citation: T. Miyazaki, R. Takemura, T. Harada, N. Ouchi: Impact of Reabsorption of Spilled Knowledge on Patent Value, 2020 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), p. (2020)

原田が共著の論文「Distribution System for Japanese Synthetic Population Data with Protection Level」が2020 International Conference on Machine Learning and Cybernetics (ICMLC)で出版されました．

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In this paper, we introduce a distribution system of synthesized data of Japanese population using Interdisciplinary Large-scale Information Infra-structures in Japan. Synthetic population is synthesized based on the statistics of the census that are conducted by the government and publicly released. Therefore, the synthesized data have no privacy data. However, it is easy to estimate the compositions of households, working status in a certain area from the synthetic population. Therefore, we currently distribute the synthesized data only for public or academic purposes. For academic purposes, it is important to encourage scholars or researchers to use a large-scale data of households, we define protection levels for the attributes in the synthetic populations. According to the protection levels, we distribute the data with proper attributes to those who try to use them. We encourage researchers to use the synthetic populations to be familiar to large-scale data processing.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Susumu Date, Yusuke Goto, Toshihiro Hanawa, Takuya Harada, Manabu Ichikawa, Hao Lee, Masaharu Munetomo, Akiyoshi Sugiki: Distribution System for Japanese Synthetic Population Data with Protection Level, 2020 International Conference on Machine Learning and Cybernetics (ICMLC), p. (2020)

原田の共同研究「社会政策立案に向けたマルチスケールABSS手法」が科学技術振興機構 戦略的な研究開発の推進 未来社会創造事業 探索加速型に採択されました

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探索研究において喫緊の社会的課題である新型コロナウイルス感染症問題を取り上げ、感染拡大防止モデルと経済活動モデルをマルチスケールで統合したABSSによるバランスのとれた政策立案の実現と検証を行う。 ここで開発する技術は、フィジカル空間(実社会)におけるエージェントのプロフィールの仮想データを人口統計に基づいて推定するデータ推定技術と、さまざまな政策評価や指標の妥当性評価のためのエージェントの行動モデル化技術である。これにより実スケールの社会シミュレーションが可能となり、また多様なステークホルダが含まれる社会システムの多視点行動モデルの評価が実現される。なお、ここで対象とする実社会としてはあらゆる社会システムが適用可能であり、超スマート社会を構成する様々な社会システム全般への展開を図る予定である。

原田の研究「持続可能な社会の実現に向けた社会シミュレーションのための人工社会の合成」が青山学院大学 2020年度SDGs関連研究補助制度に採択されました

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近年，分析対象の社会現象を可能な限り忠実に再現し，政策の影響や将来の多様な状況を可視化する社会シミュレーションが実施され始めている．しかし，その数は限られている．これは，モデルの粒度を現実社会に近づけるほど，年齢や性別，居住地，所得など現実同様の個人の属性を用いたシミュレーションが期待されるが，現実の個人の属性は個人情報保護やプライバシーの観点から利活用が困難である．そのため，個人の属性の設定が社会シミュレーションに取り組む研究者の大きな負担となっている． このような状況から，申請者は複数の統計表から得られるマクロな情報からミクロなエージェントの属性を合成する研究を実施している．現実の統計表をもとに生成した人工社会から，現実の統計表と同様の形式で人工統計表を作成し，現実の統計量と人工統計量との差を最小化している．この手法により年齢・性別・居住地・所得属性などをもつ日本全国1億人規模の人工社会を合成し，研究者へ提供している．しかし，従来手法では国勢調査結果の人口の90%を対象としていた．特に高齢になるほど対象人口がン減少し，100歳以上の人口ではおよそ30%しか対象とされていなかった．したがって，高齢者分析を対象とするシミュレーションを実施する場合，シミュレーション結果に留意する必要があった． そこで，本研究では，国勢調査結果に掲載されているすべての人口を合成する手法を開発した．提案手法では合成対象を増加させたうえで，従来手法と同程度の計算時間かつ統計的特徴をもつ人口を合成することに成功した． 従来手法により合成された人口は研究者向けに無償で提供を開始している．このデータを用いたシミュレーション・分析としてCOVID-19や高齢者の社会参加予測，AED利活用促進に向けた施策の検討など，様々な分野で活用されている．提案手法による日本全国の人工合成ができ次第，研究者へ提供を予定しており，シミュレーション・分析の精度向上に貢献できる．

原田の共同研究「社会の分析とシミュレーションのための合成人口データ提供システム」が学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 2020年度 JHPCN共同利用・共同研究公募に採択されました

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本プロジェクトでは，公開されている統計情報を用いて合成した合成人口データ提供システムを構築しています．本年度は，最新の人口合成手法を用いて日本全国の人口合成を行い，データベース化します．合成人口は，政府の政策や企業の事業が社会の個々の構成員に与える影響を分析し，シミュレートする際に必要です．例えば，感染症の影響を見る際にも，感染者数のマクロな推計と共に，個別の感染の広がりを可視化する必要性が高まっています．ポスターの各パーツを次のビデオ（https://prezi.com/v/bxkghrh4wwb_/presentation/）で紹介していますのでご覧ください（倍速で視聴可能）．また，大阪大学サイバーメディアセンターの計算機活用事例として，リアルスケール社会シミュレーションのビデオ（http://www.hpc.cmc.osaka-u.ac.jp/hpsc-news/vol06/）を作成いただいています（リアルスケール社会シミュレーション 約３分です）．さらに，北海道大学情報基盤センター機関紙で，インタビュー記事を掲載していただいています（https://www.hucc.hokudai.ac.jp/iic-HPC/2020_50.pdf）．お時間があれば，ご覧ください． 引き続き，人口合成手法の改良と，新たな属性の合成手法の開発に取り組み， 合成人口データ X 研究者の独自データ の組合せで，実環境・実人口を対象にした研究を展開する「リアルスケール人工社会」プロジェクトを推進してまいります．

原田の共同研究「老後生活に関するダイナミックマイクロシミュレーション」が日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)に採択されました

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本研究は、超高齢社会を迎えるわが国において、ライフスタイルが多様化した人々が高齢期の生活を維持していくことができるかどうか、経済政策の面から分析・評価するものである。具体的には、将来の高齢者について、モデル世帯の年金額だけでなく、年金額の分布や家族構成を考慮した所得の分布を示すことによって、年金制度などの社会保障制度や税制の在り方を分析・評価するものである。そのため、ダイナミック・マイクロシミュレーションモデルを構築する。本研究では、①モデルを構築して「分布」の政策シミュレーションを実施し、②このモデルを多くの研究者が広く活用できるよう、国勢調査等の集計データをもとにした合成人口データの作成・公開をすることを目的としている。 本年度は、その1年目として、従前のモデルの機能の強化を図るとともに、最新のデータに基づいた遷移確率（個々人の行動を確率で表したもの）の推定や初期値人口の作成を行って、ベースライン・シミュレーションを実施することを予定しており、政府の令和元年財政検証の結果をモデルに織り込んだ。しかしながら、新型コロナウイルスの感染拡大は、人々の雇用や所得、結婚や出産に大きな影響を与えているため、当初の予定に加えて、この影響の分析・評価やモデルの再修正の必要が生じた。そのため、心理学分野の専門家を新たに研究分担者に加えて、個々人の就労への影響を多角的に分析・評価することとした。 新型コロナウイルスの感染拡大の終息はみえておらず、今後どのような影響があり得るかについては、次年度の状況の分析・評価が不可欠であり、また、初期値データのアップデートも避けられない。そのため、次年度において、賃金・雇用への影響を正確に把握するために、ねんきんネット（行政データ）を利用した調査を実施するとともに、新たな分析結果を踏まえて、ベースライン・シミュレーションを再度実施することとしている。

2019

原田の研究「出生コーホートによる出生数を考慮した人口個票の合成」が計測自動制御学会 システム・情報部門でSSI 優秀発表賞を受賞しました．

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本研究では親の生年別，出生時の親の年齢別，出生数の統計表である出生コーホートを用いた人口個票合成手法を提案する．従来手法では親子の年齢差の統計表として，ある年に出生した 0 歳の子とその親の年齢別に集計された統計表から年齢差を計算し，全ての親子に対して適用していた．そのため，現実社会と異なる傾向をもつ人口個票が合成される恐れがあった．本研究では，出生コーホートを用いることで親の出生年ごとの出生の傾向を反映した人口個票を合成する手法を提案する．

原田の論文「リアルスケール社会シミュレーションのための仮想の個票への位置情報付加手法の精緻化」が立石科学技術振興財団 助成研究成果集で出版されました．

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Recommended citation: 原田拓弥, 村田忠彦: リアルスケール社会シミュレーションのための仮想の個票への位置情報付加手法の精緻化, 立石科学技術振興財団 助成研究成果集, No. 28, pp. 1-5 (2019)

原田の研究「Projecting Households of Synthetic Population on Buildings Using Fundamental Geospatial Data」が計測自動制御学会で論文賞を受賞しました．

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n this paper, we propose a method to project households of synthetic population using fundamental geospatial data for real-world social simulations. That is, we assign each generated household on a building in a geographical map. When we try to conduct a real-scale social simulation, we need attributes of agents and their locations on a geographical map. We have already proposed a synthetic population method that generates attributes of agents or citizens from the statistics of the real world. To determine the locations of agents, we propose, in this paper, a threefold method to project generated households on buildings in a geographical map using the fundamental geospatial data. We apply the proposed method to project households generated from the statistics of Takatsuki City, Osaka, Japan and project them on buildings in the map. In order to cope with a problem of random assignment of households on buildings, we propose a modified method to consider types and area of buildings. Projection results show that households are assigned more reasonably to isolated houses and apartments.

原田の研究「全国規模エージェントシミュレーションの為の街区毎の特徴を保持する個人属性の合成」が日本学術振興会 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援に採択されました

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本研究では，町丁・大字より細かい粒度で，住所の番地に該当する街区の特徴を反映した人工社会を合成する．そのために，1. 街区レベルの統計表と整合する日本全国の人工社会の合成と，2. 街区の境界を推定し，3. 合成した世帯を街区内の建築物へ割り当てる． 人工社会の合成では，複数の統計表から得られるマクロな情報からミクロなエージェントの属性を推定している．しかしながら，これまでの手法における居住地属性の合成では，町丁・大字レベルの統計表までしか考慮されていない．したがって，共同住宅と一軒家が混在する町丁・大字においては一軒家と思われる建築物に10世帯以上居住する人工社会が合成されていた． 令和元年度は1. 街区レベルの統計表と整合する日本全国の人工社会の合成に取り組んだ．そのために，探索手法の1つであるSimulated Annealing法を用いて，国勢調査 小地域集計に掲載されている基本単位区別の世帯数や男女別や町丁・大字別の人口分布などの統計表と人工社会から上述の統計表と同様の人工統計表を作成し，実統計表と人工統計表の統計量の差を最小化する手法を開発した．開発した手法を用いて，大阪府高槻市を対象とし，パラメータの調整を行なった．パラメータの調整後，日本全国1741市区町村において開発した手法を用いた合成を実施した． 令和2年度は2. 街区の境界を推定に取り組んだ．そのために，国土交通省 国土地理院が提供する基盤地図情報の道路淵データなどを用いて，道路で囲まれた街区の境界ポリゴンを推定した．推定した街区の境界ポリゴンと総務省統計局で閲覧した基本単位区地図を比較したところ，複数の街区を結合し，1つの境界が構成される場合や1つの街区の中に複数の基本単位区境界が含まれる場合が存在した．

原田が大阪大学サイバーメディアセンター High Performance Scientific Computing News「Vol. 6 リアルスケール社会シミュレーション」で紹介されました．

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社会シミュレーションはノーベル経済学賞の受賞業績の１つにもなるほど注目されていますが，抽象度の高いシミュレーションが多いことが指摘されてきました．私たちは，実際の環境や人口を対象としたリアルスケール社会シミュレーションを実現するため，人口合成に取り組んでいます．公開されている都道府県・市町村・町丁目の統計やさらに細かな基本単位区の範囲の統計を用いて日本の全人口を合成してきました．以下のリンクから合成人口の利用をリクエストしていただけます．http://www.res.kutc.kansai-u.ac.jp/~murata/rsss-distribution/

原田が共著の論文「Synthetic and Distribution Method of Japanese Synthesized Population for Real-Scale Social Simulations」がThe 33rd Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligenceで出版されました．

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In this paper, we describe how synthesized populations are essential in real-scale social simulations (RSSS), and the current situation of the population synthesis for whole populations in Japan. RSSS is simulations using the real number of populations or households in social simulations. This paper describes how we have completed to synthesize multiple sets of populations based on the statistics of each local government in Japanese national census in 2000, 2005, 2010 and 2015. We have started to distribute those multiple sets of the synthesized populations for researchers of RSSSs in Japan. In distributing the synthesized populations, we should protect personal or private information in the synthesized populations. We show some scheme how to protect them using a cloud service or secure computations.

Recommended citation: Tadahiko MURATA, Takuya HARADA: Synthetic and Distribution Method of Japanese Synthesized Population for Real-Scale Social Simulations, The 33rd Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence, Vol. 33, pp. 1-3 (2019)

原田の共同研究「リアルスケール社会シミュレーションのための人口合成とその応用」が学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成31年度 JHPCN共同利用・共同研究公募に採択されました

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本研究課題では，我が国の5340 万世帯，１億2711 万人の性別，年齢，家族構成，居住地を，公開されている統計をもとに合成し，交通動態や感染症の感染経路に関するシミュレーションなどの現実の社会を対象とするリアルスケール社会シミュレーションのプラットフォームとして提供する．今年度は，統計を利用して合成された日本全国の世帯を地図上にマッピングしたデータベースの公開に取り組む．各建物に割り当てられている世帯には，世帯構成員ごとの性別，年齢，就業状態，就業形態，産業分類，所得の情報が与えられている．

原田が共著の論文「賃金構造基本統計調査に基づく合成世帯集団の労働者への所得の割当て」がシステム制御情報学会論文誌で出版されました．

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本論文では，合成人口の構成員に所得を割り当てる手法を提案する．合成人口とは，家族の構成員の性別や年齢の属性を，実統計に基づいて合成した個票データである．提案手法では，Simulated-Annealing(SA)法を用いて，合成人口の各構成員に就業属性(就業状態，就業形態，産業分類，企業規模)を追加し，労働者に所得を割り当てる．就業属性や所得の割当てには国勢調査の3 種類の統計表と標本調査を用いるが，各統計表で家族類型の集計方法が異なるため，家族類型ごとの労働者数の調整方法を提案する．調整後の統計表に基づいて，合成人口の初期の就業属性を割り当て，SA法を用いて統計との誤差を最小化する．最後に，各個票の性別・年齢・就業形態・産業分類・企業規模に応じて所得を割り当てる．合成人口から全産業の平均所得を求めたところ，統計上の所得に対して，?0．8%から 10．3%の誤差で所得を割り当てることができた．

Recommended citation: 杉浦 翔, 村田 忠彦, 原田 拓弥: 賃金構造基本統計調査に基づく合成世帯集団の労働者への所得の割当て, システム制御情報学会論文誌, Vol. 32, No. 2, pp. 70-79 (2019)

2018

原田が共著の論文「Synthetic Method for Population of A Prefecture Using Statistics of Local Governments」が2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC)で出版されました．

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In this paper, we employ statistics of local governments in synthesizing individual households of a prefecture in order to reduce the error between synthesized statistics and real statistics. In our previous method, we employed estimated statistics of local governments with population less than 200,000 people and separately synthesize populations of local governments in a prefecture. This causes a lot of differences between the synthesized population and the real statistics. In order to reduce the errors with prefectural statistics, we simultaneously employ the statistics of smaller local governments in synthesizing population of a prefecture. Our experimental results show that the proposed method can reduce 42% to 84% errors against the previous method.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Takuya Harada: Synthetic Method for Population of A Prefecture Using Statistics of Local Governments, 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), pp. 1175-1180 (2018)

原田の論文「家族類型と世帯内の役割を考慮したSA法による大規模世帯の復元」が計測自動制御学会論文集で出版されました．

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In this paper, we modify a simulated annealing-based (SA-based) household synthesizing method in order to synthesize a population in the same scale of the target area. Micro-simulations (MS) and agent-based simulations (ABS) are recently employed for social simulations. For enabling MS or ABS, each household composition such as ages, occupations, or other properties of each member of a household should be prepared before simulations. However real household compositions are not available to researchers due to privacy or security reasons. Therefore, we need to synthesize household compositions from available statistics for MS or ABS. However, it should be noted that the synthesized population is just an artificial population that is suitable to the employed statistics. In this paper, we modify an SA-based household synthesizing method based on statistics. We propose a household generation method, new 21 statistics, and an age exchange method for members in households. In our previous research, we employed nine statistics to synthesize populations. In this paper, we synthesize an artificial population from 21 statistics, and we show how errors between the artificial population and real statistics are reduced by the proposed algorithm.

Recommended citation: 原田 拓弥, 村田 忠彦, 枡井 大貴: 家族類型と世帯内の役割を考慮したSA法による大規模世帯の復元, 計測自動制御学会論文集, Vol. 54, No. 9, pp. 705-717 (2018)

原田の論文「並列計算を用いたSA法による都道府県レベルの大規模世帯の復元」が計測自動制御学会論文集で出版されました．

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In this paper, we employ parallel computing techniques to reconstruct large-scale household compositions for micro-simulations (MS) or agent-based simulations (ABS). MS and ABS are recently employed for social simulations. For enabling MS or ABS, each household composition such as ages, occupations, or other properties of each member of a household should be prepared before simulations. However real household compositions are not available to researchers due to privacy or security reasons. Therefore reconstruction methods from statistics are developed to generate artificial populations for MS or ABS. In this paper, we propose a method to reconstruct a prefecture-level large-scale household compositions based on statistics using parallel computing techniques. In order to generate artificial populations as soon as possible, parallel computing techniques are essential in reconstruction methods. In this paper, we show a challenge in an application of parallel computing to a previously proposed reconstruction method, and show the effectiveness of the proposed method.

Recommended citation: 原田 拓弥, 村田 忠彦: 並列計算を用いたSA法による都道府県レベルの大規模世帯の復元, 計測自動制御学会論文集, Vol. 54, No. 4, pp. 421-429 (2018)

原田の論文「社会シミュレーションのための異種並列計算環境における再現性の確保」がシステム制御情報学会論文誌で出版されました．

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本論文では乱数を使用した社会シミュレーションのために異なる計算環境において同一のシミュレーション結果が得られる枠組みを提案する．社会シミュレーションでは，シミュレーション結果の平均的状態を観察するとともに，特異な試行を抽出し分析するために，様々なパラメータの変更が行われる．特異な試行を探すために，大規模化や複数回シミュレーションがされている．そのため，高速化が必要である．しかし，高速化効果が大きい技法の一つである並列化を行うと，並列数により使用される乱数列が異なるため，シミュレーション結果が変化する．特異な現象を再現し，詳細の分析をするためには，シミュレーションの再現性を確保しなければならない．本論文では，社会シミュレーションのモデルのなかでも，ノードをまたいでt-1期以前の状態を共有でき，エージェントがt-1期以前の情報をもとに独立してt期の意思決定が可能なモデルで，CPU 及びGPU の複数の計算機環境を用いた場合においても同一の実験結果を得るための枠組みを提案する．実験の結果，本論文が実験を行った全ての計算機環境において同一の結果を得た．

Recommended citation: 原田 拓弥, 村田 忠彦: 社会シミュレーションのための異種並列計算環境における再現性の確保, システム制御情報学会論文誌, Vol. 31, No. 2, pp. 37-48 (2018)

2017

原田が共著の論文「Comparing Transition Procedures in Modified Simulated-Annealing-Based Synthetic Reconstruction Method Without Samples」がSICE Journal of Control, Measurement, and System Integrationで出版されました．

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In this paper, we modify a synthetic reconstruction (SR) method without samples. The synthetic reconstruction method is a method to generate attributes of population such as age, sex and kinship within a family according to available statistics. Although the original SR method employs some individual samples that are collected to make a statistics, it is criticized that generated attributes are only within the samples used in the reconstruction process. In this paper, we employ a simulated annealing-based SR method without samples. We compare two types of generation methods of a candidate solution in a search of simulated annealing: changing age of an agent (age-change) or swapping ages of two agents (age-swap). Results of synthetic reconstruction show that age-change is better when we limit the number of search. On the other hand, age-swap is better when we have enough number of search for reconstructing a population.

Recommended citation: Tadahiko MURATA, Takuya HARADA, Daiki MASUI: Comparing Transition Procedures in Modified Simulated-Annealing-Based Synthetic Reconstruction Method Without Samples, SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration, Vol. 10, No. 6, pp. 513-519 (2017)

原田の論文「Projecting Households of Synthetic Population on Buildings Using Fundamental Geospatial Data」がSICE Journal of Control, Measurement, and System Integrationで出版されました．

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In this paper, we propose a method to project households of synthetic population using fundamental geospatial data for real-world social simulations. That is, we assign each generated household on a building in a geographical map. When we try to conduct a real-scale social simulation, we need attributes of agents and their locations on a geographical map. We have already proposed a synthetic population method that generates attributes of agents or citizens from the statistics of the real world. To determine the locations of agents, we propose, in this paper, a threefold method to project generated households on buildings in a geographical map using the fundamental geospatial data. We apply the proposed method to project households generated from the statistics of Takatsuki City, Osaka, Japan and project them on buildings in the map. In order to cope with a problem of random assignment of households on buildings, we propose a modified method to consider types and area of buildings. Projection results show that households are assigned more reasonably to isolated houses and apartments.

Recommended citation: Takuya HARADA, Tadahiko MURATA: Projecting Households of Synthetic Population on Buildings Using Fundamental Geospatial Data, SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration, Vol. 10, No. 6, pp. 505-512 (2017)

原田が共著の論文「Nation-wide synthetic reconstruction method」が2017 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)で出版されました．

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In this paper, we improve a synthetic reconstruction (SR) method without samples to synthesize population of a whole nation by modifying a generation method of the initial population. We modify our Simulated Annealing-based household reconstruction method in three points to reconstruct populations of all prefectures in Japan. We consider more members in each household, the number of males and females in households of “couple, children and a grandparent,” and parents of husband and wife in “couples and parents (or a parent)”. From the reconstruction results, we can see that parents of both husband and wife should be considered. We can also see that considering the statistics on “unmarried male or female” or the statistics on the number of children in “couple, children and grandparents” is useful in determining the number of male and female in “couple, children and a grandparent.”.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Takuya Harada: Nation-wide synthetic reconstruction method, 2017 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI), pp. 1-6 (2017)

原田が共著の論文「Income allocation to each worker in synthetic populations using basic survey on wage structure」が2017 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)で出版されました．

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In this paper, we propose a simulated-annealing based method to allocate an income attribute to each worker in synthetic populations. An income attribute is one of important attributes when microsimulations or agent-based simulations are conducted for making or examining some policy of government, enterprises or firms. We add an income attribute to workers in individual households using Basic Survey on Wage Structure in Japan. In order to add that attribute, we first prepare the synthetic populations of households with members where their sex, age, family type, role and kinship that are already determined by our previously proposed synthetic population generation method (SPGM). Then we add a working status (working or not working) and an industry type if the working status of a household member is working according to three statistics that show the relation between sex, family type, and age in a prefecture or a city using a simulated annealing based SPGM. After determining the working status and their industry, we add average monthly income to each worker in the synthesized population. To see the validity of allocated monthly income, we compare the average income of each industry in the synthesized population with the statistics of the average income of each industry that is not used in the synthesizing procedure.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Sho Sugiura, Takuya Harada: Income allocation to each worker in synthetic populations using basic survey on wage structure, 2017 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI), pp. 1-6 (2017)

原田の論文「Projecting Synthetic Households on Buildings using Fundamental Geospatial Data」がSocial Simulation Conference 2017で出版されました．

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In this paper, we propose a method to project households of synthetic population using fundamental geospatial data for real-world social simulation. That is, we assign each generated household on a building in a geographical map. A synthetic population is a population that is generated from the statistics of the real world. The synthetic reconstruction method has been proposed to generate a synthetic population based on the statistics. We propose a threefold method to project generated households on buildings in a geographical map using the fundamental geospatial data. We apply the proposed method to project households generated from the statistics of Takatsuki City, Osaka and project them on buildings in the map. In order to cope with a problem of random assignment of households on buildings, we modify our proposed method to consider types and area of buildings. Projection results show that households are assigned more reasonable to isolated houses and apartments.

Recommended citation: Takuya HARADA, Tadahiko MURATA: Projecting Synthetic Households on Buildings using Fundamental Geospatial Data, Social Simulation Conference 2017, pp. 1-12 (2017)

原田の論文「Reproducible large-scale social simulations on various computing environment」が2017 Joint 17th World Congress of International Fuzzy Systems Association and 9th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems (IFSA-SCIS)で出版されました．

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In this paper, we propose parallel computing techniques for reproducible large-scale social simulations on various computing environments including CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphic Processing Unit). When we use computing resources for large-scale social simulations, the reproducibility of a simulation should be considered. “Reproducibility” means the same trial of a simulation can be repeated. If the same computing resources are available to repeat the trial, it is easy to reproduce the same simulation results. When not all the same computing resources are available, however, it becomes difficult to obtain the same trial since random number generators may become different from the original computation resources. In this study, we employ multi-thread computing on CPU or GPU. We propose two models to run reproducible social simulations on CPU or GPU. One is to parallelize trials (Trial Parallelization). The other is to parallelize agents of a single simulation (Agent Parallelization). These models can be ensured reproducibility even in different computing resources. Our experimental results show that the same computing processes are obtained on CPU or GPU. When we parallelize large-scale social simulation on CPU or GPU, we can accelerate the simulation as a secondary effect.

Recommended citation: Takuya Harada, Tadahiko Muarata: Reproducible large-scale social simulations on various computing environment, 2017 Joint 17th World Congress of International Fuzzy Systems Association and 9th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems (IFSA-SCIS), pp. 1-5 (2017)

原田の研究「基盤地図情報による合成した世帯構成への位置情報の付加」が計測自動制御学会 システム・情報部門 社会システム部会で最優秀論文賞を受賞しました．

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本研究では，複数の統計データを用いて合成した世帯構成に位置情報を付加する手法を提案する．より具体的な社会シミュレーションを行うためには，現実のデータを用いることが望まれるが，現実のデータは個人情報であるため安易に用いることはできない．これまでの世帯合成手法の研究において，世帯構成員が保持する属性は，年齢，性別，所属する家族類型，世帯の役割，親族関係の 5 つであった．様々なモデルにおいて合成した世帯構成を活用するためには，他の属性を付加しなければならない．本研究では，合成された世帯の属性に位置情報を付加するために，3 つの手法を提案する．町丁目の属性を付加する際の誤差は多いものの，合成した世帯構成に建築物が存在する位置情報の属性を付加した結果を示す．

2016

原田が共著の論文「Modified SA-based household reconstruction from statistics for agent-based social simulations」が2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC)で出版されました．

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In this paper, we modify a household reconstruction method using simulated annealing (SA) for micro-simulations (MS) or agent-based simulations (ABS). MS and ABS are recently employed for social simulations. For enabling MS or ABS, each household composition such as ages, occupations, or other properties of each member of a household should be prepared before simulations. However real household compositions are not available to researchers due to privacy or security reasons. Therefore, we need to reconstruct household compositions from available statistics for MS or ABS. However, it should be noted that the reconstructed population is just an artificial population that is suitable to the employed statistics. That means, the generated population cannot always be a real population that gives the statistics. We modify the SA-based household reconstruction method in three points: a generation procedure of initial solution, a transition procedure in SA, and an evaluation procedure using more statistics. Through simulation results, we show how errors between the artificial population and real statistics are reduced by the proposed modifications.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Takuya Harada, Daiki Masui: Modified SA-based household reconstruction from statistics for agent-based social simulations, 2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), pp. 3600-3605 (2016)

2015

2014

2013

原田が共著の論文「Large Scale Social Simulation with more Than a Hundred Million Agents」が2013 6th International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technologyで出版されました．

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In this study, we propose a coding method for enabling a huge number of agents in a social simulation such as minority game. The minority game is a game when participants (or agents) win when they select a group with a smaller number of participants. Using our coding method, we successfully implements the minority game with more than a hundred million agents. From our simulation results, we observed a cycle that varies according to the size of memory of each agent that can not be observed with a smaller number of agents. We show some simulation results showing those cycles.

Recommended citation: Tadahiko Murata, Takuya Harada: Large Scale Social Simulation with more Than a Hundred Million Agents, 2013 6th International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology, pp. 159-163 (2013)