06. artisocレシピブックポテンシャル法を使って、買い回り行動を再現しよう

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06. artisocレシピブック
ポテンシャル法を使って、買い回り行動を再現しよう
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2
店舗内の買い回り行動を再現しよう
道路などの「ネットワークで表現できる空間」の場合は、ダイクストラ法を使って最
短経路を探索できます。
では、店舗内などネットワークとして定義しづらい「面的な空間」の場合は、どうす
れば最短経路を探索できるのでしょうか？
ポテンシャル法を使って、最短経路を探索して、店舗内の買い回り行動を行動
モデルを再現しましょう。
・目次
① ポテンシャル法とは？
② 店舗内の買い回り行動
③ 店舗のフロアデザインを定義する
④ ツリーにエージェントと変数の定義する
⑤ 「Floor」の値から商品棚、入口、レジを生成する
⑥ 入口からお客さまが来店する
⑦ お客さまの行動ルールを定義する
⑧ Potentialを初期化する
⑨ Potentialに従い、方向を取得する
⑩ 商品棚の到達確認を行う
⑪ レジの到達確認を行う
⑫ 出力設定を行う
⑬ シミュレーションを実行する

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① ポテンシャル法とは？
高いところから低いところへボールが転がっていくことを利用した探索方法です。
ポテンシャル法で最短経路を取得する手順
① 出発地と目的地を決めます。
② 空間をメッシュ状に切り、各座標にPotential値を持たせます。
③ 目的地のPotential値に「1」を代入します。
④ Potential値を持つ座標の周り４方向（上下左右）のうち、値を持たない座標のPotential値に
「＋１」した値を代入します。
⑤ 出発地のPotential値が代入されるまで④を繰り返します。
⑥ 出発地のPotential値（例えば「ｎ」）から、「ｎ－１」の値を順番に辿れば最短経路になります。
※目的地が複数あるときは、どうなるか試してみましょう。
4 4 5 4 5 6 4 5 6 7 4 5 6 7
3 3 4 3 4 5 3 4 5 3 4 5 7 3 4 5 7
2 2 3 2 3 4 2 3 4 2 3 4 6 2 3 4 6 2 3 4 6
1 1 2 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
は目的地は出発地は障害物
1
1

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② 店舗内の買い回り行動
スーパーマーケットを例に、お客さまの買い回り行動を考えます。
① お客さまは買い物リストを持っています。
② 入口から入店します。
③ 店舗の中には、商品棚が並んでいます。
④ 買い物リストの中から一番近くにある商品棚まで移動します。
⑤ 商品棚に到着したら、次の商品棚まで移動します。
⑥ すべての商品を買い物カゴに入れたら、レジで精算します。
★商品１
★商品２
★商品３
★入口
★レジ

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③-1 店舗のフロアデザインを定義する
ツリーで「空間」と「変数」を定義します。
ツリーの「Universe」で右クリックして、
「空間の追加」を選択します。
空間名： Map
空間の大きさ X： 70
空間の大きさ X： 48
ループしない
ツリーの「Map」で右クリックして、
「変数の追加」を選択します。
変数名： Floor
変数の型：整数型

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③-2 店舗のフロアデザインを定義する
描画ツールを利用して、フロアデザインを定義します。
ツリーの「Map」を右クリックして「初期値設定」を選択し、描画ツールを表示します。
上メニューの「罫線」をクリックします。
左メニューの「変数」タブを選択します。
設定対象： Floor
マーカー： Floor
最小値：白（0）
最大値：青（4）
設定値： 1 →「1」が代入されます
指定方法：
未選択 →マウスで表示範囲を指定
クリック →１セルずつ値を変更
矩形 →選択範囲の値を変更
直線 →直線上の値を変更
「Floor」の値を次の通り指定します。
0：歩行可能エリア
1：壁
2：商品棚
3：入口
4：レジ入口
レジ
壁
商品棚
歩行可能エリア

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④ ツリーにエージェントと変数を定義する
シミュレーションに必要なエージェントと変数を定義します。
ツリーの「Map」を右クリックして、
「エージェント型の追加」を選択します。
エージェント名： Person ：お客さま
エージェント名： Shelf ：商品棚
エージェント名： Entrance ：入口
エージェント名： Register ：レジ
ツリーの「Map」を右クリックして、
変数名： Potential ：整数型
ツリーの「Person」を右クリックして、
変数名： ShelfArray ：文字列型
変数名： Speed ：実数型
※ここでは、空間の変数として「Potential」を追加しましたが、
前頁の手順で「初期値設定」を選択し、値を設定しようとすると
エラーが表示されます。
これは、設定対象の全ての変数の「最小値」「最大値」を
設定しておく必要があるためで、エラーの場合はご確認ください。

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⑤-1 「Floor」の値から商品棚、入口、レジを生成する
描画ツールで指定した「Floor」の値に従って、エージェントを生成します。
ツリーの「Universe」を右クリックして、「ルールエディタ」を選択します。
include “potential.inc”
Univ_Init {
set_floor()
}
・・・ポテンシャル法を利用するためのライブラリを
読み込む
・・・サブルーチン「set_floor」を読み込む

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⑤-2 「Floor」の値から商品棚、入口、レジを生成する
・・・10ステップごとに歩行者を生成する
・・・ゴール地点(Point ID=23)を設定する
（第2引数は文字列なので注意してください）
Sub set_floor()
{
Dim oneAgt As Agt
Dim i As Integer
Dim j As Integer
For i=0 To GetWidthSpace(Universe.Map) – 1
For j=0 To GetHeightSpace(Universe.Map) – 1
If Universe.Map.Floor(i, j, 0) == 2 Then
oneAgt = CreateAgt(Universe.Map.Shelf)
ElseIf Universe.Map.Floor(i, j, 0) == 3 Then
oneAgt = CreateAgt(Universe.Map.Entrance)
ElseIf Universe.Map.Floor(i, j, 0) == 4 Then
oneAgt = CreateAgt(Universe.Map.Register)
End If
If Universe.Map.Floor(i, j, 0) >= 2 Then
oneAgt.X = i
oneAgt.Y = j
End If
Next j
Next i
}
・・・空間上の全ての座標の「Floor」の値を
チェックする
・・・2のとき、商品棚（Floor ）を生成する
・・・3のとき、入口（Entrance）を生成する
・・・4のとき、レジ（Register）を生成する
・・・生成したエージェントに座標を割り当てる

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⑥-1 入口からお客さまが来店する
10ステップに1回の頻度でお客さまが来店します。
ツリーの「Entrance」を右クリックして、「ルールエディタ」を選択します。
Agt_Step {
If Rnd() < 1/10 Then
create_person()
End If
}
・・・10ステップに1回の頻度で、
お客さまがランダムに来店する

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⑥-2 入口からお客さまが来店する
Sub create_person()
{
Dim personAgt As Agt
Dim i As Integer
personAgt = CreateAgt(Universe.Map.Person)
personAgt.X = My.X
personAgt.Y = My.Y
personAgt.Speed = 1.0
personAgt.ShelfArray = ""
For i=0 To 3 - 1
personAgt.ShelfArray = personAgt.ShelfArray &
CStr(CInt(CountAgt(Universe.Map.Shelf) * Rnd())) & ","
Next i
personAgt.ShelfArray = Left(personAgt.ShelfArray, Len(personAgt.ShelfArray) - 1)
}
・・・Personを生成する
・・・買いたい商品（商品棚）をランダムに3つ選択し、
ShelfArrayにカンマ区切りで格納する

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⑦ お客さまの買い回り行動を定義する
Potential法に従って、買い回り行動を行います。
ツリーの「Person」を右クリックして、「ルールエディタ」を選択します。
Agt_Step {
init_potential()
@set_potential(My.X, My.Y, My.ShelfArray)
My.Direction = get_potential_direction()
Forward(My.Speed)
If Universe.Map.Floor(My.X, My.Y, 0) <> 0 Then
Forward(-1 * My.Speed)
End If
check_shelf()
check_register()
}
・・・Potentialを初期化する
・・・Potentialを更新する
・・・Potentialに従い、方向を取得し、
一歩前に進む
・・・歩行可能エリアでない場合は、
一歩後ろに下がる
・・・目的地の到達確認を行う

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⑧-1 Potentialを初期化する
Sub init_potential()
{
Dim oneAgt As Agt
Dim personAgtSet As AgtSet
Dim i As Integer
Dim j As Integer
For i=0 To GetWidthSpace(Universe.Map) - 1
For j=0 To GetHeightSpace(Universe.Map) - 1
If Universe.Map.Floor(i, j, 0) == 0 Or Universe.Map.Floor(i, j, 0) == 3 Then
Universe.Map.Potential(i, j, 0) = 0
Else
Universe.Map.Potential(i, j, 0) = -1
End If
Next j
Next i
・・・空間上の全ての座標の「Floor」の値をチェックし、
0（歩行可能エリア）であれば、Potential の値を「0」、
0以外であれば、Potentialの値を「-1」に初期化する

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⑧-2 Potentialを初期化する
MakeAgtSet(personAgtSet, Universe.Map.Person)
For Each oneAgt In personAgtSet
If My.ID <> oneAgt.ID Then
Universe.Map.Potential(CInt(oneAgt.X),CInt(oneAgt.Y), 0) = -1
End If
Next oneAgt
}
・・・他のお客さまが存在するセルは
歩行可能エリアから除外する

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⑨-1 Potentialに従い、方向を取得する
Function get_potential_direction() As Integer
{
Dim tmpX As Integer
Dim tmpY As Integer
Dim tmpPotential As Integer
Dim minPotential As Integer
Dim minTmpX As Integer
Dim minTmpY As Integer
Dim i As Integer
minPotential = Universe.Map.Potential(My.X, My.Y, 0)
minTmpX = My.X
minTmpY = My.Y
For i=0 To 4 - 1
If i==0 Then
tmpX = My.X - 1
tmpY = My.Y
ElseIf i==1 Then
tmpX = My.X + 1
tmpY = My.Y
・・・周囲４方向（上下左右）を検索する

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⑨-2 Potentialに従い、方向を取得する
ElseIf i==2 Then
tmpX = My.X
tmpY = My.Y - 1
ElseIf i==3 Then
tmpX = My.X
tmpY = My.Y + 1
End If
If @check_inner_space(tmpX, tmpY) == True Then
If Universe.Map.Potential(tmpX, tmpY, 0) > 0 Then
tmpPotential = Universe.Map.Potential(tmpX, tmpY, 0)
If tmpPotential < minPotential Then
minPotential = tmpPotential
minTmpX = tmpX
minTmpY = tmpY
End If
End If
End If
Next i
Return(GetDirection(CInt(My.X),CInt(My.Y), CInt(minTmpX), CInt(minTmpY), Universe.Map))
}
・・・座標が空間内であることを確認する
・・・歩行可能エリアであることを確認する
・・・より小さいPotentialを持つ座標を
取得する
・・・取得した座標を方向に変換する

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⑩-1 商品棚の到達確認を行う
Sub check_shelf()
{
Dim shelfAgt As Agt
Dim shelfID As Integer
Dim tmpShelfArray As String
Dim hitFlag As Boolean
Dim i As Integer
tmpShelfArray = ""
If CountToken(My.ShelfArray) > 0 Then
hitFlag = False
For i=0 To CountToken(My.ShelfArray) - 1
shelfID = CInt(GetToken(My.ShelfArray, i))
shelfAgt = Universe.Map.Shelf(shelfID)
If MeasureDistance(CInt(My.X), CInt(My.Y), CInt(shelfAgt.X), CInt(shelfAgt.Y), Universe.Map) <=
My.Speed And hitFlag == False Then
hitFlag = True
Else
tmpShelfArray = tmpShelfArray & CStr(shelfID) & ","
End If
Next i
・・・ShelfArrayに格納されている商品棚の
IDが、Speedで定義した距離範囲内に
存在するかを確認する

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⑩-2 商品棚の到達確認を行う
If hitFlag == True Then
If CountToken(My.ShelfArray) == 1 Then
My.ShelfArray = ""
Else
My.ShelfArray = Left(tmpShelfArray, Len(tmpShelfArray) - 1)
End If
End If
End If
}
・・・商品棚に到着したときは、
当該の商品棚のIDを
ShelfArrayから削除する

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⑪ レジの到達確認を行う
Sub check_register()
{
Dim registerAgt As Agt
If CountToken(My.ShelfArray) == 0 Then
registerAgt = Universe.Map.Register(0)
If MeasureDistance(CInt(My.X), CInt(My.Y), CInt(registerAgt.X), CInt(registerAgt.Y), Universe.Map)
<= My.Speed Then
TerminateAgt(My.UniqueID)
End If
End If
}
・・・買い物が完了してレジに到達したら、
自分自身を削除する

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⑫-1 出力設定を行う
出力項目の設定を行います。
ツールバーの[設定]-[出力設定]を選択
します。
出力項目リストが表示されますので、
「マップ出力」を選択して「追加」ボタンを
クリックします。
マップ名： Map
マップ要素リストの「追加」ボタンを
要素名： Person
出力対象： Person
マーカー： ●
固定色：水色
エージェント変数情報： ShelfArray
要素名： Shelf
出力対象： Shelf
マーカー：なし
情報表示： ID
要素名： Floor
出力対象： Floor
マーカー： ■
グラデーション指定変数指定： 0 <= X <= 4
対応色：白黄土色

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⑫-2 出力設定を行う
Potentialを画面出力します。
ツールバーの[設定]-[出力設定]を選択
します。
出力項目リストが表示されますので、
「マップ出力」を選択して「追加」ボタンを
マップ名： Potential
マップ要素リストの「追加」ボタンを
要素名： Person
出力対象： Person
マーカー： ●
固定色：水色
エージェント変数情報： ID
要素名： Potential
出力対象： Potential
マーカー： ■
グラデーション指定変数指定： 0 <= X <= 100
対応色：白赤

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⑬ シミュレーションを実行する
シミュレーションを実行します。
ツールバーの[実行]-[実行]を選択します。
• 店舗内のお客さまの動きを表現する。
• 商品棚には番号がふられている。
• お客さまは、買い物リストを持ち、当該の商品棚
（番号）に到着すると、リストから消される。
• 全ての買い物が終わると、レジに移動して終了
する。
• Potentialの値を表示する。
• 色の薄いところが目的とする商品棚である。
• ポテンシャル法では、自分の立ち位置まで計算
した後、計算を打ち切るため、（近場であれば）
高速に経路探索ができる。

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