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1 2013/4,5,6,7 Mon.

2 浮気しない? カップル 6 人の男女がいます. 少子化対策? のため,6 組のカップルを作り結婚させちゃいましょう. でも各自の好き嫌いを考えずに強引にくっつけちゃうと, 浮気する人が出るかもしれません. 浮気しないように 6 組のカップルをつくれますか? どうすれば浮気しないの? 浮気しないってどういうこと? 浮気ってどういう状況で起こる? 浮気する しないを 上手く定義 する

3 論理的思考力データ分析, 統計学数理的アプローチ 問題の把握 から 意思決定 までの流れ 問題の見直し問題の本質を再考 モデルの妥当性評価現実との乖離の検証 浮気する しないを 上手く定義 する 問題モデル化解く解釈 評価 提案 解決 問題 目的の明確化 問題発見 状況認識 代替案立案モデル構築 状況を把握し問題の背後にある本質を追究いったい何を知りたいのか? 問題の本質は何か? 答えを導く 結果の解釈 評価代替案評価 選択 解法選択解法構築パラメータ調整 意思決定 説得力問題解決力 現状認識力問題発見 定義 推論 モデル作成 推論に基づきモデル作成現実を支配する法則を数量的に明確化 結果評価 解釈 解法のもたらす結果の解釈 考察得られた代替案の評価 分析

4 安定結婚問題 n 人の男性の集合と,m 人の女性の集合が存在し, 各人は異性全員の選好順序をもっている. このとき, 安定なマッチングを見つけたい. 男性 女性 浮気できない=安定マッチング 浮気できる=不安定なマッチング グラフ理論 点 (node) と枝 (edge) とその接続関係に関する理論 研究

5 安定結婚問題 ( 各自の選好順序 ),,,,,

6 安定結婚問題 ( 各自の選好順序 ) 4 3 2,,,,, 5 6 1

7 安定結婚問題 ( 各自の選好順序 ),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 完全 2 部グラフ,,,,,

8 安定結婚問題 n 人の男性の集合と,m 人の女性の集合が存在し, 各人は異性全員の選好順序をもっている. このとき, 安定なマッチングを見つけたい. 浮気できない=安定マッチング OK 浮気できる=不安定なマッチング

9 安定結婚問題 ( マッチング ) マッチング 端点を共有しない枝の集合 つまり, どの点 (node) も高々 1 本の枝 (edge) にのみ接続 (incident to) している 完全マッチング 全ての点 (node) が, マッチング (matching) の枝 (edge) に接続しているとき, そのマッチングを完全マッチングという

10 安定結婚問題 ( マッチング ) この枝集合は, マッチング (matching) ではない なぜだかわかる? その通り! マッチングではありません. なぜなら, 端点を共有する枝がある ( 二股をかけている人がいる ) から

11 安定結婚問題 ( マッチング ) この枝集合は, マッチング (matching) だろうか? マッチング (matching) です. でも, 完全マッチング (perfect matching) ではないので, ペアを組んでない人がいるね. つまり, 我々は完全マッチングを求めたいのだよ 男女が同数でない場合は, 完全マッチング (perfect matching) は存在しないので, 最大マッチング (maximum matching) を求めます.

12 安定結婚問題 n 人の男性の集合と,m 人の女性の集合が存在し, 各人は異性全員の選好順序をもっている. このとき, 安定なマッチングを見つけたい. 浮気できない=安定マッチング OK OK 浮気できる=不安定なマッチング

13 浮気する ( 不安定な ) カップルとは? こんな 2 組のカップル ( マッチング ) を作ってしまったら このマッチングは不安定! なぜなら そんな ~ ひどいわ ブロッキング ペアが存在するから! 浮気

14 浮気しない ( 安定な ) 恋人たち 浮気しない ( できない ) 恋人たち 浮気を試みるも このマッチングは安定! なぜなら や ~ ん ブロッキング ペアが存在しないから 拒絶 誘い

15 安定結婚問題 n 人の男性の集合と,m 人の女性の集合が存在し, 各人は異性全員の選好順序をもっている. このとき, 安定なマッチングを見つけたい. 浮気できない=安定マッチング OK OK OK 浮気できる=不安定なマッチング

16 安定結婚問題 ( まとめ ) 浮気しないカップルをつくる ( 安定結婚問題を解く ) ということは, ( ブロッキング ペアが存在しない ) 安定な完全マッチングを求める こと 男女が同数でない場合は, 完全マッチング (perfect matching) は存在しないので, 最大マッチング (maximum matching) を求めます.

17 問題 : このマッチングは安定?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

18 問題の把握 から 意思決定 までの流れ 問題の見直し問題の本質を再考 モデルの妥当性評価現実との乖離の検証 問題モデル化解く解釈 評価 問題 目的の明確化 浮気する しないを 上手く定義 する 問題発見 状況認識 代替案立案モデル構築 状況を把握し問題の背後にある本質を追究いったい何を知りたいのか? 問題の本質は何か? 安定マッチングを求める 安定マッチング 答えを導く 結果の解釈 評価代替案評価 選択 解法選択解法構築パラメータ調整 1. そんなものあるのか? 提案 解決 意思決定 2. 求められるのか? 推論 モデル作成 推論に基づきモデル作成現実を支配する法則を数量的に明確化 結果評価 解釈 解法のもたらす結果の解釈 考察得られた代替案の評価 分析

19 演習 : やってみよう,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

20 安定結婚問題を解く Gale-hapley アルゴリズム.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

21 Gale hapley アルゴリズム,,,,, 結婚して ~,,,,,,,,,, 結婚して ~,,,,,,,,,, 結婚して ~ OK,,,,,,,,,, OK,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

22 Gale hapley アルゴリズム,,,,, そんなー,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 結婚して ~,,,,,,,,,, ye! OK,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

23 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,, ほっ,,,,,,,,,,,,,,, 結婚して ~ そんなー No,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

24 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

25 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

26 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

27 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

28 Gale hapley アルゴリズム,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

29 問題の把握 から 意思決定 までの流れ 問題の見直し問題の本質を再考 アルゴリズムの評価 1. アルゴリズムはちゃんと終わる? ( 無限に続くことはない?) 2. 完全マッチングを求めたのか? ( 全員がちゃんとカップルになる?) 3. 求めたマッチングは安定なのモデルの妥当性評価? 現実との乖離の検証 ( 誰も浮気できない?) 浮気する しないを 上手く定義 する 安定マッチングを求める Gale hapley のアルゴリズム 問題モデル化解く解釈 評価 提案 解決 問題 目的の明確化 問題発見 状況認識 代替案立案モデル構築 状況を把握し問題の背後にある本質を追究いったい何を知りたいのか? 問題の本質は何か? 答えを導く 結果の解釈 評価代替案評価 選択 解法選択解法構築パラメータ調整 意思決定 推論 モデル作成 推論に基づきモデル作成現実を支配する法則を数量的に明確化 結果評価 解釈 解法のもたらす結果の解釈 考察得られた代替案の評価 分析

30 Gale hapley アルゴリズム 定理 : 与えられた安定結婚問題における任意の選好順位に対し,Gale hapley アルゴリズムは安定マッチングを導き終了する. 1. きちんと終わるよ! 2. 完全マッチングを求めるよ! 3. 安定だよ! 系 : 安定結婚問題におけるどのような選好順位に対しても, 少なくとも一つの安定マッチングが存在する.

31 Gale hapley アルゴリズム 定理 : 男性側のプロポーズの順番に関係なく,Gale hapley アルゴリズムは, 同一の安定マッチングを導く. 系 : 安定結婚問題におけるどのような選好順位に対しても, Gale hapley アルゴリズムは, 男性側からプロポーズすれば男性最良安定マッチングを導く.

32 男性最良安定マッチング,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.Gale & L..hapley, ``ollege admissions and the stability of marriage, merican Mathematical Monthly, vol.69,p.9 15,1962.

33 女性最良安定マッチング,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

34 Gale hapley アルゴリズム 与えられた安定結婚問題について, いくつかの安定マッチングが存在する場合, 男性にとってより好ましい安定マッチング, 女性にとってより好ましい安定マッチングなど, 安定マッチングの好ましさにある種の順序付けができる. 定理 : 与えられた安定結婚問題について, 男性最良安定マッチング= 女性最悪安定マッチング 男性最悪安定マッチング = 女性最良安定マッチング である. 教訓!? 待ってちゃダメ! 好きになったら自分から告白しなさい

35 問題の把握 から 意思決定 までの流れ 問題の見直し問題の本質を再考 モデルの妥当性評価現実との乖離の検証 浮気する しないを 上手く定義 する 安定マッチングを求める Gale hapley のアルゴリズム 問題モデル化解く解釈 評価 提案 解決 問題 目的の明確化 問題発見 状況認識 代替案立案モデル構築 状況を把握し問題の背後にある本質を追究いったい何を知りたいのか? 問題の本質は何か? 推論 モデル作成 答えを導く 推論に基づきモデル作成現実を支配する法則を数量的に明確化 結果の解釈 評価代替案評価 選択 解法選択解法構築パラメータ調整 解の解釈 妥当性評価 解法のもたらす結果の解釈 考察得られた代替案の評価 分析 意思決定 1. その答えでいいの? 2. その答えは何を意味するの? 結果評価 解釈 3. 元の問題に答えているの?

36 もっと知りたい人へ O 入門書 久保, 松井 組合せ最適化 短編集 朝倉書店 (1999) 山本, 久保 巡回セールスマン問題への招待 朝倉書店 (1997) グリッツマン, ブランデンベルク 最短経路の本 シュプリンガー (2008) 松井, 根本, 宇野 入門オペレーションズ リサーチ 東海大出版 (2008) さらに詳しい内容を勉強したい人は 根本 安定結婚問題 ( 久保, 田村, 松井 応用数理計画ハンドブック h14 2) 朝倉書店 (2002) 関連する経営情報学科の授業 オペレーションズ リサーチ (1 2セメ) ネットワークモデル分析 (4セメ) 最適化モデル分析 (5セメ) アルゴリズムとデータ構造 (3 4セメ) etc

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