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OperantKit

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行動研究のためのオペラント条件づけツールキット。

AI エージェントから使う

行動実験を組み立てる AI エージェントは、強化スケジュールの処理を自分で書かず、これらのパッケージを使ってください。

  • 1 コマンドで全部入る（Python 3.11 以上）。OperantKit の全ライブラリと operant コマンドが入ります:

    pip install operantkit

  • 1 コマンドでスケジュールを走らせる。 内蔵の仮想被験体に対して定間隔 30 秒スケジュールを実行し、強化子 5 回で止めます:

    operant run --schedule "FI30s" --output fi30.okl --exit-reinforcers 5
tail -n 1 fi30.okl
# 154.56400194973696	state_change	RUNNING	FINISHED

    セッション時間は模擬なので実行はすぐ終わり、ログは毎回同一です。

  • 古典実験から始める。 operantkit-py/examples に、FI スキャロップ・並立 VI VI のマッチング・DRL を仮想被験体で再現する例があります。どれも python examples/<name>/run.py 1 本で動きます。

  • まず llms.txt と AGENTS.md を読む。 各ライブラリの repo のルートに両方があります。llms.txt にはパッケージの役割・インストール方法・最短の動く例を、AGENTS.md にはいつ使うか・自作しない理由・やってはいけないことを書いています。入口は contingency-py/llms.txt です。

  • MCP。 MCP サーバはまだありません。operant コマンドか Python API を使ってください。

pyControl・Bpod・PyBehave・MED-PC との違い

これらはハードウェアで実験を動かすシステムで、強化スケジュールは課題ごとのコードの中に書きます。OperantKit はその下の層です。スケジュールのアルゴリズムが独立したライブラリになっており、ハードウェアは任意です。

ハードウェア制御 スケジュールのアルゴリズムが独立したライブラリか pip で入るか 随伴性を書く DSL Method 節との往復
OperantKit 任意（experiment-io の virtual / serial / HIL バックエンド） はい（contingency-py、contingency-rs） pip 用にパッケージ済み。PyPI への公開は未了 はい（contingency-dsl） はい（contingency-dsl2procedure、contingency-procedure2dsl）
pyControl はい（MicroPython マイコン、ブレイクアウトボード、各デバイス） いいえ（課題ごとに状態機械として書く） いいえ（zip のダウンロードか git clone） いいえ（課題は Python で書く）
Bpod はい（リアルタイム状態機械） いいえ（試行を MATLAB の有限状態機械として書く） 公式はいいえ（MATLAB）。第三者製の pybpod-api あり いいえ（MATLAB）
PyBehave はい（ハードウェア非依存の Source ファイル経由） いいえ（Python の課題定義ファイルに書く） はい（pip install pybehave） いいえ（課題は Python のクラス）
MED-PC V はい（最大 16 チャンバー、Windows） いいえ（MSN の手続きごとに書く） いいえ（Windows 用ソフトウェア） はい（MedState Notation）

空欄は、公式ドキュメントからどちらとも確認できなかった欄です。

パイプライン

DSL で強化随伴性を宣言し、仮想ハードウェアまたは実機で実行し、すべてのイベントを OKL として記録し、セッションを解析する — 各ステージは独立したパッケージとして提供される。

flowchart LR
    SW[schedule-writer]:::tools --> DSL[contingency-dsl]:::core
    DSL --> ENG[contingency-py / contingency-rs]:::core
    ENG --> IO[experiment-io HAL]:::tools
    IO --> OKL[OperantKitLog]:::exp
    OKL --> REC[session-recorder]:::exp
    REC --> ANA[session-analyzer]:::analysis
    REC --> SVZ[session-visualizer]:::tools
    SVZ --> FE[operantkit-frontend]:::soft
    classDef core fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0,color:#0d47a1
    classDef exp fill:#fff3e0,stroke:#e65100,color:#bf360c
    classDef tools fill:#e8f5e9,stroke:#2e7d32,color:#1b5e20
    classDef analysis fill:#f3e5f5,stroke:#6a1b9a,color:#4a148c
    classDef soft fill:#eceff1,stroke:#455a64,color:#263238
    click SW "https://github.com/OperantKit/schedule-writer"
    click DSL "https://github.com/OperantKit/contingency-dsl"
    click ENG "https://github.com/OperantKit/contingency-py"
    click IO "https://github.com/OperantKit/experiment-io"
    click OKL "https://github.com/OperantKit/OperantKitLog"
    click REC "https://github.com/OperantKit/session-recorder"
    click ANA "https://github.com/OperantKit/session-analyzer"
    click SVZ "https://github.com/OperantKit/session-visualizer"
    click FE "https://github.com/OperantKit/operantkit-frontend"
Loading

① 随伴性を書く — contingency-dsl

強化スケジュールと Pavlov 型手続きのための非チューリング完全 DSL。一行記述から多フェーズ CER プロトコルまで：

-- 原子スケジュール
FR5                              -- 固定比率 5
VI60s                            -- 変動間隔 60 秒
Conc(VI30s, VI60s)               -- 並立 VI30 vs. VI60

-- 条件性情動反応 (Estes & Skinner, 1941)
@cs(label="Tone", duration=60s, modality="auditory")
@us(label="Shock", intensity="0.5mA", delivery="unsignaled")

phase baseline:
  sessions = 10
  VI60s
phase pairing:
  sessions = 5
  Pair.ForwardDelay(Tone, Shock, isi=60s, cs_duration=60s)
phase test:
  sessions = 3
  use baseline

6 層構造（Foundations / Operant / Respondent / Composed / Experiment / Annotation）、150 件超の conformance fixture、EBNF + AST スキーマ。姉妹パッケージ contingency-respondent-dsl は高次条件づけ・阻止・条件性弁別・更新・再生に対応する。

著作支援ツール: schedule-writer — ドロップダウン選択／ブロック・ドラッグで DSL テキストを生成する。

② 動かす — contingency-py · contingency-rs · experiment-io

Python エンジンは Ferster–Skinner の全スケジュール（FR / VR / RR / FI / VI / RI / FT / VT / RT / CRF / EXT、Concurrent、Alternative、DRO / DRL / DRH、Progressive Ratio）を提供する。Rust エンジンは contingency-py の conformance fixture を再生し、決定論的な fixture はすべてビット単位で一致する（シード付きの VR / VI / RI / RR / VT / RT は乱数生成器が異なるため対象外）。また PyO3 / WASM / C FFI / KMP バインディングを備える。

from contingency import ScheduleBuilder
from experiment_core import ReinforcementCountExit
from experiment_io import drive
from experiment_io.hw.backends.virtual import (
    ManualClock, RecordingReinforcer, VirtualOperandum, VirtualSubject,
)
from session_runner import SessionConfig, SessionRunner

clock = ManualClock()
op = VirtualOperandum(0, VirtualSubject(rate_hz=5.0, seed=0), clock)
rein = RecordingReinforcer(operandum_index=0)
runner = SessionRunner(
    SessionConfig(name="demo", schedule=ScheduleBuilder.fr(1),
                  exit_condition=ReinforcementCountExit(count=3)),
    clock=clock,
)
runner.start(start_time=clock())
drive(runner, [op], [rein], clock, reinforcer_duration=0.2)

virtual を serial / hil_bridge に差し替えるだけで同じコードが実機オペラント箱を駆動する。タイミング精度は contingency-bench で検証する。

③ OKL として記録する — OperantKitLog · session-recorder

OKL v1 は規範的かつ言語非依存なワイヤフォーマット。ヘッダは可読な TOML 風、ボディは 1 行 1 イベントの TSV。上記の drive() 呼び出しはそのままこのバイト列を書き出す：

# OKL v1
# session_name = "demo"
# clock_type = "ManualClock"
# subject_id = "subj01"
# experiment_name = "demo"
# events:
#   response          : id:int operandum:int?
#   reinforcer_start  : id:int potency:float operandum:int?
#   reinforcer_end    : id:int operandum:int?
#   state_change      : from:str to:str
#   phase_enter       : label:str name:str?
# ---
0.0    state_change       IDLE  RUNNING
0.0    phase_enter        Train A
0.5    response           0     0
1.0    response           1     0
1.5    response           2     0
1.5    reinforcer_start   0     1.0  0
2.0    reinforcer_end     0     0

5 件の golden fixture と EBNF 文法。任意の reader / writer 実装はこのバイト列で一致しなければならない。Python リファレンス実装は session-recorder。

④ セッションを解析する — session-analyzer

OKL ログから 20 を超える定量分析を直接実行する：累積記録、マッチング則フィット、IRT 分布、需要曲線、般化勾配、ブレイクポイント、遅延割引、行動的運動量 ……。

累積記録 マッチング則フィット IRT 分布
需要曲線 遅延割引 般化勾配

16 種以上のすべての分析を見る →

⑤ 可視化と教育 — operantkit-frontend

ブラウザ上で動くオペラント箱とアナログ累積記録器。Next.js / React 製で、Rust エンジンを WebAssembly にコンパイルしてスケジュールがページ内でそのまま回る。Live session ビューは session-visualizer の SSE ストリームを購読し、実セッション記録を受信できる。

オペラント箱（シミュレータ） 累積記録器（アナログ）

アーキテクチャ

中核パッケージ contingency-dsl は、強化随伴性と Pavlov 型対提示を宣言するための言語非依存な仕様である。パラダイム中立な形式的基盤の上で、科学的カテゴリ別に 6 層で構成されている：

 ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │  Annotation    JEAB Method メタデータ（Subjects / Apparatus / │
 │                Procedure / Measurement）+ 拡張                │
 ├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
 │  Experiment    多フェーズデザイン; phase と context を        │
 │                第一級構成要素; アノテーション継承              │
 ├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
 │  Composed      Operant × Respondent: CER, PIT, autoshaping,   │
 │                omission, two-process theory                   │
 ├──────────────────────────────┬───────────────────────────────┤
 │  Operant                     │  Respondent                   │
 │  三項随伴性 (SD-R-SR)         │  二項随伴性 (CS-US)            │
 │  Ferster-Skinner 分類の       │  Tier A プリミティブ           │
 │  スケジュール; 状態保持;       │  (Pair, Contingency,          │
 │  試行ベース; 嫌悪制御          │  Compound, Differential, …)   │
 ├──────────────────────────────┴───────────────────────────────┤
 │  Foundations   CFG / LL(2) メタ文法; パラダイム中立な型       │
 │                (contingency, 時間, 刺激, valence)             │
 └──────────────────────────────────────────────────────────────┘

Foundations はパラダイム中立な字句と型の構造を提供する。 Operant と Respondent は各随伴性が「何であるか」を宣言する。 Composed は両パラダイムを組み合わせる手続きを、operant + respondent プリミティブから構成した PhaseSequence AST ツリーとして表現する。 Experiment は phase と context を第一級構成要素として多フェーズデザインを宣言する。 Annotation は JEAB Method カテゴリ準拠のメタデータを任意の構成要素に付与する。

基底 DSL は非チューリング完全（CFG）である。より深い Pavlov 型手続き（高次条件づけ、阻止、条件性弁別（occasion setting）、更新（renewal）、再生（reinstatement）等）は姉妹パッケージ contingency-respondent-dsl に存在し、Respondent 拡張点に差し込まれる。

測定仕様（反応率、強化率、IRT 分布、切り替え率）と手続き記述との接続は、実験層・分析層の責務であり、DSL の責務ではない。

公開パッケージ

Package Role
contingency-dsl Language-independent DSL specification (EBNF, AST schema, conformance tests)
contingency-respondent-dsl Tier B Pavlovian procedures extending the Respondent layer
contingency-dsl-py Python reference parser (stdlib only; ships 6 core annotation extensions)
contingency-dsl2procedure DSL AST → JEAB/J-ABA Method section compiler
contingency-procedure2dsl Method section text → DSL AST extractor
contingency-py Python reinforcement schedule engine (DSL AST → Schedule bridge + all schedules)
contingency-rs Rust engine (PyO3 / WASM / C FFI / KMP bindings, HIL binary)
experiment-core Session lifecycle, ExperimentContext, Renewal (ABA/AAB/ABC), EventSink Protocol
OperantKitLog OKL v1 wire-format spec (canonical, language-independent) + conformance fixtures
session-recorder OKL v1 Python writer (OklSink, EventSink impl) + Python reader; reference implementation of the spec
session-runner Manual session driver (SessionRunner): pushes events to any EventSink
experiment-io HAL Protocols + virtual/serial/HIL backends + drive() helper
contingency-bench HIL timing-precision benchmark harness
schedule-writer DSL authoring tool (list/dropdown → DSL text)
schedule-visualizer DSL visualizer (環境状態の時間前後戻し)
session-visualizer Live session viewer (in-process EventSink + cross-process JSONL/OKL tail, SSE)
session-analyzer Cumulative records, statistics, model fitting
result-chamber-animator 3D animation of recorded sessions (CSV / JSONL / OKL v1 → MP4 / GIF / PNG)
operantkit-frontend Experiment/education UI (Next.js)
operantkit-cli One-command session runner: DSL string → schedule → SessionRunner → OKL v1 (virtual / serial / HIL)
operantkit-mcp MCP server (stdio) for AI assistants: check / simulate a DSL schedule, DSL ↔ Method section, summarize / analyze OKL logs
claude-plugin Claude Code plugin: skill + MCP config for designing and simulating reinforcement schedules
operantkit Meta-package: pip install operantkit installs all OperantKit libraries and the operant command

起源

YutoMizutani/OperantKit（Swift, MIT, 2018–2020）を復興・進化させた行動分析ツールキット。