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JP5499361B2 - Semi-teacher topic model learning apparatus, semi-teacher topic model learning method and program - Google Patents
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Semi-teacher topic model learning apparatus, semi-teacher topic model learning method and program Download PDF

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Description

本発明は、半教師トピックモデル学習装置、半教師トピックモデル学習方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a semi-teacher topic model learning device, a semi-teacher topic model learning method, and a program.

近年、所望の画像を与えられた言語情報に基づいて検索する画像検索技術、及び、与えられた画像に対してその画像を説明する言語情報を自動的に付与する画像認識技術は、ディジタルカメラ・携帯電話などの撮像装置の普及、インターネット上での画像共有の一般化などに伴い、非常に重要な技術となってきている。また、画像検索と画像認識とを同一の枠組の下で実現する画像認識検索技術が数多く開発されている(例えば、非特許文献1参照)。   In recent years, an image retrieval technique for retrieving a desired image based on given language information, and an image recognition technique for automatically assigning language information that describes the image to a given image are digital cameras, With the spread of imaging devices such as mobile phones and the generalization of image sharing on the Internet, it has become a very important technology. In addition, many image recognition search technologies that realize image search and image recognition under the same framework have been developed (see, for example, Non-Patent Document 1).

中山、原田、國吉、大津”画像・単語間概念対応の確率構造学習を利用した超高速画像認識・検索方法”、電子情報通信学会技術報告、PRMU2007-147、2007年12月Nakayama, Harada, Kuniyoshi, Otsu “Ultra-high-speed image recognition / retrieval method using stochastic structure learning corresponding to image / word concept”, IEICE Technical Report, PRMU2007-147, December 2007

しかしながら、非特許文献1に記載された技術では、実際に検索又は認識を行う前に、画像と言語情報との関連性を学習しておく必要があるが、この学習の際に、同時共起する画像と言語情報との組が数多く必要となる。しかし、大量の画像に手動で言語情報を付与することは多くの労力を伴うため、言語情報が関連付けられている画像を大量に召集することは困難である。言語情報が関連付けられた画像が十分に用意できない場合には、画像と言語情報の関係性を精度良く学習することができないため、結果として画像認識及び画像検索の信頼性が損なわれてしまう、という問題がある。   However, in the technique described in Non-Patent Document 1, it is necessary to learn the relationship between an image and language information before actually performing search or recognition. Many pairs of images and language information are required. However, manually adding linguistic information to a large number of images involves a lot of labor, and it is difficult to summon a large number of images associated with linguistic information. If the image associated with the language information cannot be prepared sufficiently, the relationship between the image and the language information cannot be learned with high accuracy, and as a result, the reliability of image recognition and image search is impaired. There's a problem.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、言語情報(付加情報)が関連付けられた画像(信号)が少量しか利用できない場合においても、画像(信号)と言語情報(付加情報)の関係性を精度良く学習することができる半教師トピックモデル学習装置、半教師トピックモデル学習方法及びプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image (signal) and language information (in the case where only a small amount of an image (signal) associated with language information (additional information) is available. The object of the present invention is to provide a semi-teacher topic model learning device, a semi-teacher topic model learning method, and a program capable of accurately learning the relationship of (additional information).

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置であって、付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出する蓄積信号特徴抽出部と、前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出する蓄積付加情報特徴抽出部と、前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出する蓄積潜在変数抽出部と、前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するトピックモデル学習部とを備え、前記蓄積潜在変数抽出部は、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成する潜在変数空間生成部と、前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出する完全蓄積潜在変数集合抽出部と、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成する蓄積潜在変数集合抽出部とを備えることを特徴とすることを特徴とする半教師トピックモデル学習装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, and one aspect of the present invention is a semi-teacher topic for learning the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal. A model learning apparatus, comprising: a completely accumulated signal that is an element of a completely accumulated signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance; and an incompletely accumulated signal set that is a set of signals to which no additional information is given. A storage signal feature extraction unit that extracts a stored signal feature that is a vector representing the characteristics of each signal from each of the incomplete storage signals that are elements, and a storage addition that is a set of additional information added to the complete storage signal A storage additional information feature extraction unit that extracts a storage additional information feature that is a vector expressing characteristics of the storage additional information from each of the storage additional information that is an element of the information set; and the complete storage signal A complete stored signal feature set that is a set of stored signal features; an incomplete stored signal feature set that is a set of stored signal features of the incomplete stored signal; and a stored additional information feature set that is a set of stored additional information features; A storage latent variable extraction unit that extracts a storage latent variable that is a variable for describing the relationship between a signal and additional information, the complete storage signal feature set, the incomplete storage signal feature set, and the storage addition and information feature set, from a set a is accumulated latent variable set of the storage latent variables, and a topic model learning unit for extracting topic model is a model that describes the relationship between the signal and the additional information, the storage potential The variable extraction unit is a multidimensional vector space in which accumulated latent variables exist from the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the accumulated additional information feature set. A latent variable space generating unit that generates a latent variable space, the complete accumulated signal feature set, the accumulated additional information feature set, and the latent variable space are used to store an accumulated latent variable set corresponding to the complete accumulated signal feature set. Corresponding to an incompletely stored signal feature set using a fully stored latent variable set extraction unit that extracts a set of completely stored latent variables, the fully stored signal feature set, the incompletely stored signal feature set, and the latent variable space A storage latent variable set extraction unit that extracts an incomplete storage latent variable set that is a storage latent variable set to be formed and combines the incomplete storage latent variable set and the complete storage latent variable set to form an entire storage latent variable set; is a semi-supervised topic model learning device which is characterized in that said Rukoto equipped with.

また、本発明の一態様は、上記の半教師トピックモデル学習装置において、前記トピックモデル学習部は、前記蓄積潜在変数集合から、蓄積潜在変数そのものの確率的構造を記述するモデルである潜在変数モデルを抽出する潜在変数モデル学習部と、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、信号と潜在変数との関係性を記述するモデルである信号・潜在変数関係モデルを抽出する信号・潜在変数関係モデル学習部と、前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、付加情報と潜在変数との関係性を記述するモデルである付加情報・潜在変数関係モデルを抽出する付加情報・潜在変数関係モデル学習部とを備え、前記潜在変数モデルと前記信号・潜在変数関係モデルと前記付加情報・潜在変数関係モデルとを統合してトピックモデルとすることを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the above semi-teacher topic model learning apparatus, the topic model learning unit is a latent variable model that is a model that describes a stochastic structure of the accumulated latent variable itself from the accumulated latent variable set. A latent variable model learning unit that extracts signals, and a signal / latency model that describes a relationship between a signal and a latent variable from the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the accumulated latent variable set. Additional information / latency is a model that describes the relationship between additional information and latent variables from the signal / latent variable relationship model learning unit for extracting a variable relationship model, the accumulated additional information feature set, and the accumulated latent variable set. An additional information / latent variable relationship model learning unit for extracting a variable relationship model, the latent variable model, the signal / latent variable relationship model, and the additional information. - to integrate the latent variable relationship model is characterized in that the topic model.

また、本発明の一態様は、上記の半教師トピックモデル学習装置において、前記トピックモデル学習部は、前記付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、前記不完全蓄積信号特徴集合に対応する潜在変数の分布を考慮して前記付加情報・潜在変数関係モデルを更新する付加情報・潜在変数関係モデル更新部と、前記付加情報・潜在変数関係モデルが更新した付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合とから、当該蓄積付加情報特徴集合の情報を一定程度保持するように付加情報・潜在変数関係モデルを補正する付加情報・潜在変数関係モデル補正部とを更に備えることを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the above semi-teacher topic model learning device, the topic model learning unit includes the additional information / latent variable relationship model, the accumulated additional information feature set, and the accumulated latent variable set. An additional information / latent variable relationship model update unit that updates the additional information / latent variable relationship model in consideration of the distribution of latent variables corresponding to the incompletely stored signal feature set, and the additional information / latent variable relationship model is updated. The additional information / latent variable relationship model for correcting the additional information / latent variable relationship model so that the information of the stored additional information feature set is retained to a certain extent from the additional information / latent variable relationship model and the stored additional information feature set. And a correction unit.

また、本発明の一態様は、上記の半教師トピックモデル学習装置において、前記潜在変数モデル学習部は、各蓄積潜在変数をパラメータとする確率密度関数の重ね合わせで潜在変数モデルを抽出し、前記信号・潜在変数関係モデル学習部は、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ蓄積信号特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、信号・潜在変数関係モデルを抽出し、前記付加情報・潜在変数関係モデル学習部は、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ付加情報特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、付加情報・潜在変数関係モデルを抽出することを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the above semi-teacher topic model learning device, the latent variable model learning unit extracts a latent variable model by superimposing a probability density function using each accumulated latent variable as a parameter, The signal / latent variable relation model learning unit extracts a signal / latent variable relation model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function using the accumulated signal feature as a parameter, and the additional information / latent model is extracted. The variable relationship model learning unit is characterized by extracting an additional information / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function having the additional information feature as a parameter.

また、本発明の一態様は、与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置において用いられる半教師トピックモデル学習方法であって、蓄積信号特徴抽出部が、付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出するステップと、蓄積付加情報特徴抽出部が、前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出するステップと、蓄積潜在変数抽出部が、前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出するステップと、トピックモデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するステップとを含み、前記蓄積潜在変数を抽出するステップは、潜在変数空間生成部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成するステップと、完全蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出するステップと、蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成するステップとを含むことを特徴とする半教師トピックモデル学習方法である。 Another aspect of the present invention is a semi-teacher topic model learning method used in a semi-teacher topic model learning apparatus that learns the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal. The accumulated signal feature extraction unit is a complete accumulated signal that is an element of a complete accumulated signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance, and an incomplete accumulated signal set that is a set of signals to which no additional information is given A step of extracting a stored signal feature that is a vector expressing the characteristics of each signal from each of the incompletely stored signals that are elements of the stored information, and a stored additional information feature extracting unit A step of extracting a stored additional information feature, which is a vector expressing the characteristics of the stored additional information, from each of the stored additional information that is an element of the stored additional information set that is a set. And an accumulated latent variable extraction unit includes a complete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the complete accumulated signal, an incomplete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the incomplete accumulated signal, and A step of extracting a storage latent variable that is a variable for describing a relationship between a signal and additional information from a stored additional information feature set that is a set of stored additional information features, and a topic model learning unit includes the complete stored signal It is a model that describes the relationship between a signal and additional information from a feature set, the incompletely stored signal feature set, the stored additional information feature set, and a stored latent variable set that is a set of the stored latent variables. see containing and extracting the topic model, extracting the accumulated latent variables, latent variable space generating section, the full accumulation signal feature set and the incomplete stored signal characteristics collection Generating a latent variable space that is a multi-dimensional vector space in which accumulated latent variables exist, and a fully accumulated latent variable set extracting unit comprising the complete accumulated signal feature set and the accumulated addition Using the information feature set and the latent variable space to extract a fully stored latent variable set that is a stored latent variable set corresponding to the fully stored signal feature set; and a stored latent variable set extracting unit includes the complete storage Using the signal feature set, the incompletely stored signal feature set, and the latent variable space, an incompletely stored latent variable set that is a stored latent variable set corresponding to the incompletely stored signal feature set is extracted. semi-supervised topic model learning, wherein the free Mukoto and forming the entire storage latent variable set together with the full storage latent variable set and latent variable set Is the method.

また、本発明の一態様は、上記の半教師トピックモデル学習方法において、前記トピックモデルを抽出するステップは、潜在変数モデル学習部が、前記蓄積潜在変数集合から、蓄積潜在変数そのものの確率的構造を記述するモデルである潜在変数モデルを抽出するステップと、信号・潜在変数関係モデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、信号と潜在変数との関係性を記述するモデルである信号・潜在変数関係モデルを抽出するステップと、付加情報・潜在変数関係モデル学習部が、前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、付加情報と潜在変数との関係性を記述するモデルである付加情報・潜在変数関係モデルを抽出するステップとを含み、前記潜在変数モデルと前記信号・潜在変数関係モデルと前記付加情報・潜在変数関係モデルとを統合してトピックモデルとすることを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the semi-teacher topic model learning method described above, the step of extracting the topic model includes: a latent variable model learning unit including a stochastic structure of the accumulated latent variable itself from the accumulated latent variable set; Extracting a latent variable model, which is a model describing a signal, and a signal / latent variable relation model learning unit, from the complete accumulated signal feature set, the incompletely accumulated signal feature set, and the accumulated latent variable set, A step of extracting a signal / latent variable relationship model, which is a model describing a relationship with a latent variable, and an additional information / latent variable relationship model learning unit, from the accumulated additional information feature set and the accumulated latent variable set, Extracting the additional information / latent variable relationship model, which is a model describing the relationship between the additional information and the latent variable, the latent variable Characterized by a topic model integrates Dell and said signal-latent variables relationship model and the additional information-latent variables relations model.

前記トピックモデルを抽出するステップは、付加情報・潜在変数関係モデル更新部が、前記付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、前記不完全蓄積信号特徴集合に対応する潜在変数の分布を考慮して前記付加情報・潜在変数関係モデルを更新するステップと、付加情報・潜在変数関係モデル補正部が、前記付加情報・潜在変数関係モデルが更新した付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合とから、当該蓄積付加情報特徴集合の情報を一定程度保持するように付加情報・潜在変数関係モデルを補正するステップとを更に含むことを特徴とする。 In the step of extracting the topic model, the additional information / latent variable relationship model update unit includes the incompletely stored signal feature from the additional information / latent variable relationship model, the stored additional information feature set, and the stored latent variable set. A step of updating the additional information / latent variable relationship model in consideration of a distribution of latent variables corresponding to the set, and an additional information / latent variable relationship model correcting unit updating the additional information / latent variable relationship model; The method further includes the step of correcting the additional information / latent variable relationship model so as to hold the information of the stored additional information feature set to a certain extent from the latent variable relationship model and the stored additional information feature set. .

前記潜在変数モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数をパラメータとする確率密度関数の重ね合わせで潜在変数モデルを抽出し、前記信号・潜在変数関係モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ蓄積信号特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、信号・潜在変数関係モデルを抽出し、前記付加情報・潜在変数関係モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ付加情報特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、付加情報・潜在変数関係モデルを抽出することを特徴とする。 The step of extracting the latent variable model extracts a latent variable model by superimposing a probability density function using each accumulated latent variable as a parameter, and the step of extracting the signal / latent variable relationship model includes adding each latent latent variable to each accumulated latent variable. In contrast, the step of extracting the signal / latent variable relationship model individually and based on the probability density function having the stored signal feature as a parameter and extracting the additional information / latent variable relationship model is performed for each stored latent variable. The additional information / latent variable relationship model is extracted individually based on a probability density function having the additional information feature as a parameter.

また、本発明の一態様は、与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置としてのコンピュータに、蓄積信号特徴抽出部が、付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出するステップと、蓄積付加情報特徴抽出部が、前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出するステップと、蓄積潜在変数抽出部が、前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出するステップと、トピックモデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するステップとを実行させ、前記蓄積潜在変数を抽出するステップは、潜在変数空間生成部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成するステップと、完全蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出するステップと、蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成するステップとを実行させることを特徴とするプログラムである。 One embodiment of the present invention is a computer as a semi-teacher topic model learning device that learns the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal. A complete accumulation signal that is an element of a complete accumulation signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance, and an incomplete accumulation signal that is an element of an incomplete accumulation signal set that is a set of signals to which no additional information is given Extracting a stored signal feature that is a vector expressing the characteristics of each signal from each of the above, and a stored additional information feature extracting unit of a stored additional information set that is a set of additional information given to the complete stored signal A step of extracting a stored additional information feature that is a vector expressing characteristics of the stored additional information from each of the stored additional information that is an element, and a stored latent variable extracting unit, A complete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of all accumulated signals, an incomplete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the incomplete accumulated signal, and an accumulation addition that is a set of accumulated additional information features. Extracting an accumulated latent variable that is a variable for describing the relationship between a signal and additional information from the information feature set; and a topic model learning unit comprising the complete accumulated signal feature set and the incompletely accumulated signal feature. Executing a step of extracting a topic model, which is a model describing a relationship between a signal and additional information, from a set, the stored additional information feature set, and a stored latent variable set that is a set of the stored latent variables. The step of extracting the accumulated latent variable includes a step in which a latent variable space generation unit includes the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the accumulated additional information feature set. Generating a latent variable space that is a multidimensional vector space in which accumulated latent variables exist, and a complete accumulated latent variable set extracting unit includes the complete accumulated signal feature set, the accumulated additional information feature set, and the latent variable space. And extracting a fully stored latent variable set that is a stored latent variable set corresponding to the complete stored signal feature set, and a stored latent variable set extracting unit includes the complete stored signal feature set and the incomplete storage. Using the signal feature set and the latent variable space, an incomplete storage latent variable set that is a storage latent variable set corresponding to the incomplete storage signal feature set is extracted, and the incomplete storage latent variable set and the complete storage latent is a program characterized Rukoto to execute the steps of forming the entire storage latent variable set by combining the variable set.

本発明によれば、蓄積潜在変数抽出部により、付加情報(言語情報)が関連付けられた信号と付加情報が関連付けられていない信号の双方からの、信号と付加情報の関係性を記述するための蓄積潜在変数の抽出することにより、付加情報が関連付けられた信号が少量しか利用できない場合においても、信号と付加情報の関係性を精度良く学習することができる。すなわち、付加情報が関連付けられていない信号を、信号と付加情報との関係性を学習する際に、同時に利用することにより、付加情報が関連付けられた信号のみを少数利用する場合に比べて、高い精度で信号と付加情報の関係性を学習することができる。   According to the present invention, the accumulated latent variable extraction unit describes the relationship between the signal and the additional information from both the signal associated with the additional information (language information) and the signal not associated with the additional information. By extracting the accumulated latent variable, the relationship between the signal and the additional information can be accurately learned even when only a small amount of the signal associated with the additional information can be used. That is, when learning the relationship between a signal and additional information, a signal that is not associated with additional information is used at the same time, which is higher than when only a small number of signals associated with additional information are used. The relationship between the signal and the additional information can be learned with accuracy.

本実施形態による半教師トピックモデル学習装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the semi-teacher topic model learning apparatus by this embodiment. 本実施形態による蓄積潜在変数抽出部の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the accumulation | storage latent variable extraction part by this embodiment. 本実施形態によるトピックモデル学習部の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the topic model learning part by this embodiment. 本実施形態による半教師トピックモデル学習処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the semi-teacher topic model learning process by this embodiment. 本実施形態による蓄積潜在変数抽出部における蓄積潜在変数抽出処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the accumulation latent variable extraction process in the accumulation latent variable extraction part by this embodiment. 本実施形態によるトピックモデル学習部におけるトピックモデル学習処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the topic model learning process in the topic model learning part by this embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
まず、以下で用いる語を次のように定義する。
付加情報とは、対象とする信号を説明する情報(テキストラベル)であり、対象とする信号と異なる種類の信号を広く一般的に指すものとする。ここで用いられる信号の種類としては、たとえば静止画像、動画像(映像)、音響信号(音声、音楽、環境音など)、テキスト、生体信号(脳波、筋電信号など)、地理情報(GPS取得情報、所在地名など)、機器情報(カメラ型番、符号化コーデックなど)など、様々なものが含まれる。以下では、対象とする信号として画像、付加情報としてテキストの場合を例に説明を行うため「蓄積画像」という表現を用いるが、前述のような信号に置き換えることも可能であるため、これを「蓄積信号」と読み替えても良い。完全蓄積画像(信号)とは、付加情報が予め付与された画像(信号)である。不完全蓄積画像(信号)とは、付加情報が付与されていない画像(信号)である。また、完全蓄積画像(信号)集合G={g,g,…,g}は、N(Nは1以上の整数)枚の完全蓄積画像の集合である。不完全蓄積画像(信号)集合G={gN+1,gN+2,…,gN+Nx}は、Nx(Nxは1以上の整数)枚の不完全蓄積画像の集合である。なお、多くの場合N≪Nx(NはNxより十分に小さい)である。また、完全蓄積画像集合Gと不完全蓄積画像集合Gとを合わせて蓄積画像(信号)集合Gとする。蓄積付加情報集合W1={w,w,…,w}は、画像(信号)に付与された付加情報の集合である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the words used below are defined as follows.
The additional information is information (text label) describing the target signal, and generally refers to a signal of a different type from the target signal. The types of signals used here include, for example, still images, moving images (video), acoustic signals (speech, music, environmental sounds, etc.), text, biological signals (electroencephalograms, myoelectric signals, etc.), geographic information (GPS acquisition) Information, location name, etc.) and device information (camera model number, encoding codec, etc.). In the following, the expression “stored image” is used to explain the case where an image is used as a target signal and text is used as additional information. However, since it can be replaced with a signal as described above, It may be read as “accumulated signal”. A completely accumulated image (signal) is an image (signal) to which additional information is given in advance. An incompletely stored image (signal) is an image (signal) to which no additional information is given. Further, a completely accumulated image (signal) set G c = {g 1 , g 2 ,..., G N } is a set of N (N is an integer of 1 or more) sheets of completely accumulated images. The incompletely stored image (signal) set G I = {g N + 1 , g N + 2 ,..., G N + Nx } is a set of Nx (Nx is an integer of 1 or more) sheets of incompletely stored images. In many cases, N << Nx (N is sufficiently smaller than Nx). Also, full storage image set G c and imperfect accumulated image set G I and the combined accumulated image (signal) to the set G. The accumulated additional information set W1 = {w 1 , w 2 ,..., W N } is a set of additional information given to the image (signal).

図1は、本実施形態による半教師トピックモデル学習装置10の機能構成を示すブロック図である。
半教師トピックモデル学習装置10は、完全蓄積画像集合Gと不完全蓄積画像集合Gと蓄積付加情報集合W1とを入力とし、画像と付加情報との関係性を記述するモデルである画像(信号)・付加情報関係モデル(トピックモデル)を出力(学習)する、例えばコンピュータ等から構築される装置である。半教師トピックモデル学習装置10は、蓄積信号特徴抽出部1と、蓄積付加情報特徴抽出部2と、蓄積潜在変数抽出部3と、トピックモデル学習部4とを含んで構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a semi-teacher topic model learning device 10 according to the present embodiment.
Semi-supervised topic model learning unit 10 is complete and the storage image set G c incomplete accumulation image set G I and accumulating additional information set W1 as input, describe the relationship between the image and the additional information model image ( Signal) / additional information relation model (topic model) is output (learned), for example, an apparatus constructed from a computer or the like. The semi-teacher topic model learning device 10 includes an accumulated signal feature extracting unit 1, an accumulated additional information feature extracting unit 2, an accumulated latent variable extracting unit 3, and a topic model learning unit 4.

蓄積信号特徴抽出部1は、完全蓄積画像集合Gと不完全蓄積画像集合Gとを入力とし、完全蓄積画像集合Gの要素である完全蓄積画像と不完全蓄積画像集合Gの要素である不完全蓄積画像のそれぞれから、各画像の特性を表現するベクトルである蓄積画像(信号)特徴を抽出する。そして、蓄積信号特徴抽出部1は、完全蓄積画像(信号)特徴の集合である完全蓄積画像(信号)特徴集合と不完全蓄積画像(信号)特徴の集合である不完全蓄積画像(信号)特徴集合とを蓄積潜在変数抽出部3に出力する。完全蓄積画像特徴は完全蓄積画像の蓄積画像特徴であり、不完全蓄積画像特徴は不完全蓄積画像の蓄積画像特徴である。 Stored signal feature extraction unit 1, a complete and a stored image set G c and imperfect accumulated image set G I as an input, a full storage image set G c elements in a complete stored image and an incomplete storage image set G I elements From each of the incompletely stored images, stored image (signal) features, which are vectors representing the characteristics of each image, are extracted. The accumulated signal feature extraction unit 1 then performs a completely accumulated image (signal) feature set that is a set of completely accumulated image (signal) features and an incompletely accumulated image (signal) feature that is a set of incompletely accumulated image (signal) features. The set is output to the accumulated latent variable extraction unit 3. The completely stored image feature is a stored image feature of the completely stored image, and the incompletely stored image feature is a stored image feature of the incompletely stored image.

具体的には、蓄積信号特徴抽出部1は、蓄積画像が静止画像であれば、まず、各画像について、SURF(Speeded−up robust features;例えばH. Bay, A. Ess, T. Tuytelaars, and L. Van Gool,“Speeded-up robust features (SURF),” CVIU, vol. 110, no. 3, pp. 346-359, 2008.参照)を用いて画像の特徴点を検出する。続いて、蓄積信号特徴抽出部1は、特徴点について計算した局所特徴量を量子化し、量子化した各特徴量をヒストグラムとして表現する。これにより、蓄積信号特徴抽出部1は、完全蓄積画像特徴集合X={x,x,…,x}と不完全蓄積画像特徴集合X={xN+1,xN+2,…,xN+Nx}を求める。画像特徴集合の要素x(n=1,2,3,…,Nx)は、ヒストグラムである。 Specifically, if the accumulated image is a still image, the accumulated signal feature extraction unit 1 first performs SURF (Speed-up robust features; for example, H. Bay, A. Ess, T. Tuytelaars, and L. Van Gool, “Speeded-up robust features (SURF),” CVIU, vol. 110, no. 3, pp. 346-359, 2008.) is used to detect image feature points. Subsequently, the accumulated signal feature extraction unit 1 quantizes the local feature amount calculated for the feature point, and expresses each quantized feature amount as a histogram. As a result, the accumulated signal feature extraction unit 1 performs the complete accumulated image feature set X c = {x 1 , x 2 ,..., X N } and the incomplete accumulated image feature set X I = {x N + 1 , x N + 2 ,. xN + Nx } is obtained. Elements x n (n = 1, 2, 3,..., Nx) of the image feature set are histograms.

また、蓄積画像が動画像であれば、「時系列アクティブ探索(TAS)法(特許第3065314号明細書)」のように時系列信号から生成したヒストグラムを特徴量として利用しても良い。また、蓄積画像の代わりに音響信号を用いる場合には、MFCC(Mel-frequency cepstral coefficients)やchroma特徴量などを用いることができる。また、地理情報であれば、GPSで取得した経度、緯度、時刻等の情報をそのまま特徴量として利用することができる。テキストの場合は、後述の蓄積負荷情報特徴抽出部2の説明で述べる。   If the stored image is a moving image, a histogram generated from a time-series signal as in the “time-series active search (TAS) method (Japanese Patent No. 30653314)” may be used as a feature amount. Further, when an acoustic signal is used instead of the stored image, MFCC (Mel-frequency cepstral coefficients), chroma feature amount, or the like can be used. Further, in the case of geographic information, information such as longitude, latitude, and time acquired by GPS can be used as a feature amount as it is. In the case of text, it will be described in the explanation of the accumulated load information feature extraction unit 2 described later.

なお、本実施形態では、蓄積信号特徴抽出部1は、局所特徴量の量子化ヒストグラムにより蓄積画像特徴を求めているが、これに換えて、例えば、色ヒストグラム、画像中の各小領域のデジタルコサイン変換の低周波成分、Haar waveletの低周波成分もしくは高周波成分、高次局所自己相関特徴(例えば、N. Otsu and T. Kurita “A new scheme for practical flexible and intelligent vision systems,” Proc. IAPR Workshop on Computer Vision, pp.431-435, 1988.参照)などを用いることもできる。また、特徴点の抽出と局所特徴量の計算には上述のSURFを用いているが、これに換えて、例えばSIFT(例えば、D. Lowe, “Distinctive image features from scale-invariant keypoints,” International Journal of Computer Vision, Vol.60, No.2, pp.91-110, 2004.参照)などの他の方法を用いることもできる。   In the present embodiment, the accumulated signal feature extraction unit 1 obtains the accumulated image feature from the quantized histogram of the local feature amount, but instead, for example, a color histogram, digital of each small region in the image Low frequency component of cosine transform, low frequency component or high frequency component of Haar wavelet, high-order local autocorrelation feature (for example, N. Otsu and T. Kurita “A new scheme for practical flexible and intelligent vision systems,” Proc. IAPR Workshop on Computer Vision, pp.431-435, 1988) can also be used. In addition, the above-described SURF is used for feature point extraction and local feature amount calculation. Instead, for example, SIFT (for example, D. Lowe, “Distinctive image features from scale-invariant keypoints,” International Journal other methods such as of Computer Vision, Vol. 60, No. 2, pp. 91-110, 2004) can also be used.

蓄積付加情報特徴抽出部2は、蓄積付加情報集合W1を入力とし、蓄積付加情報集合W1の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出し、この蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合Yを蓄積潜在変数抽出部3に出力する。蓄積付加情報特徴集合Yの抽出方法は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、以下の3つの実施例について説明する。   The accumulated additional information feature extraction unit 2 receives the accumulated additional information set W1 as input, and stores accumulated additional information features that are vectors representing the characteristics of the accumulated additional information from each of the accumulated additional information that is an element of the accumulated additional information set W1. The stored additional information feature set Y, which is a set of stored additional information features, is output to the stored latent variable extraction unit 3. The method of extracting the accumulated additional information feature set Y is not particularly limited, but in the present embodiment, the following three examples will be described.

[第1の実施例]
蓄積付加情報特徴は、テキストラベルに含まれる単語の有無を表現する2値ベクトルである。すなわち、蓄積付加情報特徴は、考慮すべき単語の総数と同数の次元を持つベクトルであり、ベクトルの各次元が単語に対応する。便宜的に、単語を、上記ベクトルにおいて対応する次元のインデックスを用いて表現する。蓄積付加情報特徴抽出部2は、蓄積付加情報に単語iが含まれている場合には蓄積付加情報特徴の第i次元を1とし、そうではない場合には0とする。
[First embodiment]
The accumulated additional information feature is a binary vector that represents the presence or absence of a word included in the text label. That is, the accumulated additional information feature is a vector having the same number of dimensions as the total number of words to be considered, and each dimension of the vector corresponds to a word. For convenience, the word is expressed using the corresponding dimension index in the vector. The accumulated additional information feature extraction unit 2 sets the i-th dimension of the accumulated additional information feature to 1 if the word i is included in the accumulated additional information, and 0 otherwise.

[第2の実施例]
蓄積付加情報特徴として単語共起ベクトルY={y,y,・・・,y}を用いる。蓄積付加情報特徴抽出部2は、単語共起ベクトルyの第d番目の要素yn,dを、テキストラベルwに含まれるd番目の単語の個数とする。
[Second Embodiment]
The word co-occurrence vector Y = {y 1 , y 2 ,..., Y N } is used as the accumulated additional information feature. Storing the additional information feature extraction unit 2, the d-th element y n of word cooccurrence vector y n, the d, and d-th number of words included in the text labels w n.

[第3の実施例]
LSA(Latent Semantic Analysis)を使う。第1または第2の実施例の方法で導出したベクトルを列ベクトルとする行列Wを考え、蓄積付加情報特徴抽出部2は、この行列Wに特異値分解を行うことで、W=UΣV(VはVの転置行列)を満たす正規直交行列U、Vと対角行列Σを得る。Σの対角成分にはWの特異値が並ぶ。このとき、Σの値が左上から降順(値の大きい順)となるように、UとVの列が適切に並びかえられているものとする。次に、蓄積付加情報特徴抽出部2は、予め定められたDyについて、Σの左上Dy×Dyの部分行列ΣDyと、Uの左Dy列までを取り出した部分行列UDyとを用いて、蓄積付加情報特徴y(n=1,2,・・・,N)をy=UDy ΣDyにより得る。
[Third embodiment]
Use LSA (Lentent Semantic Analysis). Considering a matrix W in which the vector derived by the method of the first or second embodiment is a column vector, the accumulated additional information feature extraction unit 2 performs singular value decomposition on this matrix W, so that W = UΣV T ( Obtain orthonormal matrices U and V and diagonal matrix Σ satisfying V T (transpose matrix of V). The singular values of W are arranged in the diagonal component of Σ. At this time, it is assumed that the U and V columns are appropriately rearranged so that the value of Σ is in descending order from the upper left (in descending order). Next, the accumulated additional information feature extraction unit 2 uses a submatrix ΣDy of Σ upper left Dy × Dy and a submatrix U Dy extracted up to the left Dy column of U for a predetermined Dy , storing the additional information, wherein y n (n = 1,2, ··· , n) and obtained by y n = U Dy T Σ Dy w n.

蓄積潜在変数抽出部3は、完全蓄積画像特徴集合Xと、不完全蓄積画像特徴集合Xと、蓄積付加情報特徴集合Yとを入力とし、これらの特徴集合から、画像(信号)と付加情報の関係性を記述するための変数の集合である蓄積潜在変数集合Z={z,z,・・・,zNx+N}を抽出し、この蓄積潜在変数集合をトピックモデル学習部4へ出力する。蓄積潜在変数抽出部3における処理の詳細については後述する。 The accumulated latent variable extraction unit 3 receives the complete accumulated image feature set Xc , the incompletely accumulated image feature set XI, and the accumulated additional information feature set Y as inputs, and from these feature sets, an image (signal) and an additional An accumulated latent variable set Z = {z 1 , z 2 ,..., Z Nx + N }, which is a set of variables for describing information relationships, is extracted, and this accumulated latent variable set is extracted to the topic model learning unit 4. Output. Details of the processing in the accumulated latent variable extraction unit 3 will be described later.

トピックモデル学習部4は、完全蓄積画像特徴集合Xと、不完全蓄積画像特徴集合Xと、蓄積付加情報特徴集合Yと、蓄積潜在変数集合Zとを入力とし、これらの集合から、画像と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを学習(抽出)し、このトピックモデルを出力する。トピックモデル学習部4における処理の詳細については後述する。 Topic model learning unit 4, a full storage image feature set X C, and an incomplete storage image feature set X I, and the accumulated additional information feature set Y, and inputs the accumulation latent variable set Z, from these sets, images A topic model, which is a model that describes the relationship between and the additional information, is learned (extracted), and the topic model is output. Details of the processing in the topic model learning unit 4 will be described later.

次に、蓄積潜在変数抽出部3における処理の詳細について説明する。図2は、本実施形態による蓄積潜在変数抽出部3の機能構成を示すブロック図である。
蓄積潜在変数抽出部3は、関数f:RDx→RDz(Dx次元実数ベクトルの集合からDz次元実数ベクトルの集合を生成する関数)と、関数fxy:RDx×RDy→RDz(Dx次元実数ベクトルの集合とDy次元実数ベクトルの集合とからDz次元実数ベクトルの集合を生成する関数)の組(f,fxy)を、(X,Y)から求めると共に、これらの関数を用いて(X,Y)からZを生成する。ここで、Xは、完全蓄積画像特徴集合Xと不完全蓄積画像特徴集合Xを合わせた蓄積画像特徴集合である。また、Dxは蓄積画像特徴の次元であり、Dyは蓄積付加情報特徴の次元であり、Dzは蓄積潜在変数の次元である。本実施形態では、多変量解析の一種である正準相関分析を改良した方法を用いて蓄積潜在変数集合の抽出を行う。蓄積潜在変数抽出部3は、潜在変数空間生成部31と、完全蓄積潜在変数集合抽出部32と、蓄積潜在変数集合抽出部33とを含んで構成される。
Next, details of the processing in the accumulated latent variable extraction unit 3 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the accumulated latent variable extraction unit 3 according to the present embodiment.
The accumulated latent variable extraction unit 3 includes a function f x : R Dx → R Dz (a function that generates a set of Dz-dimensional real vectors from a set of Dx-dimensional real vectors), and a function f xy : R Dx × R Dy → R Dz A set (f x , f xy ) of (a function that generates a set of Dz-dimensional real vectors from a set of Dx-dimensional real vectors and a set of Dy-dimensional real vectors) is obtained from (X, Y), and these functions Is used to generate Z from (X, Y). Here, X is the accumulation image feature set that matches the full storage image feature set X c and incomplete accumulated image feature set X I. Dx is the dimension of the stored image feature, Dy is the dimension of the stored additional information feature, and Dz is the dimension of the stored latent variable. In the present embodiment, the accumulated latent variable set is extracted using a method obtained by improving canonical correlation analysis, which is a kind of multivariate analysis. The accumulated latent variable extracting unit 3 includes a latent variable space generating unit 31, a complete accumulated latent variable set extracting unit 32, and an accumulated latent variable set extracting unit 33.

潜在変数空間生成部31は、完全蓄積画像特徴集合Xと、不完全蓄積画像特徴集合Xと、蓄積付加情報特徴集合Yとから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成する。潜在変数空間の生成方法は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、潜在変数空間生成部31は、次式(1)で与えられる一般化固有値問題を解くことによって導出する。一般化固有値問題は、式(1)を満たす固有値λおよび固有ベクトルaを求める問題である。 The latent variable space generation unit 31 is a latent variable that is a multidimensional vector space in which accumulated latent variables exist from the completely accumulated image feature set Xc , the incompletely accumulated image feature set XI, and the accumulated additional information feature set Y. Create a space. The generation method of the latent variable space is not particularly limited, but in the present embodiment, the latent variable space generation unit 31 is derived by solving the generalized eigenvalue problem given by the following equation (1). The generalized eigenvalue problem is a problem for obtaining an eigenvalue λ and an eigenvector a that satisfy the equation (1).

Figure 0005499361
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ここで、aは(Dx+Dy)次元のベクトルである。ただし、数式(1)におけるBは次式(2)で表される。   Here, a is a (Dx + Dy) -dimensional vector. However, B in Formula (1) is represented by the following Formula (2).

Figure 0005499361
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また、数式(1)におけるCは次式(3)で表される。   Moreover, C in Formula (1) is represented by following Formula (3).

Figure 0005499361
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ただし、は、(ベクトルもしくは行列の)転置を意味する。またIは、d×dの単位行列を表す。なお、式中の文字上部にハット(^)が付いた文字は、文中において文字の前にハット(^)を記載して示す。B及びCを構成する各要素ハット(^)S(C) xx、ハット(^)S(C) yy、ハット(^)S(C) xy、ハット(^)S(C) yx、ハット(^)Sxx、及びハット(^)Syyは、次式(4)から(9)にて表される。 Where T means transpose (vector or matrix). I d represents a d × d unit matrix. In addition, the character which attached | subjected the hat (^) to the character upper part in a type | formula shows and describes a hat (^) before a character in a sentence. B and each element hat constituting the C (^) S (C) xx, hat (^) S (C) yy , hat (^) S (C) xy , hat (^) S (C) yx , hat ( ^) S xx and hat (^) S yy are expressed by the following equations (4) to (9).

Figure 0005499361
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Figure 0005499361
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Figure 0005499361
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Figure 0005499361
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ここで、βは予め与えられた実数である。なお、一般化固有値問題の解法については、参考文献として、Hardoon, Szedmak and Shawe-Taylor ”Canonical correlation analysis: An overview with applications to learning methods,”Neural Computation, Vol.16, Issue 12, pp.2639-2664, December 2004がある。   Here, β is a real number given in advance. For the solution of the generalized eigenvalue problem, as a reference, Hardon, Szedmak and Shawe-Taylor “Canonical correlation analysis: An overview with applications to learning methods,” Neural Computation, Vol.16, Issue 12, pp.2639- 2664, December 2004.

数式(1)に示す一般化固有値問題を解き、予め定められた数の固有値と固有ベクトルとの組、もしくは固有値の和が予め定められた閾値を上回る最少数の固有値と固有ベクトルとの組を求める、もしくはBartlett検定を用いた方法により決定された数の固有値と固有ベクトルの数を求めることで、潜在変数空間を決定することができる。なお、Bartlett検定については、参考文献として、M.S. Bartlett “THE STATISTICAL SIGNIFICANCE OF CANONICAL CORRELATIONS,”Biometrika, Vol.32 pp.29-37, 1941. がある。   Solving the generalized eigenvalue problem shown in Equation (1) to obtain a set of a predetermined number of eigenvalues and eigenvectors, or a set of a minimum number of eigenvalues and eigenvectors whose sum of eigenvalues exceeds a predetermined threshold. Alternatively, the latent variable space can be determined by obtaining the number of eigenvalues and eigenvectors determined by the method using the Bartlett test. Regarding the Bartlett test, there is M.S. Bartlett “THE STATISTICAL SIGNIFICANCE OF CANONICAL CORRELATIONS,” Biometrika, Vol. 32 pp. 29-37, 1941.

但し、Dzは、取り出した固有値及び固有ベクトルの数であり、Dz≦min(Dx、Dy)を満たす。各固有ベクトルa(d=1,2,・・・,Dz)は、先頭のDx次元ベクトルax,dと後続のDy次元ベクトルay,dとに分解することができる。これにより、潜在変数空間生成部31は潜在変数空間を分解した固有ベクトルを列として持つ行列(A,A)を出力する。ここで、A={ax,1,ax,2,ax,3,…,ax,Dx}であり、A={ay,1,ay,2,ay,3,…,ay,Dy}である。 However, Dz is the number of extracted eigenvalues and eigenvectors and satisfies Dz ≦ min (Dx, Dy). Each eigenvector a d (d = 1, 2,..., Dz) can be decomposed into a leading Dx-dimensional vector a x, d and a subsequent Dy-dimensional vector a y, d . Thereby, the latent variable space generation unit 31 outputs a matrix (A x , A y ) having eigenvectors obtained by decomposing the latent variable space as columns. Here, A x = {a x, 1 , a x, 2 , a x, 3 ,..., A x, Dx }, and A y = {a y, 1 , a y, 2 , a y, 3 ,..., A y, Dy }.

完全蓄積潜在変数集合抽出部32は、完全蓄積画像特徴集合Xと、蓄積付加情報特徴集合Yと、潜在変数空間Aとを用いて、完全蓄積画像特徴集合Xに対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合Zを抽出する。具体的には、まず、完全蓄積潜在変数集合抽出部32は、次式(10)によりfxyを定める。なお、式中の文字上部に〜が付いた文字は、文中において文字の前に〜を記載して示す。 The complete storage latent variable set extraction unit 32 uses the complete storage image feature set Xc , the storage additional information feature set Y, and the latent variable space A to store a storage latent variable set corresponding to the complete storage image feature set Xc. Is extracted as a fully accumulated latent variable set Zc. Specifically, first, the complete accumulation latent variable set extraction unit 32 determines f xy by the following equation (10). In addition, a character with “˜” in the upper part of the character in the formula is indicated by “˜” before the character in the sentence.

Figure 0005499361
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ただし、Λは、式(1)の解のうちd番目に大きい固有値λ(d=1,2,…,Dz)をd番目の対角成分とする対角行列である。また、M及びMは、M =Λを満たし、かつスペクトルノルムが1より小さいDz次元正方行列である。〜Λは次式(11)で表される。 Here, Λ is a diagonal matrix having the d-th eigenvalue λ d (d = 1, 2,..., Dz) as the d-th diagonal component in the solution of Equation (1). M x and M y are Dz-dimensional square matrices that satisfy M x M y T = Λ and whose spectral norm is smaller than 1. ˜Λ is expressed by the following equation (11).

Figure 0005499361
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そして、完全蓄積潜在変数集合抽出部32は、次式(12)から完全蓄積潜在変数集合Zの各要素z(n=1,2,…N)を算出することにより、完全蓄積潜在変数集合Zを抽出する。 Then, the complete accumulation latent variable set extraction unit 32 calculates each element z n (n = 1, 2,... N) of the complete accumulation latent variable set Z c from the following equation (12), whereby the complete accumulation latent variable is calculated. A set Zc is extracted.

Figure 0005499361
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蓄積潜在変数集合抽出部33は、完全蓄積画像特徴集合Xと、不完全蓄積画像特徴集合Xと、潜在変数空間Aとを用いて、不完全蓄積画像特徴集合Xに対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合Zを抽出する。そして、蓄積潜在変数集合抽出部33は、完全蓄積潜在変数集合Zと不完全蓄積潜在変数集合Zとを合わせて蓄積潜在変数集合Z全体を形成する。具体的には、まず、蓄積潜在変数集合抽出部33は、次式(13)によりfを定める。 Accumulated latent variable set extraction unit 33, a full storage image feature set X c, and an incomplete storage image feature set X I, by using the latent variable space A, the storage potential corresponding to the incompletely stored image feature set X I extracting the incomplete storage latent variable set Z I is a variable set. Then, the accumulated latent variable set extraction unit 33 combines the complete accumulated latent variable set Z c and the incomplete accumulated latent variable set Z I to form the entire accumulated latent variable set Z. Specifically, first, accumulated latent variable set extraction unit 33 defines the f x by the following equation (13).

Figure 0005499361
Figure 0005499361

そして、蓄積潜在変数集合抽出部33は、次式(14)から不完全蓄積潜在変数集合Zの各要素z(n=N+1,N+2,…N+Nx)を算出することにより、不完全蓄積潜在変数集合Zを抽出する。 Then, the accumulated latent variable set extraction unit 33 calculates each element z n (n = N + 1, N + 2,... N + Nx) of the incomplete accumulated latent variable set Z I from the following equation (14), thereby obtaining the incomplete accumulated latent potential. to extract a set of variables Z I.

Figure 0005499361
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そして、蓄積潜在変数集合抽出部33は、完全蓄積潜在変数集合Zと不完全蓄積潜在変数集合Zとを合わせて蓄積潜在変数集合Zとし、この蓄積潜在変数集合Zを出力する。 The accumulated latent variable set extraction unit 33, a storage latent variable set Z together with full accumulation latent variable set Z c and incomplete accumulated latent variable set Z I, and outputs the accumulated latent variable set Z.

次に、トピックモデル学習部4における処理の詳細について説明する。図3は、本実施形態によるトピックモデル学習部4の機能構成を示すブロック図である。
トピックモデル学習部4は、潜在変数モデル学習部41と、信号・潜在変数関係モデル学習部42と、初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43と、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44と、付加情報・潜在変数関係モデル補正部45と、収束判定部46とを含んで構成される。
Next, details of processing in the topic model learning unit 4 will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the topic model learning unit 4 according to the present embodiment.
The topic model learning unit 4 includes a latent variable model learning unit 41, a signal / latent variable relationship model learning unit 42, an initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43, an additional information / latent variable relationship model updating unit 44, The additional information / latent variable relationship model correcting unit 45 and the convergence determining unit 46 are included.

潜在変数モデル学習部41は、蓄積潜在変数集合Zを入力とし、この蓄積潜在変数そのものの確率的構造を記述するモデルである潜在変数モデルを学習(抽出)し、この潜在変数モデルを出力する。潜在変数モデルの学習方法は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、以下の3つの実施例について説明する。いずれも、潜在変数モデルとして、蓄積潜在変数zの生起確率p(z)を採用する。   The latent variable model learning unit 41 receives the accumulated latent variable set Z, learns (extracts) a latent variable model that is a model describing the stochastic structure of the accumulated latent variable itself, and outputs the latent variable model. The learning method of the latent variable model is not particularly limited, but in the present embodiment, the following three examples will be described. In either case, the occurrence probability p (z) of the accumulated latent variable z is adopted as the latent variable model.

[第1の実施例]
潜在変数モデル学習部41は、蓄積潜在変数集合Zを用いた次式(15)の多点近似によって、潜在変数モデルp(z)を算出する。ここで、Kz(z)はzをパラメータとする確率密度関数である。Kzとして、たとえばディラックのデルタ関数や正規分布などが利用できる。つまり、潜在変数モデル学習部41は、蓄積潜在変数zをパラメータとする確率密度関数の重ね合わせで潜在変数モデルp(z)を抽出する。
[First embodiment]
The latent variable model learning unit 41 calculates a latent variable model p (z) by multipoint approximation of the following equation (15) using the accumulated latent variable set Z. Here, Kz (z) is a probability density function with z as a parameter. For example, Dirac delta function or normal distribution can be used as Kz. That is, the latent variable model learning unit 41 extracts a latent variable model p (z) by superimposing probability density functions using the accumulated latent variable z as a parameter.

Figure 0005499361
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[第2の実施例]
潜在変数モデル学習部41は、正準相関分析の確率的な構造を考慮し、潜在変数モデルp(z)を次式(16)により算出する。ただし、関数Nは第一引数を平均、第二引数を共分散行列とする正規分布である。
[Second Embodiment]
The latent variable model learning unit 41 considers the probabilistic structure of the canonical correlation analysis and calculates the latent variable model p (z) by the following equation (16). However, the function N is a normal distribution in which the first argument is an average and the second argument is a covariance matrix.

Figure 0005499361
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[第3の実施例]
潜在変数モデル学習部41は、次式(17)に示す混合正規分布によって、潜在変数モデルp(z)を算出する。
[Third embodiment]
The latent variable model learning unit 41 calculates a latent variable model p (z) by a mixed normal distribution represented by the following equation (17).

Figure 0005499361
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ただし、Mzは混合する分布の数、ωはm番目の分布の重み(Σm=1 Mz ω=1)、 ̄zはm番目の分布の平均、Σzmはm番目の分布の分散を表す。Mzを予め定めておくと、ω、 ̄z、ΣzmはEMアルゴリズムで求められる。 However, the number of Mz is mixed distribution, omega m is the weight of the m-th distribution (Σ m = 1 Mz ω m = 1), ¯z m average of the m-th distribution, sigma zm is the m-th distribution Represents the variance. If Mz is determined in advance, ω m ,  ̄z m , and Σ zm can be obtained by the EM algorithm.

信号・潜在変数関係モデル学習部42は、蓄積画像特徴集合Xと蓄積潜在変数集合Zとを入力とし、これらの集合を用いて蓄積画像と蓄積潜在変数との関係性を記述するモデルである信号・潜在変数関係モデルを学習(抽出)し、この信号・潜在変数関係モデルを出力する。信号・潜在変数関係モデルの学習方法は特に限定されるものではないが、本実施形態では、以下の2つの実施例について説明する。いずれも、信号・潜在変数関係モデルとして、蓄積潜在変数zが与えられたときの蓄積画像特徴xの条件付生起確率p(x|z)を採用する。   The signal / latent variable relationship model learning unit 42 receives a stored image feature set X and a stored latent variable set Z, and uses these sets as a signal that describes a relationship between the stored image and the stored latent variable.・ Learning (extracting) the latent variable relationship model and outputting the signal / latent variable relationship model. The learning method of the signal / latent variable relationship model is not particularly limited, but in the present embodiment, the following two examples will be described. In either case, the conditional occurrence probability p (x | z) of the stored image feature x when the stored latent variable z is given is adopted as the signal / latent variable relationship model.

[第1の実施例]
信号・潜在変数関係モデル学習部42は、蓄積潜在変数集合の各要素zについて、信号・潜在変数関係モデルp(x|z)を次式(18)により算出する。つまり、信号・潜在変数関係モデル学習部42は、各蓄積潜在変数zに対して個別に、かつ蓄積画像特徴xをパラメータとする確率密度関数に基づいて信号・潜在変数関係モデルを抽出する。
[First embodiment]
The signal / latent variable relationship model learning unit 42 calculates a signal / latent variable relationship model p (x | z n ) for each element z n of the accumulated latent variable set by the following equation (18). That is, the signal / latent variable relationship model learning unit 42 extracts a signal / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable z n and based on a probability density function using the accumulated image feature x as a parameter.

Figure 0005499361
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ただし、〜zは、蓄積画像特徴xを蓄積潜在変数抽出部3により変換した蓄積潜在変数であり、Kx(z)はzをパラメータとする確率密度関数である。Kxとして、例えば、ディラックのデルタ関数や正規分布などが利用できる。   Here, ~ z is an accumulated latent variable obtained by converting the accumulated image feature x by the accumulated latent variable extracting unit 3, and Kx (z) is a probability density function having z as a parameter. As Kx, for example, Dirac delta function or normal distribution can be used.

[第2の実施例]
信号・潜在変数関係モデル学習部42は、正準相関分析の確率的な構造を考慮し、信号・潜在変数関係モデルp(x|z)を次式(19)により算出する。
[Second Embodiment]
The signal / latent variable relationship model learning unit 42 calculates the signal / latent variable relationship model p (x | z) by the following equation (19) in consideration of the probabilistic structure of the canonical correlation analysis.

Figure 0005499361
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初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43は、蓄積付加情報特徴集合Yと蓄積潜在変数集合Zとを入力とし、これら集合を用いて付加情報と蓄積潜在変数との関係性を記述するモデルである初期付加情報・潜在変数関係モデルを学習(抽出)し、この初期付加情報・潜在変数関係モデルを出力する。初期付加情報・潜在変数関係モデルの学習方法は特に限定されるものではないが、本実施例では、以下の3つの実施例について述べる。いずれも、初期付加情報・潜在変数関係モデルとして、蓄積潜在変数zが与えられたときの付加情報特徴yの条件付生起確率p(y|z)を採用する。   The initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 is a model that uses the stored additional information feature set Y and the stored latent variable set Z as inputs and describes the relationship between the additional information and the stored latent variables using these sets. A certain initial additional information / latent variable relationship model is learned (extracted), and this initial additional information / latent variable relationship model is output. The learning method of the initial additional information / latent variable relationship model is not particularly limited, but in the present embodiment, the following three embodiments will be described. In either case, the conditional occurrence probability p (y | z) of the additional information feature y when the accumulated latent variable z is given is adopted as the initial additional information / latent variable relationship model.

[第1の実施例]
信号・潜在変数関係モデル学習部42と同様の方法が利用できる。
[First embodiment]
A method similar to that of the signal / latent variable relationship model learning unit 42 can be used.

[第2の実施例]
初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43は、蓄積潜在変数集合の各要素zについて、初期付加情報・潜在変数関係モデルp(y|z)を次式(20)から(23)により算出する。つまり、初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43は、各蓄積潜在変数zに対して個別に、かつ付加情報をパラメータとする確率密度関数に基づいて付加情報・潜在変数関係モデルを抽出する。
[Second Embodiment]
The initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 calculates the initial additional information / latent variable relationship model p (y | z n ) from the following equations (20) to (23) for each element z n of the accumulated latent variable set. calculate. That is, the initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 extracts an additional information / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable z n and based on a probability density function using additional information as a parameter. .

Figure 0005499361
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Figure 0005499361
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ここで、μは0≦μ≦1を満たす定数であり、yn,dは蓄積付加情報特徴yの第d要素である。また、Ky(y)はyをパラメータとする確率密度関数であり、例えば、クロネッカーのデルタ関数、多項分布などが利用できる。すなわち、上記の関係式は、まず、各テキストラベルが独立に生起することを仮定し(式(20))、各テキストラベルの生起確率を、各サンプルnでのテキストラベルの経験分布(式(21)のKy(y−yn,d)に相当)と全サンプルでのテキストラベルの経験分布(式(21)のM/Mに相当)とを混合比μで混合して生成することを意味する。 Here, mu is a constant satisfying 0 ≦ μ ≦ 1, y n , d is the d component of the accumulated additional information feature y n. Ky (y) is a probability density function with y as a parameter. For example, a Kronecker delta function or a multinomial distribution can be used. That is, the above relational expression first assumes that each text label occurs independently (formula (20)), and the occurrence probability of each text label is expressed as an empirical distribution (formula ( 21) Ky (equivalent to y d −y n, d )) and the empirical distribution of text labels in all samples (corresponding to M d / M in equation (21)) are generated by mixing at a mixing ratio μ. Means that.

[第3の実施例]
初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43は、正準相関分析の確率的な構造を考慮し、初期付加情報・潜在変数関係モデルp(y|z)を次式(24)により算出する。
[Third embodiment]
The initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 calculates the initial additional information / latent variable relationship model p (y | z) by the following equation (24) in consideration of the probabilistic structure of the canonical correlation analysis.

Figure 0005499361
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付加情報・潜在変数関係モデル更新部44は、初期付加情報・潜在変数関係モデル(もしくは付加情報・潜在変数関係モデル補正部45により補正された付加情報・潜在変数関係モデル)と、蓄積付加情報特徴集合Yと、蓄積潜在変数集合Zとから、不完全蓄積画像特徴集合に対応する蓄積潜在変数の分布を考慮して(初期)付加情報・潜在変数関係モデルを更新し、新たな付加情報・潜在変数関係モデルとして出力する。   The additional information / latent variable relationship model updating unit 44 includes an initial additional information / latent variable relationship model (or additional information / latent variable relationship model corrected by the additional information / latent variable relationship model correcting unit 45) and a stored additional information feature. From the set Y and the stored latent variable set Z, the (initial) additional information / latent variable relation model is updated in consideration of the distribution of the stored latent variables corresponding to the incompletely stored image feature set, and new additional information / latency Output as a variable relation model.

以下、表記の簡略化のために、次式(25)に示す行列表記を導入する。   Hereinafter, in order to simplify the notation, a matrix notation represented by the following equation (25) is introduced.

Figure 0005499361
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m,nは行列Pの(m,n)成分であり、次式(26)により表される。 P m, n is an (m, n) component of the matrix P and is expressed by the following equation (26).

Figure 0005499361
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また、Fn,dは行列Fの(n,d)成分であり、次式(27)により表される。 F n, d is an (n, d) component of the matrix F and is expressed by the following equation (27).

Figure 0005499361
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ここで、行列Fが付加情報・潜在変数関係モデルである。また、初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43により求めた初期付加情報・潜在変数関係モデルをF(0)とし、k回目に更新した付加情報・潜在変数関係モデルをF(k)とする。付加情報・潜在変数関係モデル更新部44は、次式(28)により付加情報・潜在変数関係モデルを更新し、F(k)を新たな付加情報・潜在変数関係モデルとして出力する。 Here, the matrix F is the additional information / latent variable relationship model. Further, the initial additional information / latent variable relationship model obtained by the initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 is F (0), and the additional information / latent variable relationship model updated for the kth time is F (k) . . The additional information / latent variable relationship model updating unit 44 updates the additional information / latent variable relationship model by the following equation (28), and outputs F (k) as a new additional information / latent variable relationship model.

Figure 0005499361
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蓄積画像が大量にある場合、上記の行列Pが大きくなり過ぎる問題が生じることがある。これを回避するために、以下のような方法を取ることもできる。   When there are a large number of stored images, there is a problem that the matrix P becomes too large. In order to avoid this, the following method can be taken.

まず、式(26)にて計算された行列Pの各要素のうち小さい値を取る要素を強制的に0に書き換える。書き換える要素を選択する基準としては、例えば、行列Pの各行についてあらかじめ定められた数の要素を選択する、あらかじめ定められた閾値を下回る要素を選択する、などの方法が考えられる。多くの実施形態において、行列Pの各要素は潜在変数空間内の2つのベクトルの距離によって決定されることから、この場合には、書き換えずにそのまま残す要素を決定することは、潜在変数空間内での近傍探索もしくは範囲探索を行うことと等価となる。   First, among the elements of the matrix P calculated by the equation (26), the element having a small value is forcibly rewritten to 0. As a criterion for selecting an element to be rewritten, for example, a method of selecting a predetermined number of elements for each row of the matrix P or selecting an element that falls below a predetermined threshold can be considered. In many embodiments, each element of the matrix P is determined by the distance between two vectors in the latent variable space, so in this case, determining which elements to leave unmodified is in the latent variable space. Equivalent to performing a neighborhood search or range search at.

次に、0に置き換えずに残した要素のみを保持する新しい行列Pハットを考え、これを行列Pの代わりに用いて式(28)を計算する。   Next, a new matrix P hat that retains only the remaining elements without being replaced with 0 is considered, and this is used instead of the matrix P to calculate equation (28).

元の行列Pがその保持に蓄積画像の数の2乗程度の領域を必要とするのに対し、新しい行列Pハットは、その保持に必要な領域を蓄積画像の数とほぼ同じオーダまで削減することができる。   The original matrix P requires an area about the square of the number of stored images to hold it, while the new matrix P hat reduces the area required to hold it to the same order as the number of stored images. be able to.

付加情報・潜在変数関係モデル補正部45は、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44で更新した付加情報・潜在変数関係モデルと、蓄積付加情報特徴集合Yとから、与えられている蓄積付加情報特徴の情報を一定程度(所定の値)保持するように付加情報・潜在変数関係モデルを補正し、新たな付加情報・潜在変数関係モデルとして出力する。付加情報・潜在変数関係モデルFは、次式(29)で記述できる。   The additional information / latent variable relationship model correcting unit 45 stores the additional information / latent variable relationship model updated by the additional information / latent variable relationship model updating unit 44 and the stored additional information feature set Y. The additional information / latent variable relationship model is corrected so as to hold the feature information to a certain degree (predetermined value), and is output as a new additional information / latent variable relationship model. The additional information / latent variable relationship model F can be described by the following equation (29).

Figure 0005499361
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ここで、F(k) は、完全蓄積画像に対応するN×Dy行列の付加情報・潜在変数関係モデルであり、F(k) は、不完全蓄積画像に対応するNx×Dy行列の付加情報・潜在変数関係モデルを表す。付加情報・潜在変数関係モデル補正部45は、次式(30)により、付加情報・潜在変数関係モデルFのうち、完全蓄積画像に対する付加情報・潜在変数関係モデルを補正する。 Here, F (k) L is the additional information / latent variable relationship model of the N × Dy matrix corresponding to the completely accumulated image, and F (k) U is the Nx × Dy matrix of the incompletely accumulated image. Represents additional information / latent variable relationship model. The additional information / latent variable relationship model correcting unit 45 corrects the additional information / latent variable relationship model for the completely stored image in the additional information / latent variable relationship model F by the following equation (30).

Figure 0005499361
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ここで、Tは(n,n)成分をt(0<t≦1,n=1,2,・・・,N)とする対角行列であり、与えられている付加情報をどの程度重視して、付加情報・潜在変数関係モデルを補正するかを決定するための正則化パラメータである。なお、行列Tの値は予め自由に定めておくことができる。 Here, T is a diagonal matrix with the (n, n) component being t n (0 <t n ≦ 1, n = 1, 2,..., N), It is a regularization parameter for deciding whether to correct the additional information / latent variable relationship model with emphasis on the degree. The value of the matrix T can be freely determined in advance.

収束判定部46は、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44と付加情報・潜在変数関係モデル補正部45とにより補正された付加情報・潜在変数関係モデルと、補正前の付加情報・潜在変数関係モデル(付加情報・潜在変数関係モデル補正部45の1つ前の出力)とを比較する。そして、収束判定部46は、付加情報・潜在変数関係モデルが収束していると判定すれば、付加情報・潜在変数関係モデルを出力して処理を終了し、一方、収束していないと判定すれば、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44へ処理を移行し、再び付加情報・潜在変数関係モデルの更新・補正処理を繰り返す。このとき、収束判定部46は、補正後の付加情報・潜在変数関係モデルF(k+1)と補正前の付加情報・潜在変数関係モデルF(k―1)の行列ノルムを算出し、この行列ノルムの差が所定の閾値以内であれば収束していると判定し、閾値より大きければ収束していないと判定する。 The convergence determination unit 46 includes the additional information / latent variable relationship model corrected by the additional information / latent variable relationship model update unit 44 and the additional information / latent variable relationship model correction unit 45, and the additional information / latent variable relationship before correction. The model (the output immediately before the additional information / latent variable relationship model correction unit 45) is compared. If the convergence determination unit 46 determines that the additional information / latent variable relationship model has converged, the convergence determination unit 46 outputs the additional information / latent variable relationship model and ends the process, while determining that the additional information / latent variable relationship model has not converged. For example, the processing shifts to the additional information / latent variable relationship model update unit 44, and the updating / correction processing of the additional information / latent variable relationship model is repeated again. At this time, the convergence determination unit 46 calculates a matrix norm of the corrected additional information / latent variable relationship model F (k + 1) and the corrected additional information / latent variable relationship model F (k−1) , and this matrix norm If the difference is within a predetermined threshold value, it is determined that it has converged, and if it is greater than the threshold value, it is determined that it has not converged.

トピックモデル学習部4は、潜在変数モデルと、信号・潜在変数関係モデルと、付加情報・潜在変数関係モデルとを統合してトピックモデルとし、このトピックモデルを出力する。   The topic model learning unit 4 integrates the latent variable model, the signal / latent variable relationship model, and the additional information / latent variable relationship model into a topic model, and outputs the topic model.

次に、図4から6を参照して、本実施形態による半教師トピックモデル学習装置1における半教師トピックモデル学習処理について説明する。図4は、半教師トピックモデル学習処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップS1において、蓄積信号特徴抽出部1が、完全蓄積画像集合及び不完全蓄積画像集合の要素である画像それぞれから各画像の特徴を抽出し、完全蓄積画像特徴集合X及び不完全蓄積画像特徴集合Xを生成する。次に、ステップS2において、蓄積付加情報特徴抽出部2が、蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報それぞれから蓄積付加情報特徴を抽出し、蓄積付加情報特徴集合Yを生成する。次に、ステップS3において、蓄積潜在変数抽出部3が、完全蓄積画像特徴集合Xと不完全蓄積画像特徴集合Xと蓄積付加情報特徴集合Yとから、蓄積潜在変数集合Zを抽出する。最後に、ステップS4において、トピックモデル学習部4が、完全蓄積画像特徴集合Xと、不完全蓄積画像特徴集合Xと、蓄積付加情報特徴集合Yと、及び蓄積潜在変数集合Zとに基づいて、画像・付加情報関係モデルであるトピックモデルを抽出する。
Next, the semi-teacher topic model learning process in the semi-teacher topic model learning apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the semi-teacher topic model learning process.
First, in step S1, the stored signal feature extraction unit 1 extracts the complete stored image set and the image feature of each image from each is an element of the incomplete storage image set, full storage image feature set X C and incomplete storage An image feature set XI is generated. Next, in step S2, the accumulated additional information feature extraction unit 2 extracts accumulated additional information features from each accumulated additional information that is an element of the accumulated additional information set, and generates an accumulated additional information feature set Y. Next, in step S3, the accumulation latent variable extractor 3, and a full storage image feature set X C and incomplete accumulated image feature set X I and accumulating additional information feature set Y, extracts the accumulated latent variable set Z. Finally, based on in step S4, the topic model learning unit 4, a full storage image feature set X C, and an incomplete storage image feature set X I, the accumulated additional information feature set Y, and a storage latent variable set Z Thus, a topic model that is an image / additional information relation model is extracted.

図5は、本実施形態による蓄積潜在変数抽出部3における蓄積潜在変数抽出処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップS31において、潜在変数空間生成部31が、完全蓄積画像特徴集合Xと不完全蓄積画像特徴集合Xと蓄積付加情報特徴集合Yとから、潜在変数空間wを生成する。次に、ステップS32において、完全蓄積潜在変数集合抽出部32が、完全蓄積画像特徴集合Xと蓄積付加情報特徴集合Yと潜在変数空間wとを用いて、完全蓄積潜在変数集合Zを抽出する。最後に、ステップS33において、蓄積潜在変数集合抽出部33が、完全蓄積画像特徴集合Xと不完全蓄積画像特徴集合Xと潜在変数空間wとを用いて、不完全蓄積潜在変数集合Zを抽出して、蓄積潜在変数集合Z全体を形成する。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of accumulated latent variable extraction processing in the accumulated latent variable extracting unit 3 according to the present embodiment.
First, in step S31, the latent variable space generation unit 31, and a full storage image feature set X C and incomplete accumulated image feature set X I and accumulating additional information feature set Y, to generate a latent variable space w. Next, in step S32, fully accumulated latent variable set extraction unit 32, full storage image feature set using the X C and accumulating additional information feature set Y and latent variable space w, a complete accumulation latent variable set Z C extraction To do. Finally, in step S33, accumulated latent variable set extraction unit 33, by using the latent variable space w completely stored image feature set X C and incomplete accumulated image feature set X I, incomplete storage latent variable set Z I Are extracted to form the entire accumulated latent variable set Z.

図6は、本実施形態によるトピックモデル学習部4におけるトピックモデル学習処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップS41において、潜在変数モデル学習部41が、蓄積潜在変数集合Zから潜在変数モデルp(z)を学習する。次に、ステップS42において、信号・潜在変数関係モデル学習部42が、蓄積画像特徴集合Xと蓄積潜在変数集合Zから信号・潜在変数関係モデルp(x|z)を学習する。次に、ステップS43において、初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部43が、蓄積付加情報特徴集合Yと蓄積潜在変数集合Zとから初期付加情報・潜在変数関係モデルp(y|z)を学習する。
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the topic model learning process in the topic model learning unit 4 according to the present embodiment.
First, in step S41, the latent variable model learning unit 41 learns a latent variable model p (z) from the accumulated latent variable set Z. Next, in step S42, the signal / latent variable relationship model learning unit 42 learns the signal / latent variable relationship model p (x | z) from the accumulated image feature set X and the accumulated latent variable set Z. Next, in step S43, the initial additional information / latent variable relationship model learning unit 43 learns the initial additional information / latent variable relationship model p (y | z) from the accumulated additional information feature set Y and the accumulated latent variable set Z. To do.

次に、ステップS44において、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44が、初期付加情報・潜在変数関係モデルp(y|z)もしくは、付加情報・潜在変数関係モデル補正部45により補正された付加情報・潜在変数関係モデルを更新する。次に、ステップS45において、付加情報・潜在変数関係モデル補正部45が、付加情報・潜在変数関係モデルを補正する。そして、ステップS46において、収束判定部46が、補正後の付加情報・潜在変数関係モデルと補正前の付加情報・潜在変数関係モデルとを比較し、収束したか否かを判定する。収束したと判定した場合には、収束判定部46は、この補正後の付加情報・潜在変数関係モデルを出力して処理を終了する。一方、収束していないと判定した場合には、ステップS44へ処理を移行する。   Next, in step S 44, the additional information / latent variable relationship model updating unit 44 adds the initial additional information / latent variable relationship model p (y | z) or the additional information / latent variable relationship model correction unit 45 corrected. Update information / latent variable relationship model. Next, in step S45, the additional information / latent variable relationship model correcting unit 45 corrects the additional information / latent variable relationship model. In step S46, the convergence determination unit 46 compares the corrected additional information / latent variable relationship model with the uncorrected additional information / latent variable relationship model to determine whether or not the convergence has occurred. If it is determined that it has converged, the convergence determination unit 46 outputs the corrected additional information / latent variable relationship model and ends the process. On the other hand, when it determines with not having converged, it transfers a process to step S44.

このように、本実施形態によれば、蓄積潜在変数抽出部3により、付加情報が関連付けられた画像と付加情報が関連付けられていない画像の双方からの、画像と付加情報の関係性を記述するための蓄積潜在変数の抽出することにより、付加情報が関連付けられた画像が少量しか利用できない場合においても、画像と付加情報の関係性を精度良く学習することができる。すなわち、付加情報が関連付けられていない画像を、画像と付加情報との関係性を学習する際に、同時に利用することにより、付加情報が関連付けられた画像のみを少数利用する場合に比べて、高い精度で画像と付加情報の関係性を学習することができる。
また、付加情報・潜在変数関係モデル更新部44及び付加情報・潜在変数関係モデル補正部45において、付加情報・潜在変数関係モデルが収束するまで更新及び補正をすることにより、より高精度な付加情報・潜在変数関係モデルを出力することができる。
Thus, according to the present embodiment, the accumulated latent variable extraction unit 3 describes the relationship between the image and the additional information from both the image associated with the additional information and the image not associated with the additional information. By extracting the storage latent variables for this purpose, even when only a small amount of the image associated with the additional information can be used, the relationship between the image and the additional information can be learned with high accuracy. That is, when learning the relationship between an image and additional information, an image that is not associated with additional information is used at the same time, which is higher than when only a small number of images associated with additional information are used. The relationship between the image and the additional information can be learned with accuracy.
Further, the additional information / latent variable relationship model update unit 44 and the additional information / latent variable relationship model correction unit 45 update and correct the additional information / latent variable relationship model until the additional information / latent variable relationship model converges, thereby providing more accurate additional information.・ Latent variable relationship model can be output.

また、図4から6に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、半教師トピックモデル学習処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
Also, a program for realizing each step shown in FIGS. 4 to 6 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby executing a semi-teacher. You may perform a topic model learning process. Here, the “computer system” may include an OS and hardware such as peripheral devices.
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” means a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a writable nonvolatile memory such as a flash memory, a portable medium such as a CD-ROM, a hard disk built in a computer system, etc. This is a storage device.

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
Further, the “computer-readable recording medium” means a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic DRAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted through a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)), etc., which hold programs for a certain period of time.
The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、蓄積画像集合と蓄積付加情報集合を入力しているが、半教師トピックモデル学習装置10が記憶部を備え、この記憶部に蓄積画像集合及び蓄積付加情報集合を予め記憶しておいてもよい。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, in the present embodiment, an accumulated image set and an accumulated additional information set are input. However, the semi-teacher topic model learning device 10 includes a storage unit, and the accumulated image set and the accumulated additional information set are stored in advance in the storage unit. You may keep it.

1… 蓄積信号特徴抽出部 2…蓄積付加情報特徴抽出部 3…蓄積潜在変数抽出部 4…トピックモデル学習部 10…半教師トピックモデル学習装置 31…潜在変数空間生成部 32…完全蓄積潜在変数集合抽出部 33…蓄積潜在変数集合抽出部 41…潜在変数モデル学習部 42…信号・潜在変数関係モデル学習部 43…初期付加情報・潜在変数関係モデル学習部 44…付加情報・潜在変数関係モデル更新部 45…付加情報・潜在変数モデル補正部 46…収束判定部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Accumulated signal feature extraction part 2 ... Accumulated additional information feature extraction part 3 ... Accumulation latent variable extraction part 4 ... Topic model learning part 10 ... Semi-teacher topic model learning device 31 ... Latent variable space generation part 32 ... Complete accumulation latent variable set Extraction unit 33 ... accumulated latent variable set extraction unit 41 ... latent variable model learning unit 42 ... signal / latent variable relationship model learning unit 43 ... initial additional information / latent variable relationship model learning unit 44 ... additional information / latent variable relationship model update unit 45 ... Additional information / latent variable model correction unit 46 ... Convergence determination unit

Claims (9)

与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置であって、
付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出する蓄積信号特徴抽出部と、
前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出する蓄積付加情報特徴抽出部と、
前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出する蓄積潜在変数抽出部と、
前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するトピックモデル学習部と
を備え
前記蓄積潜在変数抽出部は、
前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成する潜在変数空間生成部と、
前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出する完全蓄積潜在変数集合抽出部と、
前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成する蓄積潜在変数集合抽出部と
を備えることを特徴とすることを特徴とする半教師トピックモデル学習装置。
A semi-teacher topic model learning device that learns the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal,
A complete accumulation signal that is an element of a complete accumulation signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance, and an incomplete accumulation signal that is an element of an incomplete accumulation signal set that is a set of signals to which no additional information is given An accumulated signal feature extraction unit that extracts an accumulated signal feature that is a vector expressing the characteristics of each signal from each of the
Accumulated additional information that extracts a stored additional information feature that is a vector expressing the characteristics of the accumulated additional information from each of the accumulated additional information that is an element of the accumulated additional information set that is a set of additional information assigned to the complete accumulated signal A feature extraction unit;
A complete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the complete accumulated signal, an incomplete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the incomplete accumulated signal, and an accumulation that is a set of the accumulated additional information features. An accumulated latent variable extracting unit that extracts an accumulated latent variable that is a variable for describing the relationship between the signal and the additional information from the additional information feature set;
Describe the relationship between the signal and additional information from the complete stored signal feature set, the incomplete stored signal feature set, the stored additional information feature set, and the stored latent variable set that is a set of the stored latent variables. and a topic model learning unit for extracting topic model is a model,
The accumulated latent variable extraction unit includes:
A latent variable space generation unit that generates a latent variable space that is a multidimensional vector space in which a stored latent variable exists, from the complete stored signal feature set, the incomplete stored signal feature set, and the stored additional information feature set;
A fully stored latent variable that extracts a fully stored latent variable set that is a stored latent variable set corresponding to the complete stored signal feature set using the complete stored signal feature set, the stored additional information feature set, and the latent variable space. A set extraction unit;
Using the complete stored signal feature set, the incomplete stored signal feature set, and the latent variable space, an incomplete stored latent variable set that is a stored latent variable set corresponding to the incomplete stored signal feature set is extracted, An accumulated latent variable set extraction unit that forms the entire accumulated latent variable set by combining the incompletely accumulated latent variable set and the complete accumulated latent variable set;
Semi-supervised topic model learning device which is characterized in that said Rukoto equipped with.
前記トピックモデル学習部は、
前記蓄積潜在変数集合から、蓄積潜在変数そのものの確率的構造を記述するモデルである潜在変数モデルを抽出する潜在変数モデル学習部と、
前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、信号と潜在変数との関係性を記述するモデルである信号・潜在変数関係モデルを抽出する信号・潜在変数関係モデル学習部と、
前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、付加情報と潜在変数との関係性を記述するモデルである付加情報・潜在変数関係モデルを抽出する付加情報・潜在変数関係モデル学習部と
を備え、
前記潜在変数モデルと前記信号・潜在変数関係モデルと前記付加情報・潜在変数関係モデルとを統合してトピックモデルとする
ことを特徴とする請求項1に記載の半教師トピックモデル学習装置。
The topic model learning unit
A latent variable model learning unit that extracts a latent variable model that is a model describing a stochastic structure of the accumulated latent variable itself from the accumulated latent variable set;
A signal / latent variable for extracting a signal / latent variable relationship model, which is a model describing the relationship between a signal and a latent variable, from the complete accumulated signal feature set, the incompletely accumulated signal feature set, and the accumulated latent variable set A relationship model learning unit;
An additional information / latent variable relationship model learning unit that extracts an additional information / latent variable relationship model, which is a model describing the relationship between additional information and latent variables, from the stored additional information feature set and the stored latent variable set; With
The semi-teacher topic model learning device according to claim 1, wherein the latent variable model, the signal / latent variable relationship model, and the additional information / latent variable relationship model are integrated into a topic model.
前記トピックモデル学習部は、
前記付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、前記不完全蓄積信号特徴集合に対応する潜在変数の分布を考慮して前記付加情報・潜在変数関係モデルを更新する付加情報・潜在変数関係モデル更新部と、
前記付加情報・潜在変数関係モデルが更新した付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合とから、当該蓄積付加情報特徴集合の情報を一定程度保持するように付加情報・潜在変数関係モデルを補正する付加情報・潜在変数関係モデル補正部と
を更に備えることを特徴とする請求項に記載の半教師トピックモデル学習装置。
The topic model learning unit
From the additional information / latent variable relationship model, the accumulated additional information feature set, and the accumulated latent variable set, the additional information / latent variable relationship model is considered in consideration of the distribution of latent variables corresponding to the incompletely accumulated signal feature set. Additional information / latent variable relationship model update unit for updating
From the additional information / latent variable relationship model updated by the additional information / latent variable relationship model and the stored additional information feature set, the additional information / latent variable relationship model so that the information of the stored additional information feature set is retained to a certain extent. The semi-teacher topic model learning apparatus according to claim 2 , further comprising: an additional information / latent variable relationship model correcting unit that corrects
前記潜在変数モデル学習部は、各蓄積潜在変数をパラメータとする確率密度関数の重ね合わせで潜在変数モデルを抽出し、
前記信号・潜在変数関係モデル学習部は、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ蓄積信号特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、信号・潜在変数関係モデルを抽出し、
前記付加情報・潜在変数関係モデル学習部は、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ付加情報特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、付加情報・潜在変数関係モデルを抽出する
ことを特徴とする請求項又はに記載の半教師トピックモデル学習装置。
The latent variable model learning unit extracts a latent variable model by superimposing a probability density function using each accumulated latent variable as a parameter,
The signal / latent variable relationship model learning unit extracts a signal / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function having a stored signal feature as a parameter,
The additional information / latent variable relationship model learning unit extracts the additional information / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function using the additional information feature as a parameter. The semi-teacher topic model learning device according to claim 2 or 3 .
与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置において用いられる半教師トピックモデル学習方法であって、
蓄積信号特徴抽出部が、付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出するステップと、
蓄積付加情報特徴抽出部が、前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出するステップと、
蓄積潜在変数抽出部が、前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出するステップと、
トピックモデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するステップと
を含み、
前記蓄積潜在変数を抽出するステップは、
潜在変数空間生成部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成するステップと、
完全蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出するステップと、
蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成するステップと
を含むことを特徴とする半教師トピックモデル学習方法。
A semi-teacher topic model learning method used in a semi-teacher topic model learning device that learns the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal,
The accumulated signal feature extraction unit includes a complete accumulated signal that is an element of a complete accumulated signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance, and an incomplete accumulated signal set that is a set of signals to which no additional information is given. Extracting a stored signal feature, which is a vector representing the characteristics of each signal, from each of the incompletely stored signals as elements;
The accumulated additional information feature extraction unit is a vector that expresses the characteristics of accumulated additional information from each of the accumulated additional information that is an element of the accumulated additional information set that is a set of additional information added to the complete accumulated signal. Extracting information features;
An accumulated latent variable extraction unit includes a complete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the completely accumulated signal, an incomplete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the incomplete accumulated signal, and the accumulation addition. Extracting a stored latent variable that is a variable for describing a relationship between a signal and additional information from a stored additional information feature set that is a set of information features;
A topic model learning unit includes a signal and additional information from the complete stored signal feature set, the incomplete stored signal feature set, the stored additional information feature set, and a stored latent variable set that is a set of the stored latent variables. look including a step of extracting the topic model is a model that describes the relationship between,
Extracting the accumulated latent variable comprises:
A latent variable space generation unit generates a latent variable space, which is a multidimensional vector space in which accumulated latent variables exist, from the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the accumulated additional information feature set. When,
A complete storage latent variable set extraction unit uses the complete storage signal feature set, the stored additional information feature set, and the latent variable space to store a complete storage latency that is a storage latent variable set corresponding to the complete storage signal feature set. Extracting a set of variables;
The accumulated latent variable set extraction unit uses the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the latent variable space, and is an incomplete accumulation that is an accumulated latent variable set corresponding to the incomplete accumulated signal feature set. Extracting a latent variable set and combining the incompletely stored latent variable set and the complete stored latent variable set to form an entire stored latent variable set;
Semi-supervised topic model learning method which is characterized in containing Mukoto a.
前記トピックモデルを抽出するステップは、
潜在変数モデル学習部が、前記蓄積潜在変数集合から、蓄積潜在変数そのものの確率的構造を記述するモデルである潜在変数モデルを抽出するステップと、
信号・潜在変数関係モデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、信号と潜在変数との関係性を記述するモデルである信号・潜在変数関係モデルを抽出するステップと、
付加情報・潜在変数関係モデル学習部が、前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、付加情報と潜在変数との関係性を記述するモデルである付加情報・潜在変数関係モデルを抽出するステップと
を含み、
前記潜在変数モデルと前記信号・潜在変数関係モデルと前記付加情報・潜在変数関係モデルとを統合してトピックモデルとする
ことを特徴とする請求項5に記載の半教師トピックモデル学習方法。
Extracting the topic model comprises:
A latent variable model learning unit extracting a latent variable model, which is a model describing a stochastic structure of the accumulated latent variable itself, from the accumulated latent variable set;
The signal / latent variable relationship model learning unit is a signal / latency model that describes a relationship between a signal and a latent variable from the complete accumulated signal feature set, the incompletely accumulated signal feature set, and the accumulated latent variable set. Extracting a variable relationship model;
The additional information / latent variable relationship model learning unit extracts an additional information / latent variable relationship model, which is a model describing the relationship between additional information and latent variables, from the accumulated additional information feature set and the accumulated latent variable set. Including steps and
The semi-teacher topic model learning method according to claim 5, wherein the latent variable model, the signal / latent variable relationship model, and the additional information / latent variable relationship model are integrated into a topic model.
前記トピックモデルを抽出するステップは、
付加情報・潜在変数関係モデル更新部が、前記付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合と前記蓄積潜在変数集合とから、前記不完全蓄積信号特徴集合に対応する潜在変数の分布を考慮して前記付加情報・潜在変数関係モデルを更新するステップと、
付加情報・潜在変数関係モデル補正部が、前記付加情報・潜在変数関係モデルが更新した付加情報・潜在変数関係モデルと前記蓄積付加情報特徴集合とから、当該蓄積付加情報特徴集合の情報を一定程度保持するように付加情報・潜在変数関係モデルを補正するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項に記載の半教師トピックモデル学習方法。
Extracting the topic model comprises:
The additional information / latent variable relationship model update unit calculates a latent variable distribution corresponding to the incompletely stored signal feature set from the additional information / latent variable relationship model, the stored additional information feature set, and the stored latent variable set. Updating the additional information / latent variable relationship model in consideration of;
The additional information / latent variable relationship model correction unit obtains a certain amount of information of the accumulated additional information feature set from the additional information / latent variable relationship model updated by the additional information / latent variable relationship model and the accumulated additional information feature set. The method of learning a semi-teacher topic model according to claim 6 , further comprising: correcting the additional information / latent variable relationship model so as to be retained.
前記潜在変数モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数をパラメータとする確率密度関数の重ね合わせで潜在変数モデルを抽出し、
前記信号・潜在変数関係モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ蓄積信号特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、信号・潜在変数関係モデルを抽出し、
前記付加情報・潜在変数関係モデルを抽出するステップは、各蓄積潜在変数に対して個別に、かつ付加情報特徴をパラメータとする確率密度関数に基づいて、付加情報・潜在変数関係モデルを抽出する
ことを特徴とする請求項又はに記載の半教師トピックモデル学習方法。
The step of extracting the latent variable model extracts a latent variable model by superimposing a probability density function having each accumulated latent variable as a parameter,
The step of extracting the signal / latent variable relationship model extracts a signal / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function having the accumulated signal feature as a parameter,
The step of extracting the additional information / latent variable relationship model includes extracting the additional information / latent variable relationship model individually for each accumulated latent variable and based on a probability density function having the additional information feature as a parameter. The semi-teacher topic model learning method according to claim 6 or 7 .
与えられた信号と、その信号を説明する情報である付加情報との関係性を学習する半教師トピックモデル学習装置としてのコンピュータに、
蓄積信号特徴抽出部が、付加情報が予め付与された信号の集合である完全蓄積信号集合の要素である完全蓄積信号、及び付加情報が与えられていない信号の集合である不完全蓄積信号集合の要素である不完全蓄積信号のそれぞれから、各信号の特性を表現するベクトルである蓄積信号特徴を抽出するステップと、
蓄積付加情報特徴抽出部が、前記完全蓄積信号に付与された付加情報の集合である蓄積付加情報集合の要素である蓄積付加情報のそれぞれから、蓄積付加情報の特性を表現するベクトルである蓄積付加情報特徴を抽出するステップと、
蓄積潜在変数抽出部が、前記完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号の蓄積信号特徴の集合である不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴の集合である蓄積付加情報特徴集合とから、信号と付加情報の関係性を記述するための変数である蓄積潜在変数を抽出するステップと、
トピックモデル学習部が、前記完全蓄積信号特徴集合と、前記不完全蓄積信号特徴集合と、前記蓄積付加情報特徴集合と、前記蓄積潜在変数の集合である蓄積潜在変数集合とから、信号と付加情報との関係性を記述するモデルであるトピックモデルを抽出するステップと
を実行させ
前記蓄積潜在変数を抽出するステップは、
潜在変数空間生成部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合とから、蓄積潜在変数が存在する多次元ベクトル空間である潜在変数空間を生成するステップと、
完全蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記蓄積付加情報特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、前記完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である完全蓄積潜在変数集合を抽出するステップと、
蓄積潜在変数集合抽出部が、前記完全蓄積信号特徴集合と前記不完全蓄積信号特徴集合と前記潜在変数空間とを用いて、不完全蓄積信号特徴集合に対応する蓄積潜在変数集合である不完全蓄積潜在変数集合を抽出し、当該不完全蓄積潜在変数集合と前記完全蓄積潜在変数集合とを合わせて蓄積潜在変数集合全体を形成するステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。
To a computer as a semi-teacher topic model learning device that learns the relationship between a given signal and additional information that is information describing the signal,
The accumulated signal feature extraction unit includes a complete accumulated signal that is an element of a complete accumulated signal set that is a set of signals to which additional information is given in advance, and an incomplete accumulated signal set that is a set of signals to which no additional information is given. Extracting a stored signal feature, which is a vector representing the characteristics of each signal, from each of the incompletely stored signals as elements;
The accumulated additional information feature extraction unit is a vector that expresses the characteristics of accumulated additional information from each of the accumulated additional information that is an element of the accumulated additional information set that is a set of additional information added to the complete accumulated signal. Extracting information features;
An accumulated latent variable extraction unit includes a complete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the completely accumulated signal, an incomplete accumulated signal feature set that is a set of accumulated signal features of the incomplete accumulated signal, and the accumulation addition. Extracting a stored latent variable that is a variable for describing a relationship between a signal and additional information from a stored additional information feature set that is a set of information features;
A topic model learning unit includes a signal and additional information from the complete stored signal feature set, the incomplete stored signal feature set, the stored additional information feature set, and a stored latent variable set that is a set of the stored latent variables. to execute the steps of extracting the topic model is a model that describes the relationship between,
Extracting the accumulated latent variable comprises:
A latent variable space generation unit generates a latent variable space, which is a multidimensional vector space in which accumulated latent variables exist, from the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the accumulated additional information feature set. When,
A complete storage latent variable set extraction unit uses the complete storage signal feature set, the stored additional information feature set, and the latent variable space to store a complete storage latency that is a storage latent variable set corresponding to the complete storage signal feature set. Extracting a set of variables;
The accumulated latent variable set extraction unit uses the complete accumulated signal feature set, the incomplete accumulated signal feature set, and the latent variable space, and is an incomplete accumulation that is an accumulated latent variable set corresponding to the incomplete accumulated signal feature set. Extracting a latent variable set and combining the incompletely stored latent variable set and the complete stored latent variable set to form an entire stored latent variable set;
Program characterized Rukoto allowed to run.
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