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JP7338680B2 - イベント発生時刻学習装置、イベント発生時刻推定装置、イベント発生時刻学習方法、イベント発生時刻推定方法、イベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻推定プログラム - Google Patents
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JP7338680B2 - イベント発生時刻学習装置、イベント発生時刻推定装置、イベント発生時刻学習方法、イベント発生時刻推定方法、イベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻推定プログラム - Google Patents

イベント発生時刻学習装置、イベント発生時刻推定装置、イベント発生時刻学習方法、イベント発生時刻推定方法、イベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻推定プログラム Download PDF

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Description

本開示は、イベント発生時刻学習装置、イベント発生時刻推定装置、イベント発生時刻学習方法、イベント発生時刻推定方法、イベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻推定プログラムに関する。
従来、時系列に沿って取得された一連の複数のデータを用いてイベントが発生するまでの時間を推定する技術が存在する。例えば、非特許文献1では、生存分析と深層学習技術(特に、RNN(Recurrent Neural Network))を用いることにより、ドライブレコーダの一連の画像からイベント発生(例えば、ヒヤリハットの発生)までの時間の推定を、周囲の歩行者や車などの位置等の特徴とヒヤリハットの発生までの時間との非線形的な関係をモデル化することにより、可能にしている。
また、非特許文献2のように推定時点の情報(例えば、診療データ)からイベントが発生するまでの時間をイベントの発生分布に対する仮定なしで推定する技術が存在する。具体的には、生存分析と深層学習技術(特にRNN)を用いて、診療データと、各時間区間(例えば診療当日中又はその翌日中)でのイベントの発生し易さとの間の非線形的な関係(例えば、診療データ中の血圧及び血中コレステロール値などの数値と病気の発症率との関係)をモデル化することにより、イベントが発生するまでの時間の推定を可能にしている。
瀧本ら、「ドライブレコーダデータに基づくヒヤリハット発生推定」、DEIM2019、インターネット<URL:http://db-event.jpn.org/deim2019/post/papers/388.pdf> Kan Ren et al.,"Deep Recurrent Survival Analysis". In: arXiv preprint arXiv:1809.02403 (2018).
しかしながら、上記の従来技術には未解決の点がある。
非特許文献1に記載の技術では、推定時点からの経過時間とイベントの発生し易さの分布との関係性を図8のように予め定める必要があるため、複雑な時間変化を伴う場合、又は予め関係性を捉えられない場合に、適切にイベント発生までの時間が捉えられない。例えば、入力としてドライブレコーダによって撮影された映像を想定し、イベントとして交通事故を想定する場合を考察する。交通事故の発生のし易さは周囲の物体の位置及び相対速度等によって変化すると考えられるが、その影響の仕方(危険度の大きさ及び影響を与える時間)は非常に複雑である。例えば、並走している車両との衝突の可能性は時間によって変化しない。一方、前方にいる歩行者は、1秒後から3秒後には衝突する可能性があるが、それ以外の時間には衝突する可能性はない。また、同一の歩行者であっても、自車の速度によっては直後にのみ衝突し易いことなどが考えられる。このように多様な状態を想定し、予め分布の形状を事前に捉えることは困難であり、推定精度が制限される。
非特許文献2に記載の技術では、入力として時系列データを扱えないため、入力の時間変化を適切に捉えられない、といった問題がある。例えば、上記と同様に、入力としてドライブレコーダによって撮影された映像を想定し、イベントとして交通事故を想定する場合を考察する。交通事故が発生するタイミングを推定するには、物体の動きを考慮し、周囲の歩行者が近づいているのか、離れているか、及び、その歩行者の速さを考慮する必要がある。しかし、非特許文献2に記載の技術では、これを捉えることができない。
開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであり、時系列データからイベントが発生する時刻を精度よく推定するためのハザード関数を学習することができるイベント発生時刻学習装置、イベント発生時刻学習方法、及びイベント発生時刻学習プログラムを提供することを目的とする。
また、時系列データからイベントが発生する時間を精度よく推定することができるイベント発生時刻推定装置、イベント発生時刻推定方法、及びイベント発生時刻推定プログラムを提供することを目的とする。
本開示の第1態様は、イベント発生時刻学習装置であって、データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定するハザード推定部と、前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定するパラメータ推定部と、を含み、前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する。
本開示の第2態様は、イベント発生時刻推定装置であって、一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付ける入力部と、前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定するハザード推定部と、前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定するイベント発生時刻推定部と、を含み、前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する。
本開示の第3態様は、イベント発生時刻学習方法であって、ハザード推定部が、データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、パラメータ推定部が、前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定することを含み、前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する。
本開示の第4態様は、イベント発生時刻推定方法であって、入力部が、一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、ハザード推定部が、前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、イベント発生時刻推定部が、前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定することを含み、前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する。
本開示の第5態様は、イベント発生時刻学習プログラムであって、データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定することをコンピュータに実行させるためのイベント発生時刻学習プログラムであって、前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、プログラムである。
本開示の第6態様は、イベント発生時刻推定プログラムであって、一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定することをコンピュータに実行させるためのイベント発生時刻推定プログラムであって、前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、プログラムである。
開示の技術によれば、時系列データからイベントが発生する時刻を精度よく推定するためのハザード関数を学習することができる。
また、開示の技術によれば、時系列データからイベントが発生する時間を精度よく推定することができる。
本実施形態に係るハザード推定の方法を説明するための図である。 本実施形態に係るイベント発生時刻推定装置として機能するコンピュータの一例の概略ブロック図である。 本実施形態に係るイベント発生時刻推定装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るニューラルネットワークの構造を示すブロック図である。 本実施形態に係るイベント発生時刻学習処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態に係るイベント発生時刻推定処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態に係るイベント発生時刻学習装置とイベント発生時刻推定装置を異なる装置で構成した時のブロック図である。 従来技術におけるハザード推定の方法を説明するための図である。
以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
[本実施形態の概要]
本実施形態では、非特許文献2に記載の技術を、時系列データを扱えるように拡張し、時系列データと、各時間区間中のイベントの発生し易さとの間の非線形的な関係を、特定の分布を仮定せずに図1のようにモデル化する。これにより、事前に推定する時間の粒度を、計算量や出力時に必要な時間の粒度を考慮して決定するのみで、上記のような場合でも高精度な推定を可能にする。前述と同様に入力としてドライブレコーダによって撮影された映像を想定し、イベントとして交通事故を想定する場合を考察する。推定する時間を離散化するものの、予め特定の分布を仮定しないため、周囲の物体の位置、周囲の物体との相対速度、及び周囲の物体の種類等に依存する複雑な交通事故の発生し易さに与える影響を柔軟に捉え、任意の形状の分布でイベントのハザードのし易さを捉えられる。従って、非特許文献1に記載の技術より高精度にイベントの発生し易さを捉えられるようになる。
また、本実施形態では、非特許文献2に記載の技術を、時系列データを扱えるように拡張し、RNN(Recurrent Neural Network)を用いて入力の時間変化を捉える。これにより、交通事故が発生するタイミングを推定する際に、物体の動きを考慮し、周囲の歩行者が近づいているのか、離れているか、及び、周囲の歩行者の速さを考慮することができ、交通事故発生のタイミングを推定可能になる。
<本実施形態のイベント発生時刻推定装置の構成>
以下、図面を参照して本開示の実施の形態を詳細に説明する。
本実施形態では、イベント発生時刻学習装置とイベント発生時刻推定装置とが、同一の装置内に設けられる場合について説明する。以下、イベント発生時刻学習装置とイベント発生時刻推定装置とを合わせて、イベント発生時刻推定装置として構成した場合を例に説明する。
図2は、本実施形態のイベント発生時刻推定装置10のハードウェア構成を示すブロック図である。
図2に示すように、イベント発生時刻推定装置10は、CPU(Central Processing Unit)11、ROM(Read Only Memory)12、RAM(Random Access Memory)13、ストレージ14、入力部15、表示部16及び通信インタフェース(I/F)17を有する。各構成は、バス19を介して相互に通信可能に接続されている。
CPU11は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU11は、ROM12又はストレージ14からプログラムを読み出し、RAM13を作業領域としてプログラムを実行する。CPU11は、ROM12又はストレージ14に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ROM12又はストレージ14には、イベント発生時刻を推定するためのハザード関数を学習するイベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻を推定するためのイベント発生時刻推定プログラムが格納されている。イベント発生時刻学習プログラム、及びイベント発生時刻推定プログラムは、1つのプログラムであっても良いし、複数のプログラム又はモジュールで構成されるプログラム群であっても良い。
ROM12は、各種プログラム及び各種データを格納する。RAM13は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ14は、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
入力部15は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。
表示部16は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部16は、タッチパネル方式を採用して、入力部15として機能しても良い。
通信インタフェース17は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、Wi-Fi(登録商標)等の規格が用いられる。
次に、イベント発生時刻推定装置10の機能構成について説明する。図3は、イベント発生時刻推定装置10の機能構成の例を示すブロック図である。
図3に示すように、イベント発生時刻推定装置10は、機能構成として、ハザード推定部21、パラメータ推定部22、パラメータ格納部23、イベント発生時刻推定部24、及び入力部15を有する。各機能構成は、CPU11がROM12又はストレージ14に記憶されたイベント発生時刻学習プログラム及びイベント発生時刻推定プログラムを読み出し、RAM13に展開して実行することにより実現される。
なお、同図において、実線矢印は、イベント発生時刻学習装置として機能する時のデータの通信と通信の方向を示し、破線矢印は、イベント発生時刻推定装置として機能する時のデータの通信と通信の方向を表している。
また、イベント発生時刻推定装置10は、履歴時系列データベース2と通信手段を介して接続されて相互に通信する。通信手段は、任意の公知のものを用いることができる。例えば、イベント発生時刻推定装置10は、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)のプロトコルに従って通信するインターネット等の通信手段を介して履歴時系列データベース2に接続されていてもよい。通信手段は、他のプロトコルに従った通信手段であってもよい。
また、履歴時系列データベース2は、演算処理装置、主記憶装置、補助記憶装置、データバス、入出力インタフェース、及び通信インタフェース等の周知のハードウェアを備えたコンピュータ、あるいはサーバコンピュータにより構成されている。本実施形態では、履歴時系列データベース2がイベント発生時刻推定装置10の外部に設けられる場合について説明するが、イベント発生時刻推定装置10内に設けられてもよい。
履歴時系列データベース2は、学習用に事前に用意された予め定められた一定の時間間隔で得られた時系列データ

と、データについてイベントが発生した時刻または打ち切り時刻eと、イベントが発生した場合に1となり、打ち切りの場合0となる指示変数δとの三つを1組とした組みをK個格納している。ここで、打ち切り時刻とは、データの観測を終了した時刻である。時系列データの識別子を

とする。また、ベクトルx は、時系列データXに含まれるi番目のデータを表すベクトルであり、|X|は時系列データXの長さを表す。また、データx は時刻t において得られたデータである。ただし、t が観測開始時刻を表し、

であり、任意の

の組合せに対し、

を満たす。
時系列データは、例えば、イベントの発生時刻が予め与えられた一連の複数の画像から成る時系列画像群である。時系列画像群は、所定の時間間隔で撮影された一連の複数の画像で構成され、一連の複数の画像は、例えば、ビデオ映像である。イベントには、撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントが含まれる。また、イベントは、被撮影者又は被撮影物に変化が生じるイベントのように映像に現れるイベントであっても、撮影者に関するイベントのように映像には現れていないイベントであってもよい。
なお、時系列画像は、ビデオカメラ等により動画を撮影して録画された画像に限らず、デジタルスチルカメラが所定の時間間隔で撮影した画像で、例えば、タイムラプス画像であってもよい。
また、撮影者は、ビデオカメラ又はデジタルスチルカメラ等の時系列画像を撮影して録画する装置を用いて撮影を行っている人物、動物、又は撮影して録画する装置を設けたロボット又は自動車等の乗り物等である。
入力部15は、対象時系列データを受け付ける。対象時系列データは過去のある時点から現在までの時系列データXであり、識別子をcとすると履歴時系列データベース2内の時系列データと同様に、

で表せる。なお、イベントはX中に発生していても、していなくてもよい。
ハザード推定部21は、イベントが発生しなかった時系列データXと、イベントが発生した時系列データXとを含む複数の時系列データXの各々について、イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定する。具体的には、ニューラルネットワークを用いたハザード関数に従って、時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、時系列データの最終データに対応する時刻から、推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、抽出した特徴量に基づいて、イベントの発生し易さを推定する。
例えば、ハザード推定部21は、まず、履歴時系列データベース2または対象時系列データから時系列データXを受け取り、後述するパラメータ格納部23からモデルパラメータθを受け取り、深層学習技術等を活用し、イベントの発生し易さを表す条件付き確率であるハザード関数hi0,…,hiJを出力する。なお、hijは時刻tで推定を行ったときに、Δtj-1後からΔt後までのイベントの発生し易さを表し、定義式は以下の通りである。
なお、Δtは推定時点からの経過時間(以下、推定対象時刻)を表し、Δt=0であり、Δt-Δtj-1=Δtj’-Δtj’-1である。ただし、一般にΔt-Δtj-1≠t i+1-t である。なお、Δt-Δtj-1=t i+1-t でもかまわない。また、Δtは推定時点からイベント発生までにかかる時間を表し、Δtは推定時に考慮する最長の時間である。
具体的なhijの計算方法としては

(1)
のようにRNN等のシーケンスを扱えるネットワーク構造を含むニューラルネットワークで表される関数fを用いることができる。ただし、ri,jはRNN等の隠れ層を表す。
具体的なネットワーク構造例として図4を示す。ネットワークは、埋め込み層A30、埋め込み層B31、RNN層32、全結合層33、及び出力層34を含んで構成される。
埋め込み層A30は、時系列データの各データから特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込む層である。ここでは、全結合層、畳み込み層、及び全結合層と畳み込み層との組合せによって各データの特徴量を抽出し、ベクトル化する。
埋め込み層B31は、推定対象時刻から特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込む層である。ここでは、全結合層、畳み込み層、及び全結合層と畳み込み層との組合せによって推定対象時刻の特徴量を抽出し、ベクトル化する。
図4の例では、埋め込み層A30によって抽出されたデータの特徴量を表すベクトルと、埋め込み層B31によって抽出された推定対象時刻の特徴量を表すベクトルとを加算して得られたベクトルを、RNN層32に入力する。
RNN層32は、特徴空間に埋め込められた特徴量を更に系列データとして抽象化する層である。具体的には、時系列データを受け取り、過去の抽象化された情報を循環させ、繰り返し非線形変換する。RNN層32には時系列データを適切に抽象化できるネットワーク構造であれば公知の構造を利用することもでき、例えば、非特許文献3に記載の構造を利用することもできる。
[非特許文献3]Kyunghyun Cho et al.“Learning phrase representations using RNN encoder-decoder for statistical machine translation”. In: arXiv preprint arXiv:1406.1078 (2014).
全結合層33及び出力層34は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトル(即ち、スカラ値)に圧縮し、更にシグモイド関数等を利用して、0から1の値に射影し、hijを算出する。
また、上記の代わりにhij

(2)
のように定義し、hi0,…,hiJを一括で計算することも可能である。
上記式(1)で表されるhijは推定対象時刻を明示的に学習できるため、入力特徴量とそれが影響を与えるまでの時間差を考慮した学習が可能であるが、計算量が多く必要である。上記式(2)で表されるhijは計算量が少ない一方で、推定対象時刻の順序を考慮した学習ができないという欠点がある。
パラメータ推定部22は、複数の時系列データの各々について与えられたイベントの発生時刻と、複数の時系列データの各々について推定されたイベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、ハザード関数のパラメータを推定する。
具体的には、パラメータ推定部22は、履歴時系列データベース2内に格納される各時系列データについて、ハザード推定部21の出力であるハザード関数とイベント発生時刻または打ち切り時刻と指示変数とを突き合わせて、尤度関数の最大化等によりモデルパラメータθを最適化し、最適化したモデルパラメータθをパラメータ格納部23に保存する。
例えば、時系列データXに対して、イベント発生時刻または打ち切り時刻e、指示変数δを用いると、時系列データXに対する尤度は
のように得られる。ただし、J´は

を満たす自然数である。また、部分尤度L (θ)、L (θ)、L (θ)はそれぞれ、推定対象時刻がイベントの発生前、イベントの発生時、及びイベントの発生後である場合の尤度を考慮しており、w、w、wはそれぞれの尤度のスケールや重要度を調整するハイパーパラメータである。
ここで、T=(Δtj-1,Δt]と置くと、
となる。このことから以下の式が得られる。
また、同様に、以下の式が得られる。

また、K個の時系列データに対する尤度は、以下の式のように各データに対する尤度の積として得ることができる。
具体的な最適化の方法として、例えば、尤度関数の対数に-1をかけたものを損失関数として、バックプロパゲーションなどの公知の技術によって最小化することで実現できる。
パラメータ格納部23は、パラメータ推定部22で推定したモデルパラメータθを格納する。
イベント発生時刻推定部24は、ハザード推定部21で推定したハザード関数の値に基づいて次にイベントが発生する時刻を推定し、表示部16により出力する。例えば、ハザード関数に基づくシミュレーションを行ったり、ハザード関数から導出される生存関数(Δt秒後までイベントが発生しない確率)の値と閾値の比較を行ったり、各推定対象時刻に発生する確率

を計算することによって、次にイベントが発生する時刻を推定する。
<本実施形態に係るイベント発生時刻推定装置の作用>
図5は、イベント発生時刻推定装置10によるイベント発生時刻学習処理の流れを示すフローチャートである。CPU11がROM12又はストレージ14からイベント発生時刻学習プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、イベント発生時刻学習処理が行なわれる。
ステップS1において、CPU11は、初期値として乱数等で決定したハザード関数のパラメータθをパラメータ格納部23に格納する。
次に、ステップS2で、CPU11は、履歴時系列データベース2に含まれる時系列データX,・・・,Xをハザード推定部21に渡す。なお、Kは、履歴時系列データベース2に含まれる時系列データ数である。ここで、ハザード推定部21に渡す時系列データXは、履歴時系列データベース2の中の各時系列データXをK個全て渡してもよいし、あるいは、履歴時系列データベース2の中の時系列データXの一部のみをハザード推定部21に渡すようにしてもよい。
ステップS3で、CPU11は、ハザード推定部21として、パラメータ格納部23から得られたパラメータθを、ハザード関数内のニューラルネットワークのパラメータとして設定する。
ステップS4で、CPU11は、ハザード推定部21として、各時系列データX(kは1~N)に対して、時刻tで予測を行ったときの、各推定対象時刻Δt(jは0~J)におけるイベントの発生し易さを表すハザード関数hijを得る処理(図4参照)を繰り返す。全ての時系列データXについて得られたハザード関数hijを、パラメータ推定部22に渡す。
ステップS5で、CPU11は、パラメータ推定部22として、各時系列データXに対応する履歴時系列データベース2に含まれるイベント発生時刻又は打ち切り時刻と指示変数とを受け取る。
ステップS6では、CPU11は、パラメータ推定部22として、渡されたハザード関数hijと、イベント発生時刻又は打ち切り時刻と、指示変数とを用いて表される尤度関数L(θ)を最大化することにより、ハザード関数のパラメータθの最適化を行う。
ステップS7では、CPU11は、パラメータ推定部22として、最適化したハザード関数のパラメータθをパラメータ格納部23に格納する。
ステップS8では、CPU11は、予め定めた基準(例えば、事前に決定した回数、又は、尤度関数の変化量が基準値以下になった等)に到達しているか否かを判断する。ステップS8が否定された場合は、CPU11は、ステップS2に戻る。
ステップS2では、CPU11は、再度、履歴時系列データベース2に含まれる時系列データ{X、・・・、X}をハザード推定部21に渡す。毎回、同じ時系列データXをハザード推定部21に渡してもよいが、異なる時系列データXをハザード推定部21に渡してもよい。例えば、毎回、ハザード推定部21に履歴時系列データベース2の中の時系列データXのK個を全て渡すようにしてもよい。あるいは、最初にハザード推定部21に渡した履歴時系列データベース2の中の時系列データXの一部とは異なる他の部分の時系列データXを渡すようにして、逐次的に履歴時系列データベース2に含まれる一部の時系列データXを渡すようにしてもよい。また、同一の時系列データXを複数回渡してもよい。
続いて、CPU11は、ステップS3~ステップS7の処理を実行して新しいハザード関数hijのパラメータθを求める。ステップS8で、CPU11は、予め定めた基準に到達しているか否かを判断し、予め定めた基準に到達するまで繰り返しステップS2~ステップS7の処理を実行する。ステップS8の判断が肯定されると、CPU11は、最適化を終了する。
図6は、イベント発生時刻推定装置10によるイベント発生時刻推定処理の流れを示すフローチャートである。CPU11がROM12又はストレージ14からイベント発生時刻推定プログラムを読み出して、RAM13に展開して実行することにより、イベント発生時刻推定処理が行なわれる。
ステップS11において、CPU11は、パラメータ格納部23に格納されている最適化されたハザード関数のパラメータθを、ハザード推定部21に渡す。
ステップS12で、CPU11は、入力部15から対象時系列データXを入力して、ハザード推定部21に渡す。
ステップS13で、CPU11は、ハザード推定部21として、対象時系列データXの各データxicと、各推定対象時刻Δtとに基づいて、対象時系列データXの終了時刻からの経過時間である各推定対象時刻Δtについてハザード関数hを計算し、イベント発生時刻推定部24に渡す。
ステップS14で、CPU11は、イベント発生時刻推定部24として、各推定対象時刻Δtについてのハザード関数hの値に基づいて、次のイベントの発生時刻eを推定する。さらに、ステップS15で、CPU11は、推定した発生時刻eを表示部16により出力する。
以上説明したように、本実施形態のイベント発生時刻推定装置10は、複数の時系列データの各々について、時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、推定対象時刻の特徴量とから、推定対象時刻におけるイベントの発生し易さを推定するハザード関数に従って、イベントの発生し易さを推定する。イベント発生時刻推定装置10は、複数の時系列データの各々について与えられたイベントの発生時刻と、複数の時系列データの各々について推定されたイベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、ハザード関数のパラメータを推定する。これにより、時系列データからイベントが発生する時刻を精度よく推定するためのハザード関数を学習することができる。
また、本実施形態のイベント発生時刻推定装置10は、対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、推定対象時刻の特徴量とから、推定対象時刻におけるイベントの発生し易さを推定するハザード関数に従って、イベントの発生し易さを推定する。イベント発生時刻推定装置10は、推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定する。これにより、時系列データからイベントが発生する時間を精度よく推定することができる。
本実施形態では、イベント発生時刻学習装置とイベント発生時刻推定装置が1つの装置で構成される場合について説明したが、図7に示すように、イベント発生時刻学習装置10aとイベント発生時刻推定装置10bとが、異なる装置で構成されるようにしてもよい。ハードウェア構成、各構成要素、及び処理の流れは、イベント発生時刻学習装置10aとイベント発生時刻推定装置10bを同一の装置とした場合と同じであるので省略する。
なお、上記各実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行したイベント発生時刻学習処理とイベント発生時刻推定処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、イベント発生時刻学習処理とイベント発生時刻推定処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
また、上記各実施形態では、イベント発生時刻学習プログラムとイベント発生時刻推定プログラムがストレージ14に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の非一時的(non-transitory)記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記項1)
メモリと、
前記メモリに接続された少なくとも1つのプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、
前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定する、
ように構成され、
前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、イベント発生時刻学習装置。
(付記項2)
メモリと、
前記メモリに接続された少なくとも1つのプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、
前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、
前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定する、
ように構成され、
前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、イベント発生時刻推定装置。
(付記項3)
イベント発生時刻学習処理を実行するようにコンピュータによって実行可能なプログラムを記憶した非一時的記憶媒体であって、
前記イベント発生時刻学習処理は、
データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、
前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定し、
前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、非一時的記憶媒体。
(付記項4)
イベント発生時刻推定処理を実行するようにコンピュータによって実行可能なプログラムを記憶した非一時的記憶媒体であって、
前記イベント発生時刻推定処理は、
一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、
前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、
前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定し、
前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定する、非一時的記憶媒体。
2 履歴時系列データベース
10、10b イベント発生時刻推定装置
10a イベント発生時刻学習装置
15 入力部
21 ハザード推定部
22 パラメータ推定部
23 パラメータ格納部
24 イベント発生時刻推定部

Claims (6)

  1. データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定するハザード推定部と、
    前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定するパラメータ推定部と、
    を含み、
    前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記ハザード推定部は、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影する
    イベント発生時刻学習装置。
  2. 一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付ける入力部と、
    前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定するハザード推定部と、
    前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定するイベント発生時刻推定部と、
    を含み、
    前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記ハザード推定部は、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記対象時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記対象時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記対象時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影するイベント発生時刻推定装置。
  3. ハザード推定部が、データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、
    パラメータ推定部が、前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定すること
    を含み、
    前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記ハザード推定部は、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影す
    イベント発生時刻学習方法。
  4. 入力部が、一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、
    ハザード推定部が、前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、
    イベント発生時刻推定部が、前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定すること
    を含み、
    前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記ハザード推定部は、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記対象時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記対象時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記対象時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影する、
    イベント発生時刻推定方法。
  5. データに関連するイベントの発生時刻が予め与えられた、一連の複数のデータから成る時系列データであって、前記イベントが発生しなかった時系列データと、前記イベントが発生した時系列データとを含む複数の時系列データの各々について、前記イベントの発生し易さを、ハザード関数に従って推定し、
    前記複数の時系列データの各々について与えられた前記イベントの発生時刻と、前記複数の時系列データの各々について推定された前記イベントの発生し易さとを含んで表される尤度関数を最適化するように、前記ハザード関数のパラメータを推定する
    ことをコンピュータに実行させるためのイベント発生時刻学習プログラムであって、
    前記ハザード関数は、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記イベントの発生し易さを推定することでは、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影する、
    イベント発生時刻学習プログラム。
  6. 一連の複数のデータから成る対象時系列データの入力を受け付け、
    前記対象時系列データについて、データに関連するイベントの発生し易さを、学習済みのパラメータを用いたハザード関数に従って推定し、
    前記推定されたイベントの発生し易さに基づいて、次にイベントが発生する時刻を推定する
    ことをコンピュータに実行させるためのイベント発生時刻推定プログラムであって、
    前記ハザード関数は、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記イベントの発生し易さの推定対象時刻の特徴量とから、前記推定対象時刻における前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記イベントの発生し易さを推定することでは、ニューラルネットワークを用いた前記ハザード関数に従って、前記対象時系列データに含まれる複数のデータの各々の特徴量と、前記対象時系列データの最終データに対応する時刻から、前記推定対象時刻までの経過時間の特徴量とを抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて、前記イベントの発生し易さを推定し、
    前記対象時系列データは、一連の複数の画像から成る時系列画像群であり、
    前記イベントは、画像の撮影者、被撮影者、又は被撮影物に関連するイベントであり、
    前記ニューラルネットワークは、第1埋め込み層、第2埋め込み層、RNN(Recurrent Neural Network)層、全結合層、及び出力層を含み、
    前記第1埋め込み層は、前記対象時系列データの各データから第1特徴量を抽出し、特徴空間に埋め込み、
    前記第2埋め込み層は、前記推定対象時刻までの経過時間から第2特徴量を抽出し、前記特徴空間に埋め込み、
    前記RNN層は、前記特徴空間に埋め込められた前記第1特徴量及び前記第2特徴量の組み合わせを、系列特徴として抽象化し、
    前記全結合層は、抽象化された系列特徴を、1次元のベクトルに圧縮し、
    前記出力層は、前記1次元のベクトルを、シグモイド関数を利用して、前記イベントの発生し易さを示す値に射影する、
    イベント発生時刻推定プログラム。
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