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JP7521336B2 - NETWORK SUBSTITUTION DEVICE, NETWORK SUBSTITUTION METHOD, TRAINED MODEL, ESTIMATION DEVICE, AND ESTIMATION METHOD - Google Patents
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NETWORK SUBSTITUTION DEVICE, NETWORK SUBSTITUTION METHOD, TRAINED MODEL, ESTIMATION DEVICE, AND ESTIMATION METHOD Download PDF

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Description

本発明は、学習済モデルの演算過程を関係式化する装置及び方法に関する。また、そのような関係式を用いて学習済モデルの出力を推定する装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for formulating the computational process of a trained model, and also to an apparatus and method for estimating the output of a trained model using such a formula.

ディープニューラルネットワーク(以下、「DNN」)を利用した第三世代AIの利用が社会で促進されている。DNNは、例えば静止画や動画の画像認識、音声認識、機械翻訳等の自然言語処理、産業機器に取り付けられたセンサの時系列データから異常の兆候を検知する異常検知処理に利用されている。 The use of third-generation AI that uses deep neural networks (hereinafter referred to as "DNN") is being promoted in society. DNN is used, for example, for image recognition of still and video images, voice recognition, natural language processing such as machine translation, and anomaly detection processing that detects signs of abnormalities from time-series data from sensors attached to industrial equipment.

DNNは、ニューラルネットワークをディープラーニングに対応させてネットワークの階層を深くしたものである。DNNは、入力層、複数の隠れ層、出力層を含む複数の層を含み、各層は複数のノードがエッジで結ばれる構造となっている。各層は、活性化関数と呼ばれる関数を持ち、エッジは重みを持つことができる。各ノードの出力値は、そのノードと接続する前の層のノードの出力値から計算される。すなわち、前の層のノードの出力値、接続エッジの重みの値、そして層が持つ活性化関数から各ノードの出力値が計算される。 A DNN is a neural network that is compatible with deep learning and has a deeper network hierarchy. A DNN contains multiple layers, including an input layer, multiple hidden layers, and an output layer, and each layer is structured with multiple nodes connected by edges. Each layer has a function called an activation function, and edges can have weights. The output value of each node is calculated from the output value of the node in the previous layer that is connected to that node. In other words, the output value of each node is calculated from the output value of the node in the previous layer, the weight value of the connecting edge, and the activation function of the layer.

特許文献1には、ニューラルネットワークのネットワーク係数(重み係数など)の高圧縮率を実現するための装置が記載されている。特許文献1に記載の装置は、学習されたニューラルネットワークの入力層に入力された入力データ、ニューラルネットワークの隠れ層または出力層の出力値の組を教師データとして、学習済ネットワーク係数の圧縮を学習しながら行う。 Patent document 1 describes a device for achieving a high compression rate of network coefficients (weight coefficients, etc.) of a neural network. The device described in patent document 1 compresses the trained network coefficients while learning, using as training data a set of input data input to the input layer of the trained neural network and output values of the hidden layer or output layer of the neural network.

特許文献2には、遺伝的アルゴリズムを用いた演算の処理時間を短縮するための装置が記載されている。特許文献2に記載の装置は、解候補集団の各解候補に対する適応度関数を、ニューラルネットワークを用いて求める。 Patent document 2 describes a device for shortening the processing time of calculations using a genetic algorithm. The device described in patent document 2 uses a neural network to find a fitness function for each solution candidate in a group of solution candidates.

特開2019-28746号公報(2017年7月31日公開)JP 2019-28746 A (published on July 31, 2017) 特開平6-161984号公報(1994年6月10日公開)Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-161984 (published on June 10, 1994)

ところで、DNNの演算処理を更に高速化できれば好適である。特許文献1及び2に記載の技術では、ニューラルネットワークの演算処理を高速化できない場合があった。 However, it would be desirable if the computational processing of DNN could be further accelerated. With the techniques described in Patent Documents 1 and 2, there were cases where the computational processing of neural networks could not be accelerated.

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ディープニューラルネットワークの演算を高速化する技術を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention was made in consideration of the above problems, and aims to realize a technology that speeds up the calculations of deep neural networks.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るネットワーク置換装置は、特定ステップと、置換ステップとを実行する一又は複数のプロセッサを備えている。また、本発明の一態様に係るネットワーク置換方法は、特定ステップと、置換ステップと、を含んでいる。 In order to solve the above problem, a network replacement device according to one aspect of the present invention includes one or more processors that execute a determination step and a replacement step. Also, a network replacement method according to one aspect of the present invention includes a determination step and a replacement step.

特定ステップは、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定するステップである。置換ステップは、前記ディープニューラルネットワークにおける前記第1の層と前記第2の層との間の演算を、前記関係式を用いた演算に置換するステップである。 The identification step is a step of identifying a nonlinear relational equation that expresses the relationship between the output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and the output value of a node included in a second layer, using a genetic algorithm. The replacement step is a step of replacing an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network with an operation using the relational equation.

また、本発明の一態様に係る学習済モデルは、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークから得られた学習済モデルであって、前記ディープニューラルネットワークの前記複数の層に含まれる第1の層から第2の層への演算が、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、前記第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す、遺伝的アルゴリズムにより特定された非線形の関係式を用いた演算により置換された学習済モデルである。 The trained model according to one aspect of the present invention is a trained model obtained from a deep neural network composed of multiple layers, in which the calculations from a first layer to a second layer included in the multiple layers of the deep neural network are replaced by calculations using a nonlinear relational equation identified by a genetic algorithm that represents the relationship between the output value of a node included in the first layer and the output value of a node included in the second layer.

また、本発明の一態様に係る推定装置は、推定ステップを実行する一又は複数のプロセッサを備えている。また、本発明の一態様に係る推定方法は、推定ステップを含んでいる。推定ステップは、上述の学習済モデルを用いて、入力データから出力データを推定するステップである。 The estimation device according to one aspect of the present invention includes one or more processors that execute the estimation step. The estimation method according to one aspect of the present invention includes an estimation step. The estimation step is a step of estimating output data from input data using the trained model described above.

本発明の一態様に係るネットワーク置換装置、ネットワーク置換方法及びディープニューラルネットワークによれば、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。また、本発明の一態様に係る推定装置及び推定方法によれば、そのようなネットワーク置換装置及びネットワーク置換方法により置換されたディープニューラルネットワークを用いて推定処理を行うことができる。 The network replacement device, network replacement method, and deep neural network according to one aspect of the present invention can speed up the calculations of the deep neural network. Furthermore, the estimation device and estimation method according to one aspect of the present invention can perform estimation processing using a deep neural network replaced by such a network replacement device and network replacement method.

本発明の一実施形態に係るネットワーク置換システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a network replacement system according to an embodiment of the present invention; 図1のネットワーク置換システムに含まれるネットワーク置換装置の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of a network replacement device included in the network replacement system of FIG. 1 . 図2のネットワーク置換装置が実施するネットワーク置換方法の流れを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the flow of a network replacement method implemented by the network replacement device of FIG. 2 . 学習済モデルと遺伝的アルゴリズムとを例示する図である。FIG. 1 illustrates an example of a trained model and a genetic algorithm. 図3の特定ステップの流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the flow of a specific step in FIG. 3 . ネットワーク置換装置が実施する処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing the flow of a process performed by the network replacement device. クロスオーバーの内容を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the contents of a crossover. サブツリー突然変異の内容を例示する図である。FIG. 1 illustrates the contents of a subtree mutation. ホイスト突然変異の内容を例示する図である。FIG. 1 illustrates the content of a hoist mutation. 点突然変異の内容を例示する図である。FIG. 1 illustrates the contents of point mutations. 図3の置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of a trained model obtained by the replacement step in FIG. 3 . 図3の置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of a trained model obtained by the replacement step in FIG. 3 . 図3の置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of a trained model obtained by the replacement step in FIG. 3 . 図3の置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a specific example of a trained model obtained by the replacement step in FIG. 3 . 図1のネットワーク置換システムに含まれる推定装置の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of an estimation device included in the network replacement system of FIG. 1 . 図13の推定装置が実施する推定方法の流れを示すフローチャートである。14 is a flowchart showing the flow of an estimation method implemented by the estimation device of FIG. 13 . 図1のネットワーク置換システムに含まれる機械学習装置の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of a machine learning device included in the network replacement system of FIG. 1 . 図15の機械学習装置が実施する機械学習方法の流れを示すフローチャートである。16 is a flowchart showing the flow of a machine learning method implemented by the machine learning device of FIG. 15 . 鋳造フェーズの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a casting phase.

〔実施形態1〕
〔ネットワーク置換システム〕
本発明の一実施形態に係るネットワーク置換システムSについて、図1を参照して説明する。図1は、ネットワーク置換システムSの構成を表す図である。
[Embodiment 1]
[Network Replacement System]
A network substitution system S according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a diagram showing the configuration of the network substitution system S.

ネットワーク置換システムSは、DNNのノード間の関係を関係式化し、DNNの一部を集約するためのシステムである。ネットワーク置換システムSは、図1に示すように、ネットワーク置換装置1と、機械学習装置2と、推定装置3と、を備えている。 The network replacement system S is a system for formulating the relationships between nodes of a DNN and aggregating parts of the DNN. As shown in FIG. 1, the network replacement system S includes a network replacement device 1, a machine learning device 2, and an estimation device 3.

ネットワーク置換装置1は、ネットワーク置換方法M1を実施する装置である。ネットワーク置換方法M1は、ネットワーク置換装置1が、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する特定ステップ(M12)と、ディープニューラルネットワークにおける第1の層と第2の層との間の演算を、関係式を用いた演算に置換する置換ステップ(M13)と、を含む。学習済モデルLM1としては、例えば、畳み込みニューラルネットワークや再帰型ニューラルネットワークなどのニューラルネットワークモデル、線形回帰などの回帰モデル、又は、回帰木などの木モデルなどのアルゴリズムを用いることができる。ネットワーク置換装置1の構成及びネットワーク置換方法M1の流れの詳細については、参照する図面を代えて後述する。 The network replacement device 1 is a device that implements the network replacement method M1. The network replacement method M1 includes a specification step (M12) in which the network replacement device 1 specifies a nonlinear relational expression that expresses the relationship between the output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and the output value of a node included in a second layer using a genetic algorithm, and a substitution step (M13) in which an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network is replaced with an operation using the relational expression. As the learned model LM1, for example, an algorithm such as a neural network model such as a convolutional neural network or a recurrent neural network, a regression model such as a linear regression, or a tree model such as a regression tree can be used. The configuration of the network replacement device 1 and the flow of the network replacement method M1 will be described in detail below with reference to the drawings.

学習済モデルLM1の入力としては、種々のデータが採用され得る。学習済モデルLM1の入力は例えば、静止画または動画を表す画像データ、音声を表す音声データ、文書を表す文書データ、産業機器に取り付けられたセンサの時系列データである。また、学習済モデルLM1の入力は例えば、鋳造ラインにおいて収集される各種のパラメータである。 Various data may be used as input to the trained model LM1. Examples of input to the trained model LM1 include image data representing still or moving images, audio data representing audio, document data representing documents, and time-series data from sensors attached to industrial equipment. In addition, examples of input to the trained model LM1 include various parameters collected on a casting line.

学習済モデルLM1の出力としては、種々のデータが採用され得る。学習済モデルLM1の出力は例えば、画像認識結果、音声認識結果、機械翻訳結果、異常の有無である。また、学習済モデルLM1の出力は例えば、鋳造ラインにおける鋳物砂のCB値(コンパクタビリティ)の目標値である。 Various data can be used as the output of the trained model LM1. The output of the trained model LM1 can be, for example, image recognition results, voice recognition results, machine translation results, and the presence or absence of abnormalities. In addition, the output of the trained model LM1 can be, for example, the target value for the CB value (compactability) of the molding sand in the casting line.

ネットワーク置換装置1は、データ収集装置111を備える。データ収集装置111は、学習済モデルLM1への入力データと学習済モデルLM1からの出力データとを一時的に保持し、保持したデータを次段の遺伝的アルゴリズムGAに入力する。データ収集装置111は例えば、半導体メモリ、ハードディスク等の情報記憶手段と入出力手段を備えたバッファである。なお、図1の例では、データ収集装置111がネットワーク置換装置1に含まれる構成を例示しているが、データ収集装置111が数式特定装置1と別体の装置として構成されていてもよい。また、データ収集装置111は、ハードウェア単体で構成されてもよく、また、ハードウェアとソフトウェアとにより構成されてもよい。 The network permutation device 1 includes a data collection device 111. The data collection device 111 temporarily holds input data to the learned model LM1 and output data from the learned model LM1, and inputs the held data to the next stage genetic algorithm GA. The data collection device 111 is, for example, a buffer equipped with information storage means such as a semiconductor memory or a hard disk, and input/output means. Note that, although the example of FIG. 1 illustrates a configuration in which the data collection device 111 is included in the network permutation device 1, the data collection device 111 may be configured as a device separate from the formula identification device 1. The data collection device 111 may be configured as a hardware unit, or may be configured as a combination of hardware and software.

ネットワーク置換装置1がネットワーク置換方法M1を実施することにより、学習済モデルLM2が生成される。学習済モデルLM2は、入力データに基づいて出力データを出力するよう、コンピュータを機能させるための学習済モデルであり、第2の層に含まれるノードの出力値が、第1の層に含まれる各ノードの出力値と関係式とを用いた演算により算出されるよう、コンピュータを機能させるための学習済モデルである。すなわち、学習済モデルLM2は、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークから得られた学習済モデルであって、学習済モデルLM1の複数の層に含まれる第1の層から第2の層への演算が、第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す、遺伝的アルゴリズムにより特定された非線形の関係式を用いた演算により置換された学習済モデルである。 The network replacement device 1 executes the network replacement method M1 to generate a trained model LM2. The trained model LM2 is a trained model for causing a computer to function so as to output output data based on input data, and is a trained model for causing a computer to function so that the output value of a node included in the second layer is calculated by a calculation using the output value of each node included in the first layer and a relational expression. In other words, the trained model LM2 is a trained model obtained from a deep neural network composed of multiple layers, and is a trained model in which the calculation from the first layer to the second layer included in the multiple layers of the trained model LM1 is replaced by a calculation using a nonlinear relational expression identified by a genetic algorithm that represents the relationship between the output value of the node included in the first layer and the output value of the node included in the second layer.

機械学習装置2は、機械学習方法M2を実施するための装置である。機械学習方法M2は、入力データを用いて学習用データセットDSを構築すると共に、学習用データセットDSを用いた機械学習(教師あり学習)によって学習済モデルLM1を構築するための方法である。機械学習装置2の構成及び機械学習方法M2の流れの詳細については、参照する図面を代えて後述する。 The machine learning device 2 is a device for implementing the machine learning method M2. The machine learning method M2 is a method for constructing a learning dataset DS using input data and constructing a trained model LM1 by machine learning (supervised learning) using the learning dataset DS. Details of the configuration of the machine learning device 2 and the flow of the machine learning method M2 will be described later with reference to the accompanying drawings.

推定装置3は、推定方法M3を実施するための装置である。推定方法M3は、推定装置3が、ネットワーク置換方法M1により生成された学習済モデルLM2を用いて、入力データから出力データを推定する第2推定ステップM31、を含む。推定装置3の構成及び推定方法M3の流れの詳細については、参照する図面を代えて後述する。 The estimation device 3 is a device for implementing the estimation method M3. The estimation method M3 includes a second estimation step M31 in which the estimation device 3 estimates output data from input data using a trained model LM2 generated by the network replacement method M1. Details of the configuration of the estimation device 3 and the flow of the estimation method M3 will be described later with reference to the accompanying drawings.

ネットワーク置換システムSは、学習フェーズ、ネットワーク置換フェーズ、推定フェーズ、を実行する。学習フェーズ、ネットワーク置換フェーズ、推定フェーズについて、その内容を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 The network replacement system S executes a learning phase, a network replacement phase, and an estimation phase. The learning phase, network replacement phase, and estimation phase can be briefly explained as follows.

(1)学習フェーズ
学習フェーズにおいては、学習済モデルLM1が構築される。機械学習装置2は、入力データ及び出力データから教師データを作成し、作成した教師データを学習用データセットDSに追加する。また、機械学習装置2は、学習用データDSを用いた機械学習によって学習済モデルLM1を構築する。構築された学習済モデルLM1は、機械学習装置2からネットワーク置換装置1に転送される。
(1) Learning Phase In the learning phase, a trained model LM1 is constructed. The machine learning device 2 creates training data from input data and output data, and adds the created training data to the training dataset DS. The machine learning device 2 also constructs the trained model LM1 by machine learning using the training data DS. The constructed trained model LM1 is transferred from the machine learning device 2 to the network replacement device 1.

(2)ネットワーク置換フェーズ
ネットワーク置換フェーズにおいては、ネットワーク置換装置1は、入力データに基づき、学習済モデルLM1を用いて出力データを推定する。また、ネットワーク置換装置1は、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって、学習済モデルLM1の第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を特定する。また、ネットワーク置換装置1は、学習済モデルLM1における第1の層と第2の層との間の演算を、特定した関係式を用いた演算に置換する。
(2) Network Replacement Phase In the network replacement phase, the network replacement device 1 estimates output data using the learned model LM1 based on the input data. The network replacement device 1 also identifies a nonlinear relational expression that expresses the relationship between the output value of a node included in the first layer of the learned model LM1 and the output value of a node included in the second layer by nonlinear regression using a genetic algorithm. The network replacement device 1 also replaces the calculation between the first layer and the second layer in the learned model LM1 with a calculation using the identified relational expression.

(3)推定フェーズ
推定フェーズにおいては、推定装置3は、ネットワーク置換装置1が生成した学習済モデルLM2を用いて、入力データから出力データを推定する。
(3) Estimation Phase In the estimation phase, the estimation device 3 estimates output data from input data using the learned model LM2 generated by the network substitution device 1.

〔ネットワーク置換装置の構成〕
ネットワーク置換装置1の構成について、図2を参照して説明する。図2は、ネットワーク置換装置1の構成を示すブロック図である。
[Configuration of the Network Replacement Device]
The configuration of the network replacement device 1 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of the network replacement device 1.

ネットワーク置換装置1は、汎用コンピュータを用いて実現されており、プロセッサ11と、一次メモリ12と、二次メモリ13と、入出力インタフェース14と、通信インタフェース15と、バス16とを備えている。プロセッサ11、一次メモリ12、二次メモリ13、入出力インタフェース14、及び通信インタフェース15は、バス16を介して相互に接続されている。 The network replacement device 1 is realized using a general-purpose computer, and includes a processor 11, a primary memory 12, a secondary memory 13, an input/output interface 14, a communication interface 15, and a bus 16. The processor 11, the primary memory 12, the secondary memory 13, the input/output interface 14, and the communication interface 15 are interconnected via the bus 16.

二次メモリ13には、ネットワーク置換プログラムP1及び学習済モデルLM1が格納されている。プロセッサ11は、二次メモリ13に格納されているネットワーク置換プログラムP1及び学習済モデルLM1を一次メモリ12上に展開する。そして、プロセッサ11は、一次メモリ12上に展開されたネットワーク置換プログラムP1に含まれる命令に従って、ネットワーク置換方法M1に含まれる各ステップを実行する。一次メモリ12上に展開された学習済モデルLM1は、ネットワーク置換方法M1の推定ステップM11(後述)をプロセッサ11が実行する際に利用される。なお、ネットワーク置換プログラムP1が二次メモリ13に格納されているとは、ソースコード、又は、ソースコードをコンパイルすることにより得られた実行形式ファイルが二次メモリ13に記憶されていることを指す。また、学習済モデルLM1が二次メモリ13に格納されているとは、学習済モデルLM1を規定するパラメータが二次メモリ13に格納されていることを指す。 The secondary memory 13 stores a network replacement program P1 and a learned model LM1. The processor 11 expands the network replacement program P1 and the learned model LM1 stored in the secondary memory 13 onto the primary memory 12. The processor 11 then executes each step included in the network replacement method M1 according to the instructions included in the network replacement program P1 expanded onto the primary memory 12. The learned model LM1 expanded onto the primary memory 12 is used when the processor 11 executes an estimation step M11 (described later) of the network replacement method M1. Note that the network replacement program P1 being stored in the secondary memory 13 refers to the source code or an executable file obtained by compiling the source code being stored in the secondary memory 13. Also, the learned model LM1 being stored in the secondary memory 13 refers to the parameters defining the learned model LM1 being stored in the secondary memory 13.

プロセッサ11として利用可能なデバイスとしては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、MPU(Micro Processing Unit)、FPU(Floating point number Processing Unit)、PPU(Physics Processing Unit)、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。プロセッサ11は、「演算装置」と呼ばれることもある。 Devices that can be used as processor 11 include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an MPU (Micro Processing Unit), an FPU (Floating point number Processing Unit), a PPU (Physics Processing Unit), a microcontroller, or a combination of these. Processor 11 is sometimes called a "computing device."

また、一次メモリ12として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体RAM(Random Access Memory)を挙げることができる。一次メモリ12は、「主記憶装置」と呼ばれることもある。また、二次メモリ13として利用可能なデバイスとしては、例えば、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、ODD(Optical Disk Drive)、FDD(Floppy(登録商標) Disk Drive)、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。二次メモリ13は、「補助記憶装置」と呼ばれることもある。なお、二次メモリ13は、ネットワーク置換装置1に内蔵されていてもよいし、入出力インタフェース14又は通信インタフェース15を介してネットワーク置換装置1と接続された他のコンピュータ(例えば、クラウドサーバを構成するコンピュータ)に内蔵されていてもよい。なお、本実施形態においては、ネットワーク置換装置1における記憶を2つのメモリ(一次メモリ12及び二次メモリ13)により実現しているが、これに限定されない。すなわち、ネットワーク置換装置1における記憶を1つのメモリにより実現してもよい。この場合、例えば、そのメモリの或る記憶領域を一次メモリ12として利用し、そのメモリの他の記憶領域を二次メモリ13として利用すればよい。 In addition, a device that can be used as the primary memory 12 can be, for example, a semiconductor RAM (Random Access Memory). The primary memory 12 is sometimes called a "main memory". In addition, a device that can be used as the secondary memory 13 can be, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), an optical disk drive (ODD), a floppy (registered trademark) disk drive (FDD), or a combination thereof. The secondary memory 13 is sometimes called an "auxiliary memory". The secondary memory 13 may be built into the network replacement device 1, or may be built into another computer (for example, a computer constituting a cloud server) connected to the network replacement device 1 via the input/output interface 14 or the communication interface 15. In this embodiment, the storage in the network replacement device 1 is realized by two memories (the primary memory 12 and the secondary memory 13), but is not limited to this. In other words, the storage in the network replacement device 1 may be realized by one memory. In this case, for example, one storage area of the memory can be used as the primary memory 12, and another storage area of the memory can be used as the secondary memory 13.

入出力インタフェース14には、入力デバイス及び/又は出力デバイスが接続される。入出力インタフェース14としては、例えば、USB(Universal Serial Bus)、ATA(Advanced Technology Attachment)、SCSI(Small Computer System Interface)、PCI(Peripheral Component Interconnect)などのインタフェースが挙げられる。入出力インタフェース14に接続される入力デバイスとしては例えば、鋳造ラインに設けられたセンサ群が挙げられる。ネットワーク置換方法M1においてセンサ群から取得するデータはネットワーク置換装置1に入力され、一次メモリ12に記憶される。また、入出力インタフェース14に接続される入力デバイスとしては、キーボード、マウス、タッチパッド、マイク、又は、これらの組み合わせが挙げられる。ネットワーク置換方法M1においてユーザから取得するデータは、これらの入力デバイスを介してネットワーク置換装置1に入力され、一次メモリ12に記憶される。また、入出力インタフェース14に接続される出力デバイスとしては、ディスプレイ、プロジェクタ、プリンタ、スピーカ、ヘッドホン、又は、これらの組み合わせが挙げられる。ネットワーク置換方法M1においてユーザに提供する情報は、これらの出力デバイスを介してネットワーク置換装置1から出力される。なお、ネットワーク置換装置1は、ラップトップ型コンピュータのように、入力デバイスとして機能するキーボードと、出力デバイスとして機能するディスプレイとを、それぞれ内蔵してもよい。或いは、ネットワーク置換装置1は、タブレット型コンピュータのように、入力デバイス及び出力デバイスの両方として機能するタッチパネルを内蔵していてもよい。 An input device and/or an output device are connected to the input/output interface 14. Examples of the input/output interface 14 include interfaces such as USB (Universal Serial Bus), ATA (Advanced Technology Attachment), SCSI (Small Computer System Interface), and PCI (Peripheral Component Interconnect). Examples of input devices connected to the input/output interface 14 include a group of sensors provided in a casting line. Data acquired from the group of sensors in the network replacement method M1 is input to the network replacement device 1 and stored in the primary memory 12. Examples of input devices connected to the input/output interface 14 include a keyboard, a mouse, a touchpad, a microphone, or a combination of these. Data acquired from a user in the network replacement method M1 is input to the network replacement device 1 through these input devices and stored in the primary memory 12. Examples of output devices connected to the input/output interface 14 include a display, a projector, a printer, a speaker, a headphone, or a combination of these. Information provided to a user in the network replacement method M1 is output from the network replacement device 1 through these output devices. The network replacement device 1 may incorporate a keyboard that functions as an input device and a display that functions as an output device, like a laptop computer. Alternatively, the network replacement device 1 may incorporate a touch panel that functions as both an input device and an output device, like a tablet computer.

通信インタフェース15には、ネットワークを介して他のコンピュータが有線接続又は無線接続される。通信インタフェース15としては、例えば、イーサネット(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)などのインタフェースが挙げられる。利用可能なネットワークとしては、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local Area Network)、CAN(Campus Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)、又は、これらのネットワークを含むインターネットワークが挙げられる。インターネットワークは、イントラネットであってもよいし、エクストラネットであってもよいし、インターネットであってもよい。ネットワーク置換方法M1においてネットワーク置換装置1が他のコンピュータ(例えば、機械学習装置2)から取得するデータ(例えば、学習済モデルLM1)、及び、ネットワーク置換方法M1においてネットワーク置換装置1が他のコンピュータに提供するデータは、これらのネットワークを介して送受信される。 The communication interface 15 is connected to other computers via a network in a wired or wireless manner. Examples of the communication interface 15 include interfaces such as Ethernet (registered trademark) and Wi-Fi (registered trademark). Available networks include a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), a global area network (GAN), or an internetwork including these networks. The internetwork may be an intranet, an extranet, or the Internet. Data (e.g., the trained model LM1) acquired by the network replacement device 1 from other computers (e.g., the machine learning device 2) in the network replacement method M1, and data provided by the network replacement device 1 to other computers in the network replacement method M1 are transmitted and received via these networks.

なお、本実施形態においては、単一のプロセッサ(プロセッサ11)を用いてネットワーク置換方法M1を実行する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のプロセッサを用いてネットワーク置換方法M1を実行する構成を採用してもよい。この場合、連携してネットワーク置換方法M1を実行する複数のプロセッサは、単一のコンピュータに設けられ、バスを介して相互に通信可能に構成されていてもよいし、複数のコンピュータに分散して設けられ、ネットワークを介して相互に通信可能に構成されていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたプロセッサと、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサとが、連携してネットワーク置換方法M1を実行する態様などが考えられる。 In this embodiment, a configuration is adopted in which the network replacement method M1 is executed using a single processor (processor 11), but the present invention is not limited to this. In other words, a configuration may be adopted in which the network replacement method M1 is executed using multiple processors. In this case, the multiple processors that cooperate to execute the network replacement method M1 may be provided in a single computer and configured to be able to communicate with each other via a bus, or may be provided in a distributed manner in multiple computers and configured to be able to communicate with each other via a network. As an example, a processor built into a computer that constitutes a cloud server and a processor built into a computer owned by a user of the cloud server may cooperate to execute the network replacement method M1.

また、本実施形態においては、ネットワーク置換方法M1を実行するプロセッサ(プロセッサ11)と同じコンピュータに内蔵されたメモリ(二次メモリ13)に学習済モデルLM1を格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、ネットワーク置換方法M1を実行するプロセッサと異なるコンピュータに内蔵されたメモリに学習済モデルLM1を格納する構成を採用してもよい。この場合、学習済モデルLM1を格納するメモリが内蔵されたコンピュータは、ネットワーク置換方法M1を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータとネットワークを介して相互に通信可能に構成される。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたメモリに学習済モデルLM1を格納し、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサがネットワーク置換方法M1を実行する態様などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the learned model LM1 is stored in a memory (secondary memory 13) built into the same computer as the processor (processor 11) that executes the network replacement method M1, but the present invention is not limited to this. In other words, a configuration may be adopted in which the learned model LM1 is stored in a memory built into a computer different from the processor that executes the network replacement method M1. In this case, the computer with the built-in memory that stores the learned model LM1 is configured to be able to communicate with the computer with the built-in processor that executes the network replacement method M1 via a network. As an example, a mode can be considered in which the learned model LM1 is stored in a memory built into a computer that constitutes a cloud server, and a processor built into a computer owned by a user of the cloud server executes the network replacement method M1.

また、本実施形態においては、単一のメモリ(二次メモリ13)に学習済モデルLM1を格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のメモリに学習済モデルLM1を分散して格納する構成を採用してもよい。この場合、学習済モデルLM1を格納する複数のメモリは、単一のコンピュータ(ネットワーク置換方法M1を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータであってもよいし、そうでなくてもよい)に設けられていてもよいし、複数のコンピュータ(ネットワーク置換方法M1を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータを含んでいてもよいし、そうでなくてもよい)に分散して設けられていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成する複数のコンピュータの各々に内蔵されたメモリに学習済モデルLM1を分散して格納する構成などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the learned model LM1 is stored in a single memory (secondary memory 13), but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the learned model LM1 is distributed and stored in multiple memories. In this case, the multiple memories that store the learned model LM1 may be provided in a single computer (which may or may not be a computer with a built-in processor that executes the network replacement method M1), or may be distributed and provided in multiple computers (which may or may not include a computer with a built-in processor that executes the network replacement method M1). As an example, a configuration may be considered in which the learned model LM1 is distributed and stored in memories built into each of the multiple computers that make up the cloud server.

データ収集装置111がネットワーク置換装置1と別体の装置として構成される場合、データ収集装置111は、例えばメモリ(図示略)とプロセッサ(図示略)とを含む。 When the data collection device 111 is configured as a device separate from the network replacement device 1, the data collection device 111 includes, for example, a memory (not shown) and a processor (not shown).

〔ネットワーク置換方法の流れ〕
ネットワーク置換方法M1の流れについて、図3を参照して説明する。図3は、ネットワーク置換方法M1の流れを示すフローチャートである。ネットワーク置換方法M1は、推定ステップM11と、特定ステップM12と、置換ステップM13とを含んでいる。
[Network replacement method flow]
The flow of the network replacement method M1 will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a flowchart showing the flow of the network replacement method M1. The network replacement method M1 includes an estimation step M11, a specification step M12, and a replacement step M13.

推定ステップM11は、プロセッサ11が、学習済モデルLM1を用いて入力データから出力データを推定するステップである。推定ステップM11において、プロセッサ11は、入力データを学習済モデルLM1に入力することにより、出力データを取得する。 The estimation step M11 is a step in which the processor 11 estimates output data from input data using the learned model LM1. In the estimation step M11, the processor 11 inputs the input data to the learned model LM1 to obtain output data.

学習済モデルLM1による推定処理において、学習済モデルLM1の第1の層に含まれるノードの出力値(以下「第1データ」という)と、第2の層に含まれるノードの出力値(以下「第2データ」という)とが、データ収集装置111に一時的に保持される。第1の層及び第2の層は、入力層、出力層、又は隠れ層である。データ収集装置111が保持するデータは、後段の特定ステップM12で用いられる。 In the estimation process using the learned model LM1, the output values of the nodes included in the first layer of the learned model LM1 (hereinafter referred to as "first data") and the output values of the nodes included in the second layer (hereinafter referred to as "second data") are temporarily stored in the data collection device 111. The first layer and the second layer are the input layer, the output layer, or the hidden layer. The data stored in the data collection device 111 is used in the subsequent identification step M12.

特定ステップM12は、プロセッサ11が、学習済モデルLM1の第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて特定するステップである。プロセッサ11が特定ステップM12で特定する関係式は、ニューラルネットワークで用いられる活性化関数とは異なる関数である。なお、特定ステップM12の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 The identification step M12 is a step in which the processor 11 identifies a nonlinear relational equation that expresses the relationship between the output values of the nodes included in the first layer of the learned model LM1 and the output values of the nodes included in the second layer, using a genetic algorithm GA. The relational equation identified by the processor 11 in the identification step M12 is a function different from the activation function used in the neural network. A specific example of the identification step M12 will be described later with reference to different drawings.

置換ステップM13は、プロセッサ11が、学習済モデルLM1における第1の層と第2の層との間の演算を、ステップM12で特定した関係式を用いた演算に置換するステップである。なお、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 The substitution step M13 is a step in which the processor 11 substitutes the calculation between the first layer and the second layer in the learned model LM1 with a calculation using the relational expression identified in step M12. A specific example of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13 will be described later with reference to a different drawing.

(特定ステップの具体例)
ネットワーク置換方法M1に含まれる特定ステップM12の具体例について、図4及び図5を参照して説明する。図4は、学習済モデルLM11及び遺伝的アルゴリズムGAを例示する図である。図5は、プロセッサ11が実行する特定ステップM12の流れを示すフローチャートである。
(Specific examples of specific steps)
A specific example of the identifying step M12 included in the network replacement method M1 will be described with reference to Fig. 4 and Fig. 5. Fig. 4 is a diagram illustrating a learned model LM11 and a genetic algorithm GA. Fig. 5 is a flowchart showing the flow of the identifying step M12 executed by the processor 11.

学習済モデルLM11は、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークである。学習済モデルLM11は、本実施形態に係る学習済モデルLM1の一例である。学習済モデルLM11は、入力データが入力される入力層LX、隠れ層LY1、隠れ層LY2、出力データを出力する出力層LZ、を含む複数の層を含む。各層は複数のノードがエッジで結ばれる構造となっている。 The trained model LM11 is a deep neural network composed of multiple layers. The trained model LM11 is an example of the trained model LM1 according to this embodiment. The trained model LM11 includes multiple layers, including an input layer LX to which input data is input, a hidden layer LY1, a hidden layer LY2, and an output layer LZ that outputs output data. Each layer has a structure in which multiple nodes are connected by edges.

各層は、活性化関数と呼ばれる関数を持ち、エッジは重みを持つことができる。各ノードの出力値は、そのノードと接続する前の層のノードの出力値から計算される。すなわち、前の層のノードの出力値、接続エッジの重みの値、そして層が持つ活性化関数から各ノードの出力値が計算される。 Each layer has a function called an activation function, and edges can have weights. The output value of each node is calculated from the output value of the node in the previous layer that is connected to that node. In other words, the output value of each node is calculated from the output value of the node in the previous layer, the weight value of the connecting edge, and the activation function of the layer.

図4の例において、入力層LXは、ノードX1、X2、X3、X4を含む。すなわち、この例で、学習済モデルLM11に入力される入力データは、ノードX1、X2、X3、X4の出力値x1、x2、x3、x4を含む。 In the example of FIG. 4, the input layer LX includes nodes X1, X2, X3, and X4. That is, in this example, the input data input to the trained model LM11 includes output values x1, x2, x3, and x4 of nodes X1, X2, X3, and X4.

隠れ層LY1は、ノードY11、Y12、Y13を含む。ノードY11、Y12、Y13の出力値y11、y12、y13は、隠れ層LY1の前の層である入力層LXのノードの出力値x1、x2、x3、x4を用いて計算される。 Hidden layer LY1 includes nodes Y11, Y12, and Y13. The output values y11, y12, and y13 of nodes Y11, Y12, and Y13 are calculated using the output values x1, x2, x3, and x4 of the nodes in input layer LX, which is the layer preceding hidden layer LY1.

隠れ層LY2は、ノードY21、Y22、Y23を含む。ノードY21、Y22、Y23の出力値y21、y22、y23は、隠れ層LY2の前の層である隠れ層LY1のノードの出力値y11、y12、y13を用いて計算される。 Hidden layer LY2 includes nodes Y21, Y22, and Y23. The output values y21, y22, and y23 of nodes Y21, Y22, and Y23 are calculated using the output values y11, y12, and y13 of the nodes in hidden layer LY1, which is the layer preceding hidden layer LY2.

出力層LZは、ノードZ1を含む。ノードZ1の出力値z1は、出力層LZの前の層である隠れ層LY2のノードの出力値y21、y22、y23を用いて計算される。すなわち、この例で、学習済モデルLM11の出力データは、ノードZ1の出力値z1である。 The output layer LZ includes node Z1. The output value z1 of node Z1 is calculated using the output values y21, y22, and y23 of the nodes in hidden layer LY2, which is the layer before the output layer LZ. That is, in this example, the output data of the trained model LM11 is the output value z1 of node Z1.

データ収集装置111は、学習済モデルLM1への入力データと学習済モデルLM1の出力データを一時的に保持し、入力データと出力データとを次段の遺伝的アルゴリズムGAに時間的同期をつけて入力する。すなわち、データ収集装置111は、学習済モデルLM1のデータを纏めて(ある程度の情報単位にして)次段の遺伝的アルゴリズムGAに入力する一種のバッファとして動作する。
遺伝的アルゴリズムGAは、第一世代G1~第四世代G4を含む。本具体例に係る特定ステップM12においては、遺伝的アルゴリズムを用いて、第1データと第2データとの関係を表す関係式を特定する。遺伝的アルゴリズムGAは、解の候補を遺伝子で表現した個体iを複数用意し、適応度Diの高い個体iを優先的に選択して交叉、突然変異などの操作を繰り返しながら解を探索するアルゴリズムである。本実施形態において、個体iは、非線形の関係式をツリー構造で表したものであり、関係式に含まれる演算子及び引数がツリーのノードで表される。適応度Diは適応度関数によって与えられる。
The data collection device 111 temporarily holds input data to the learned model LM1 and output data from the learned model LM1, and inputs the input data and output data to the next-stage genetic algorithm GA in time synchronization. In other words, the data collection device 111 operates as a kind of buffer that compiles data from the learned model LM1 (in certain information units) and inputs it to the next-stage genetic algorithm GA.
The genetic algorithm GA includes a first generation G1 to a fourth generation G4. In the identification step M12 according to this specific example, a relational equation expressing the relationship between the first data and the second data is identified using a genetic algorithm. The genetic algorithm GA is an algorithm that prepares a plurality of individuals i each expressing a solution candidate by a gene, preferentially selects an individual i having a high fitness Di, and searches for a solution by repeating operations such as crossover and mutation. In this embodiment, the individual i is a nonlinear relational equation expressed in a tree structure, and the operators and arguments included in the relational equation are represented by the nodes of the tree. The fitness Di is given by a fitness function.

本具体例では、個体iである非線形の関係式は、例えば以下の(1)~(3)式の3つの式を含む。
y11=f(x1,x2,x3,x4) …(1)
y12=f(x1,x2,x3,x4) …(2)
y13=f(x1,x2,x3,x4) …(3
In this specific example, the nonlinear relational equations for the individual i include, for example, the following three equations (1) to (3).
y11=f 1 (x1, x2, x3, x4)...(1)
y12=f 2 (x1, x2, x3, x4)...(2)
y13=f 3 (x1, x2, x3, x4)...(3 )

(1)~(3)式において、x1~x4は入力層LX(第1の層の一例)の各ノードの出力値である。y11~y13は隠れ層LY2(第2の層の一例)のノードY21~Y23の出力値である。すなわち、(1)~(3)式は、学習済モデルLM11の入力層LX(第1の層)に含まれるノードの出力値と、隠れ層LY2(第2の層)に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式である。 In equations (1) to (3), x1 to x4 are output values of each node in the input layer LX (an example of the first layer) . y11 to y13 are output values of nodes Y21 to Y23 in the hidden layer LY2 (an example of the second layer). In other words, equations (1) to (3) are nonlinear relational expressions that express the relationship between the output values of the nodes included in the input layer LX (the first layer) of the trained model LM11 and the output values of the nodes included in the hidden layer LY2 (the second layer).

本具体例では、プロセッサ31は、遺伝的プログラミングにより関係式を特定する。遺伝的プログラミングとは、遺伝的アルゴリズムを拡張したものであり、遺伝子型の表現としてツリー構造を用いる。なお、図5に示す特定ステップM12の流れは例示であり、遺伝的アルゴリズムGAを用いた関係式の特定方法は図5に示した方法に限定されるものではない。遺伝的アルゴリズムGAを用いた関係式の特定方法として、他の種々の手法が採用され得る。 In this specific example, the processor 31 identifies the relational equation by genetic programming. Genetic programming is an extension of the genetic algorithm, and uses a tree structure to represent gene types. Note that the flow of the identification step M12 shown in FIG. 5 is an example, and the method of identifying the relational equation using the genetic algorithm GA is not limited to the method shown in FIG. 5. Various other methods can be adopted as a method of identifying the relational equation using the genetic algorithm GA.

図5は、プロセッサ11が実行する特定ステップM12の流れを例示するフローチャートである。プロセッサ11は所定のモジュール(以下、「Aモジュール」という)を用いて、特定ステップM12を実行する。Aモジュールは、遺伝的アルゴリズムを実行するモジュールである。Aモジュールでは、プロセッサ11は、まず、新しいデータを予測するために、既知の独立変数とそれらの従属変数ターゲットの間の関係を表す単純なランダム式の母集団を作成することから始める。次に、プロセッサ11は、遺伝子操作を受ける集団から最も適した個体を選択することにより、集団を進化させて次の世代の集団を生成する。上記の操作により、上記関係を最もよく示す関係式が特定される。 Figure 5 is a flow chart illustrating the flow of the identification step M12 executed by the processor 11. The processor 11 executes the identification step M12 using a specified module (hereinafter referred to as "module A"). Module A is a module that executes a genetic algorithm. In module A, the processor 11 starts by creating a population of simple random equations that represent the relationships between known independent variables and their dependent variable targets in order to predict new data. The processor 11 then evolves the population to generate the next generation of the population by selecting the most suitable individuals from the population to be subjected to genetic manipulation. Through the above operations, a relational equation that best represents the above relationships is identified.

本具体例では、Aモジュールとして、遺伝的プログラミングを実行するモジュールが用いられる。遺伝的プログラミングとは、遺伝的アルゴリズムを拡張したものであり、遺伝子型の表現としてツリー構造を用いる。なお、図5に示す特定ステップM12の流れは例示であり、遺伝的アルゴリズムGAを用いた関係式の特定方法は図5に示した方法に限定されるものではない。遺伝的アルゴリズムGAを用いた関係式の特定方法として、他の種々の手法が採用され得る。 In this specific example, a module that executes genetic programming is used as module A. Genetic programming is an extension of the genetic algorithm, and uses a tree structure to represent gene types. Note that the flow of the identification step M12 shown in FIG. 5 is an example, and the method of identifying a relational equation using the genetic algorithm GA is not limited to the method shown in FIG. 5. Various other methods can be adopted as a method of identifying a relational equation using the genetic algorithm GA.

ステップM121において、プロセッサ11は、学習済モデルLM1の第1データと第2データとをデータ収集装置111から取得する。 In step M121, the processor 11 acquires the first data and the second data of the learned model LM1 from the data collection device 111.

ステップM122において、プロセッサ11は、遺伝的アルゴリズムGAで用いるパラメータを取得する。パラメータは例えば、生成個体数N、トーナメントサイズNt、交叉確率Pc、突然変異確率Pms、進化世代数Ng、構文木に用いる演算子Oj、構文木の最大の深さd、事象発生確率Pk1~Pk5を含む。各パラメータの値は例えば、ユーザがネットワーク置換装置1に入力する。 In step M122, the processor 11 acquires parameters to be used in the genetic algorithm GA. The parameters include, for example, the number of individuals to be generated N, the tournament size Nt, the crossover probability Pc, the mutation probability Pms, the number of evolutionary generations Ng, the operator Oj to be used in the syntax tree, the maximum depth d of the syntax tree, and the event occurrence probabilities Pk1 to Pk5. The values of each parameter are input to the network replacement device 1, for example, by the user.

生成個体数Nは、集合に含める個体iの数を表す。トーナメントサイズNtは、現世代の集合からランダムに選択する個体iの数である。突然変異確率Pmsは、遺伝子が突然変異をする確率である。構文木に用いる演算子Oiは、例えば、Max、Min、sqrt(ルート)、log(自然対数)、+、-、×、÷、sin(ラジアン)、cos(ラジアン)、tan(ラジアン)、abs、neg、invである。Maxは、最大値を選択する演算子である。Minは、最小値を選択する演算子である。negは符号をマイナスにする演算子である。invはゼロに近い引数を0にする演算子である。 The number of individuals to be generated N represents the number of individuals i to be included in the set. The tournament size Nt is the number of individuals i to be randomly selected from the set of the current generation. The mutation probability Pms is the probability that a gene will mutate. Operators Oi used in the syntax tree are, for example, Max, Min, sqrt (root), log (natural logarithm), +, -, ×, ÷, sin (radians), cos (radians), tan (radians), abs, neg, and inv. Max is an operator that selects the maximum value. Min is an operator that selects the minimum value. neg is an operator that makes the sign negative. inv is an operator that sets arguments close to zero to 0.

事象発生確率Pk1~Pk5は、次世代の集合を進化させる操作として操作m1~m5がそれぞれ選択される確率である。プロセッサ11は、操作m1~m5のいずれかの方法で次世代の集合を進化させる。事象発生確率Pk1~Pk5の総和は1とする。一例として、事象発生確率Pk1、Pk2、Pk3、Pk4、Pk5の値は、それぞれ、「0.1」、「0.2」、「0.3」、「0.4」、「0.1」である。操作m1~m5については参照する図面を代えて後述する。 The event occurrence probabilities Pk1 to Pk5 are the probabilities that operations m1 to m5 are selected as operations for evolving the next generation set. The processor 11 evolves the next generation set using one of the operations m1 to m5. The sum of the event occurrence probabilities Pk1 to Pk5 is 1. As an example, the values of the event occurrence probabilities Pk1, Pk2, Pk3, Pk4, and Pk5 are "0.1", "0.2", "0.3", "0.4", and "0.1", respectively. Operations m1 to m5 will be described later with reference to different drawings.

ステップM123において、プロセッサ11は、指定されたパラメータ(構文木に用いる演算子Oi、構文木の最大の深さd、等)に基づいて、N個の個体iをランダムに生成し、最初の現世代となるN個の個体iの集合を生成する。 In step M123, processor 11 randomly generates N individuals i based on the specified parameters (operator Oi to be used in the syntax tree, maximum depth d of the syntax tree, etc.), and generates a set of N individuals i that will become the initial current generation.

ステップM124において、プロセッサ11は、現世代の集合に含まれる個体iのそれぞれの適応度Diを算出する。適応度Diは、適応度関数によって与えられる。 In step M124, the processor 11 calculates the fitness Di of each individual i included in the set of the current generation. The fitness Di is given by a fitness function.

ステップM125において、プロセッサ11は、現世代の集合からトーナメントサイズNtの数の個体iをランダムに取り出し、その中で最も適応度Diの高い個体iを選択し、次世代の集合に追加する。ステップM125において選択された個体i、すなわち、次世代の集合に追加された個体iを「勝者ツリー」ともいう。 In step M125, processor 11 randomly selects individuals i of tournament size Nt from the current generation set, selects the individual i with the highest fitness Di among them, and adds it to the next generation set. The individual i selected in step M125, i.e., the individual i added to the next generation set, is also called the "winner tree."

プロセッサ11は、次世代の個体数が現世代と同じN個になるまで、すなわち次世代の個体数がNに達していない間は(ステップM126;NO)、ステップM125の処理を繰り返す。プロセッサ21は、次世代の個体数がNに達すると(ステップM126;YES)ステップM127の処理を実行する。 Processor 11 repeats the process of step M125 until the number of individuals in the next generation becomes N, the same as the current generation, that is, while the number of individuals in the next generation has not yet reached N (step M126; NO). When the number of individuals in the next generation reaches N (step M126; YES), processor 21 executes the process of step M127.

ステップM127において、プロセッサ11は、次世代の集合を進化させる処理を実行する。なお、ステップM127の詳細については、参照する図面を代えて後述する。 In step M127, processor 11 executes a process to evolve the next generation set. Details of step M127 will be described later with reference to a different drawing.

ステップM130において、プロセッサ11は、次世代の集合を現世代の集合に上書きする。ステップM131において、プロセッサ11は、進化世代数Ngに達したかを判定する。進化世代数Ngに達していない場合(ステップM131;NO)、プロセッサ11はステップM124の処理に戻る。一方、進化世代数Ngに達している場合(ステップM131;YES)、プロセッサ11は、ステップM132の処理に進む。 In step M130, processor 11 overwrites the next-generation set onto the current-generation set. In step M131, processor 11 determines whether the number of evolutionary generations Ng has been reached. If the number of evolutionary generations Ng has not been reached (step M131; NO), processor 11 returns to the processing of step M124. On the other hand, if the number of evolutionary generations Ng has been reached (step M131; YES), processor 11 proceeds to the processing of step M132.

ステップM132において、プロセッサ11は、現世代の集合に含まれる個体iの中から適応度Diが最も高い個体iを特定する。ステップM133において、プロセッサ11は、特定した個体iを最適解として出力する。例えば、プロセッサ11は、選択した個体iである関係式、又はその関係式の表す図形(グラフ等)をディスプレイに表示する。 In step M132, processor 11 identifies an individual i with the highest fitness Di from among the individuals i included in the set of the current generation. In step M133, processor 11 outputs the identified individual i as the optimal solution. For example, processor 11 displays on the display the relational equation that is the selected individual i, or a figure (such as a graph) that represents the relational equation.

図6は、プロセッサ11が実行するステップM127の流れを例示するフローチャートである。ステップM201において、プロセッサ11は、ユーザにより設定された事象発生確率Pk1~Pk5に基づき、操作m1~m5のいずれかを選択する。操作m1を選択した場合(ステップM201;「操作m1」)、プロセッサ11は、ステップM202の処理に進む。操作m2を選択した場合(ステップM201;「操作m2」)、プロセッサ11は、ステップM211の処理に進む。操作m3を選択した場合(ステップM201;「操作m3」)、プロセッサ11は、ステップM221の処理に進む。操作m4を選択した場合(ステップM201;「操作m4」)、プロセッサ11は、ステップM231の処理に進む。操作m5を選択した場合(ステップM201;「操作m5」)、プロセッサ11は、処理を終了する。 FIG. 6 is a flow chart illustrating the flow of step M127 executed by the processor 11. In step M201, the processor 11 selects one of operations m1 to m5 based on the event occurrence probabilities Pk1 to Pk5 set by the user. If operation m1 is selected (step M201; "operation m1"), the processor 11 proceeds to processing of step M202. If operation m2 is selected (step M201; "operation m2"), the processor 11 proceeds to processing of step M211. If operation m3 is selected (step M201; "operation m3"), the processor 11 proceeds to processing of step M221. If operation m4 is selected (step M201; "operation m4"), the processor 11 proceeds to processing of step M231. If operation m5 is selected (step M201; "operation m5"), the processor 11 ends the processing.

操作m1は、クロスオーバーである。クロスオーバーとは、個体間で遺伝物質を混合する方法である。クロスオーバーの場合、ステップM202において、プロセッサ11は、次世代の集合に含まれる勝者ツリーについて、各勝者ツリーに含まれるサブツリーをランダムに選択する。 Operation m1 is a crossover. Crossover is a method of mixing genetic material between individuals. In the case of crossover, in step M202, processor 11 randomly selects subtrees in each winning tree for the winning trees in the next generation set.

ステップM203において、プロセッサ11は、ドナー用の次世代の集合を生成する。ステップM203の処理の内容は、図6のステップM123~M125の内容と同様である。すなわち、プロセッサ11は、まず、ユーザにより指定された個体パラメータに基づいて、N個の個体iをランダムに生成し、N個の個体iの集合(以下「ドナー集合」という)を生成する。次いで、プロセッサ11は、ドナー集合に含まれる個体iのそれぞれの適応度Diを算出する。次いで、プロセッサ11は、ドナー集合からトーナメントサイズNtの数の個体iをランダムに取り出し、その中で最も適応度Diの高い個体iを選択し、次世代のドナー集合に追加する。この処理により選択される個体iを「ドナーツリー」ともいう。プロセッサ11は、次世代のドナーツリーの数がNになるまで、ドナーツリーの選択処理を繰り返す。 In step M203, processor 11 generates a next-generation set for donors. The processing content of step M203 is the same as the processing content of steps M123 to M125 in FIG. 6. That is, processor 11 first randomly generates N individuals i based on individual parameters specified by the user, and generates a set of N individuals i (hereinafter referred to as the "donor set"). Next, processor 11 calculates the fitness Di of each individual i included in the donor set. Next, processor 11 randomly extracts individuals i in a number equal to the tournament size Nt from the donor set, selects the individual i with the highest fitness Di among them, and adds it to the donor set of the next generation. The individual i selected by this processing is also referred to as the "donor tree". Processor 11 repeats the donor tree selection processing until the number of donor trees of the next generation reaches N.

ステップM204において、プロセッサ11は、ドナーツリーに含まれるサブツリー(以下「ドナーサブツリー」という)をランダムに選択する。 In step M204, processor 11 randomly selects a subtree included in the donor tree (hereinafter referred to as the "donor subtree").

ステップM205において、プロセッサ11は、勝者ツリーにおいてサブツリーの入れ替えを行う。本実施形態では、プロセッサ11は、勝者ツリーからステップM202で選択したサブツリー取り除き、そのサブツリーがあった箇所にステップM203で選択したドナーサブツリーを移植する。すなわち、プロセッサ11は、勝者ツリーに含まれるサブツリーをドナーサブツリーで置換する。このサブツリーが置換された勝者ツリーが、次世代の子孫(個体)となる。 In step M205, processor 11 replaces the subtrees in the winning tree. In this embodiment, processor 11 removes the subtree selected in step M202 from the winning tree, and transplants the donor subtree selected in step M203 into the location where the subtree was. In other words, processor 11 replaces the subtree included in the winning tree with the donor subtree. The winning tree with the replaced subtree becomes the descendant (individual) of the next generation.

操作m2は、サブツリーを突然変異させる操作である。サブツリーを突然変異させることにより、絶滅した機能とオペレーターを集団に再導入し、多様性を維持することができる。この場合、ステップM211において、プロセッサ11は、勝者ツリーに含まれるサブツリーをランダムに選択する。 Operation m2 is an operation for mutating a subtree. By mutating a subtree, extinct functions and operators can be reintroduced into the population and diversity can be maintained. In this case, in step M211, processor 11 randomly selects a subtree to be included in the winning tree.

ステップM212において、プロセッサ11は、サブツリーをランダムに生成する。ステップM213において、プロセッサ11は、勝者ツリーにおいてサブツリーの入れ替えを行う。本実施形態では、プロセッサ11は、勝者ツリーからステップM202で選択したサブツリーを取り除き、取り除いたサブツリーがあった箇所に、ステップM212で生成したサブツリーを移植する。すなわち、プロセッサ11は、勝者ツリーに含まれるサブツリーをステップM212で生成したサブツリーで置換する。このサブツリーが置換された勝者ツリーが、次世代の子孫(個体)となる。 In step M212, processor 11 randomly generates a subtree. In step M213, processor 11 replaces the subtrees in the winning tree. In this embodiment, processor 11 removes the subtree selected in step M202 from the winning tree, and transplants the subtree generated in step M212 into the location of the removed subtree. In other words, processor 11 replaces the subtree included in the winning tree with the subtree generated in step M212. The winning tree with the replaced subtree becomes the descendant (individual) of the next generation.

操作m3は、ホイスト突然変異である。ホイスト突然変異は、ツリーの膨らみと戦う突然変異操作である。ステップM221において、プロセッサは、勝者ツリーに含まれるサブツリーをランダムに選択する。ステップM222において、プロセッサ11は、ステップM221で選択したサブツリーに含まれるサブツリーをランダムに選択する。 Operation m3 is a hoist mutation. Hoist mutation is a mutation operation that combats tree bloat. In step M221, the processor randomly selects a subtree to be included in the winning tree. In step M222, processor 11 randomly selects a subtree to be included in the subtree selected in step M221.

ステップM223において、プロセッサ11は、ステップM222で選択したサブツリーを、元のサブツリー(ステップM221で選択したサブツリー)の位置まで巻き上げる。このサブツリーが巻き上げられた勝者ツリーが、次世代の子孫(個体)となる。 In step M223, processor 11 rolls up the subtree selected in step M222 to the position of the original subtree (the subtree selected in step M221). The winning tree into which this subtree has been rolled up becomes the descendant (individual) of the next generation.

操作m4は、点突然変異である。点突然変異は、多様性を維持するために、絶滅した関係式と演算子を集団に再導入する操作である。ステップM231において、プロセッサ11は、勝者ツリーのノードをランダムに選択する。ステップM232において、プロセッサ11は、ステップM231で選択したノードを、他のノードに置換する。これにより、勝者ツリーの表す関係式は、元のノードと同じ数の引数を必要とする他の関係式に置き換えられる。置き換えにより得られる勝者ツリーが、次世代の子孫(個体)となる。 Operation m4 is a point mutation. Point mutation is an operation that reintroduces extinct relations and operators into a population in order to maintain diversity. In step M231, processor 11 randomly selects a node of the winning tree. In step M232, processor 11 replaces the node selected in step M231 with another node. As a result, the relational expression represented by the winning tree is replaced with another relational expression that requires the same number of arguments as the original node. The winning tree obtained by the replacement becomes the descendant (individual) of the next generation.

操作m5は、再生である。この場合、勝者ツリーは複製され、変更されることなく次の世代に含められる。 Operation m5 is regeneration, in which the winning tree is replicated and included in the next generation without modification.

図7~図10は、勝者ツリーに対して行われる操作の内容を例示する図である。図7は、操作m1(クロスオーバー)の内容を例示する図である。図7の例では、勝者ツリーtr11のサブツリーtr111が、ドナーツリーtr12のサブツリーtr121で置換され、勝者ツリーtr13となる。勝者ツリーtr13が、次世代の子孫(個体)となる。 Figures 7 to 10 are diagrams illustrating the contents of operations performed on the winning tree. Figure 7 is a diagram illustrating the contents of operation m1 (crossover). In the example of Figure 7, subtree tr111 of winner tree tr11 is replaced with subtree tr121 of donor tree tr12, resulting in winner tree tr13. Winner tree tr13 becomes the descendant (individual) of the next generation.

図8は、操作m2(サブツリー突然変異)の内容を例示する図である。図8の例では、勝者ツリーtr11のサブツリーtr111が、サブツリーtr22で置換され、勝者ツリーtr23となる。勝者ツリーtr23が、次世代の子孫(個体)となる。 Figure 8 is a diagram illustrating the contents of operation m2 (subtree mutation). In the example of Figure 8, subtree tr111 of winner tree tr11 is replaced with subtree tr22 to become winner tree tr23. Winner tree tr23 becomes the descendant (individual) of the next generation.

図9は、操作m3(ホイスト突然変異)の内容を例示する図である。図9の例では、勝者ツリーtr11のサブツリーtr1121が、サブツリーtr112の位置まで巻き上げられ、勝者ツリーtr31となる。勝者ツリーtr31が、次世代の子孫(個体)となる。 Figure 9 is a diagram illustrating the contents of operation m3 (hoist mutation). In the example of Figure 9, subtree tr1121 of winner tree tr11 is rolled up to the position of subtree tr112, becoming winner tree tr31. Winner tree tr31 becomes the descendant (individual) of the next generation.

図10は、操作m4(点突然変異)の内容を例示する図である。図10の例では、勝者ツリーtr11に含まれるノードn21及びノードn34が、ノードn421及びノードn434に置換され、勝者ツリーtr41となる。勝者ツリーtr41が、次世代の子孫(個体)となる。 Figure 10 is a diagram illustrating the contents of operation m4 (point mutation). In the example of Figure 10, nodes n21 and n34 included in the winner tree tr11 are replaced with nodes n421 and n434, resulting in a winner tree tr41. The winner tree tr41 becomes the descendant (individual) of the next generation.

(置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例1)
図11は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM21、LM22の具体例を説明するための図である。図において、学習済モデルLM12は、本実施形態に係る学習済モデルLM1の一例である。学習済モデルLM12は、入力層LX、出力層LY、隠れ層LA~LDを含む。入力層LXは、ノードX1~X12を含む。出力層LYは、ノードY1~Y12を含む。隠れ層LAは、ノードA1~A6を含む。隠れ層LBは、ノードB1~B6を含む。隠れ層LCは、ノードC1~C6を含む。隠れ層LDは、ノードD1~D6を含む。学習済モデルLM21、LM22は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の具体例である。
(Specific example 1 of a trained model obtained by a substitution step)
FIG. 11 is a diagram for explaining specific examples of learned models LM21 and LM22 obtained by the substitution step M13. In the figure, the learned model LM12 is an example of the learned model LM1 according to this embodiment. The learned model LM12 includes an input layer LX, an output layer LY, and hidden layers LA to LD. The input layer LX includes nodes X1 to X12. The output layer LY includes nodes Y1 to Y12. The hidden layer LA includes nodes A1 to A6. The hidden layer LB includes nodes B1 to B6. The hidden layer LC includes nodes C1 to C6. The hidden layer LD includes nodes D1 to D6. The learned models LM21 and LM22 are specific examples of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13.

本具体例では、プロセッサ11は、特定ステップM12において、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値(第1データ)と、隠れ層LB(第2の層)に含まれる各ノードの出力値(第2データ)との関係を表す非線形の関係式fxbを、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する。関係式xbは、例えば以下の(4)式である。ただし、(4)式において、iは、1≦i≦6を満たす自然数であり、bは、隠れ層LBに含まれるノードBiの出力値である。x1~x12は、入力層LXに含まれるノードX1~X12の出力値である。
=fxb(x1,x2,x3,…,x12) …(4)
In this specific example, in the identification step M12, the processor 11 identifies a nonlinear relational expression fxb expressing the relationship between the output value (first data) of each node included in the input layer LX (first layer) and the output value (second data) of each node included in the hidden layer LB (second layer) using a genetic algorithm. The relational expression fxb is, for example, the following formula (4). In formula (4), i is a natural number satisfying 1≦i≦6, and b i is the output value of node Bi included in the hidden layer LB. x1 to x12 are the output values of nodes X1 to X12 included in the input layer LX.
b i =fxb i (x1, x2, x3,..., x12)...(4)

また、プロセッサ11は、上述の特定ステップM12において、隠れ層LB(第1の層)に含まれるノードの出力値(第1データ)と、隠れ層LD(第2の層)に含まれるノードの出力値(第2データ)との関係を表す非線形の関係式fbdを、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する。この場合、プロセッサ11が特定する関係式は、例えば以下の(5)式である。ただし、(5)式において、kは、1≦k≦6を満たす自然数であり、dは、隠れ層LDに含まれるノードDiの出力値である。b1~b6は、隠れ層LBに含まれるノードB1~B6の出力値である。
=fbd(b1,b2,b3,…,b6) …(5)
In addition, in the above-mentioned identification step M12, the processor 11 identifies a nonlinear relational equation fbd expressing the relationship between the output value (first data) of the node included in the hidden layer LB (first layer) and the output value (second data) of the node included in the hidden layer LD (second layer) using a genetic algorithm. In this case, the relational equation identified by the processor 11 is, for example, the following equation (5). In equation (5), k is a natural number satisfying 1≦k≦6, and d k is the output value of the node Di included in the hidden layer LD. b1 to b6 are the output values of the nodes B1 to B6 included in the hidden layer LB.
d k = fbd k (b1, b2, b3,..., b6)...(5)

プロセッサ11は、置換ステップM13において、学習済モデルLM12における第1の層と第2の層との間の演算を、関係式fxb及び関係式fbdを用いた演算に置換し、学習済モデルLM21、LM22を生成する。 In a substitution step M13, the processor 11 substitutes the operations between the first layer and the second layer in the learned model LM12 with operations using the relational expressions fxb and fbd to generate learned models LM21 and LM22.

学習済モデルLM21は、学習済モデルLM12において、入力層LX(第1の層)と隠れ層LB(第2の層)との間の演算が、関係式fbdを用いる演算に置換された、学習済モデルである。学習済モデルLM21は、入力層LX、隠れ層LB´、LC、LD、出力層LYを含む。学習済モデルLM21の隠れ層LBは、ノードB1´~B6´を含む。 The trained model LM21 is a trained model in which the calculations between the input layer LX (first layer) and the hidden layer LB (second layer) in the trained model LM12 have been replaced with calculations that use the relational equation fbd. The trained model LM21 includes an input layer LX, a hidden layer LB', LC, LD, and an output layer LY. The hidden layer LB of the trained model LM21 includes nodes B1' to B6'.

学習済モデルLM12では、隠れ層LBに含まれる各ノードの出力値は、前の層である隠れ層LAに含まれる各ノードの出力値、接続エッジの重み値、隠れ層LBが持つ活性化関数から計算される。それに対し、学習済モデルLM21では、隠れ層LB´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、特定ステップM12でプロセッサ11が特定した(4)式に、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM12, the output values of each node in the hidden layer LB are calculated from the output values of each node in the previous layer, the hidden layer LA, the weight values of the connecting edges, and the activation function of the hidden layer LB. In contrast, in the trained model LM21, the output values of each node in the hidden layer LB' (second layer) are calculated by substituting the output values of each node in the input layer LX (first layer) into equation (4) identified by the processor 11 in identification step M12.

また、学習済モデルLM22は、学習済モデルLM21の第1の層(隠れ層LB)と第2の層(隠れ層LD)との間の演算が、特定ステップM12で特定した関係式を用いた演算に置換された、学習済モデルである。学習済モデルLM22は、入力層LX、隠れ層LB´、LD´、出力層LYを含む。隠れ層LB´は、ノードB1´~B6´を含む。隠れ層LD´は、ノードD1´~D6´を含む。 The trained model LM22 is a trained model in which the calculations between the first layer (hidden layer LB) and the second layer (hidden layer LD) of the trained model LM21 have been replaced with calculations using the relational equations identified in the identification step M12. The trained model LM22 includes an input layer LX, hidden layers LB' and LD', and an output layer LY. The hidden layer LB' includes nodes B1' to B6'. The hidden layer LD' includes nodes D1' to D6'.

学習済モデルLM12及び学習済モデルL21では、隠れ層LDに含まれる各ノードの出力値は、前の層である隠れ層LCに含まれる各ノードの出力値、接続エッジの重み値、隠れ層LDが持つ活性化関数から計算される。それに対し、学習済モデルLM22では、隠れ層LD´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、特定ステップM12でプロセッサ11が特定した(5)式に、隠れ層LB´(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM12 and trained model L21, the output value of each node in the hidden layer LD is calculated from the output value of each node in the previous layer, the hidden layer LC, the weight values of the connecting edges, and the activation function of the hidden layer LD. In contrast, in the trained model LM22, the output value of each node in the hidden layer LD' (second layer) is calculated by substituting the output value of each node in the hidden layer LB' (first layer) into equation (5) identified by the processor 11 in identification step M12.

(置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例2)
図12は、置換ステップM13により得られる学習済モデルの他の具体例を説明するための図である。図において、学習済モデルLM23、LM24は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の具体例である。本具体例では、プロセッサ11は、特定ステップM12において、第1の層に含まれる各ノードの出力値と、第2の層に含まれる各ノードの出力値との関係を表す非線形の関係式として、関係式fxa、関係式fac、関係式fcyの3種類の関係式を特定する。
(Specific example 2 of trained model obtained by substitution step)
12 is a diagram for explaining another specific example of a learned model obtained by the substitution step M13. In the figure, learned models LM23 and LM24 are specific examples of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13. In this specific example, in the identification step M12, the processor 11 identifies three types of relational expressions, a relational expression fxa, a relational expression fac, and a relational expression fcy, as nonlinear relational expressions that represent the relationship between the output value of each node included in the first layer and the output value of each node included in the second layer.

関係式fxaは、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値(第1データ)と、隠れ層LA(第2の層)に含まれる各ノードの出力値(第2データ)との関係を表す関係式である。関係式fxaは、例えば以下の(6)式である。(6)式において、iは、1≦i≦6を満たす自然数であり、aは、隠れ層LAに含まれるノードAiの出力値である。x1~x12は、入力層LXに含まれるノードX1~X12の出力値である。
=fxa(x1,x2,x3,…,x12) …(6)
The relational expression fxa is a relational expression that expresses the relationship between the output value (first data) of each node included in the input layer LX (first layer) and the output value (second data) of each node included in the hidden layer LA (second layer). The relational expression fxa is, for example, the following formula (6). In formula (6), i is a natural number that satisfies 1≦i≦6, and a i is the output value of node Ai included in the hidden layer LA. x1 to x12 are the output values of nodes X1 to X12 included in the input layer LX.
a i = fxa i (x1, x2, x3,..., x12)...(6)

関係式facは、隠れ層LA(第1の層)に含まれる各ノードの出力値(第1データ)と、隠れ層LD(第2の層)に含まれる各ノードの出力値(第2データ)との関係を表す関係式である。関係式facは、例えば以下の(7)式である。(7)式において、iは、1≦i≦6を満たす自然数であり、cは、隠れ層LDに含まれるノードCiの出力値である。a1~a6は、隠れ層LAに含まれるノードA1~A6の出力値である。
=fac(a1,a2,a3,…,a6) …(7)
The relational expression fac is a relational expression that expresses the relationship between the output value (first data) of each node included in the hidden layer LA (first layer) and the output value (second data) of each node included in the hidden layer LD (second layer). The relational expression fac is, for example, the following formula (7). In formula (7), i is a natural number that satisfies 1≦i≦6, and c i is the output value of node Ci included in the hidden layer LD. a1 to a6 are the output values of nodes A1 to A6 included in the hidden layer LA.
c i = fac i (a1, a2, a3,..., a6)...(7)

関係式fcyは、出力層LY(第1の層)に含まれる各ノードの出力値(第1データ)と、隠れ層LC(第2の層)に含まれる各ノードの出力値(第2データ)との関係を表す関係式である。関係式fcyは、例えば以下の(8)式である。(8)式において、iは、1≦i≦6を満たす自然数であり、yは、出力層LYに含まれるノードYiの出力値である。c1~c6は、隠れ層LCに含まれるノードC1~C6の出力値である。
=fcy(c1,c2,c3,…,c6) …(8)
The relational expression fcy is a relational expression that expresses the relationship between the output value (first data) of each node included in the output layer LY (first layer) and the output value (second data) of each node included in the hidden layer LC (second layer). The relational expression fcy is, for example, the following formula (8). In formula (8), i is a natural number that satisfies 1≦i≦6, and yi is the output value of node Yi included in the output layer LY. c1 to c6 are the output values of nodes C1 to C6 included in the hidden layer LC.
y i = fcy i (c1, c2, c3,..., c6)...(8)

プロセッサ11は、上述の置換ステップM13において、学習済モデルLM12における第1の層と第2の層との間の演算を、特定ステップM12で特定した関係式を用いた演算に置換し、学習済モデルLM23を生成する。 In the above-mentioned substitution step M13, the processor 11 replaces the operations between the first layer and the second layer in the learned model LM12 with operations using the relational equation identified in the identification step M12, thereby generating the learned model LM23.

学習済モデルLM23は、入力層LX、隠れ層LA´、LC´、出力層LY´を含む。隠れ層LA´は、ノードA1´~A6´を含む。隠れ層LC´は、ノードC1´~C6´を含む。出力層LY´は、ノードY1´~Y12´を含む。学習済モデルLM23では、入力層LX(第1の層)と隠れ層LA´(第2の層)との間の演算が、関係式fxaを用いた演算に置換されている。また、学習済モデルLM23では、隠れ層LA´(第1の層)と隠れ層LC´(第2の層)との間の演算が、関係式facを用いた演算に置換されている。また、学習済モデルLM23では、隠れ層LC´(第1の層)と出力層LY´(第2の層)との間の演算が、関係式fcyを用いた演算に置換されている。 The trained model LM23 includes an input layer LX, hidden layers LA' and LC', and an output layer LY'. The hidden layer LA' includes nodes A1' to A6'. The hidden layer LC' includes nodes C1' to C6'. The output layer LY' includes nodes Y1' to Y12'. In the trained model LM23, the calculations between the input layer LX (first layer) and the hidden layer LA' (second layer) are replaced with calculations using the relational expression fxa. In the trained model LM23, the calculations between the hidden layer LA' (first layer) and the hidden layer LC' (second layer) are replaced with calculations using the relational expression fac. In the trained model LM23, the calculations between the hidden layer LC' (first layer) and the output layer LY' (second layer) are replaced with calculations using the relational expression fcy.

学習済モデルLM12では、隠れ層LAに含まれる各ノードの出力値は、前の層である入力層LXに含まれる各ノードの出力値、接続エッジの重み値、隠れ層LAが持つ活性化関数から計算される。それに対し、学習済モデルLM23では、隠れ層LA´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、関係式fxaに、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM12, the output values of each node in the hidden layer LA are calculated from the output values of each node in the previous layer, the input layer LX, the weight values of the connecting edges, and the activation function of the hidden layer LA. In contrast, in the trained model LM23, the output values of each node in the hidden layer LA' (second layer) are calculated by substituting the output values of each node in the input layer LX (first layer) into the relational expression fxa.

また、学習済モデルLM12では、隠れ層LCに含まれる各ノードの出力値は、前の層である隠れ層LBに含まれる各ノードの出力値、接続エッジの重み値、隠れ層LCが持つ活性化関数から計算される。それに対し、学習済モデルLM23では、隠れ層LC´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、関係式facに、隠れ層LA´(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM12, the output values of each node in the hidden layer LC are calculated from the output values of each node in the previous layer, the hidden layer LB, the weight values of the connecting edges, and the activation function of the hidden layer LC. In contrast, in the trained model LM23, the output values of each node in the hidden layer LC' (second layer) are calculated by substituting the output values of each node in the hidden layer LA' (first layer) into the relational expression fac.

また、学習済モデルLM12では、出力層LYに含まれる各ノードの出力値は、前の層である隠れ層LDに含まれる各ノードの出力値、接続エッジの重み値、出力層LYが持つ活性化関数から計算される。それに対し、学習済モデルLM23では、出力層LY´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、関係式fcyに、隠れ層LC´(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM12, the output values of each node in the output layer LY are calculated from the output values of each node in the previous layer, the hidden layer LD, the weight values of the connecting edges, and the activation function of the output layer LY. In contrast, in the trained model LM23, the output values of each node in the output layer LY' (second layer) are calculated by substituting the output values of each node in the hidden layer LC' (first layer) into the relational expression fcy.

また、本具体例では、プロセッサ11は更に、関係式fxa(第1の関係式の一例)、関係式fac(第2の関係式の一例)、及び関係式fcyを用いて、入力層LX(第1の層の一例)に含まれるノードの出力値と、出力層LY(第2の層の一例)に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を特定する。本具体例において、中間層LA、LCは本実施形態に係る第3の層の一例である。プロセッサ11は、関係式fxa、fac、fcyの連立方程式を解くことにより、x1~x12と、y1~y12との関係を表す関係式fxyを特定する。関係式fxyは、例えば以下の(9)式で表される。(9)式において、iは、1≦i≦12を満たす自然数であり、yは、出力層LYに含まれるノードYiの出力値である。x1~x12は、入力層LXに含まれるノードX1~X12の出力値である。
=fxy(x1,x2,x3,…,x12) …(9)
In this specific example, the processor 11 further uses the relational expression fxa (an example of a first relational expression), the relational expression fac (an example of a second relational expression), and the relational expression fcy to specify a nonlinear relational expression that expresses the relationship between the output value of the node included in the input layer LX (an example of a first layer) and the output value of the node included in the output layer LY (an example of a second layer). In this specific example, the intermediate layers LA and LC are examples of the third layer according to this embodiment. The processor 11 specifies the relational expression fxy that expresses the relationship between x1 to x12 and y1 to y12 by solving the simultaneous equations of the relational expressions fxa, fac, and fcy. The relational expression fxy is expressed, for example, by the following formula (9). In formula (9), i is a natural number that satisfies 1≦i≦12, and yi is the output value of the node Yi included in the output layer LY. x1 to x12 are the output values of the nodes X1 to X12 included in the input layer LX.
y i =fxy i (x1, x2, x3,..., x12)...(9)

プロセッサ11は、学習済モデルLM23における入力層LXと出力層LYとの間の演算を、関係式fxyを用いた演算に置換し、学習済モデルLM24を生成する。学習済モデルLM24は、入力層LX、出力層LYを含む。出力層LYは、ノードY1´´~Y12´´を含む。 The processor 11 replaces the calculations between the input layer LX and the output layer LY in the learned model LM23 with calculations using the relational equation fxy, and generates the learned model LM24. The learned model LM24 includes an input layer LX and an output layer LY. The output layer LY includes nodes Y1'' to Y12''.

学習済モデルLM24では、学習済モデルLM23における、入力層LXと出力層LY´との間の演算が、関係式fxyを用いた演算に置換されている。すなわち、学習済モデルLM24では、出力層LY´´に含まれる各ノードの出力値は、関係式fxyに、入力層LXに含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM24, the calculations between the input layer LX and the output layer LY' in the trained model LM23 are replaced with calculations using the relational equation fxy. That is, in the trained model LM24, the output value of each node included in the output layer LY'' is calculated by substituting the output value of each node included in the input layer LX into the relational equation fxy.

(置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例3)
図13は、置換ステップM13により得られる学習済モデルの他の具体例を説明するための図である。図において、学習済モデルLM26、LM27は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の具体例である。本具体例では、プロセッサ11は、特定ステップM12において、第1の層に含まれる各ノードの出力値と、第2の層に含まれる各ノードの出力値との関係を表す非線形の関係式として、関係式fxa、関係式fab、関係式fbc、関係式fcd、関係式fdyの5種類の関係式を特定する。
(Specific example 3 of trained model obtained by substitution step)
13 is a diagram for explaining another specific example of a learned model obtained by the substitution step M13. In the figure, learned models LM26 and LM27 are specific examples of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13. In this specific example, in the identification step M12, the processor 11 identifies five types of relational expressions, i.e., relational expression fxa, relational expression fab, relational expression fbc, relational expression fcd, and relational expression fdy, as nonlinear relational expressions expressing the relationship between the output value of each node included in the first layer and the output value of each node included in the second layer.

関係式fxaは、入力層LXに含まれる各ノードの出力値と、隠れ層LAに含まれる各ノードの出力値との関係を表す関係式である。 The relational equation fxa represents the relationship between the output values of each node included in the input layer LX and the output values of each node included in the hidden layer LA.

関係式fabは、隠れ層LAに含まれる各ノードの出力値と、隠れ層LBに含まれる各ノードの出力値との関係を表す関係式である。関係式fbcは、隠れ層LBに含まれる各ノードの出力値と、隠れ層LCに含まれる各ノードの出力値との関係を表す関係式である。関係式fcdは、隠れ層LCに含まれる各ノードの出力値と、隠れ層LDに含まれる各ノードの出力値との関係を表す関係式である。関係式fdyは、隠れ層LDに含まれる各ノードの出力値と、隠れ層LYに含まれる各ノードの出力値との関係を表す関係式である。 The relational expression fab is a relational expression that represents the relationship between the output value of each node included in hidden layer LA and the output value of each node included in hidden layer LB. The relational expression fbc is a relational expression that represents the relationship between the output value of each node included in hidden layer LB and the output value of each node included in hidden layer LC. The relational expression fcd is a relational expression that represents the relationship between the output value of each node included in hidden layer LC and the output value of each node included in hidden layer LD. The relational expression fdy is a relational expression that represents the relationship between the output value of each node included in hidden layer LD and the output value of each node included in hidden layer LY.

プロセッサ11は、上述の置換ステップM13において、学習済モデルLM12における第1の層と第2の層との間の演算を、特定ステップM12で特定した関係式を用いた演算に置換し、学習済モデルLM26を生成する。学習済モデルLM26は、入力層LX、隠れ層LA´~LD´、出力層LY´を含む。隠れ層LA´は、ノードA1´~A6´を含む。隠れ層LB´は、ノードB1´~B6´を含む。隠れ層LC´は、ノードC1´~C6´を含む。隠れ層LD´は、ノードD1´~D6´を含む。出力層LY´は、ノードY1´~Y12´を含む。 In the above-mentioned substitution step M13, the processor 11 substitutes the calculations between the first layer and the second layer in the learned model LM12 with calculations using the relational equations identified in the identification step M12 to generate the learned model LM26. The learned model LM26 includes an input layer LX, hidden layers LA' to LD', and an output layer LY'. The hidden layer LA' includes nodes A1' to A6'. The hidden layer LB' includes nodes B1' to B6'. The hidden layer LC' includes nodes C1' to C6'. The hidden layer LD' includes nodes D1' to D6'. The output layer LY' includes nodes Y1' to Y12'.

学習済モデルLM26では、各層の間の演算が、関係式を用いた演算に置換されている。例えば、学習済モデルLM26では、入力層LXと隠れ層LA´との間の演算が、関係式fxaを用いた演算に置換されている。同様に、学習済モデルLM26では、隠れ層LA´と隠れ層LB´との間の演算が、関係式fabを用いた演算に置換されている。 In the trained model LM26, the calculations between each layer are replaced with calculations using relational expressions. For example, in the trained model LM26, the calculations between the input layer LX and the hidden layer LA' are replaced with calculations using the relational expression fxa. Similarly, in the trained model LM26, the calculations between the hidden layer LA' and the hidden layer LB' are replaced with calculations using the relational expression fab.

学習済モデルLM26では、各層に含まれるノードの出力値は、遺伝的アルゴリズムにより特定された関係式fxa~fdyに、前の層に含まれる各ノードの出力値を代入することにより算出される。 In the trained model LM26, the output values of the nodes in each layer are calculated by substituting the output values of each node in the previous layer into the relational expressions fxa to fdy identified by the genetic algorithm.

また、本具体例では、プロセッサ11は更に、関係式fxa~fdyの連立方程式を解くことにより、x1~x12と、y1~y12との関係を表す関係式fxyを特定する。関係式fxyは、例えば上述の(9)式で表される。 In this specific example, the processor 11 further identifies a relational equation fxy that expresses the relationship between x1 to x12 and y1 to y12 by solving the simultaneous equations of the relational equations fxa to fdy. The relational equation fxy is expressed, for example, by the above-mentioned equation (9).

プロセッサ11は、学習済モデルLM26における入力層LXと出力層LY´との間の演算を、関係式fxyを用いた演算に置換し、学習済モデルLM27を生成する。学習済モデルLM27は、入力層LX、出力層LY´´を含む。出力層LY´´は、ノードY1´´~Y12´´を含む。 The processor 11 replaces the calculations between the input layer LX and the output layer LY' in the learned model LM26 with calculations using the relational equation fxy to generate the learned model LM27. The learned model LM27 includes an input layer LX and an output layer LY". The output layer LY" includes nodes Y1" to Y12".

学習済モデルLM27では、学習済モデルLM26における、入力層LXと出力層LY´´との間の演算が、関係式fxyを用いた演算に置換されている。すなわち、学習済モデルLM27では、出力層LY´´に含まれる各ノードの出力値は、関係式fxyに、入力層LXに含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 In the trained model LM27, the calculations between the input layer LX and the output layer LY'' in the trained model LM26 are replaced with calculations using the relational equation fxy. That is, in the trained model LM27, the output value of each node included in the output layer LY'' is calculated by substituting the output value of each node included in the input layer LX into the relational equation fxy.

(置換ステップにより得られる学習済モデルの具体例4)
図14は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の他の具体例を説明するための図である。図において、学習済モデルLM25は、置換ステップM13により得られる学習済モデルLM2の例である。本具体例では、プロセッサ11は、特定ステップM12において、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値(第1データ)と、出力層LY(第2の層)に含まれる各ノードの出力値との関係を表す非線形の関係式fxyを、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する。
(Specific example 4 of trained model obtained by substitution step)
14 is a diagram for explaining another specific example of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13. In the figure, a learned model LM25 is an example of the learned model LM2 obtained by the substitution step M13. In this specific example, in the identification step M12, the processor 11 identifies a nonlinear relational expression fxy that expresses the relationship between the output value (first data) of each node included in the input layer LX (first layer) and the output value of each node included in the output layer LY (second layer) using a genetic algorithm.

プロセッサ11は、置換ステップM13において、学習済モデルLM12における入力層LXと出力層LYとの間の演算を、関係式fxyを用いた演算に置換し、学習済モデルL25を生成する。学習済モデルLM25は、入力層LX、出力層LYを含む。学習済モデルLM25の出力層LYは、ノードY1´~Y12´を含む。 In a substitution step M13, the processor 11 substitutes the operations between the input layer LX and the output layer LY in the learned model LM12 with operations using the relational expression fxy to generate the learned model L25. The learned model LM25 includes an input layer LX and an output layer LY. The output layer LY of the learned model LM25 includes nodes Y1' to Y12'.

学習済モデルLM25は、学習済モデルLM12において、入力層LXと出力層LYとの間の演算が、関係式fxyを用いる演算に置換された、学習済モデルである。学習済モデルLM25では、出力層LY´(第2の層)に含まれる各ノードの出力値は、特定ステップM12でプロセッサ11が特定した(4)式に、入力層LX(第1の層)に含まれる各ノードの出力値を代入することにより計算される。 The trained model LM25 is a trained model in which the calculations between the input layer LX and the output layer LY in the trained model LM12 have been replaced with calculations using the relational equation fxy. In the trained model LM25, the output value of each node included in the output layer LY' (second layer) is calculated by substituting the output value of each node included in the input layer LX (first layer) into equation (4) identified by the processor 11 in the identification step M12.

〔推定装置の構成〕
推定装置3の構成について、図15を参照しつつ説明する。図15は、推定装置3の構成を示すブロック図である。
[Configuration of the Estimation Device]
The configuration of the estimation device 3 will be described with reference to Fig. 15. Fig. 15 is a block diagram showing the configuration of the estimation device 3.

推定装置3は、汎用コンピュータを用いて実現されており、プロセッサ31と、一次メモリ32と、二次メモリ33と、入出力インタフェース34と、通信インタフェース35と、バス36とを備えている。プロセッサ31、一次メモリ32、二次メモリ33、入出力インタフェース34、及び通信インタフェース35は、バス36を介して相互に接続されている。 The estimation device 3 is realized using a general-purpose computer, and includes a processor 31, a primary memory 32, a secondary memory 33, an input/output interface 34, a communication interface 35, and a bus 36. The processor 31, the primary memory 32, the secondary memory 33, the input/output interface 34, and the communication interface 35 are interconnected via the bus 36.

二次メモリ33には、推定プログラムP3が格納されている。プロセッサ21は、二次メモリ23に格納されている推定プログラムP3を一次メモリ32上に展開する。そして、プロセッサ31は、一次メモリ32上に展開された推定プログラムP3に含まれる命令に従って、推定方法M3(推定ステップの一例)に含まれる各ステップを実行する。二次メモリ33に格納された学習済モデルLM2は、推定方法M3の第2推定ステップM31(後述)において利用される。なお、推定プログラムP3が二次メモリ33に格納されているとは、ソースコード、又は、ソースコードをコンパイルすることにより得られた実行形式ファイルが二次メモリ33に記憶されていることを指す。 The estimation program P3 is stored in the secondary memory 33. The processor 21 expands the estimation program P3 stored in the secondary memory 23 onto the primary memory 32. The processor 31 then executes each step included in the estimation method M3 (an example of an estimation step) according to instructions included in the estimation program P3 expanded onto the primary memory 32. The learned model LM2 stored in the secondary memory 33 is used in a second estimation step M31 (described below) of the estimation method M3. Note that the estimation program P3 being stored in the secondary memory 33 refers to the source code, or an executable file obtained by compiling the source code, being stored in the secondary memory 33.

プロセッサ31として利用可能なデバイスとしては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、MPU(Micro Processing Unit)、FPU(Floating point number Processing Unit)、PPU(Physics Processing Unit)、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。プロセッサ31は、「演算装置」と呼ばれることもある。 Devices that can be used as processor 31 include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an MPU (Micro Processing Unit), an FPU (Floating point number Processing Unit), a PPU (Physics Processing Unit), a microcontroller, or a combination of these. Processor 31 is sometimes called a "computing device."

また、一次メモリ32として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体RAM(Random Access Memory)を挙げることができる。一次メモリ32は、「主記憶装置」と呼ばれることもある。また、二次メモリ33として利用可能なデバイスとしては、例えば、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、ODD(Optical Disk Drive)、FDD(Floppy Disk Drive)、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。二次メモリ33は、「補助記憶装置」と呼ばれることもある。なお、二次メモリ33は、推定装置3に内蔵されていてもよいし、入出力インタフェース34又は通信インタフェース35を介して推定装置3と接続された他のコンピュータ(例えば、クラウドサーバを構成するコンピュータ)に内蔵されていてもよい。なお、本実施形態においては、推定装置3における記憶を2つのメモリ(一次メモリ32及び二次メモリ33)により実現しているが、これに限定されない。すなわち、推定装置3における記憶を1つのメモリにより実現してもよい。この場合、例えば、そのメモリの或る記憶領域を一次メモリ32として利用し、そのメモリの他の記憶領域を二次メモリ33として利用すればよい。 In addition, a device that can be used as the primary memory 32 can be, for example, a semiconductor RAM (Random Access Memory). The primary memory 32 is sometimes called a "main memory". In addition, a device that can be used as the secondary memory 33 can be, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), an optical disk drive (ODD), a floppy disk drive (FDD), or a combination thereof. The secondary memory 33 is sometimes called an "auxiliary memory". The secondary memory 33 may be built into the estimation device 3, or may be built into another computer (for example, a computer constituting a cloud server) connected to the estimation device 3 via the input/output interface 34 or the communication interface 35. In this embodiment, the storage in the estimation device 3 is realized by two memories (the primary memory 32 and the secondary memory 33), but is not limited to this. In other words, the storage in the estimation device 3 may be realized by one memory. In this case, for example, one storage area of the memory can be used as the primary memory 32, and another storage area of the memory can be used as the secondary memory 33.

入出力インタフェース34には、入力デバイス及び/又は出力デバイスが接続される。入出力インタフェース34としては、例えば、USB(Universal Serial Bus)、ATA(Advanced Technology Attachment)、SCSI(Small Computer System Interface)、PCI(Peripheral Component Interconnect)などのインタフェースが挙げられる。入出力インタフェース34に接続される入力デバイスとしては例えば、鋳造ラインに設けられたセンサ群が挙げられる。推定方法M3においてセンサ群から取得するデータは推定装置3に入力され、一次メモリ32に記憶される。また、入出力インタフェース34に接続される入力デバイスとしては、キーボード、マウス、タッチパッド、マイク、又は、これらの組み合わせが挙げられる。推定方法M3においてユーザから取得するデータは、これらの入力デバイスを介して推定方法M3に入力され、一次メモリ32に記憶される。また、入出力インタフェース34に接続される出力デバイスとしては、ディスプレイ、プロジェクタ、プリンタ、スピーカ、ヘッドホン、又は、これらの組み合わせが挙げられる。推定方法M3においてユーザに提供する情報は、これらの出力デバイスを介して推定装置3から出力される。なお、推定装置3は、ラップトップ型コンピュータのように、入力デバイスとして機能するキーボードと、出力デバイスとして機能するディスプレイとを、それぞれ内蔵してもよい。或いは、推定装置3は、タブレット型コンピュータのように、入力デバイス及び出力デバイスの両方として機能するタッチパネルを内蔵していてもよい。 An input device and/or an output device are connected to the input/output interface 34. Examples of the input/output interface 34 include interfaces such as USB (Universal Serial Bus), ATA (Advanced Technology Attachment), SCSI (Small Computer System Interface), and PCI (Peripheral Component Interconnect). Examples of input devices connected to the input/output interface 34 include a group of sensors provided in the casting line. Data acquired from the group of sensors in the estimation method M3 is input to the estimation device 3 and stored in the primary memory 32. Examples of input devices connected to the input/output interface 34 include a keyboard, a mouse, a touchpad, a microphone, or a combination of these. Data acquired from the user in the estimation method M3 is input to the estimation method M3 via these input devices and stored in the primary memory 32. Examples of output devices connected to the input/output interface 34 include a display, a projector, a printer, a speaker, a headphone, or a combination of these. Information provided to the user in the estimation method M3 is output from the estimation device 3 via these output devices. The estimation device 3 may incorporate a keyboard that functions as an input device and a display that functions as an output device, like a laptop computer. Alternatively, the estimation device 3 may incorporate a touch panel that functions as both an input device and an output device, like a tablet computer.

通信インタフェース35には、ネットワークを介して他のコンピュータが有線接続又は無線接続される。通信インタフェース35としては、例えば、イーサネット(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)などのインタフェースが挙げられる。利用可能なネットワークとしては、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local Area Network)、CAN(Campus Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)、又は、これらのネットワークを含むインターネットワークが挙げられる。インターネットワークは、イントラネットであってもよいし、エクストラネットであってもよいし、インターネットであってもよい。推定装置3が他のコンピュータ(例えば、ネットワーク置換装置1)から提供されるデータ(例えば、学習済モデルLM2)は、これらのネットワークを介して送受信される。 The communication interface 35 is connected to other computers via a network in a wired or wireless manner. Examples of the communication interface 35 include interfaces such as Ethernet (registered trademark) and Wi-Fi (registered trademark). Available networks include a PAN (Personal Area Network), a LAN (Local Area Network), a CAN (Campus Area Network), a MAN (Metropolitan Area Network), a WAN (Wide Area Network), a GAN (Global Area Network), or an internetwork including these networks. The internetwork may be an intranet, an extranet, or the Internet. Data (e.g., the trained model LM2) provided to the estimation device 3 from other computers (e.g., the network replacement device 1) is transmitted and received via these networks.

なお、本実施形態においては、単一のプロセッサ(プロセッサ31)を用いて推定方法M3を実行する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のプロセッサを用いて推定方法M3を実行する構成を採用してもよい。この場合、連携して推定方法M3を実行する複数のプロセッサは、単一のコンピュータに設けられ、バスを介して相互に通信可能に構成されていてもよいし、複数のコンピュータに分散して設けられ、ネットワークを介して相互に通信可能に構成されていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたプロセッサと、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサとが、連携して推定方法M3を実行する態様などが考えられる。 In this embodiment, a configuration is adopted in which the estimation method M3 is executed using a single processor (processor 31), but the present invention is not limited to this. That is, a configuration in which the estimation method M3 is executed using multiple processors may be adopted. In this case, the multiple processors that cooperate to execute the estimation method M3 may be provided in a single computer and configured to be able to communicate with each other via a bus, or may be provided in a distributed manner in multiple computers and configured to be able to communicate with each other via a network. As an example, a processor built in a computer that constitutes a cloud server and a processor built in a computer owned by a user of the cloud server may cooperate to execute the estimation method M3.

また、本実施形態においては、推定方法M3を実行するプロセッサ(プロセッサ31)と同じコンピュータに内蔵されたメモリ(二次メモリ33)に学習済モデルLM2を格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、推定方法M3を実行するプロセッサと異なるコンピュータに内蔵されたメモリに学習済モデルLM2を格納する構成を採用してもよい。この場合、学習済モデルLM2を格納するメモリが内蔵されたコンピュータは、推定方法M3を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータとネットワークを介して相互に通信可能に構成される。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたメモリに学習済モデルLM2を格納し、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサが推定方法M3を実行する態様などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the learned model LM2 is stored in a memory (secondary memory 33) built into the same computer as the processor (processor 31) that executes the estimation method M3, but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the learned model LM2 is stored in a memory built into a computer different from the processor that executes the estimation method M3. In this case, the computer with the built-in memory that stores the learned model LM2 is configured to be able to communicate with the computer with the built-in processor that executes the estimation method M3 via a network. As an example, a mode in which the learned model LM2 is stored in a memory built into a computer that constitutes a cloud server, and a processor built into a computer owned by a user of the cloud server executes the estimation method M3, etc., can be considered.

また、本実施形態においては、単一のメモリ(二次メモリ33)に学習済モデルLM2を格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のメモリに学習済モデルLM2を分散して格納する構成を採用してもよい。この場合、学習済モデルLM2を格納する複数のメモリは、単一のコンピュータ(推定方法M3を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータであってもよいし、そうでなくてもよい)に設けられていてもよいし、複数のコンピュータ(推定方法M3を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータを含んでいてもよいし、そうでなくてもよい)に分散して設けられていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成する複数のコンピュータの各々に内蔵されたメモリに学習済モデルLM2を分散して格納する構成などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the learned model LM2 is stored in a single memory (secondary memory 33), but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the learned model LM2 is distributed and stored in multiple memories. In this case, the multiple memories that store the learned model LM2 may be provided in a single computer (which may or may not be a computer with a built-in processor that executes the estimation method M3), or may be distributed and provided in multiple computers (which may or may not include a computer with a built-in processor that executes the estimation method M3). As an example, a configuration may be considered in which the learned model LM2 is distributed and stored in memories built into each of the multiple computers that make up the cloud server.

〔推定方法の流れ〕
推定方法M3の流れについて、図16を参照して説明する。図16は、推定方法M3の流れを示すフローチャートである。推定方法M3は、第2推定ステップM31と、出力ステップM32と、を含んでいる。
[Flow of estimation method]
The flow of the estimation method M3 will be described with reference to Fig. 16. Fig. 16 is a flowchart showing the flow of the estimation method M3. The estimation method M3 includes a second estimation step M31 and an output step M32.

第2推定ステップM31は、プロセッサ11が、学習済モデルLM2を用いて、入力データから出力データを推定するステップである。第2推定ステップM31において推定される出力データは、学習済モデルLM1に入力データを入力した場合に出力されると推定されるデータである。 The second estimation step M31 is a step in which the processor 11 estimates output data from input data using the learned model LM2. The output data estimated in the second estimation step M31 is data that is estimated to be output when input data is input to the learned model LM1.

出力ステップM32は、プロセッサ11が、推定した出力データを出力するステップである。プロセッサ11は例えば、出力データの表す画像をディスプレイに表示する等して出力データを出力する。 The output step M32 is a step in which the processor 11 outputs the estimated output data. The processor 11 outputs the output data, for example, by displaying an image representing the output data on a display.

本実施形態によれば、ディープニューラルネットワークのノードの数を減らしてその構造を集約することができ、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。また、各ノードに係る演算を関係式化することにより、各ノードの特徴を把握し易い。 According to this embodiment, the number of nodes in a deep neural network can be reduced and its structure can be consolidated, thereby speeding up the calculations of the deep neural network. In addition, by making the calculations related to each node into a relational equation, it is easy to grasp the characteristics of each node.

また、本実施形態によれば、推定装置3は、学習済モデルLM2を用いて、学習済モデルLM1の出力を推定する。すなわち、推定装置3は、学習済モデルLM1を用いることなく、学習済モデルLM1よりも簡易な演算により、入力データから学習済モデルLM1の出力を推定することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the estimation device 3 estimates the output of the learned model LM1 using the learned model LM2. In other words, the estimation device 3 can estimate the output of the learned model LM1 from the input data by a calculation that is simpler than that of the learned model LM1, without using the learned model LM1.

また、本実施形態によれば、学習済モデルを非線形の関係式に圧縮することにより、中間層(隠れ層)の処理を数式で可視化することができる。 In addition, according to this embodiment, the learned model is compressed into a nonlinear relational equation, making it possible to visualize the processing of the intermediate layer (hidden layer) in a mathematical formula.

また、例えば、DNNのノードの数、層の数、活性化関数がノウハウである場合、それらは秘匿されることが好ましい。本実施形態によれば、中間層を関係式化することで、例えば、ノードの数、層の数、活性化関数に何を用いているか、といったDNNの具体的構成を秘匿化することができる。すなわち、DNNの構成を暗号化、解析困難化することができる。 In addition, for example, if the number of nodes, number of layers, and activation function of the DNN are know-how, it is preferable to keep them secret. According to this embodiment, by making the intermediate layers into relational expressions, it is possible to keep the specific configuration of the DNN, such as the number of nodes, number of layers, and what activation function is used, secret. In other words, it is possible to encrypt the configuration of the DNN, making it difficult to analyze.

また、本実施形態では、データ収集装置111が学習済モデルLM1の入力データと出力データとをバッファリングし、遺伝的アルゴリズムGAに時間的同期をつけて入力する。学習済モデルLM1からの出力と遺伝的アルゴリズムGAへの入力の時間的同期を図ることができるため、次段の遺伝的アルゴリズムGAが最終解を出力するまでの時間を先読みすることができる。 In addition, in this embodiment, the data collection device 111 buffers the input data and output data of the learned model LM1 and inputs them to the genetic algorithm GA with temporal synchronization. Since it is possible to achieve temporal synchronization between the output from the learned model LM1 and the input to the genetic algorithm GA, it is possible to predict the time until the next stage of the genetic algorithm GA outputs the final solution.

また、本実施形態では、データ収集装置111が、学習済モデルLM1のデータを纏めて(ある程度の情報単位にして)次段の遺伝的アルゴリズムGAに入力する一種のバッファとして働く。これにより、次段の遺伝的アルゴリズムGAの世代演算処理において無駄なメモリ空間及び無駄な演算処理を削減でき、遺伝的アルゴリズムの世代演算処理を効率化できる。 In addition, in this embodiment, the data collection device 111 acts as a kind of buffer that collects data of the learned model LM1 (in certain information units) and inputs it to the next stage of the genetic algorithm GA. This makes it possible to reduce wasted memory space and wasted calculation processing in the generation calculation processing of the next stage of the genetic algorithm GA, and to make the generation calculation processing of the genetic algorithm more efficient.

〔機械学習装置の構成〕
機械学習装置2の構成について、図17を参照して説明する。図17は、機械学習装置2の構成を示すブロック図である。
[Configuration of machine learning device]
The configuration of the machine learning device 2 will be described with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a block diagram showing the configuration of the machine learning device 2.

機械学習装置2は、汎用コンピュータを用いて実現されており、プロセッサ21と、一次メモリ22と、二次メモリ23と、入出力インタフェース24と、通信インタフェース25と、バス26とを備えている。プロセッサ21、一次メモリ22、二次メモリ23、入出力インタフェース24、及び通信インタフェース25は、バス26を介して相互に接続されている。 The machine learning device 2 is realized using a general-purpose computer, and includes a processor 21, a primary memory 22, a secondary memory 23, an input/output interface 24, a communication interface 25, and a bus 26. The processor 21, the primary memory 22, the secondary memory 23, the input/output interface 24, and the communication interface 25 are interconnected via the bus 26.

二次メモリ23には、機械学習プログラムP2及び学習用データセットDSが格納されている。学習用データセットDSは、教師データDS1,DS2…の集合である。プロセッサ21は、二次メモリ23に格納されている機械学習プログラムP2を一次メモリ22上に展開する。そして、プロセッサ21は、一次メモリ22上に展開された機械学習プログラムP2に含まれる命令に従って、機械学習方法M2に含まれる各ステップを実行する。二次メモリ23に格納された学習用データセットDSは、機械学習方法M2の学習用データセット構築ステップM21(後述)にて構築され、機械学習方法M2の学習済モデル構築ステップM22(後述)において利用される。また、機械学習方法M2の学習済モデル構築ステップM22にて構築された学習済モデルLM1も、二次メモリ23に格納される。なお、機械学習プログラムP2が二次メモリ23に格納されているとは、ソースコード、又は、ソースコードをコンパイルすることにより得られた実行形式ファイルが二次メモリ23に記憶されていることを指す。また、学習済モデルLM1が二次メモリ23に格納されているとは、学習済モデルLM1を規定するパラメータが二次メモリ23に格納されていることを指す。 The secondary memory 23 stores the machine learning program P2 and the learning dataset DS. The learning dataset DS is a collection of teacher data DS1, DS2, etc. The processor 21 expands the machine learning program P2 stored in the secondary memory 23 onto the primary memory 22. The processor 21 then executes each step included in the machine learning method M2 according to the instructions included in the machine learning program P2 expanded onto the primary memory 22. The learning dataset DS stored in the secondary memory 23 is constructed in a learning dataset construction step M21 (described later) of the machine learning method M2, and is used in a trained model construction step M22 (described later) of the machine learning method M2. In addition, the trained model LM1 constructed in the trained model construction step M22 of the machine learning method M2 is also stored in the secondary memory 23. Note that the machine learning program P2 being stored in the secondary memory 23 refers to the source code, or an executable file obtained by compiling the source code, being stored in the secondary memory 23. In addition, the learned model LM1 being stored in the secondary memory 23 means that the parameters that define the learned model LM1 are stored in the secondary memory 23.

プロセッサ21として利用可能なデバイスとしては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、MPU(Micro Processing Unit)、FPU(Floating point number Processing Unit)、PPU(Physics Processing Unit)、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。プロセッサ21は、「演算装置」と呼ばれることもある。 Devices that can be used as the processor 21 include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an MPU (Micro Processing Unit), an FPU (Floating point number Processing Unit), a PPU (Physics Processing Unit), a microcontroller, or a combination of these. The processor 21 is sometimes called a "computing device."

また、一次メモリ22として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体RAM(Random Access Memory)を挙げることができる。一次メモリ22は、「主記憶装置」と呼ばれることもある。また、二次メモリ23として利用可能なデバイスとしては、例えば、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、ODD(Optical Disk Drive)、FDD(Floppy Disk Drive)、又は、これらの組み合わせを挙げることができる。二次メモリ23は、「補助記憶装置」と呼ばれることもある。なお、二次メモリ23は、機械学習装置2に内蔵されていてもよいし、入出力インタフェース24又は通信インタフェース25を介して機械学習装置2と接続された他のコンピュータ(例えば、クラウドサーバを構成するコンピュータ)に内蔵されていてもよい。なお、本実施形態においては、機械学習装置2における記憶を2つのメモリ(一次メモリ22及び二次メモリ23)により実現しているが、これに限定されない。すなわち、機械学習装置2における記憶を1つのメモリにより実現してもよい。この場合、例えば、そのメモリの或る記憶領域を一次メモリ22として利用し、そのメモリの他の記憶領域を二次メモリ23として利用すればよい。 In addition, a device that can be used as the primary memory 22 can be, for example, a semiconductor RAM (Random Access Memory). The primary memory 22 is sometimes called a "main memory". In addition, a device that can be used as the secondary memory 23 can be, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), an optical disk drive (ODD), a floppy disk drive (FDD), or a combination thereof. The secondary memory 23 is sometimes called an "auxiliary memory". The secondary memory 23 may be built into the machine learning device 2, or may be built into another computer (for example, a computer constituting a cloud server) connected to the machine learning device 2 via the input/output interface 24 or the communication interface 25. In this embodiment, the memory in the machine learning device 2 is realized by two memories (the primary memory 22 and the secondary memory 23), but is not limited to this. In other words, the memory in the machine learning device 2 may be realized by one memory. In this case, for example, one storage area of the memory can be used as the primary memory 22, and another storage area of the memory can be used as the secondary memory 23.

入出力インタフェース24には、入力デバイス及び/又は出力デバイスが接続される。入出力インタフェース24としては、例えば、USB(Universal Serial Bus)、ATA(Advanced Technology Attachment)、SCSI(Small Computer System Interface)、PCI(Peripheral Component Interconnect)などのインタフェースが挙げられる。入出力インタフェース24に接続される入力デバイスとしては、鋳造ラインに設けられたセンサ群が挙げられる。機械学習方法M2においてセンサ群から取得するデータは機械学習装置2に入力され、一次メモリ22に記憶される。また、入出力インタフェース24に接続される入力デバイスとしては、キーボード、マウス、タッチパッド、マイク、又は、これらの組み合わせが挙げられる。機械学習方法M2においてユーザから取得するデータは、これらの入力デバイスを介して機械学習装置2に入力され、一次メモリ22に記憶される。また、入出力インタフェース24に接続される出力デバイスとしては、ディスプレイ、プロジェクタ、プリンタ、スピーカ、ヘッドホン、又は、これらの組み合わせが挙げられる。機械学習方法M2においてユーザに提供する情報は、これらの出力デバイスを介して機械学習装置2から出力される。なお、機械学習装置2は、ラップトップ型コンピュータのように、入力デバイスとして機能するキーボードと、出力デバイスとして機能するディスプレイとを、それぞれ内蔵してもよい。或いは、機械学習装置2は、タブレット型コンピュータのように、入力デバイス及び出力デバイスの両方として機能するタッチパネルを内蔵していてもよい。 An input device and/or an output device are connected to the input/output interface 24. Examples of the input/output interface 24 include interfaces such as USB (Universal Serial Bus), ATA (Advanced Technology Attachment), SCSI (Small Computer System Interface), and PCI (Peripheral Component Interconnect). Examples of input devices connected to the input/output interface 24 include a group of sensors provided in the casting line. Data acquired from the group of sensors in the machine learning method M2 is input to the machine learning device 2 and stored in the primary memory 22. Examples of input devices connected to the input/output interface 24 include a keyboard, a mouse, a touchpad, a microphone, or a combination thereof. Data acquired from a user in the machine learning method M2 is input to the machine learning device 2 via these input devices and stored in the primary memory 22. Examples of output devices connected to the input/output interface 24 include a display, a projector, a printer, a speaker, a headphone, or a combination thereof. Information provided to the user in the machine learning method M2 is output from the machine learning device 2 via these output devices. The machine learning device 2 may incorporate a keyboard that functions as an input device and a display that functions as an output device, like a laptop computer. Alternatively, the machine learning device 2 may incorporate a touch panel that functions as both an input device and an output device, like a tablet computer.

通信インタフェース25には、ネットワークを介して他のコンピュータが有線接続又は無線接続される。通信インタフェース25としては、例えば、イーサネット(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)などのインタフェースが挙げられる。利用可能なネットワークとしては、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local Area Network)、CAN(Campus Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)、又は、これらのネットワークを含むインターネットワークが挙げられる。インターネットワークは、イントラネットであってもよいし、エクストラネットであってもよいし、インターネットであってもよい。機械学習装置2が他のコンピュータ(例えば、ネットワーク置換装置1)に提供するデータ(例えば、学習済モデルLM1)は、これらのネットワークを介して送受信される。 Other computers are connected to the communication interface 25 via a network in a wired or wireless manner. Examples of the communication interface 25 include interfaces such as Ethernet (registered trademark) and Wi-Fi (registered trademark). Available networks include a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), a global area network (GAN), or an internetwork including these networks. The internetwork may be an intranet, an extranet, or the Internet. Data (e.g., the trained model LM1) provided by the machine learning device 2 to other computers (e.g., the network replacement device 1) is transmitted and received via these networks.

なお、本実施形態においては、単一のプロセッサ(プロセッサ21)を用いて機械学習方法M2を実行する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のプロセッサを用いて機械学習方法M2を実行する構成を採用してもよい。この場合、連携して機械学習方法M2を実行する複数のプロセッサは、単一のコンピュータに設けられ、バスを介して相互に通信可能に構成されていてもよいし、複数のコンピュータに分散して設けられ、ネットワークを介して相互に通信可能に構成されていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたプロセッサと、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサとが、連携して機械学習方法M2を実行する態様などが考えられる。 In this embodiment, a configuration is adopted in which the machine learning method M2 is executed using a single processor (processor 21), but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the machine learning method M2 is executed using multiple processors. In this case, the multiple processors that cooperate to execute the machine learning method M2 may be provided in a single computer and configured to be able to communicate with each other via a bus, or may be provided in a distributed manner in multiple computers and configured to be able to communicate with each other via a network. As an example, a processor built into a computer that constitutes a cloud server and a processor built into a computer owned by a user of the cloud server may cooperate to execute the machine learning method M2.

また、本実施形態においては、機械学習方法M2を実行するプロセッサ(プロセッサ21)と同じコンピュータに内蔵されたメモリ(二次メモリ23)に学習用データセットDSを格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、機械学習方法M2を実行するプロセッサと異なるコンピュータに内蔵されたメモリに学習用データセットDSを格納する構成を採用してもよい。この場合、学習用データセットDSを格納するメモリが内蔵されたコンピュータは、機械学習方法M2を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータとネットワークを介して相互に通信可能に構成される。一例として、クラウドサーバを構成するコンピュータに内蔵されたメモリに学習用データセットDSを格納し、そのクラウドサーバの利用者が所有するコンピュータに内蔵されたプロセッサが機械学習方法M2を実行する態様などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the training dataset DS is stored in a memory (secondary memory 23) built into the same computer as the processor (processor 21) that executes the machine learning method M2, but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the training dataset DS is stored in a memory built into a computer other than the processor that executes the machine learning method M2. In this case, the computer with the built-in memory that stores the training dataset DS is configured to be able to communicate with the computer with the built-in processor that executes the machine learning method M2 via a network. As an example, a configuration is conceivable in which the training dataset DS is stored in a memory built into a computer that constitutes a cloud server, and a processor built into a computer owned by a user of the cloud server executes the machine learning method M2.

また、本実施形態においては、単一のメモリ(二次メモリ23)に学習用データセットDSを格納する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、複数のメモリに学習用データセットDSを分散して格納する構成を採用してもよい。この場合、学習用データセットDSを格納する複数のメモリは、単一のコンピュータ(機械学習方法M2を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータであってもよいし、そうでなくてもよい)に設けられていてもよいし、複数のコンピュータ(機械学習方法M2を実行するプロセッサが内蔵されたコンピュータを含んでいてもよいし、そうでなくてもよい)に分散して設けられていてもよい。一例として、クラウドサーバを構成する複数のコンピュータの各々に内蔵されたメモリに学習用データセットDSを分散して格納する構成などが考えられる。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the training dataset DS is stored in a single memory (secondary memory 23), but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which the training dataset DS is distributed and stored in multiple memories. In this case, the multiple memories that store the training dataset DS may be provided in a single computer (which may or may not be a computer with a built-in processor that executes the machine learning method M2), or may be distributed and provided in multiple computers (which may or may not include a computer with a built-in processor that executes the machine learning method M2). As an example, a configuration can be considered in which the training dataset DS is distributed and stored in memories built into each of the multiple computers that make up the cloud server.

また、本実施形態においては、ネットワーク置換方法M1、機械学習方法M2及び推定方法M3を異なるプロセッサ(プロセッサ11、プロセッサ21及びプロセッサ31)を用いて実行する構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、ネットワーク置換方法M1、機械学習方法M2及び推定方法M3を同一のプロセッサを用いて実行してもよい。この場合、機械学習方法M2を実行することによって、このプロセッサと同じコンピュータに内蔵されたメモリに学習済モデルLM1が格納さる。そして、このプロセッサは、ネットワーク置換方法M1を実行する際に、このメモリに格納された学習済モデルLM1を利用し、学習済モデルLM2を生成することになる。また、このプロセッサは、推定方法M3を実行する際に、生成した学習済モデルLM2を用いて出力データを推定する。 In addition, in this embodiment, a configuration is adopted in which the network replacement method M1, the machine learning method M2, and the estimation method M3 are executed using different processors (processor 11, processor 21, and processor 31), but the present invention is not limited to this. That is, the network replacement method M1, the machine learning method M2, and the estimation method M3 may be executed using the same processor. In this case, by executing the machine learning method M2, the learned model LM1 is stored in a memory built into the same computer as this processor. Then, when executing the network replacement method M1, this processor uses the learned model LM1 stored in this memory to generate the learned model LM2. Furthermore, when executing the estimation method M3, this processor estimates output data using the generated learned model LM2.

〔機械学習方法の流れ〕
機械学習方法M2の流れについて、図18を参照して説明する。図18は、機械学習方法M2の流れを示すフローチャートである。
[Machine learning method flow]
The flow of the machine learning method M2 will be described with reference to Fig. 18. Fig. 18 is a flowchart showing the flow of the machine learning method M2.

機械学習方法M2は、学習用データセット構築ステップM21と、学習済モデル構築ステップM22と、を含んでいる。 The machine learning method M2 includes a learning dataset construction step M21 and a trained model construction step M22.

学習用データセット構築ステップM21は、プロセッサ21が、教師データDS1,DS2,…の集合である学習用データセットDSを構築するステップである。 The learning dataset construction step M21 is a step in which the processor 21 constructs a learning dataset DS, which is a collection of teacher data DS1, DS2, ....

各教師データDSi(i=1,2,…)には、入力用データ、及び出力用データが含まれている。教師データDSiに含まれる入力用データは、学習済モデルLM1に入力する入力データと同様のデータである。学習用データセット構築ステップM21において、プロセッサ21は、ネットワーク置換装置1と同様の方法でこのデータを取得する。また、教師データDSiには、出力用データがラベルとして含まれる。学習用データセット構築ステップM21において、プロセッサ21は、入力用データと、出力用データとを関連付けて二次メモリ23に格納する。以上のプロセスをプロセッサ21が繰り返すことによって、学習用データセットDSが構築される。 Each training data DSi (i = 1, 2, ...) includes input data and output data. The input data included in the training data DSi is the same as the input data input to the trained model LM1. In the training dataset construction step M21, the processor 21 acquires this data in a manner similar to that of the network replacement device 1. The training data DSi also includes output data as labels. In the training dataset construction step M21, the processor 21 associates the input data with the output data and stores them in the secondary memory 23. The training dataset DS is constructed by the processor 21 repeating the above process.

学習済モデル構築ステップM22は、プロセッサ21が、学習済モデルLM1を構築するステップである。学習済モデル構築ステップM22において、プロセッサ21は、学習用データセットDSを用いた教師あり学習によって、学習済モデルLM1を構築する。そして、プロセッサ21は、構築した学習済モデルLM1を二次メモリ23に格納する。 The trained model construction step M22 is a step in which the processor 21 constructs the trained model LM1. In the trained model construction step M22, the processor 21 constructs the trained model LM1 by supervised learning using the training dataset DS. Then, the processor 21 stores the constructed trained model LM1 in the secondary memory 23.

〔実施例1〕
本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば鋳造システムに適用される。鋳造システムが実施する鋳造フェーズC10について、図19を参照して説明する。図19は、鋳造システムにおける鋳造フェーズC10の構成を示す図である。
Example 1
The network replacement system S according to this embodiment is applied to, for example, a casting system. The casting phase C10 performed by the casting system will be described with reference to Fig. 19. Fig. 19 is a diagram showing the configuration of the casting phase C10 in the casting system.

鋳造フェーズC10は、鋳物砂を用いて鋳造を行うフェーズである。鋳造フェーズC10は、例えば図18に示すように、混練工程C11と、造型工程C12と、抜型工程C13と、塗型工程C14と、枠合せ工程C15と、注湯工程C16と、冷却工程C17と、解枠工程C18と、により構成することができる。 The casting phase C10 is a phase in which casting is performed using casting sand. For example, as shown in FIG. 18, the casting phase C10 can be composed of a kneading process C11, a molding process C12, a demolding process C13, a mold coating process C14, a frame alignment process C15, a pouring process C16, a cooling process C17, and a frame removal process C18.

混練工程C11は、鋳物砂に樹脂及び硬化剤を含む添加物を加えて混練する工程である。造型工程C12は、混練工程C11にて混練された鋳物砂を鋳枠に充填することによって、鋳型を造型する工程である。ここでは、鋳型の上部に相当する上型と鋳型の下部に相当する下型とが、それぞれ造型されるものとする。抜型工程C13は、造型工程C12にて造型された上型及び下型を鋳枠から分離する工程である。塗型工程C14は、抜型工程C13にて取り出した上型及び下型の製品面に塗型剤を塗布する工程である。枠合せ工程C15は、塗型工程C14にて塗型剤が塗布された上型と下型とを合体させることによって、鋳型を得る工程である。注湯工程C16は、枠合せ工程C15にて得られた鋳型に溶湯を流し込む工程である。冷却工程C17は、注湯工程C16にて鋳型に注入された溶湯を冷却する工程である。冷却された溶湯は、鋳型の内部で凝固して鋳物となる。解枠工程C18は、鋳型に振動を与えることによって、鋳型を解体して砂塊にすると共に、冷却工程C17にて得られた鋳物を取り出す工程である。 The kneading process C11 is a process in which additives including resin and a hardener are added to the molding sand and kneaded. The molding process C12 is a process in which a mold is formed by filling a flask with the molding sand kneaded in the kneading process C11. Here, an upper mold corresponding to the upper part of the mold and a lower mold corresponding to the lower part of the mold are each formed. The mold removal process C13 is a process in which the upper mold and the lower mold formed in the mold removal process C12 are separated from the flask. The mold coating process C14 is a process in which a mold wash is applied to the product surfaces of the upper mold and the lower mold removed in the mold removal process C13. The frame alignment process C15 is a process in which the upper mold and the lower mold to which the mold wash has been applied in the mold coating process C14 are combined to obtain a mold. The pouring process C16 is a process in which molten metal is poured into the mold obtained in the frame alignment process C15. The cooling process C17 is a process for cooling the molten metal poured into the mold in the pouring process C16. The cooled molten metal solidifies inside the mold to become a casting. The flask removal process C18 is a process for vibrating the mold to dismantle it into a sand block and remove the casting obtained in the cooling process C17.

鋳造フェーズC10にて得られた砂塊は、例えば、解砕工程、分離工程、再生前冷却工程、砂再生工程等を経て鋳物砂に再生される。 The sand blocks obtained in casting phase C10 are recycled into casting sand through, for example, a crushing process, a separation process, a pre-recycling cooling process, a sand recycling process, etc.

本実施例に係る鋳造システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、鋳造ラインに設置された各種のセンサが検知するセンサ出力値を含む。出力データは例えば、CB値、鋳型強度、鋳型の欠けの有無ラベル、製品の良品、不良品ラベルを含む。 In the casting system according to this embodiment, the input data in the trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, sensor output values detected by various sensors installed on the casting line. The output data includes, for example, the CB value, mold strength, a label indicating whether the mold is chipped, and a label indicating whether the product is good or bad.

〔実施例2〕
本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば売上予測システムに適用される。売上予測システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、気温、曜日、通行量、人口、世帯数、店舗面積、単価、品ぞろえ数、駅からの距離、広告費、SNSハッシュタグ統計、キーワード検索統計、感染症の感染者数、来日外国人数、為替レート、株価、金利、物価、雇用統計、日銀短観、家計調査を示す条件データを含む。出力データは例えば、売上金額を示すデータを含む。
Example 2
The network replacement system S according to this embodiment is applied to, for example, a sales forecasting system. In the sales forecasting system, the input data in the trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, condition data indicating temperature, day of the week, traffic volume, population, number of households, store area, unit price, number of products available, distance from a station, advertising expenses, SNS hashtag statistics, keyword search statistics, number of people infected with infectious diseases, number of foreign visitors to Japan, exchange rates, stock prices, interest rates, prices, employment statistics, the Bank of Japan Tankan, and household survey. The output data includes, for example, data indicating sales amounts.

〔実施例3〕
また、本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば創薬システムに適用される。創薬システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、分子モデルパラメータ、各成分の結合親和性を示すデータを含む。出力データは例えば、薬剤を示すデータを含む。
Example 3
The network substitution system S according to this embodiment is applied to, for example, a drug discovery system. In the drug discovery system, input data in the trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, molecular model parameters and data indicating the binding affinity of each component. Output data includes, for example, data indicating a drug.

〔実施例4〕
また、本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば材料開発システムに適用される。材料開発システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、合金の成分の配合率、物性値を含む。出力データは例えば、生成される材料の特性(強度、等)を表す特性データを含む。
Example 4
The network substitution system S according to the present embodiment is applied to, for example, a material development system. In the material development system, the input data in the trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, the mixing ratio and physical property values of the alloy components. The output data includes, for example, characteristic data representing the characteristics (strength, etc.) of the generated material.

〔実施例5〕
また、本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば画像認識システムに適用される。画像認識システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、画像の特徴量を示すデータを含む。出力データは例えば、画像認識結果を示すデータを含む。
Example 5
The network substitution system S according to the present embodiment is applied to, for example, an image recognition system. In the image recognition system, input data in a trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, data indicating image features. Output data includes, for example, data indicating an image recognition result.

〔実施例6〕
また、本実施形態に係るネットワーク置換システムSは、例えば設備不具合予知システムに適用される。設備不具体予知システムにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いて生成される学習済モデルLM2における入力データは例えば、設備に設けられた各センサにより検出された検出値を含む。出力データは例えば、設備の不具合の発生の有無の推定結果を示すデータを含む。
Example 6
The network replacement system S according to the present embodiment is applied to, for example, an equipment malfunction prediction system. In the equipment malfunction prediction system, the input data in the trained model LM2 generated using a genetic algorithm includes, for example, detection values detected by each sensor installed in the equipment. The output data includes, for example, data indicating an estimation result of whether or not a malfunction has occurred in the equipment.

〔変形例〕
上述の実施形態において、プロセッサ11が、学習済モデルLM1に含まれる層のうち、学習の進みにくい層の演算を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定される関係式を用いた演算に置換してもよい。学習済モデルLM1の隠れ層には、学習の進みにくい層と学習の進みやすい層とが含まれる場合がある。学習の進みにくい層とは、パーセプトロンが多数あったり、重み付けが複数あったりする層である。一方、学習が進みやすい層とは、パーセプトロンが少なかったり、重み付けがなかったり又は1つだったりする層である。プロセッサ11は、学習の進みにくい層を、パーセプトロンの数及び重み付けの数等の学習済モデルLM1を規定するパラメータに基づいて特定し、特定した層の演算を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定される関係式を用いた演算に置換してもよい。
[Modifications]
In the above embodiment, the processor 11 may replace the calculation of a layer in which learning is slow among the layers included in the learned model LM1 with a calculation using a relational expression specified by using a genetic algorithm. The hidden layers of the learned model LM1 may include layers in which learning is slow and layers in which learning is fast. A layer in which learning is slow is a layer that has many perceptrons or multiple weightings. On the other hand, a layer in which learning is fast is a layer that has few perceptrons, no weighting, or only one weighting. The processor 11 may identify a layer in which learning is slow based on parameters that define the learned model LM1, such as the number of perceptrons and the number of weightings, and replace the calculation of the identified layer with a calculation using a relational expression specified by using a genetic algorithm.

〔まとめ〕
態様1に係るネットワーク置換装置は、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する特定ステップと、前記ディープニューラルネットワークにおける前記第1の層と前記第2の層との間の演算を、前記関係式を用いた演算に置換する置換ステップと、を実行する一又は複数のプロセッサを備えている。
〔summary〕
The network substitution device according to aspect 1 includes one or more processors that execute an identification step of using a genetic algorithm to identify a nonlinear relational equation that expresses a relationship between an output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and an output value of a node included in a second layer, and a substitution step of replacing an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network with an operation using the relational equation.

上記の構成によれば、ネットワーク置換装置は、ディープニューラルネットワークの第1の層と第2の層との間の演算を高速化することができる。これにより、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。 According to the above configuration, the network replacement device can speed up the calculations between the first layer and the second layer of the deep neural network. This makes it possible to speed up the calculations of the deep neural network.

態様2に係るネットワーク置換装置は、態様1に係るネットワーク置換装置の特徴に加えて、以下の特徴を有している。すなわち、態様2に係るネットワーク置換装置において、前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、当該第1の層と前記第2の層との間にある第3の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の第1の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定し、前記第3の層に含まれるノードの出力値と前記第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の第2の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定し、前記第1の関係式と前記第2の関係式とを用いて、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を特定する。 The network replacement device according to aspect 2 has the following features in addition to the features of the network replacement device according to aspect 1. That is, in the network replacement device according to aspect 2, in the identifying step, the processor identifies, using a genetic algorithm, a first nonlinear relational expression expressing the relationship between the output value of a node included in the first layer and the output value of a node included in a third layer between the first layer and the second layer, identifies, using a genetic algorithm, a second nonlinear relational expression expressing the relationship between the output value of a node included in the third layer and the output value of a node included in the second layer, and identifies, using the first relational expression and the second relational expression, a nonlinear relational expression expressing the relationship between the output value of a node included in the first layer and the output value of a node included in the second layer.

上記の構成によれば、ネットワーク置換装置は、ディープニューラルネットワークの第1の層と第2の層との間の演算を高速化することができる。これにより、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。 According to the above configuration, the network replacement device can speed up the calculations between the first layer and the second layer of the deep neural network. This makes it possible to speed up the calculations of the deep neural network.

態様3に係るネットワーク置換方法は、一又は複数のプロセッサが、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する特定ステップと、前記ディープニューラルネットワークにおける前記第1の層と前記第2の層との間の演算を、前記関係式を用いた演算に置換する置換ステップと、を含んでいる。 The network replacement method according to aspect 3 includes an identification step in which one or more processors use a genetic algorithm to identify a nonlinear relational equation that expresses the relationship between the output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and the output value of a node included in a second layer, and a replacement step in which an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network is replaced with an operation using the relational equation.

態様4に係る学習済モデルは、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークから得られた、入力データに基づいて出力データを出力するよう、コンピュータを機能させるための学習済モデルであって、前記ディープニューラルネットワークの前記複数の層に含まれる第1の層から第2の層への演算が、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、前記第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す、遺伝的アルゴリズムにより特定された非線形の関係式を用いた演算により置換され、第2の層に含まれるノードの出力値が、前記第1の層に含まれる各ノードの出力値と前記関係式とを用いた演算により算出されるよう、コンピュータを機能させるための学習済モデルである。 The trained model according to aspect 4 is a trained model for causing a computer to function so as to output output data based on input data obtained from a deep neural network composed of multiple layers, in which an operation from a first layer to a second layer included in the multiple layers of the deep neural network is replaced by an operation using a nonlinear relational expression identified by a genetic algorithm that represents the relationship between the output value of a node included in the first layer and the output value of a node included in the second layer, and the output value of a node included in the second layer is calculated by an operation using the output value of each node included in the first layer and the relational expression.

態様5に係る推定装置は、態様4に記載の学習済モデルを用いて、入力データから出力データを推定する推定ステップを実行する一又は複数のプロセッサを備えている。 The estimation device according to aspect 5 includes one or more processors that execute an estimation step of estimating output data from input data using the trained model according to aspect 4.

上記の構成によれば、ディープニューラルネットワークの第1の層と第2の層との間の演算を高速化することができる。これにより、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。 The above configuration makes it possible to speed up the calculations between the first layer and the second layer of the deep neural network. This makes it possible to speed up the calculations of the deep neural network.

態様6に係るネットワーク置換方法は、一又は複数のプロセッサが、態様4に記載の学習済モデルを用いて入力データから出力データを推定する推定ステップ、を含んでいる。 The network replacement method according to aspect 6 includes an estimation step in which one or more processors estimate output data from input data using the trained model according to aspect 4.

上記の構成によれば、ディープニューラルネットワークの第1の層と第2の層との間の演算を高速化することができる。これにより、ディープニューラルネットワークの演算を高速化することができる。 The above configuration makes it possible to speed up the calculations between the first layer and the second layer of the deep neural network. This makes it possible to speed up the calculations of the deep neural network.

〔付記事項1〕
上述の各実施形態及び変形例では、機械学習装置2が、学習済モデルLM1を構築したが、学習済モデルLM1は、機械学習装置2以外の他の装置により予め構築されていてもよい。この場合、ネットワーク置換装置1は、他の装置により予め構築された学習済モデルを用いて上述のネットワーク置換方法M1を実施する。
[Additional Note 1]
In each of the above-described embodiments and modified examples, the machine learning device 2 constructs the learned model LM1, but the learned model LM1 may be constructed in advance by another device other than the machine learning device 2. In this case, the network substitution device 1 performs the above-described network substitution method M1 using the learned model constructed in advance by the other device.

〔付記事項2〕
上述の各実施形態及び変形例では、プロセッサ11は、第1データと第2データとの関係を表す非線形の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって特定した。第1データと第2データとの関係を表す非線形の関係式を特定するためのアルゴリズムは、遺伝的アルゴリズムに限られず、例えばロジスティック回帰等の他の非線形アルゴリズムであってもよい。
[Additional Note 2]
In the above-described embodiments and modifications, the processor 11 identifies the nonlinear relational expression representing the relationship between the first data and the second data by nonlinear regression using a genetic algorithm. The algorithm for identifying the nonlinear relational expression representing the relationship between the first data and the second data is not limited to the genetic algorithm, and may be another nonlinear algorithm such as logistic regression.

〔付記事項3〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Note 3]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Other embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above-described embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

1 ネットワーク置換装置
2 機械学習装置
3 推定装置
11、21、31 プロセッサ
12、22、32 一次メモリ
13、23、33 二次メモリ
14、24、34 入出力インタフェース
15、25、35 通信インタフェース
16、26、36 バス
LM1、LM2 学習済モデル
M1 ネットワーク置換方法
M11 推定ステップ
M12 特定ステップ
M2 機械学習方法
M21 学習用データセット構築ステップ
M22 学習済モデル構築ステップ
M3 推定方法
M31 第2推定ステップ
M32 出力ステップ
S ネットワーク置換システム
1 Network replacement device 2 Machine learning device 3 Estimation device 11, 21, 31 Processor 12, 22, 32 Primary memory 13, 23, 33 Secondary memory 14, 24, 34 Input/output interface 15, 25, 35 Communication interface 16, 26, 36 Bus LM1, LM2 Trained model M1 Network replacement method M11 Estimation step M12 Identification step M2 Machine learning method M21 Training dataset construction step M22 Trained model construction step M3 Estimation method M31 Second estimation step M32 Output step S Network replacement system

Claims (6)

複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式であって前記第2の層に含まれる各ノードと1対1で対応する関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する特定ステップと、
前記ディープニューラルネットワークにおける前記第1の層と前記第2の層との間の演算を、前記関係式を用いた演算に置換する置換ステップと、
を実行する一又は複数のプロセッサを備える、
ことを特徴とするネットワーク置換装置。
a step of identifying, using a genetic algorithm, a nonlinear relational expression that represents a relationship between an output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and an output value of a node included in a second layer, the relational expression having a one-to-one correspondence with each node included in the second layer;
A replacement step of replacing an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network with an operation using the relational expression;
and one or more processors executing
A network replacement device comprising:
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、当該第1の層と前記第2の層との間にある第3の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の第1の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定し、
前記第3の層に含まれるノードの出力値と前記第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の第2の関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定し、
前記第1の関係式と前記第2の関係式とを用いて、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式を特定する、ことを特徴とする請求項1に記載のネットワーク置換装置。
In the identifying step, the processor identifies a first nonlinear relational expression expressing a relationship between an output value of a node included in the first layer and an output value of a node included in a third layer between the first layer and the second layer, using a genetic algorithm;
identifying a second nonlinear relational expression expressing a relationship between an output value of a node included in the third layer and an output value of a node included in the second layer using a genetic algorithm;
2. The network replacement device according to claim 1, wherein the first relational expression and the second relational expression are used to identify a nonlinear relational expression that represents a relationship between an output value of a node included in the first layer and an output value of a node included in the second layer.
一又は複数のプロセッサが、複数の層により構成されるディープニューラルネットワークの第1の層に含まれるノードの出力値と、第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す非線形の関係式であって前記第2の層に含まれる各ノードと1対1で対応する関係式を、遺伝的アルゴリズムを用いて特定する特定ステップと、
前記ディープニューラルネットワークにおける前記第1の層と前記第2の層との間の演算を、前記関係式を用いた演算に置換する置換ステップと、
を含むことを特徴とするネットワーク置換方法。
a step of one or more processors identifying, using a genetic algorithm, a nonlinear relational expression that represents a relationship between an output value of a node included in a first layer of a deep neural network composed of multiple layers and an output value of a node included in a second layer, the relational expression having a one-to-one correspondence with each node included in the second layer;
A replacement step of replacing an operation between the first layer and the second layer in the deep neural network with an operation using the relational expression;
13. A network replacement method comprising:
複数の層により構成されるディープニューラルネットワークから得られた、入力データに基づいて出力データを出力するよう、コンピュータを機能させるための学習済モデルであって、
前記ディープニューラルネットワークの前記複数の層に含まれる第1の層から第2の層への演算が、前記第1の層に含まれるノードの出力値と、前記第2の層に含まれるノードの出力値との関係を表す、遺伝的アルゴリズムにより特定された非線形の関係式であって前記第2の層に含まれる各ノードと1対1で対応する関係式を用いた演算により置換され、前記第2の層に含まれるノードの出力値が、前記第1の層に含まれる各ノードの出力値と前記関係式とを用いた演算により算出されるよう、コンピュータを機能させるための学習済モデル。
A trained model for causing a computer to output output data based on input data, the trained model being obtained from a deep neural network composed of multiple layers,
A trained model for causing a computer to function such that operations from a first layer to a second layer included in the multiple layers of the deep neural network are replaced by operations using a nonlinear relational equation identified by a genetic algorithm, which represents the relationship between the output values of nodes included in the first layer and the output values of nodes included in the second layer, and which has a one-to-one correspondence with each node included in the second layer, and the output values of nodes included in the second layer are calculated by operations using the output values of each node included in the first layer and the relational equation.
請求項4に記載の学習済モデルを用いて、入力データから出力データを推定する推定ステップを実行する一又は複数のプロセッサを備える、
ことを特徴とする推定装置。
The learning method includes: providing one or more processors that execute an estimation step of estimating output data from input data using the learned model according to claim 4;
An estimation device comprising:
一又は複数のプロセッサが、請求項4に記載の学習済モデルを用いて入力データから出力データを推定する推定ステップ、
を含むことを特徴とする推定方法。
An estimation step in which one or more processors estimate output data from input data using the trained model according to claim 4;
The estimation method according to claim 1,
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