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JP7589832B2 - Information transition prediction device, method, and program - Google Patents
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Description

この発明の一態様は、例えば集団の意見の変遷をモデル化して、個人の意見の変遷を予測する情報変遷予測装置、方法およびプログラムに関する。One aspect of the present invention relates to an information transition prediction device, method, and program that, for example, models the evolution of opinions of a group and predicts the evolution of opinions of individuals.

人は集団において、政策、新製品、スポーツの試合など様々なトピックについて意見を交換しており、このような意見の交換(相互作用)の結果、各人の意見は変化することがある。In groups, people exchange opinions on a variety of topics, such as policies, new products, and sports games, and as a result of this exchange (interaction), each person's opinion may change.

人の意見の変遷を予測することは、例えばマーケティングや選挙戦略の立案等の幅広い分野において重要なタスクとなる。意見の変遷の予測には一般に予測モデルが用いられる。予測モデルとしては、例えばオピニオンダイナミクスモデルと呼ばれる理論モデルが広く用いられる。この種の理論モデルは、例えばエージェント・ベース・モデルあるいは微分方程式ソルバーを用いて解析される。例えば、相互作用のメカニズムを数式で記述し、事前に定義した相互作用のメカニズムに基づいて個々人の意見の変遷をシミュレートする。 Predicting the evolution of people's opinions is an important task in a wide range of fields, such as marketing and planning election strategies. Predictive models are generally used to predict the evolution of opinions. A widely used predictive model is, for example, a theoretical model called the opinion dynamics model. This type of theoretical model is analyzed using, for example, an agent-based model or a differential equation solver. For example, the interaction mechanism is described mathematically, and the evolution of an individual's opinion is simulated based on the predefined interaction mechanism.

オピニオンダイナミクスの理論モデルとしては、例えばDeGroot モデルやBounded confidence model(BCM)がよく知られている。これらの理論モデルの枠組みでは、各個人(以下ユーザuと呼ぶ)は、時刻tごとに特定のトピック(政治、商品、イベントなど)について、-1から1までの連続値で表される意見xu (t) ∈ [-1, 1] を持っていると仮定する。ここで、-1は最も強い否定的意見を、1は最も強い肯定的意見を、0は中立的意見をそれぞれ表している。以下に各モデルの概要を数式を用いて説明する。 Well-known theoretical models of opinion dynamics include the DeGroot model and the Bounded confidence model (BCM). In the framework of these theoretical models, it is assumed that each individual (hereafter referred to as user u) has an opinion x u (t) ∈ [−1, 1], which is expressed as a continuous value from -1 to 1, about a specific topic (politics, products, events, etc.) at each time t. Here, -1 represents the strongest negative opinion, 1 represents the strongest positive opinion, and 0 represents a neutral opinion. Below, an overview of each model is explained using mathematical formulas.

DeGroot モデルでは、意見が以下のルールに従って離散時間で変化すると仮定している。

Figure 0007589832000001
The DeGroot model assumes that opinions change in discrete time according to the following rules:
Figure 0007589832000001

ここで、xv (t-1) はユーザvの一時刻前の意見であり、auv はユーザuに対するユーザvの影響の強さを表すパラメータである。DeGroot モデルは、各ユーザuのとある時刻tにおける意見xu (t) は直前の時刻t-1における自分自身と他のユーザとの意見の重み付け和で決まるという仮定に基づく。 Here, x v (t-1) is the opinion of user v one time point earlier, and a uv is a parameter that represents the strength of influence of user v on user u. The DeGroot model is based on the assumption that the opinion x u (t) of each user u at a certain time t is determined by the weighted sum of the opinions of the user u and other users at the immediately preceding time t-1.

これに対し、Bounded confidence model(BCM)は、同調バイアス(conformity bias)を考慮したモデルである。同調バイアスは、自分とかけ離れた意見を無視するというバイアスである。2人のユーザが十分に近い意見を持っている場合、これらのユーザは相互に影響し合い、より近い意見を持つようになる。そうでない場合、上記各ユーザは相互作用せず、各々のユーザの元の意見が保持される。BCM において、意見の更新ルールは次式で定義される。

Figure 0007589832000002
In contrast, the bounded confidence model (BCM) is a model that takes into account conformity bias. Conformity bias is a bias that ignores opinions that are far from one's own. If two users have sufficiently similar opinions, these users will influence each other and become closer in opinion. If not, the users do not interact with each other and each user's original opinion is maintained. In BCM, the opinion update rule is defined as follows:
Figure 0007589832000002

ここで、|Δ| はΔ の絶対値であり、εは意見の差異の閾値を表すパラメータである。また、1{C} は指示関数を示すもので、条件C が真であれば1、そうでなければ0の値を取る。Here, |Δ| is the absolute value of Δ, and ε is a parameter that represents the threshold of difference in opinion. Also, 1{C} is an indicator function that takes the value 1 if condition C is true and 0 otherwise.

DeGroot モデルやBCM に代表される理論モデルは解釈性が高く、相互作用のメカニズムの設計を行う際に社会科学分野の知識を反映させることができる。しかし、大規模なデータを扱うことが困難であるため、予測精度に限界がある。Theoretical models such as the DeGroot model and BCM are highly interpretable and can reflect knowledge from the social sciences when designing interaction mechanisms. However, they have limitations in their predictive accuracy due to the difficulty in handling large amounts of data.

近年、Twitter (登録商標)を始めとするソーシャル・ネットワーキング・サービス(SNS)や電子掲示板、ブログなどのソーシャルメディアが個人の意見を表現する手段として急速に普及している。これらのソーシャルメディアは、集団における意見の形成を分析するための貴重な情報源となっている。これらのデータを用いて理論モデルのキャリブレーションを行う場合には、手作業でモデルの選択やパラメータの設定を行う必要があり、時間と手間がかかる。In recent years, social media such as Twitter (registered trademark), social networking services (SNS), electronic bulletin boards, and blogs have rapidly spread as a means of expressing personal opinions. These social media have become valuable sources of information for analyzing the formation of opinions in groups. When using this data to calibrate theoretical models, it is necessary to manually select models and set parameters, which is time-consuming and laborious.

一方、最近では、意見の変遷のモデル化および予測にソーシャルメディアの投稿履歴を活用する試みが注目を集めており、特に機械学習モデルに基づいたアプローチが複数提案されている。例えば、非特許文献1には、点過程と呼ばれる確率的生成モデルを用いる手法が記載されている。この手法は、ソーシャルメディアの投稿から推定した意見の変遷の履歴に基づいて、点過程モデルのパラメータを学習する。しかし、相互作用のメカニズムについて特定の仮定を用いているため、柔軟性に欠ける。Recently, however, attempts to utilize social media posting histories to model and predict opinion evolution have been attracting attention, and several approaches based on machine learning models have been proposed in particular. For example, Non-Patent Document 1 describes a method that uses a probabilistic generative model called a point process. This method learns the parameters of a point process model based on the history of opinion evolution estimated from social media posts. However, it lacks flexibility because it uses specific assumptions about the interaction mechanism.

また、非特許文献2には、深層学習モデルを用いた手法が開示されている。この手法は、ソーシャルメディアの投稿文章からの意見の抽出と個々人の意見の推定をEnd-to-end で行うものである。この手法は、深層学習モデルの活用による柔軟な相互作用のモデル化が可能である。しかしその反面、相互作用のメカニズムに関する事前知識を考慮できないという課題がある。 Non-Patent Document 2 discloses a method that uses a deep learning model. This method extracts opinions from text posted on social media and estimates the opinions of each individual in an end-to-end manner. This method makes it possible to flexibly model interactions by utilizing a deep learning model. However, on the other hand, there is an issue that it cannot take into account prior knowledge about the mechanism of interactions.

Abir De et al., “Learning and Forecasting Opinion Dynamics in Social Networks.” In Advances in Neural Information Processing Systems 29: Annual Conference on Neural Information Processing Systems 2016.Abir De et al., “Learning and Forecasting Opinion Dynamics in Social Networks.” In Advances in Neural Information Processing Systems 29: Annual Conference on Neural Information Processing Systems 2016. Lixing Zhu et al., “Neural opinion dynamics model for the prediction of user-level stance dynamics. ” Information Processing & Management 57, 2 (2020), 102031.Lixing Zhu et al., “Neural opinion dynamics model for the prediction of user-level stance dynamics.” Information Processing & Management 57, 2 (2020), 102031.

ところで、深層学習の枠組みに社会科学分野の事前知識を導入しようとすると、以下のような課題がある。すなわち、一般に物理法則を考慮したニューラルネットワーク(Physics-informed neural network )では、教師あり学習によるパラメータ推定が行われる。このため、予測対象の変数について十分な量の観測データが必要となる。「意見」は本来観測不可能なものであり、十分な量の観測データを確保することは通常では困難である。However, when trying to introduce prior knowledge from the social sciences into the framework of deep learning, the following challenges arise. Generally, in a physics-informed neural network that takes into account the laws of physics, parameter estimation is performed using supervised learning. This requires a sufficient amount of observational data on the variables to be predicted. "Opinions" are inherently unobservable, and it is usually difficult to secure a sufficient amount of observational data.

一方、ソーシャルメディア上の投稿に意見の正解ラベルを一つひとつ付与することも考えられる。しかしながら、投稿に対し正解ラベルを一つひとつ付与する作業には、多大な時間とコストがかかる。On the other hand, it is also possible to assign correct opinion labels to each and every post on social media. However, assigning correct labels to each and every post would be a time-consuming and costly task.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、学習モデルの学習時に社会科学分野の事前知識を取り入れることを可能とし、かつ多くの時間やコストを必要とすることなく大規模なソーシャルメディア投稿データを活用できるようにし、これにより情報の変遷の予測精度の向上を可能にする技術を提供しようとするものである。 This invention has been made in light of the above-mentioned circumstances, and aims to provide technology that makes it possible to incorporate prior knowledge in the social sciences when training a learning model, and that enables the utilization of large-scale social media post data without requiring a lot of time or cost, thereby enabling improved accuracy in predicting changes in information.

上記課題を解決するためにこの発明に係る情報変遷予測装置または予測方法の一態様は、所定の理論モデルを複数のユーザの情報発信に関する相互作用を表す微分方程式により書き換えたモデルを用意し、このモデルを用いて前記ユーザの発信情報の変遷を近似する制約付きの第1の学習モデルを生成すると共に、ソーシャルメディアにおける過去の複数の投稿情報に基づいてユーザの前記発信情報を予測し出力する第2の学習モデルを生成する。そして、学習時に、前記第1の学習モデルについて、前記第2の学習モデルの出力が反映された前記投稿情報に対する発信情報の予測値の尤度と、前記微分方程式により表される制約項とにより定義される総合的な尤度を最小化するパラメータを推定する。そして、予測時に、前記パラメータが設定された学習済の前記第1の学習モデルに、予測対象となるユーザの属性情報および日時を入力し、前記第1の学習モデルから予測対象となる前記ユーザの前記日時における発信情報の予測結果を取得するようにしたものである。In order to solve the above problem, one aspect of the information transition prediction device or prediction method according to the present invention prepares a model in which a predetermined theoretical model is rewritten by a differential equation that represents interactions regarding information transmission by multiple users, and generates a first learning model with constraints that approximates the transition of the user's transmitted information using this model, and generates a second learning model that predicts and outputs the user's transmitted information based on multiple past posts on social media. Then, during learning, for the first learning model, a parameter is estimated that minimizes the overall likelihood defined by the likelihood of the predicted value of transmitted information for the posted information reflecting the output of the second learning model and the constraint term represented by the differential equation. Then, during prediction, attribute information and date and time of the user to be predicted are input to the trained first learning model in which the parameter is set, and a prediction result of the transmitted information of the user to be predicted at the date and time is obtained from the first learning model.

この発明の一態様によれば、ユーザ間の相互作用を表す微分方程式の制約の下で、かつ第2の学習モデルにより投稿情報から予測される情報が反映された状態で、第1の学習モデルのパラメータが学習される。According to one aspect of the present invention, parameters of a first learning model are learned under the constraints of a differential equation representing interactions between users and with information predicted from posted information by a second learning model reflected.

従って、オピニオンダイナミクスの理論モデルの基盤となっている社会科学分野の事前知識が取り入れられ、しかも過去の多数の投稿情報が活用された状態で、ユーザの未来の発信情報を予測することが可能となる。このため、正解ラベル付けの作業に必要な多大な時間とコストを軽減しつつ、ユーザの未来の発信情報を高い精度で予測することが可能となる。 Therefore, it is possible to predict future posts by users by incorporating prior knowledge from the social sciences that underpins the theoretical model of opinion dynamics and by utilizing a large amount of past posted information. This makes it possible to predict future posts by users with high accuracy while reducing the significant amount of time and cost required for the task of labeling correct answers.

すなわちこの発明の一態様によれば、学習モデルの学習時に社会科学分野の事前知識を取り入れることを可能とし、かつ多くの時間やコストを必要とすることなく大規模なソーシャルメディア投稿データを活用できるようにし、これにより情報の変遷の予測精度の向上を可能にした技術を提供することができる。 In other words, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide technology that makes it possible to incorporate prior knowledge in the social sciences when training a learning model, and that makes it possible to utilize large-scale social media post data without requiring a lot of time or cost, thereby improving the accuracy of predicting changes in information.

図1は、この発明の一実施形態に係る情報変遷予測装置を備えるソーシャルメディア・ネットワークシステムの全体構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a social media network system including an information transition prediction device according to an embodiment of the present invention. 図2は、この発明の一実施形態に係る情報変遷予測装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of an information transition prediction device according to an embodiment of the present invention. 図3は、この発明の一実施形態に係る情報変遷予測装置のソフトウェア構成の一例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a software configuration of an information transition prediction device according to an embodiment of the present invention. 図4は、図3に示した情報変遷予測装置の制御部により実行されるモデル学習処理の処理手順と処理内容を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the procedure and contents of the model learning process executed by the control unit of the information transition prediction device shown in FIG. 図5は、図3に示した情報変遷予測装置の制御部により実行される意見変遷予測処理の処理手順と処理内容を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the procedure and contents of the opinion transition prediction process executed by the control unit of the information transition prediction device shown in FIG. 図6は、図3に示した情報変遷予測装置において使用される学習モデルの構成の概要を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of the configuration of a learning model used in the information transition prediction device shown in FIG. 図7は、図3に示した情報変遷予測装置が取得するソーシャルメディア投稿履歴情報の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of social media posting history information acquired by the information transition prediction device shown in FIG. 3 .

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。 Below, an embodiment of the present invention is described with reference to the drawings.

[一実施形態]
(概要)
この発明の一実施形態では、制約付きニューラルネットワークの半教師あり学習法を用いた予測方法について述べる。半教師あり学習を用いた予測方法は、一部だけ意見の正解ラベルが付与されたソーシャルメディアの投稿履歴が与えられた下で、未来の任意の時刻における個々人の意見を予測するものである。
[One embodiment]
(overview)
In one embodiment of the present invention, a prediction method using semi-supervised learning of a constrained neural network is described. The prediction method using semi-supervised learning predicts the opinions of individuals at any time in the future, given a social media posting history in which some opinions are labeled with correct answer labels.

なお、教師なし学習法を用いることも可能である。教師なし学習法を用いた予測方法は、意見の正解ラベルが付与されていないソーシャルメディアの投稿履歴に基づいて、未来の任意の時刻における個々人の意見を予測するものである。It is also possible to use unsupervised learning methods. Prediction methods using unsupervised learning predict the opinions of individuals at any time in the future based on their social media posting history, to which no correct opinion labels have been assigned.

図6は、この発明の一実施形態において使用される学習モデルの構成の一例を示すものである。同図に示すように、一実施形態で使用する学習モデルは、第1の学習モデルとしての制約付きニューラルネットワークMD1と、第2の学習モデルとしての言語モデルMD2とから構成される。制約付きニューラルネットワークMD1は、意見の時間変化を近似する機能を有する。言語モデルMD2は、ソーシャルメディアの投稿に基づいてユーザ個人の意見を予測する機能を持つ。 Figure 6 shows an example of the configuration of a learning model used in one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the learning model used in one embodiment is composed of a constrained neural network MD1 as a first learning model and a language model MD2 as a second learning model. The constrained neural network MD1 has a function of approximating changes in opinions over time. The language model MD2 has a function of predicting individual user opinions based on social media posts.

一実施形態では、上記制約付きニューラルネットワークMD1のパラメータ推定を行う際に、複数のユーザ間における意見の交換の相互作用のメカニズムを表す微分方程式の制約の下でパラメータの学習を行う。In one embodiment, when estimating parameters of the above-mentioned constrained neural network MD1, the parameters are learned under the constraints of a differential equation that represents the interaction mechanism of the exchange of opinions among multiple users.

(構成例)
(1)システム
図1は、この発明の一実施形態に係るソーシャルメディア・ネットワークシステムの全体構成の一例を示す図である。
(Configuration example)
(1) System FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a social media network system according to an embodiment of the present invention.

一実施形態に係るソーシャルメディア・ネットワークシステムは、複数のユーザ端末UT1~UTnをネットワークNWを介してサーバ装置SVにアクセス可能とし、これにより複数のユーザがサーバ装置SVを介して投稿情報を登録および閲覧可能としたものである。 In one embodiment, the social media network system enables multiple user terminals UT1 to UTn to access a server device SV via a network NW, thereby enabling multiple users to register and view posted information via the server device SV.

ユーザ端末UT1~UTnは、例えばスマートフォンやタブレット型端末、パーソナルコンピュータからなり、上記ソーシャルメディアネットワークを利用するために、ブラウザおよび所定のアプリケーションを備えている。 The user terminals UT1 to UTn consist of, for example, a smartphone, a tablet terminal, or a personal computer, and are equipped with a browser and specific applications to use the above-mentioned social media network.

サーバ装置SVは、例えばWeb上またはクラウド上に配置されるサーバコンピュータからなり、上記ユーザ端末UT1~UTnから送信される投稿情報の送受信およびシステム管理を行う。また、サーバ装置SVは、大容量のデータ蓄積装置を有し、各ユーザ端末UT1~UTnから送信された投稿情報を上記データ蓄積装置により投稿履歴情報として管理する。The server device SV is composed of a server computer located, for example, on the Web or on the cloud, and transmits and receives the posted information sent from the user terminals UT1 to UTn, and manages the system. The server device SV also has a large-capacity data storage device, and manages the posted information sent from each of the user terminals UT1 to UTn as posting history information using the data storage device.

ネットワークNWは、例えばインターネットを中核とする広域ネットワークと、この広域ネットワークにアクセスするためのアクセスネットワークとを備える。アクセスネットワークとしては、例えば、有線または無線を使用する公衆通信ネットワーク、有線または無線を使用するLAN(Local Area Network)が使用される。The network NW comprises, for example, a wide area network with the Internet at its core, and an access network for accessing this wide area network. For example, a public communication network using wired or wireless connections, or a LAN (Local Area Network) using wired or wireless connections may be used as the access network.

(2)情報変遷予測装置PD
一実施形態に係るシステムには、ユーザ集合の意見の変遷をモデル化して、任意のユーザの意見の変化を予測するために、情報変遷予測装置PDが設けられている。情報変遷予測装置PDは、例えばパーソナルコンピュータまたはサーバコンピュータからなる。
(2) Information Transition Prediction Device PD
In one embodiment of the system, an information transition prediction device PD is provided to model the evolution of the opinions of a set of users and predict the change in the opinion of any user. The information transition prediction device PD is, for example, a personal computer or a server computer.

図2および図3は、それぞれ情報変遷予測装置PDのハードウェア構成およびソフトウェア構成の一例を示すブロック図である。 Figures 2 and 3 are block diagrams showing examples of the hardware and software configurations, respectively, of the information transition prediction device PD.

情報変遷予測装置PDは、中央処理ユニット(Central Processing Unit:CPU)等のハードウェアプロセッサを使用した制御部1を備える。そして、この制御部1に対し、バス8を介して、プログラム記憶部2およびデータ記憶部3を有する記憶ユニットと、通信インタフェース(以後インタフェースをI/Fと称する)部4、および入出力I/F部5を接続したものとなっている。The information transition prediction device PD includes a control unit 1 that uses a hardware processor such as a central processing unit (CPU). A storage unit having a program storage unit 2 and a data storage unit 3, a communication interface (hereinafter, the interface is referred to as I/F) unit 4, and an input/output I/F unit 5 are connected to the control unit 1 via a bus 8.

通信I/F部4は、制御部1の制御の下、ネットワークNWにより定義される通信プロトコルを使用して、サーバ装置SVとの間でデータ通信を行う。 Under the control of the control unit 1, the communication I/F unit 4 performs data communication with the server device SV using a communication protocol defined by the network NW.

入出力I/F部5には、入力デバイス6および出力デバイス7が接続されている。入力デバイス6は、例えばキーボードおよびマウスを備え、情報変遷予測処理に係る種々操作情報を入力するために使用される。出力デバイス7は、例えば表示デバイスを有し、制御部1により生成された予測情報等を表示する。なお、出力デバイス7としては、他にプリンタや外部記憶デバイスが用いられてもよい。An input device 6 and an output device 7 are connected to the input/output I/F unit 5. The input device 6 includes, for example, a keyboard and a mouse, and is used to input various operation information related to the information transition prediction process. The output device 7 includes, for example, a display device, and displays the prediction information generated by the control unit 1. Note that a printer or an external storage device may also be used as the output device 7.

プログラム記憶部2は、例えば、記憶媒体としてSSD(Solid State Drive)等の随時書込みおよび読出しが可能な不揮発性メモリと、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリとを組み合わせて構成したもので、OS(Operating System)等のミドルウェアに加えて、一実施形態に係る各種制御処理を実行するために必要なアプリケーション・プログラムを格納する。なお、以後OSと各アプリケーション・プログラムとをまとめてプログラムと称する。The program storage unit 2 is configured by combining a non-volatile memory such as a solid state drive (SSD) as a storage medium that can be written to and read from at any time, and a non-volatile memory such as a read only memory (ROM), and stores application programs necessary for executing various control processes according to one embodiment, in addition to middleware such as an operating system (OS). Hereinafter, the OS and each application program will be collectively referred to as a program.

データ記憶部3は、例えば、記憶媒体として、SSD等の随時書込みおよび読出しが可能な不揮発性メモリと、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリと組み合わせたもので、一実施形態を実施するために必要な主たる記憶部として、投稿履歴記憶部31と、言語モデル記憶部32と、制約付き学習モデル記憶部33と、パラメータ記憶部34と、予測情報記憶部35とを備える。The data storage unit 3 is, for example, a combination of a non-volatile memory such as an SSD that can be written to and read from at any time as a storage medium, and a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), and includes a post history storage unit 31, a language model storage unit 32, a constrained learning model storage unit 33, a parameter storage unit 34, and a prediction information storage unit 35 as the main storage units required to implement one embodiment.

投稿履歴記憶部31は、サーバ装置SVから取得されたソーシャルメディアの投稿履歴情報を格納するために使用される。The post history memory unit 31 is used to store social media post history information obtained from the server device SV.

言語モデル記憶部32は、制御部1により生成される言語モデルMD2を格納する。言語モデルMD2は、上記投稿履歴情報に基づいてユーザの意見の変遷を予測するために使用される。The language model memory unit 32 stores the language model MD2 generated by the control unit 1. The language model MD2 is used to predict changes in user opinions based on the posting history information.

制約付き学習モデル記憶部33は、制約付きニューラルネットワークMD1の構成に関する情報を格納する。制約付きニューラルネットワークMD1は、上記投稿履歴情報に基づいて意見の時間変化を近似する。The constrained learning model memory unit 33 stores information regarding the configuration of the constrained neural network MD1. The constrained neural network MD1 approximates the time changes of opinions based on the posting history information.

パラメータ記憶部34は、制御部1により得られる上記制約付学習モデルの最適化パラメータを、保存するために使用される。The parameter memory unit 34 is used to store the optimization parameters of the above-mentioned constrained learning model obtained by the control unit 1.

予測情報記憶部35は、制御部1により得られる個人の意見の変化の予測結果を表す情報を、保存するために使用される。The prediction information memory unit 35 is used to store information representing the predicted results of changes in individual opinions obtained by the control unit 1.

制御部1は、一実施形態を実施するために必要な処理機能として、投稿履歴管理処理部11と、投稿履歴取得処理部12と、パラメータ推定処理部13と、予測処理部14と、予測情報出力処理部15とを備える。これらの処理部11~15は、何れもプログラム記憶部2に格納されたアプリケーション・プログラムを制御部1のハードウェアプロセッサに実行させることにより実現される。The control unit 1 includes, as processing functions necessary for implementing one embodiment, a posting history management processing unit 11, a posting history acquisition processing unit 12, a parameter estimation processing unit 13, a prediction processing unit 14, and a prediction information output processing unit 15. All of these processing units 11 to 15 are realized by causing the hardware processor of the control unit 1 to execute application programs stored in the program storage unit 2.

なお、上記アプリケーション・プログラムは、プログラム記憶部2に事前に格納しておく以外に、必要時に外部のアプリケーション・サーバ等からダウンロードしてプログラム記憶部2に記憶されるようにしてもよい。In addition, the above application programs may be stored in advance in the program storage unit 2, or may be downloaded from an external application server, etc., when necessary and stored in the program storage unit 2.

投稿履歴管理処理部11は、情報変遷予測装置PDの入力デバイス6において、例えばシステム管理者がサーバ装置SVの投稿履歴情報に対する各種操作情報を入力した場合に、この操作情報に応じてサーバ装置SVの投稿履歴情報に対する情報操作を行う。情報操作の種類には、例えば情報の登録、修正および削除がある。なお、上記投稿履歴情報に対する情報操作機能は、必ずしも情報変遷予測装置PDが持つ必要はなく、サーバ装置SVに付属する管理端末等が備えていてもよい。 When, for example, a system administrator inputs various operation information for the posting history information of the server device SV on the input device 6 of the information transition prediction device PD, the posting history management processing unit 11 performs information operations on the posting history information of the server device SV in accordance with this operation information. Types of information operations include, for example, registering, modifying, and deleting information. Note that the information operation function for the above-mentioned posting history information does not necessarily need to be possessed by the information transition prediction device PD, and may be possessed by a management terminal attached to the server device SV.

投稿履歴取得処理部12は、制約付きニューラルネットワークMD1および言語モデルMD2から構成される学習モデルを構築する際に、必要となる投稿履歴情報をサーバ装置SVから通信I/F部4を介して取得し、取得された投稿履歴情報を投稿履歴記憶部31に記憶させる処理を行う。The post history acquisition processing unit 12 acquires the necessary post history information from the server device SV via the communication I/F unit 4 when constructing a learning model consisting of a constrained neural network MD1 and a language model MD2, and performs processing to store the acquired post history information in the post history memory unit 31.

パラメータ推定処理部13は、理論モデルを微分方程式の形に書き換える処理を行い、書き換えられたモデルを用いて制約付きニューラルネットワークMD1を生成する。またパラメータ推定処理部13は、上記投稿履歴情報を投稿履歴記憶部31から読み込み、読み込まれた上記投稿履歴情報に基づいて言語モデルMD2を構築する。The parameter estimation processing unit 13 performs a process of rewriting the theoretical model into the form of a differential equation, and generates a constrained neural network MD1 using the rewritten model. The parameter estimation processing unit 13 also reads the posting history information from the posting history storage unit 31, and constructs a language model MD2 based on the reading posting history information.

パラメータ推定処理部13は、上記微分方程式により定義される制約条件と、上記言語モデルMD2の予測情報とを用いて、制約付きニューラルネットワークMD1のパラメータを推定し、推定されたパラメータをパラメータ記憶部34に記憶させる。なお、パラメータ推定処理の一例は、動作例において詳しく説明する。The parameter estimation processing unit 13 estimates parameters of the constrained neural network MD1 using the constraint conditions defined by the differential equation and the prediction information of the language model MD2, and stores the estimated parameters in the parameter storage unit 34. An example of the parameter estimation process will be described in detail in the operation example.

予測処理部14は、制約付き学習モデル記憶部33に記憶された制約付きニューラルネットワークMD1に対し、パラメータ記憶部34に記憶された最適化パラメータを設定し、これにより学習済の制約付きニューラルネットワークMD1を構築する。The prediction processing unit 14 sets the optimization parameters stored in the parameter memory unit 34 to the constrained neural network MD1 stored in the constrained learning model memory unit 33, thereby constructing a learned constrained neural network MD1.

予測処理部14は、入力デバイス6において入力された予測対象のユーザuのユーザIDおよび予測したい日時tを入出力I/F部5を介して受け取り、受け取った上記予測対象のユーザuおよび予測したい日時tを上記学習済の制約付きニューラルネットワークMD1に入力する。そして、上記学習済の制約付きニューラルネットワークMD1から出力される値を、予測結果として予測情報記憶部35に記憶させる。The prediction processing unit 14 receives the user ID of the user u to be predicted and the date and time t to be predicted, which are input to the input device 6, via the input/output I/F unit 5, and inputs the received user u to be predicted and the date and time t to be predicted to the trained constrained neural network MD1. The value output from the trained constrained neural network MD1 is then stored in the prediction information storage unit 35 as a prediction result.

予測情報出力処理部15は、入力デバイス6により入力された予測結果の出力要求に応じて、予測情報記憶部35から予測情報を読み出し、読み出された上記予測情報を入出力I/F部5を介して出力デバイス7へ出力する処理を行う。The prediction information output processing unit 15 reads prediction information from the prediction information storage unit 35 in response to a request to output a prediction result input by the input device 6, and outputs the read prediction information to the output device 7 via the input/output I/F unit 5.

(動作例)
次に、以上のように構成された情報変遷予測装置PDの動作例を説明する。
(Example of operation)
Next, an example of the operation of the information transition prediction device PD configured as above will be described.

(I)モデルの学習処理
図4は、情報変遷予測装置PDの制御部1により実行されるモデル学習処理の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。なお、この例では、制約付きニューラルネットワークとして半教師あり学習法を用いる場合を例にとって説明するが、教師なし学習法を用いる場合にも容易に拡張可能である。
(I) Model Learning Process Fig. 4 is a flowchart showing an example of the processing procedure and processing contents of the model learning process executed by the control unit 1 of the information transition prediction device PD. Note that in this example, a case where a semi-supervised learning method is used as a constrained neural network will be described as an example, but it can be easily extended to a case where an unsupervised learning method is used.

情報変遷予測装置PDの制御部1は、ステップS10において学習モードが指示されたか否かを判定する。この状態で、例えばシステム管理者が学習モードの実行を指示すると、情報変遷予測装置PDの制御部1は、以下のようにモデル学習処理を実行する。The control unit 1 of the information transition prediction device PD determines whether or not the learning mode has been instructed in step S10. In this state, if, for example, a system administrator instructs the execution of the learning mode, the control unit 1 of the information transition prediction device PD executes the model learning process as follows.

(1)投稿履歴情報の取得
情報変遷予測装置PDの制御部1は、先ず投稿履歴取得処理部12の制御の下、サーバ装置SVに対しアクセスし、サーバ装置SVからソーシャルメディアの投稿履歴情報を通信I/F部4を介して受信する。そして、受信された上記投稿履歴情報を投稿履歴記憶部31に記憶させる。このとき、例えば取得対象のトピック(例えば政治、商品、イベント)を指定し、指定された上記トピックに関連する投稿情報を選択的に取得するようにしてもよい。図7に取得される投稿履歴情報の一例を示す。
(1) Acquisition of Post History Information The control unit 1 of the information transition prediction device PD first accesses the server device SV under the control of the post history acquisition processing unit 12, and receives social media post history information from the server device SV via the communication I/F unit 4. Then, the received post history information is stored in the post history storage unit 31. At this time, for example, a topic to be acquired (e.g. politics, products, events) may be specified, and post information related to the specified topic may be selectively acquired. An example of the acquired post history information is shown in FIG. 7.

解析の対象とするソーシャルメディアの投稿履歴情報は、特定のトピックに関する投稿文章の系列からなり、{(ui , ti , di )}I i=1 で表される。ここでui はユーザ、di は特定のトピックに関するソーシャルメディア上の投稿、ti は投稿時刻、I はデータ数をそれぞれ示す。ユーザ数をUとする。 The social media posting history information to be analyzed consists of a series of posted sentences related to a specific topic, and is represented as {(u i , t i , d i )} I i = 1 , where u i is a user, d i is a social media post related to a specific topic, t i is the posting time, and I is the number of data. Let U be the number of users.

ここで、一部の文章について意見の正解ラベルyi が付与されているケースを考える。正解ラベルは、例えば意見のカテゴリyi ∈ {-1 , 0 , 1}、あるいは肯定の度合いを表すスコアyi ∈ {1 , 2 , 3 , 4 , 5 } 等である。例えば、選期間中に政治関連のツイートを収集し、ある政党について肯定的な投稿にyi = 1 、否定的な投稿にyi = -1、中立的な投稿にyi = 0 のラベルを付与することでラベル付きデータを生成する。意見の正解ラベルが付与された投稿文章の履歴をDs = {(ui , ti , yi )}Is i=1 、正解ラベルなしの投稿文章の履歴をDu = {(ui , ti , di )}Iu i=1 とおく。ここで、Is はラベル付きデータの数、Iu はラベルなしデータの数をそれぞれ示す。 Here, consider the case where some sentences are given a correct opinion label y i . The correct label can be, for example, an opinion category y i ∈ {-1, 0, 1}, or a score y i ∈ {1, 2, 3, 4, 5} indicating the degree of positivity. For example, politically related tweets are collected during the election period, and labeled data is generated by labeling positive posts about a political party with y i = 1, negative posts with y i = -1, and neutral posts with y i = 0. Let Ds = {(u i , t i , y i )} Is i=1 be the history of posted sentences given a correct opinion label, and Du = {(u i , t i , d i )} Iu i=1 be the history of posted sentences without a correct opinion label. Here, Is indicates the number of labeled data, and Iu indicates the number of unlabeled data.

(2)学習モデルのパラメータ推定
(2-1)理論モデルの書き換え
情報変遷予測装置PDの制御部1は、パラメータ推定処理部13の制御の下、先ずステップS11において、オピニオンダイナミクスの理論モデルの基盤となっている社会科学分野の知見を機械学習モデルに導入するため、理論モデルを微分方程式の形で書き換える。例えば、DeGroot モデルやBounded confidence model (BCM) を始めとする理論モデルを、一般的に以下の微分方程式により書き換える。

Figure 0007589832000003
(2) Parameter Estimation of Learning Model (2-1) Rewriting of Theoretical Model In step S11, the control unit 1 of the information transition prediction device PD rewrites the theoretical model in the form of a differential equation in order to introduce knowledge in the social science field that is the basis of the theoretical model of opinion dynamics into the machine learning model under the control of the parameter estimation processing unit 13. For example, theoretical models such as the DeGroot model and the Bounded confidence model (BCM) are generally rewritten using the following differential equation.
Figure 0007589832000003

ここで、tは時刻、xu (t) は時刻tにおけるユーザuの意見、Λは微分方程式のパラメータである。また、Φ(・) は相互作用のメカニズムを表す関数で、理論モデルの仮定に基づいて設計する。例えば、Bounded confidence model (式(2))の仮定を用いる場合、Φ(・) は次式で定義される。

Figure 0007589832000004
Here, t is time, xu (t) is the opinion of user u at time t, and Λ is a parameter of the differential equation. Φ(·) is a function that represents the interaction mechanism and is designed based on the assumptions of the theoretical model. For example, when using the assumptions of the bounded confidence model (equation (2)), Φ(·) is defined by the following equation.
Figure 0007589832000004

DeGroot モデル(式(1))を用いる場合、Φ(・) は次式で定義される。

Figure 0007589832000005
When using the DeGroot model (equation (1)), Φ(·) is defined as follows:
Figure 0007589832000005

ここで、auv はユーザuとユーザvの相互作用の強さを表すパラメータである。なお、この例では2つの代表的な理論モデルを例として用いたが、この発明は他の理論モデルにも適用可能である。 Here, a uv is a parameter representing the strength of interaction between user u and user v. Note that, although two representative theoretical models are used in this example, the present invention is also applicable to other theoretical models.

(2-2)ニューラルネットワークの近似
パラメータ推定処理部13は、次にステップS12において、意見を表す変数xu (t) を、時刻t、ユーザuのIDあるいはプロフィールを入力とするニューラルネットワークf(・;θf ) により以下のように近似する。

Figure 0007589832000006
ここで、θf は制約付きニューラルネットのパラメータである。また、ニューラルネットワークの出力を
u^ (t) =f(・;θf )
と定義しておく。 (2-2) Approximation of Neural Network Next, in step S12, the parameter estimation processing unit 13 approximates the variable x u (t) representing the opinion by a neural network f(·;θ f ) that inputs the time t and the ID or profile of the user u as follows:
Figure 0007589832000006
Here, θf is the parameter of the constrained neural network. Also, the output of the neural network is xu ^(t) = f(·; θf )
Let us define it as follows.

(2-3)言語モデルの構築
パラメータ推定処理部13は、続いてステップS13において言語モデルを構築する。言語モデルはソーシャルメディアの投稿から意見を抽出するために使用されるもので、特定のトピックに関する投稿文章dを入力とし、意見o~ を出力とするモデルであり、以下のように表される。

Figure 0007589832000007
(2-3) Building a Language Model The parameter estimation processing unit 13 then builds a language model in step S13. The language model is used to extract opinions from social media posts, and is a model that takes a posted sentence d on a specific topic as input and an opinion o as output, and is expressed as follows:
Figure 0007589832000007

ここで、g(・) は言語モデル、θg は言語モデルのパラメータである。言語モデルg(・) は問題に合わせて自由に設計できる。例えば、言語モデルg(・) の設計手法としては、事前学習済みの深層学習モデルをファインチューニングする等のアプローチが考えられる。 Here, g(·) is a language model and θg is a parameter of the language model. The language model g(·) can be freely designed to suit the problem. For example, one possible approach to design the language model g(·) is to fine-tune a pre-trained deep learning model.

(2-4)パラメータの推定
学習モードにおいては、次式(8) で定義される尤度Lを最小化するような微分方程式のパラメータΛ、制約付きニューラルネットワークMD1のパラメータθf 、言語モデルMD2のパラメータθg をそれぞれ推定する。

Figure 0007589832000008
(2-4) Parameter Estimation In the learning mode, the parameter Λ of the differential equation, the parameter θ f of the constrained neural network MD1, and the parameter θ g of the language model MD2 are estimated so as to minimize the likelihood L defined by the following equation (8).
Figure 0007589832000008

ここでLs は正解ラベル付きのソーシャルメディア投稿履歴に対する尤度、Lu は正解ラベルなしの投稿履歴に対する尤度、Lode は微分方程式による制約を表す項である。α、λは各項の重要度を表すハイパーパラメータである。 Here, Ls is the likelihood for a social media posting history with a correct answer label, Lu is the likelihood for a posting history without a correct answer label, and Lode is a term representing a constraint by a differential equation. α and λ are hyperparameters representing the importance of each term.

式(8) から第一項Lsf ;Ds ) を除けば、上式(8) は教師なし学習における尤度と一致する。式(8) の右辺第一項はニューラルネットワークによる意見の予測値xu^ (t) と意見の正解ラベルyi との誤差で次のように定義される。

Figure 0007589832000009
If we remove the first term Ls ( θf ; Ds ) from equation (8), equation (8) above corresponds to the likelihood in unsupervised learning. The first term on the right-hand side of equation (8) is the error between the predicted value xu ^(t) of the opinion by the neural network and the correct label yi of the opinion, and is defined as follows:
Figure 0007589832000009

ここで、L(・) はクロスエントロピーである。σ(・) は意見の強さと極性(肯定あるいは否定)を表す連続値xu^ (・) をラベル空間に埋め込む関数であり、意見の正解ラベルが2種類の場合はシグモイド関数を、多クラスの場合はソフトマックス関数をそれぞれ用いる。また、Ds = {(ui , ti , yi )}Is i=1 は、正解ラベル付きの投稿履歴、Is はラベル付きデータの数である。 Here, L(.) is the cross entropy, σ(.) is a function that embeds the continuous value xu ^(.), which represents the strength and polarity (positive or negative) of an opinion, into the label space, and a sigmoid function is used when there are two types of correct opinion labels, and a softmax function is used when there are multiple classes. Also, Ds = {(u i , t i , y i )} Is i=1 is the posting history with the correct label, and Is is the number of labeled data.

ラベルなし投稿履歴Du = {(ui , ti , di )}Iu i=1 については、正解ラベルの代わりに言語モデルMD2による予測結果を用いる。具体的には、制約付きニューラルネットワークMD1の出力xu^ (t) と、言語モデルMD2の出力o~ との間の二乗誤差を最小化する。

Figure 0007589832000010
なお、この例では、誤差の指標として平均二乗誤差を用いたが、他の誤差関数を用いることもできる。 For the unlabeled posting history Du = {(u i , t i , d i )} Iu i = 1 , the prediction result by the language model MD2 is used instead of the correct label. Specifically, the squared error between the output x u ^ (t) of the constrained neural network MD1 and the output o ̂ of the language model MD2 is minimized.
Figure 0007589832000010
In this example, the mean square error is used as an index of error, but other error functions can also be used.

上記式(8) の右辺第三項は次式で定義される。

Figure 0007589832000011
The third term on the right side of the above equation (8) is defined as follows:
Figure 0007589832000011

ここで、{Τ1 , …,ΤJ } は予め定義された時間軸上の代表点である。Lode はJ 個の代表点における微分方程式の誤差を表す。この例では、誤差の指標として平均二乗誤差を用いたが、他の誤差関数を用いることもできる。上式(11) は、微分方程式(式(3))の左辺と右辺の差を取って代表点の時刻ΤJ を代入したものである。上記(11) 式の制約項を尤度Lに加えることで、出力xu^ (t) が(3) 式で定義される微分方程式に従うような制約付きニューラルネットワークMD1のパラメータθf を学習することができる。 Here, {T 1 , ...,T J } are representative points on a predefined time axis. L ode represents the error of the differential equation at J representative points. In this example, the mean square error is used as an error index, but other error functions can also be used. The above equation (11) is obtained by taking the difference between the left and right sides of the differential equation (equation (3)) and substituting the time T J of the representative point. By adding the constraint term in the above equation (11) to the likelihood L, it is possible to learn the parameter θ f of the constrained neural network MD1 such that the output x u ^ (t) follows the differential equation defined in equation (3).

また、(11) 式の右辺第一項の微分dxu^ (t) /dt は、PyTorch 等の深層学習パッケージで実装されている自動微分を用いることで容易に計算することができる。 In addition, the differential dx u ^ (t) /dt in the first term on the right-hand side of equation (11) can be easily calculated by using automatic differentiation implemented in deep learning packages such as PyTorch.

なお、パラメータθf の最適化にはどのような手法を用いてもよいが、(11) 式に含まれる微分を効率良く計算するためには、誤差逆伝播法を用いるのがよい。 Although any method may be used to optimize the parameter θf , it is preferable to use the backpropagation method in order to efficiently calculate the derivative included in the equation (11).

(2-5)パラメータの保存
パラメータ推定処理部13は、以上のように推定された制約付きニューラルネットワークMD1の最適化パラメータθf ^と、言語モデルMD2の最適化パラメータθg ^との組を、ステップS15においてパラメータ記憶部34に記憶させる。
(2-5) Saving Parameters In step S15, the parameter estimation processing unit 13 stores a set of the optimization parameters θ f ^ of the constrained neural network MD1 estimated as described above and the optimization parameters θ g ^ of the language model MD2 in the parameter storage unit .

(II)予測処理
情報変遷予測装置PDの制御部1は、以上のように構築された学習モデルを用いることで、特定の個人ユーザの未来の発信情報を以下のように予測する。
図5は、情報変遷予測装置PDの制御部1により実行される予測処理の処理手順と処理内容の一例を示すフローチャートである。
(II) Prediction Processing The control unit 1 of the information transition prediction device PD uses the learning model constructed as described above to predict future transmitted information of a specific individual user as follows.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the procedure and contents of the prediction process executed by the control unit 1 of the information transition prediction device PD.

特定の個人ユーザの未来の発信情報を予測するために、例えばシステム管理者が入力デバイス6において予測モードを指定入力すると、情報変遷予測装置PDの制御部1は上記予測モードの指定入力を入出力I/F部5を介して受け取り、予測モードを設定する。 In order to predict future information to be transmitted by a particular individual user, for example, when a system administrator specifies a prediction mode on the input device 6, the control unit 1 of the information change prediction device PD receives the specified input of the prediction mode via the input/output I/F unit 5 and sets the prediction mode.

(1)予測
予測モードが設定されると、情報変遷予測装置PDの制御部1は、予測処理部14の制御の下、先ずステップS21において、入力デバイス6において入力される、予測対象となるユーザuの属性情報、例えばユーザIDまたはプロフィールと、予測したい日時tを、入出力I/F部5を介して受け取る。次に予測処理部14は、ステップS22において、パラメータ記憶部34から最適化パラメータθf ^を読み込み、読み込まれた上記最適化パラメータθf ^を、制約付きニューラルネットワークMD1に設定する。すなわち、学習済の制約付きニューラルネットワークMD1を構築する。
(1) Prediction When the prediction mode is set, the control unit 1 of the information transition prediction device PD, under the control of the prediction processing unit 14, first receives, in step S21, attribute information of the user u to be predicted, such as a user ID or profile, and the date and time t to be predicted, which are inputted into the input device 6, via the input/output I/F unit 5. Next, in step S22, the prediction processing unit 14 reads the optimization parameter θ f ^ from the parameter storage unit 34, and sets the read optimization parameter θ f ^ to the constrained neural network MD1. That is, a trained constrained neural network MD1 is constructed.

予測処理部14は、続いてステップS23において、上記入力デバイス6から入力された予測対象の個人ユーザuの識別IDおよび予測したい時刻tを、上記学習済の制約付きニューラルネットワークMD1に入力する。そして、予測処理部14は、上記学習済の制約付きニューラルネットワークMD1から出力される、上記予測対象の個人ユーザuの予測時刻tにおける発信情報の予測結果を受け取り、受け取った上記予測結果を表す情報を予測情報記憶部35に記憶させる。In step S23, the prediction processing unit 14 then inputs the identification ID of the individual user u to be predicted and the time t to be predicted, which are input from the input device 6, to the trained constrained neural network MD1. The prediction processing unit 14 then receives the prediction result of the transmitted information of the individual user u to be predicted at the prediction time t, which is output from the trained constrained neural network MD1, and stores information representing the received prediction result in the prediction information storage unit 35.

(2)予測結果の出力
情報変遷予測装置PDの制御部1は、予測情報出力処理部15の制御の下、ステップS24において、上記予測結果を表す情報を所定のタイミングで自律的に、或いは入力デバイス6からの出力要求の入力に応じて、上記予測情報記憶部35から読み出す。そして、予測情報出力処理部15は、読み出された上記予測結果を表す情報の例えば表示データを生成し、生成された表示データを入出力I/F部5から出力デバイス7へ出力し、出力デバイス7に表示させる。表示データには、例えば予測対象ユーザuのユーザIDと、予測対象日時tと、予測結果を表す情報とが含まれる。
(2) Output of prediction result In step S24, the control unit 1 of the information transition prediction device PD, under the control of the prediction information output processing unit 15, autonomously reads out information representing the prediction result at a predetermined timing from the prediction information storage unit 35 or in response to an input of an output request from the input device 6. Then, the prediction information output processing unit 15 generates, for example, display data of the information representing the read out prediction result, outputs the generated display data from the input/output I/F unit 5 to the output device 7, and displays it on the output device 7. The display data includes, for example, the user ID of the prediction target user u, the prediction target date and time t, and information representing the prediction result.

かくして、出力デバイス7には、予測対象ユーザuの予測対象日時tにおける発信情報の予測結果が表示される。なお、上記予測結果を表す情報は、出力デバイス7に表示されるだけでなく、出力デバイス7においてプリントアウトされたり、例えばUSBメモリなどの外部記憶媒体に記憶されるようにしてもよく、さらには通信I/F部4からネットワークNWを介して他のユーザ端末などへ送信されるようにしてもよい。Thus, the prediction result of the outgoing information of the prediction target user u at the prediction target date and time t is displayed on the output device 7. The information representing the prediction result may not only be displayed on the output device 7, but may also be printed out on the output device 7 or stored in an external storage medium such as a USB memory, or may even be transmitted from the communication I/F unit 4 to another user terminal or the like via the network NW.

(作用・効果)
以上述べたように一実施形態では、情報発信を行う複数のユーザの相互作用を表す微分方程式を用いて記述された学習モデルを基盤とし、上記ユーザの発信情報の変遷を近似する制約付きニューラルネットワークと、ソーシャルメディアの投稿情報に基づいて上記ユーザの発信情報を予測し出力する言語モデルとを備える。そして、学習時に、上記言語モデルの出力が反映された上記投稿情報に対する上記発信情報の予測値の尤度と、上記微分方程式による制約項とをそれぞれ最小化するパラメータを推定し、予測時に、推定された上記パラメータが設定された学習済の上記制約付きニューラルネットワークに、予測対象となるユーザの属性情報および日時を説明変数として入力し、上記制約付きニューラルネットワークから目的変数として出力される情報を、上記予測対象のユーザの上記日時における発信情報の予測結果として出力するようにしている。
(Action and Effects)
As described above, in one embodiment, the system is based on a learning model described using differential equations representing interactions between a plurality of users who transmit information, and includes a constrained neural network that approximates the transition of the transmitted information of the user, and a language model that predicts and outputs the transmitted information of the user based on posted information on social media. During learning, parameters that minimize the likelihood of the predicted value of the transmitted information for the posted information reflecting the output of the language model and the constraint term by the differential equation are estimated, and during prediction, attribute information of the user to be predicted and a date and time are input as explanatory variables to the trained constrained neural network in which the estimated parameters are set, and information output from the constrained neural network as a target variable is output as a predicted result of the transmitted information of the user to be predicted at the date and time.

従って、一実施形態によれば、制約付きニューラルネットワークと、多数の投稿情報に基づいて発信情報を予測する言語モデルとを組み合わせて学習モデルを構築することで、ユーザ間の相互作用を表す微分方程式の制約の下で、かつソーシャルメディアの多数の投稿情報から予測される発信情報が反映された状態で、学習モデルのパラメータが学習される。Therefore, according to one embodiment, a learning model is constructed by combining a constrained neural network and a language model that predicts outgoing information based on a large amount of posted information, and the parameters of the learning model are trained under the constraints of a differential equation that represents interactions between users and in a state that reflects the outgoing information predicted from a large amount of posted information on social media.

このため、オピニオンダイナミクスの理論モデルの基盤となっている社会科学分野の事前知識が取り入れられ、しかも過去の多数の投稿情報が活用された状態で、ユーザの未来の発信情報を予測することが可能となる。すなわち、アノテーションによる多大な時間とコストを必要とすることなく、ユーザの未来の発信情報を高精度に予測することが可能となる。 This makes it possible to predict what users will post in the future by incorporating prior knowledge from the social sciences that underpins the theoretical model of opinion dynamics, and by utilizing a large amount of past posted information. In other words, it is possible to predict what users will post in the future with a high degree of accuracy, without requiring a significant amount of time and cost for annotation.

[その他の実施形態]
前記一実施形態では、情報変遷予測装置PDのすべての機能を、ユーザが使用するパーソナルコンピュータ等の端末に持たせた場合を例にとって説明した。しかし、情報変遷予測装置PDのすべての機能、またはその一部の機能をWeb上またはクラウド上に設けられたサーバ装置に備えるようにしてもよい。例えば、学習時におけるパラメータ推定処理機能をサーバ装置に持たせ、端末が予測時に学習済の制約付きニューラルネットワークをサーバ装置からダウンロードして使用する。このようにすると、端末の処理負荷を軽減することができる。
[Other embodiments]
In the embodiment described above, an example was given in which all the functions of the information transition prediction device PD are provided in a terminal such as a personal computer used by a user. However, all or some of the functions of the information transition prediction device PD may be provided in a server device provided on the Web or the cloud. For example, a parameter estimation processing function during learning may be provided in the server device, and the terminal may download and use a trained constrained neural network from the server device during prediction. In this way, the processing load on the terminal can be reduced.

その他、第1の学習モデルおよび第2の学習モデルの種類や構成、学習時におけるパラメータ推定処理の処理手順と処理内容、予測時における予測処理の処理手順と処理内容、予測対象となる情報の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。 In addition, the types and configurations of the first learning model and the second learning model, the processing procedures and processing contents of the parameter estimation processing during learning, the processing procedures and processing contents of the prediction processing during prediction, the type of information to be predicted, etc. can be modified in various ways without departing from the spirit of this invention.

以上、この発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点においてこの発明の例示に過ぎない。この発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、この発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the above description is merely an example of the present invention in every respect. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. In other words, in implementing the present invention, specific configurations according to the embodiments may be appropriately adopted.

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。In short, this invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. Furthermore, various inventions can be formed by appropriate combinations of multiple components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be deleted from all of the components shown in the embodiment. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.

PD…情報変遷予測装置
PT1~PTn…ユーザ端末
SV…サーバ装置
NW…ネットワーク
MD1…制約付きニューラルネットワーク
MD2…言語モデル
1…制御部
2…プログラム記憶部
3…データ記憶部
4…通信I/F部
5…入出力I/F部
6…入力デバイス
7…出力デバイス
8…バス
11…投稿履歴管理処理部
12…投稿履歴取得処理部
13…パラメータ推定処理部
14…予測処理部
15…予測情報出力処理部
31…投稿履歴記憶部
32…言語モデル記憶部
33…制約付き学習モデル記憶部
34…パラメータ記憶部
35…予測情報記憶部
PD...information transition prediction device PT1 to PTn...user terminal SV...server device NW...network MD1...constrained neural network MD2...language model 1...control unit 2...program storage unit 3...data storage unit 4...communication I/F unit 5...input/output I/F unit 6...input device 7...output device 8...bus 11...post history management processing unit 12...post history acquisition processing unit 13...parameter estimation processing unit 14...prediction processing unit 15...prediction information output processing unit 31...post history storage unit 32...language model storage unit 33...constrained learning model storage unit 34...parameter storage unit 35...prediction information storage unit

Claims (7)

ユーザの未来における発信情報の変遷を予測する情報変遷予測装置であって、
複数の前記ユーザの情報発信に関する相互作用を表す微分方程式により記述された理論モデルを用い、前記ユーザの前記発信情報の変遷を近似する制約付きの第1の学習モデルと、
ソーシャルメディアにおける過去の複数の投稿情報に基づいて前記ユーザの前記発信情報を予測し出力する第2の学習モデルと、
学習時に、前記第1の学習モデルについて、前記第2の学習モデルの出力が反映された前記投稿情報に対する前記発信情報の予測値の尤度と、前記微分方程式により表される制約項とにより定義される総合的な尤度を最小化するパラメータを推定するパラメータ推定処理部と、
予測時に、前記パラメータが設定された学習済の前記第1の学習モデルに、予測対象となる特定ユーザの属性情報および日時を入力し、前記第1の学習モデルから前記特定ユーザの前記日時における前記発信情報の予測結果を取得する予測処理部と、
前記予測結果を出力する出力処理部と
を具備する情報変遷予測装置。
An information transition prediction device for predicting a transition of information transmitted by a user in the future, comprising:
a first learning model with constraints that approximates the transition of the transmitted information of the user using a theoretical model described by differential equations that represent interactions regarding information transmitted by the multiple users;
a second learning model that predicts and outputs the user's transmitted information based on a plurality of pieces of past posted information on social media;
a parameter estimation processing unit that estimates, during learning, parameters for the first learning model that minimize an overall likelihood defined by a likelihood of a predicted value of the transmitted information for the posted information reflecting an output of the second learning model and a constraint term represented by the differential equation;
a prediction processing unit that inputs attribute information of a specific user to be predicted and a date and time into the first learning model in which the parameters have been set and obtains a prediction result of the transmitted information of the specific user at the date and time from the first learning model at the time of prediction;
and an output processing unit that outputs the prediction result.
前記投稿情報を蓄積し管理するサーバ装置から、特定のトピックに関連する前記投稿情報を選択的に取得する投稿情報取得処理部を、さらに備え、
前記パラメータ推定処理部は、取得された前記投稿情報に基づいて前記第2の学習モデルを構築する
請求項1に記載の情報変遷予測装置。
The method further includes a post information acquisition processing unit that selectively acquires the post information related to a specific topic from a server device that accumulates and manages the post information,
The information transition prediction device according to claim 1 , wherein the parameter estimation processing unit constructs the second learning model based on the acquired posted information.
前記第1の学習モデルは、前記微分方程式により表される前記制約項を含む制約付きニューラルネットワークにより構成され、
前記第2の学習モデルは、前記特定のトピックに関連する前記投稿情報を入力とし、当該投稿情報から前記特定のトピックに関連する前記発信情報を抽出し出力する言語モデルにより構成される、
請求項2に記載の情報変遷予測装置。
the first learning model is configured by a constrained neural network including the constraint term represented by the differential equation;
The second learning model is configured by a language model that receives the posted information related to the specific topic as an input, extracts the transmitted information related to the specific topic from the posted information, and outputs the transmitted information.
The information transition prediction device according to claim 2.
前記パラメータ推定処理部は、正解ラベル付きの前記投稿情報に対する予測値の第1の尤度と、前記第2の学習モデルの出力を正解ラベルとして代用する前記投稿情報に対する予測値の第2の尤度と、前記微分方程式により表される制約項とにより定義される第3の尤度を最小化する前記パラメータを推定する
請求項1に記載の情報変遷予測装置。
The information transition prediction device of claim 1, wherein the parameter estimation processing unit estimates the parameters that minimize a first likelihood of a predicted value for the posted information with a correct label, a second likelihood of a predicted value for the posted information using the output of the second learning model as a correct label, and a third likelihood defined by a constraint term represented by the differential equation.
前記第2の尤度および前記制約項は、前記第3の尤度に対する重要度を表すハイパーパラメータにより重み付けされる、
請求項4に記載の情報変遷予測装置。
the second likelihood and the constraint term are weighted by a hyperparameter that represents an importance to the third likelihood;
The information transition prediction device according to claim 4.
ユーザの未来における発信情報の変遷を予測する情報処理装置が実行する情報変遷予測方法であって、
所定の理論モデルを複数の前記ユーザの情報発信に関する相互作用を表す微分方程式により書き換える過程と、
前記ユーザの前記発信情報の変遷を近似する制約付きの第1の学習モデルを生成する過程と、
ソーシャルメディアにおける過去の複数の投稿情報に基づいて前記ユーザの前記発信情報を予測し出力する第2の学習モデルを生成する過程と、
学習時に、前記第1の学習モデルについて、前記第2の学習モデルの出力が反映された前記投稿情報に対する前記発信情報の予測値の尤度と、前記微分方程式により表される制約項とにより定義される総合的な尤度を最小化するパラメータを推定する過程と、
予測時に、前記パラメータが設定された学習済の前記第1の学習モデルに、予測対象となる特定ユーザの属性情報および日時を入力し、前記第1の学習モデルから、予測対象となる前記特定ユーザの前記日時における前記発信情報の予測結果を取得する過程と、
前記予測結果を出力する過程と
を具備する情報変遷予測方法。
An information transition prediction method executed by an information processing device that predicts a transition of information transmitted by a user in the future, comprising:
A process of rewriting a predetermined theoretical model using differential equations that represent interactions related to information transmission by a plurality of users;
generating a first learning model with constraints that approximates the transition of the transmitted information of the user;
generating a second learning model that predicts and outputs the user's transmitted information based on a plurality of pieces of past posted information on social media;
a step of estimating, during learning, parameters for the first learning model that minimize an overall likelihood defined by a likelihood of a predicted value of the transmitted information for the posted information reflecting an output of the second learning model and a constraint term represented by the differential equation;
At the time of prediction, inputting attribute information and a date and time of a specific user to be predicted into the first learning model having been trained and having the parameters set, and acquiring a prediction result of the transmitted information of the specific user to be predicted at the date and time from the first learning model;
and outputting the prediction result.
請求項6に記載された前記情報変遷予測方法が具備する前記各過程における各処理を、前記情報処理装置に実行させるプログラム。 A program for causing the information processing device to execute each process in each step of the information transition prediction method described in claim 6.
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