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JP7615817B2 - Mathematical formula specification device, mathematical formula specification method, estimation device and estimation method - Google Patents
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Mathematical formula specification device, mathematical formula specification method, 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数式化する装置及び方法に関する。また、そのような数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.

ところで、DNNはパーセプトロン層の学習工程が多層になっているため、入力値から出力値を得たとき、なぜその出力値になったのかが人間にはわからないことがある。DNNにおける演算方法には様々な種類があり、かつその内容は複雑であるため、演算工程をユーザが把握可能な態様で可視化することは困難である。 However, because DNNs have a multi-layered learning process for the perceptron layer, when an output value is obtained from an input value, humans may not understand why that output value was obtained. Because there are various types of calculation methods in DNNs and the content is complex, it is difficult to visualize the calculation process in a way that users can understand.

これを解消するために、例えば特許文献1には、DNNの演算工程の可視化をはかる技術として、出力値群に対して主成分分析アルゴリズム、最小二乗法等の次元削減アルゴリズムを用いて線形式を得ることが記載されている。特許文献1に記載の技術によれば、DNNの内部でどのような演算が行われているのかを人間が明示的に理解できるので、次に利用するときにどのパラメータや重み付けを調節すればよいかをユーザが把握できる。 To solve this problem, for example, Patent Document 1 describes a technique for visualizing the calculation process of a DNN, in which a linear expression is obtained by applying a dimensionality reduction algorithm, such as a principal component analysis algorithm or a least squares method, to a group of output values. The technique described in Patent Document 1 allows humans to explicitly understand what calculations are being performed inside a DNN, so the user can know which parameters and weights to adjust the next time they use it.

特開2019-46453号公報(2019年3月22日公開)JP 2019-46453 A (Published on March 22, 2019)

しかしながら、特許文献1に記載の方法は、線形アルゴリズムである次元削減アルゴリズムを用いるものであり、演算表現、数式化、可視化の幅が狭く、DNNの内部の演算過程を数式化、可視化するのは難しい場合がある。 However, the method described in Patent Document 1 uses a dimensionality reduction algorithm, which is a linear algorithm, and the range of computational expression, mathematical formulation, and visualization is narrow, so it may be difficult to mathematically formulate and visualize the internal computational process of a DNN.

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、学習済モデルの演算過程を数式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 mathematically converts the computational process of a trained model.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る数式特定装置は、特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数式特定方法は、特定ステップを含んでいる。特定ステップは、学習済モデルの入力データを表す数値と前記学習済モデルの出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定するステップである。 In order to solve the above problem, a mathematical formula identification device according to one aspect of the present invention includes one or more processors that execute an identification step. Also, a mathematical formula identification method according to one aspect of the present invention includes an identification step. The identification step is a step of identifying a nonlinear mathematical formula that represents the relationship between a numerical value representing input data of a trained model and a numerical value representing output data of the trained model.

また、本発明の一態様に係る推定装置は、第2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、第2推定ステップを含んでいる。第2推定ステップは、上述の数式特定方法で特定された前記非線形の数式に、前記入力データを表す数値を代入して演算することにより、前記出力データを表す数値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 a second estimation step. The estimation method according to one aspect of the present invention includes a second estimation step. The second estimation step is a step of estimating a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula identified by the above-mentioned mathematical formula identification method and performing a calculation.

本発明の一態様に係る数式特定装置及び数式特定方法によれば、学習済モデルの演算過程を数式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、そのような数式特定装置及び数式特定方法により特定された数式を用いて学習済モデルの出力を推定することができる。 According to a mathematical formula identification device and a mathematical formula identification method of one aspect of the present invention, the calculation process of a trained model can be mathematically formulated. Furthermore, according to an estimation device and an estimation method of one aspect of the present invention, the output of a trained model can be estimated using a mathematical formula identified by such a mathematical formula identification device and a mathematical formula identification method.

本発明の一実施形態に係る演算数式化システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an arithmetic formula system according to an embodiment of the present invention. 図1の演算数式化システムに含まれる数式特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 a mathematical expression specifying device included in the mathematical expression generating system of FIG. 1 . 図2の数式特定装置が実施する数式特定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 mathematical formula specifying method implemented by the mathematical formula specifying 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 . 数式特定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。10 is a flowchart showing the flow of processing performed by the mathematical formula identification 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 an example of 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. 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 . 図1の演算数式化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。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an estimation device included in the arithmetic formula 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の演算数式化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。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a machine learning device included in the arithmetic formula 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. 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. 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. 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. 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.

〔実施形態1〕
〔演算数式化システム〕
本発明の一実施形態に係る演算数式化システムSについて、図1を参照して説明する。図1は、演算数式化システムSの構成を表す図である。
[Embodiment 1]
[Calculation Formula System]
An operation formula 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 operation formula system S.

演算数式化システムSは、学習済モデルLM1の入力と出力の関係を表す非線形の数式を特定するシステムである。演算数式化システムSは、図1に示すように、数式特定装置1と、機械学習装置2と、推定装置3と、を備えている。 The arithmetic formula system S is a system that identifies a nonlinear formula that represents the relationship between the input and output of the trained model LM1. As shown in FIG. 1, the arithmetic formula system S includes a formula identification device 1, a machine learning device 2, and an estimation device 3.

数式特定装置1は、数式特定方法M1を実施する装置である。数式特定方法M1は、数式特定装置1が、機械学習により構築された学習済モデルLM1を用いて入力データから出力データを推定する推定ステップM11と、遺伝的アルゴリズムGAを用いた非線形回帰によって、入力データを表す数値と出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式fを特定する特定ステップM12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。数式特定装置1の構成及び数式特定方法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 mathematical formula identification device 1 is a device that implements the mathematical formula identification method M1. The mathematical formula identification method M1 includes an estimation step M11 in which the mathematical formula identification device 1 estimates output data from input data using a learned model LM1 constructed by machine learning, and an identification step M12 in which the mathematical formula identification device 1 identifies a nonlinear mathematical formula f that represents the relationship between a numerical value representing the input data and a numerical value representing the output data by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. 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 mathematical formula identification device 1 and the flow of the mathematical formula identification 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 types of data can 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.

数式特定装置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が数式特定装置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 mathematical expression identification 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 input data and output 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 mathematical expression identification device 1, the data collection device 111 may be configured as a device separate from the mathematical expression identification device 1. The data collection device 111 may be configured as a hardware unit, or may be configured as hardware and software.

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、数式特定方法M1で特定された非線形の数式fに、入力データを表す数値を代入して演算することにより、出力データを表す数値を推定する第2推定ステップ、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 in which the estimation device 3 estimates a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula f identified by the mathematical formula identification method M1 and performing a calculation. The configuration of the estimation device 3 and the flow of the estimation method M3 will be described in detail below with reference to the drawings.

演算数式化システムSは、学習フェーズ、数式特定フェーズ、推定フェーズ、を実行する。学習フェーズ、数式特定フェーズ、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 computational formula system S executes a learning phase, a formula specification phase, and an estimation phase. The learning phase, formula specification 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から数式特定装置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 mathematical formula identification device 1.

(2)数式特定フェーズ
数式特定フェーズにおいては、数式特定装置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、数式特定装置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の入力データを表す数値と出力データの表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する。
(2) Mathematical Formula Identification Phase In the mathematical formula identification phase, the mathematical formula identification device 1 estimates output data based on input data using the learned model LM1. In addition, the mathematical formula identification device 1 identifies a nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the numerical values representing the input data and the numerical values representing the output data of the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm.

(3)推定フェーズ
推定フェーズにおいては、推定装置3は、数式特定装置1が特定した数式に、入力データを表す数値を代入して演算を行うことにより、出力データを表す数値を推定する。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、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 a numerical value representing the output data by performing a calculation by substituting a numerical value representing the input data into the mathematical formula identified by the mathematical formula identification device 1. That is, the estimation device 3 estimates the output data from the input data without using the learned model LM1.

〔数式特定装置の構成〕
数式特定装置1の構成について、図2を参照して説明する。図2は、数式特定装置1の構成を示すブロック図である。
[Configuration of the mathematical formula identification device]
The configuration of the mathematical expression identification device 1 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of the mathematical expression identification device 1.

数式特定装置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 mathematical expression identification 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、数式特定プログラム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に格納されている数式特定プログラム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上に展開された数式特定プログラムP1に含まれる命令に従って、数式特定方法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、数式特定方法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、数式特定プログラム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 the formula identification program P1 and the learned model LM1. The processor 11 expands the formula identification 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 formula identification method M1 according to the instructions included in the formula identification 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 the estimation step M11 (described later) of the formula identification method M1. The formula identification program P1 being stored in the secondary memory 13 means that the source code or an executable file obtained by compiling the source code is stored in the secondary memory 13. The learned model LM1 being stored in the secondary memory 13 means that parameters defining the learned model LM1 are 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、数式特定装置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を介して数式特定装置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、数式特定装置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、数式特定装置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 mathematical expression identification device 1, or may be built into another computer (for example, a computer constituting a cloud server) connected to the mathematical expression identification device 1 via the input/output interface 14 or the communication interface 15. In this embodiment, the storage in the mathematical expression identification 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 mathematical expression identification 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。数式特定方法M1においてセンサ群から取得するデータは数式特定装置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。数式特定方法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数式特定装置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。数式特定方法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数式特定装置1から出力される。なお、数式特定装置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、数式特定装置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 formula identification method M1 is input to the formula identification 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 formula identification method M1 is input to the formula identification 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 formula identification method M1 is output from the formula identification device 1 through these output devices. The mathematical expression identification 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 mathematical expression identification 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。数式特定方法M1において数式特定装置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、数式特定方法M1において数式特定装置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 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 LM1) that the formula identification device 1 acquires from other computers (e.g., the machine learning device 2) in the formula identification method M1, and data that the formula identification device 1 provides to other computers in the formula identification 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)を用いて数式特定方法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数式特定方法M1を実行する構成を採用してもよい。この場合、連携して数式特定方法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、連携して数式特定方法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 mathematical formula identification 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 mathematical formula identification method M1 is executed using multiple processors. In this case, the multiple processors that cooperate to execute the mathematical formula identification 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 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 mathematical formula identification method M1.

また、本実施形態においては、数式特定方法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、数式特定方法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、数式特定方法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数式特定方法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 mathematical formula identification 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 mathematical formula identification 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 mathematical formula identification 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 mathematical formula identification 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(数式特定方法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(数式特定方法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 formula identification 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 formula identification 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が数式特定装置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 mathematical expression identification device 1, the data collection device 111 includes, for example, a memory (not shown) and a processor (not shown).

〔数式特定方法の流れ〕
数式特定方法M1の流れについて、図3を参照して説明する。図3は、数式特定方法M1の流れを示すフローチャートである。数式特定方法M1は、推定ステップM11と、特定ステップM12と、を含んでいる。
[Flow of formula identification method]
The flow of the mathematical expression identification method M1 will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a flowchart showing the flow of the mathematical expression identification method M1. The mathematical expression identification method M1 includes an estimation step M11 and an identification step M12.

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。学習済モデルLM1に入力された入力データと、学習済モデルLM1から出力された出力データとは、データ収集装置111に一時的に保持される。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。 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 obtains output data by inputting the input data to the learned model LM1. The input data input to the learned model LM1 and the output data output from the learned model LM1 are temporarily stored in the data collection device 111. The data stored in the data collection device 111 is used in the subsequent identification step M12.

図3の特定ステップM12は、プロセッサ11が、遺伝的アルゴリズムGAを用いた非線形回帰によって、入力データを表す数値と出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定するステップである。データ収集装置111は、一時的に保持していた学習済モデルLM1の入力データと出力データとを、遺伝的アルゴリズムGAに時間的同期をつけて入力する。このように、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。 In the identification step M12 in FIG. 3, the processor 11 identifies a nonlinear formula that expresses the relationship between the numerical values representing the input data and the numerical values representing the output data by nonlinear regression using the genetic algorithm GA. The data collection device 111 inputs the temporarily held input data and output data of the trained model LM1 in temporal synchronization with the genetic algorithm GA. In this way, the data collection device 111 acts as a kind of buffer that collects the data of the trained model LM1 (in certain information units) and inputs it to the next stage of the genetic algorithm GA.

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、非線形の数式(関係式)をツリー構造で表したものであり、数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 genetic algorithm GA is an algorithm that prepares multiple individuals i, each of which represents a candidate solution by genes, and searches for a solution by preferentially selecting an individual i with high fitness Di and repeating operations such as crossover and mutation. In this embodiment, the individual i is a nonlinear formula (relational equation) represented in a tree structure, and the operators and arguments contained in the formula are represented by the nodes of the tree. The fitness Di is given by a fitness function.

〔学習済モデルと遺伝的アルゴリズムの具体例1〕
図4は、学習済モデルLM1と遺伝的アルゴリズムGAとを例示する図である。学習済モデルLM1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LM1は、入力データが入力される入力層LX、隠れ層LY、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。
[Example 1 of trained model and genetic algorithm]
4 is a diagram illustrating a trained model LM1 and a genetic algorithm GA. The trained model LM1 is a deep neural network composed of multiple layers. The trained model LM1 includes multiple layers including an input layer LX to which input data is input, a hidden layer LY, and an output layer LZ to which output data is output. 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LM1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 LM1 includes output values x1, x2, x3, and x4 of nodes X1, X2, X3, and X4.

隠れ層LYは、ノードY1、Y2、Y3を含む。ノードY1、Y2、Y3の出力値y1、y2、y3は、隠れ層LYの前の層である入力層LXのノードの出力値x1、x2、x3、x4から計算される。 The hidden layer LY includes nodes Y1, Y2, and Y3. The output values y1, y2, and y3 of nodes Y1, Y2, and Y3 are calculated from the output values x1, x2, x3, and x4 of nodes in the input layer LX, which is the layer preceding the hidden layer LY.

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LYのノードの出力値y1、y2、y3から計算される。すなわち、この例で、学習済モデルLM1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 from the output values y1, y2, and y3 of the nodes in the hidden layer LY, which is the layer before the output layer LZ. That is, in this example, the output data of the trained model LM1 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に順次入力する。 The data collection device 111 temporarily holds the input data to the learned model LM1 and the output data of the learned model LM1, and sequentially inputs the input data and output data to the next stage of the genetic algorithm GA.

遺伝的アルゴリズムGAは、第一世代G1~第四世代G4を含む。図4の例では、個体iである非線形の数式は、例えば以下の(1)式で表される。
z1=f(x1,x2,x3,x4) …(1)
The genetic algorithm GA includes a first generation G1 to a fourth generation G4. In the example of Fig. 4, a nonlinear formula which is an individual i is expressed by, for example, the following formula (1).
z1=f 0 (x1, x2, x3, x4)...(1)

(1)式において、z1は学習済モデルLM1のノードZ1の出力値、すなわち出力データを表す数値である。x1、x2、x3、x4は入力層LXの各ノードの出力値、すなわち入力データを表す数値である。すなわち、(1)式は、入力層LXの各ノードの出力値x1、x2、x3、x4と、出力層LZのノードZ1の出力値z1との関係を表す式である。(1)式に示されるように、プロセッサ11は、入力データと出力データとの関係を表す非線形の数式(関係式)を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、非線形の数式を特定する。 In equation (1), z1 is a numerical value representing the output value of node Z1 of learned model LM1, i.e., the output data. x1, x2, x3, and x4 are numerical values representing the output values of each node of input layer LX, i.e., the input data. That is, equation (1) is an equation that represents the relationship between the output values x1, x2, x3, and x4 of each node of input layer LX and the output value z1 of node Z1 of output layer LZ. As shown in equation (1), processor 11 identifies a nonlinear equation by nonlinear regression using a genetic algorithm that treats a nonlinear equation (relational equation) representing the relationship between input data and output data as a candidate solution.

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数式が特定される。 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 formulas 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 fit individuals from the population to be subjected to genetic manipulation. Through the above operations, a formula 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ものである。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を用いた数式の特定方法は図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を用いた数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 formula 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 formula 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の入力データと出力データとをデータ収集装置111から取得する。入力データは、学習済モデルLM1の入力層LXの各ノードの出力値x1、x2、x3、x4を含む。出力データは、出力層LZのノードZ1の値z1を含む。 In step M121, the processor 11 acquires input data and output data of the learned model LM1 from the data collection device 111. The input data includes output values x1, x2, x3, and x4 of each node of the input layer LX of the learned model LM1. The output data includes the value z1 of node Z1 in the output layer LZ.

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、ユーザが数式特定装置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 mathematical formula identification 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である数式、又はその数式の表す図形(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 a display a formula that is the selected individual i, or a figure (such as a graph) that represents the formula.

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 fights 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、絶滅した数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、勝者ツリーの表す数式は、元のノードと同じ数の引数を必要とする他の数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 formulas 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 formula represented by the winning tree is replaced with another formula 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.

〔学習済モデルと遺伝的アルゴリズムの具体例2〕
図11は、学習済モデルLM1と遺伝的アルゴリズムGAとの他の例を示す図である。図11の例では、遺伝的アルゴリズムGAの個体iは、例えば以下の(2)~(5)式の4つの式を含む。
z1=f(y1,y2,y3) …(2)
y1=f(x1,x2,x3,x4) …(3)
y2=f(x1,x2,x3,x4) …(4)
y3=f(x1,x2,x3,x4) …(5)
[Specific example 2 of trained model and genetic algorithm]
11 is a diagram showing another example of a trained model LM1 and a genetic algorithm GA. In the example of FIG. 11, an individual i of the genetic algorithm GA includes, for example, the following four equations (2) to (5).
z1=f 1 (y1, y2, y3)...(2)
y1=f 2 (x1, x2, x3, x4)...(3)
y2=f 3 (x1, x2, x3, x4)...(4)
y3=f 4 (x1, x2, x3, x4)...(5)

(3)~(5)式は、入力層LXの各ノードの出力値x1、x2、x3、x4と、隠れ層LYの各ノードの出力値y1、y2、y3との関係を表す非線形の数式(第1の数式)である。(2)式は、出力層LZのノードZ1の値z1と、隠れ層LYの各ノードの出力値y1、y2、y3との関係を表す非線形の数式(第2の数式)である。 Equations (3) to (5) are nonlinear equations (first equation) that express the relationship between the output values x1, x2, x3, and x4 of each node in the input layer LX and the output values y1, y2, and y3 of each node in the hidden layer LY. Equation (2) is a nonlinear equation (second equation) that expresses the relationship between the value z1 of node Z1 in the output layer LZ and the output values y1, y2, and y3 of each node in the hidden layer LY.

すなわち、この例では、プロセッサ11は、入力データを表す数値と隠れ層LY1に属する全部のノードの各々の出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、隠れ層LY1の各ノードの各々の出力値と出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、第1の数式及び第2の数式を特定する。 That is, in this example, the processor 11 identifies the first and second formulas by nonlinear regression using a genetic algorithm with a first nonlinear formula that represents the relationship between a numerical value representing the input data and each output value of all nodes belonging to the hidden layer LY1, and a second nonlinear formula that represents the relationship between each output value of each node of the hidden layer LY1 and a numerical value representing the output data as solution candidates.

図12は、図11の例においてプロセッサ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。図12のフローチャートは、図5のフローチャートのステップM121、M123、及びステップM132に代えて、ステップM151、M152、及びステップM153を実行する。 FIG. 12 is a flowchart illustrating the flow of specific step M12 executed by processor 11 in the example of FIG. 11. The flowchart of FIG. 12 executes steps M151, M152, and M153 instead of steps M121, M123, and M132 of the flowchart of FIG. 5.

ステップM151において、プロセッサ11は、学習済モデルLM1の入力データと出力データとを取得する。取得される入力データは、入力層LXの各ノートの出力値x1、x2、x3を含む。出力データは、出力層LZのノードZ1の出力値z1に加えて、隠れ層LYの各ノードの出力値y1、y2、y3を含む。 In step M151, the processor 11 acquires input data and output data of the learned model LM1. The acquired input data includes the output values x1, x2, and x3 of each node of the input layer LX. The output data includes the output value z1 of the node Z1 of the output layer LZ, as well as the output values y1, y2, and y3 of each node of the hidden layer LY.

ステップM152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。個体iは、上述の(2)~(5)の4つの数式を含む。ステップM152の処理を終えると、プロセッサ11は、ステップM124の処理に進む。 In step M152, processor 11 randomly generates N individuals i based on 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. Individual i includes the four formulas (2) to (5) described above. After completing the processing of step M152, processor 11 proceeds to the processing of step M124.

プロセッサ11は、ステップM124~M131の処理を実行する。これにより、遺伝的アルゴリズムによる最適解((2)~(5)式)が得られる。ステップM131の処理を終えると、プロセッサ11は、ステップM153の処理に進む。 The processor 11 executes the processing of steps M124 to M131. As a result, the optimal solution (equations (2) to (5)) is obtained by the genetic algorithm. After completing the processing of step M131, the processor 11 proceeds to the processing of step M153.

ステップM153において、プロセッサ11は、遺伝的アルゴリズムにより特定した第1の数式((3)~(5)式)及び第2の数式((2)式)を用いて、入力データと出力データとの関係を表す非線形の数式を特定する。この例で、プロセッサ11は、最適解として選択した個体iに含まれる(2)式~(5)式の連立方程式を解くことにより、学習済モデルLM1の入力データと出力データとの関係を表す数式を特定する。入力データと出力データの関係を表す数式は、例えば、上述の(1)式で表される。ステップS133において、プロセッサ11は、特定した数式を、例えばディスプレイに表示する等して出力する。 In step M153, the processor 11 identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the input data and the output data using the first formula (formulas (3) to (5)) and the second formula (formula (2)) identified by the genetic algorithm. In this example, the processor 11 identifies a formula expressing the relationship between the input data and the output data of the trained model LM1 by solving the simultaneous equations (2) to (5) included in the individual i selected as the optimal solution. The formula expressing the relationship between the input data and the output data is expressed, for example, by the above-mentioned formula (1). In step S133, the processor 11 outputs the identified formula, for example, by displaying it on a display.

以上説明したように本実施形態によれば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力したデータを表す数値と、学習済モデルLM1から出力された出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いた非線形回帰により特定する。ユーザは、非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、その学習済モデルの演算過程を把握し易い。 As described above, according to this embodiment, the mathematical formula identification device 1 identifies a nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the numerical values representing the data input to the learned model LM1 and the numerical values representing the output data output from the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily understand the calculation process of the learned model by the nonlinear mathematical formula or a figure such as a graph represented by this mathematical formula.

〔推定装置の構成〕
推定装置3の構成について、図13を参照しつつ説明する。図13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. 13. Fig. 13 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(第2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に格納された数式f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。 An 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 a second estimation step) according to instructions included in the estimation program P3 expanded onto the primary memory 32. The formula f stored in the secondary memory 33 is used in the 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、数式特定装置1)から提供されるデータ(例えば、数式f)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., formula f) provided to the estimation device 3 from other computers (e.g., the formula identification 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)に数式f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数式fを格納する構成を採用してもよい。この場合、数式f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数式f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 formula f is stored in a memory (secondary memory 33) built into the same computer as the processor (processor 31) that executes estimation method M3, but the present invention is not limited to this. That is, a configuration may be adopted in which formula f is stored in a memory built into a computer different from the processor that executes estimation method M3. In this case, the computer with the built-in memory that stores formula f is configured to be able to communicate with the computer with the built-in processor that executes estimation method M3 via a network. As an example, a mode can be considered in which formula f 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 estimation method M3.

また、本実施形態においては、単一のメモリ(二次メモリ33)に数式f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、複数のメモリに数式fを分散して格納する構成を採用してもよい。この場合、数式f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数式f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 formula f 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 formula f is distributed and stored in multiple memories. In this case, the multiple memories that store formula f may be provided in a single computer (which may or may not be a computer with a built-in processor that executes 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 estimation method M3). As an example, a configuration may be considered in which formula f 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14を参照して説明する。図14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. 14. Fig. 14 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、推定装置3が特定した非線形の数式に、入力データを表す数値を代入して演算することにより、出力データを表す数値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 a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear formula identified by the estimation device 3 and performing a calculation. The output data estimated in the second estimation step M31 is data that is estimated to be output when the 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、推定装置3が、遺伝的アルゴリズムGAを用いた非線形回帰により特定された非線形の数式を用いて、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、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。そのため、例えば、推定装置3の演算装置が高度な演算処理に対応していない場合であっても、推定装置3が学習済モデルLM1の出力結果を推定することができる。 According to this embodiment, the estimation device 3 estimates the output of the learned model LM1 using a nonlinear formula identified by nonlinear regression using the genetic algorithm GA. In other words, the estimation device 3 can estimate the output of the learned model LM1 from the input data without using the learned model LM1. Therefore, for example, even if the calculation device of the estimation device 3 does not support advanced calculation processing, the estimation device 3 can estimate the output result of the learned model LM1.

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15を参照して説明する。図15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. 15. Fig. 15 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. Then, the processor 21 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 the 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、数式特定装置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 mathematical formula identification 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、数式特定方法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、数式特定方法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、数式特定方法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、数式を特定することになる。また、このプロセッサは、推定方法M3を実行する際に、特定した数式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 formula identification 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 formula identification 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 formula identification method M1, this processor uses the learned model LM1 stored in this memory to identify the formula. Furthermore, when executing the estimation method M3, this processor estimates output data using the identified formula.

〔機械学習方法の流れ〕
機械学習方法M2の流れについて、図16を参照して説明する。図16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. 16. Fig. 16 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、第1データ、及び第2データが含まれている。教師データDSiに含まれる第1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、数式特定装置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、第2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、第1データと、第2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 teacher data DSi (i = 1, 2, ...) includes first data and second data. The first data included in the teacher data DSi is the same as the input data input to the trained model LM1. In the learning dataset construction step M21, the processor 21 acquires this data in a similar manner to the mathematical formula identification device 1. The teacher data DSi also includes second data as a label. In the learning dataset construction step M21, the processor 21 associates the first data with the second data and stores them in the secondary memory 23. The processor 21 repeats the above process to construct the learning dataset DS.

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〕
本実施形態に係る演算数式化システムSは、例えば鋳造システムに適用される。鋳造フェーズC1について、図17を参照して説明する。図17は、鋳造システムにおける鋳造フェーズC1の構成を示す図である。
Example 1
The arithmetic formula system S according to this embodiment is applied to, for example, a casting system. The casting phase C1 will be described with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a diagram showing the configuration of the casting phase C1 in the casting system.

鋳造フェーズC1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C1は、例えば図17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 C1 is a phase in which casting is performed using casting sand. For example, as shown in FIG. 17, the casting phase C1 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-removing 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C1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 the casting phase C1 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特定される数式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 formula determined using the 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.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力したセンサ出力値と、学習済モデルLM1から出力されたCB値との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、センサ出力値とCB値との関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the sensor output value input to the learned model LM1 and the CB value output from the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily grasp the relationship between the sensor output value and the CB value by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施例2〕
本実施形態に係る演算数式化システム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特定される数式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 arithmetic formula 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 formula specified 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.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力した条件データと、学習済モデルLM1から出力された売上金額との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、売上予測システムにおける条件と売上との関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula that expresses the relationship between the condition data input to the trained model LM1 and the sales amount output from the trained model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily understand the relationship between the conditions and sales in the sales forecasting system by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施例3〕
また、本実施形態に係る演算数式化システム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特定される数式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 arithmetic formula system S according to the present embodiment is applied to, for example, a drug discovery system. In the drug discovery system, input data in a formula specified 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.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力した入力データと、学習済モデルLM1から出力された薬剤を示すデータとの関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、入力データと薬剤との関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula that expresses the relationship between the input data input to the learned model LM1 and the data indicating the drug output from the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily understand the relationship between the input data and the drug by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施例4〕
また、本実施形態に係る演算数式化システム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特定される数式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 mathematical formula system S according to the present embodiment is applied to, for example, a material development system. In the material development system, input data in a mathematical formula specified using a genetic algorithm includes, for example, the mixing ratio and physical property values of alloy components. Output data includes, for example, characteristic data representing the characteristics (strength, etc.) of the material to be produced.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力した配合率及び物性値と、学習済モデルLM1から出力された特性データとの関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、配合率及び物性値と特性データとの関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the mixture ratio and physical property values input to the learned model LM1 and the characteristic data output from the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily grasp the relationship between the mixture ratio and physical property values and the characteristic data by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施例5〕
また、本実施形態に係る演算数式化システム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特定される数式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 arithmetic formula 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 formula specified using a genetic algorithm includes, for example, data indicating image feature quantities. Output data includes, for example, data indicating image recognition results.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力した特徴量と、学習済モデルLM1から出力された画像認識結果との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、画像の特徴量と画像認識結果との関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the feature amount input to the trained model LM1 and the image recognition result output from the trained model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily grasp the relationship between the feature amount of the image and the image recognition result by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施例6〕
また、本実施形態に係る演算数式化システム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特定される数式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 arithmetic formula system S according to the present embodiment is applied to, for example, an equipment malfunction prediction system. In the equipment malfunction prediction system, input data in the formula specified using the genetic algorithm includes, for example, detection values detected by each sensor installed in the equipment. Output data includes, for example, data indicating an estimation result of whether or not a malfunction of the equipment occurs.

本実施例によれば、例えば、数式特定装置1が、学習済モデルLM1に入力した検出値と、学習済モデルLM1から出力された不具合の発生の有無の推定結果との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムGAを用いて非線形回帰により特定する。ユーザは、この非線形の数式又はこの数式により表されるグラフ等の図形により、センサの検出値と設備の不具合の発生の有無との関係を把握し易い。 According to this embodiment, for example, the formula identification device 1 identifies a nonlinear formula that expresses the relationship between the detection value input to the learned model LM1 and the estimated result of the occurrence or non-occurrence of a malfunction output from the learned model LM1 by nonlinear regression using a genetic algorithm GA. The user can easily grasp the relationship between the detection value of the sensor and the occurrence or non-occurrence of a malfunction in the equipment by using this nonlinear formula or a figure such as a graph represented by this formula.

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.

本実施形態に係る演算数式化システムは、上述の実施形態1に係る演算数式化システムSに対し、学習済モデルの構造が異なっている。本実施形態に係る数式特定装置1、機械学習装置2、推定装置3の装置構成は、上述の実施形態1に係る数式特定装置1、機械学習装置2、推定装置3の装置構成と同様である。 The computation formula system according to this embodiment differs from the computation formula system S according to the above-described first embodiment in the structure of the trained model. The device configurations of the mathematical formula identification device 1, the machine learning device 2, and the estimation device 3 according to this embodiment are similar to the device configurations of the mathematical formula identification device 1, the machine learning device 2, and the estimation device 3 according to the above-described first embodiment.

上述の実施形態1に係る学習済モデルLM1が1つの隠れ層LYを含むのに対し、本実施形態に係る学習済モデルLM2は、複数の隠れ層LY1、LY2を含む。 While the trained model LM1 in the above-mentioned first embodiment includes one hidden layer LY, the trained model LM2 in this embodiment includes multiple hidden layers LY1 and LY2.

〔学習済モデルと遺伝的アルゴリズムの具体例3〕
図18は、実施形態2に係る学習済モデルLM2と遺伝的アルゴリズムGAとを例示する図である。図において、学習済モデルLM2は、入力層LX、隠れ層LY1、LY2、出力層LZ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。学習済モデルLM2は2つの隠れ層LY1、LY2を含んでいる。
[Example 3 of trained model and genetic algorithm]
18 is a diagram illustrating a trained model LM2 and a genetic algorithm GA according to the second embodiment. In the diagram, the trained model LM2 includes an input layer LX, hidden layers LY1 and LY2, and an output layer LZ. Each layer has a structure in which a plurality of nodes are connected by edges. The trained model LM2 includes two hidden layers LY1 and LY2.

入力層LXは、ノードX1、X2、X3、X4を含む。すなわち、入力層LXには、ノードX1、X2、X3、X4のそれぞれの値x1、x2、x3、x4を含む入力データが入力される。 The input layer LX includes nodes X1, X2, X3, and X4. That is, input data including the values x1, x2, x3, and x4 of nodes X1, X2, X3, and X4, respectively, is input to the input layer LX.

隠れ層LY1は、ノードY1、Y2、Y3を含み、隠れ層LY2は、ノードY11、Y12、Y13を含む。ノードY1、Y2、Y3のそれぞれの値y1、y2、y3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から算出される。ノードY11、Y12、Y13のそれぞれの値y11、y12、y13は、隠れ層LY2の前の層である隠れ層LY1のノードの出力値y1、y2、y3から算出される。 Hidden layer LY1 includes nodes Y1, Y2, and Y3, and hidden layer LY2 includes nodes Y11, Y12, and Y13. The values y1, y2, and y3 of nodes Y1, Y2, and Y3 are calculated from the output values x1, x2, x3, and x4 of the nodes in input layer LX, which is the layer before hidden layer LY1. The values y11, y12, and y13 of nodes Y11, Y12, and Y13 are calculated from the output values y1, y2, and y3 of the nodes in hidden layer LY1, which is the layer before hidden layer LY2.

出力層LZは、ノードZ1を含む。ノードZ1の値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y11、y12、y13、y14から計算される。出力層LZは、ノードZ1の値z1を、出力データとして出力する。 The output layer LZ includes a node Z1. The value z1 of node Z1 is calculated from the output values y11, y12, y13, and y14 of the nodes in the hidden layer LY2, which is the layer before the output layer LZ. The output layer LZ outputs the value z1 of node Z1 as output data.

図18の例において、遺伝的アルゴリズムの個体iである非線形の数式は、例えば上述の(1)式で表される。 In the example of Figure 18, the nonlinear equation representing individual i of the genetic algorithm is expressed, for example, by the above equation (1).

この例で、プロセッサ11が実行する特定ステップM12は、上述の実施形態1で示した図5の処理と同様である。すなわち、プロセッサ11は、図5のステップM121~M132の処理を実行することにより、入力データと出力データとの関係を表す非線形の数式を特定し、出力する。 In this example, the identification step M12 executed by the processor 11 is similar to the process of FIG. 5 shown in the above-mentioned embodiment 1. That is, the processor 11 executes the processes of steps M121 to M132 in FIG. 5 to identify and output a nonlinear formula that expresses the relationship between the input data and the output data.

〔学習済モデルと遺伝的アルゴリズムの具体例4〕
図19は、本実施形態に係る学習済モデルLM2と遺伝的アルゴリズムGAとを例示する図である。
[Specific example 4 of trained model and genetic algorithm]
FIG. 19 is a diagram illustrating a trained model LM2 and a genetic algorithm GA according to this embodiment.

図19の例では、遺伝的アルゴリズムGAの個体iは、例えば以下の(6)~(12)式の7つの式を含む。
z1=f(y1,y2,y3,y11,y12,y13) …(6)
y1=f(x1,x2,x3,x4) …(7)
y2=f(x1,x2,x3,x4) …(8)
y3=f(x1,x2,x3,x4) …(9)
y11=f(x1,x2,x3,x4) …(10)
y12=f(x1,x2,x3,x4) …(11)
y13=f(x1,x2,x3,x4) …(12)
In the example of FIG. 19, an individual i of the genetic algorithm GA includes, for example, the following seven equations (6) to (12).
z1=f 5 (y1, y2, y3, y11, y12, y13)...(6)
y1=f 2 (x1, x2, x3, x4)...(7)
y2=f 3 (x1, x2, x3, x4)...(8)
y3=f 4 (x1, x2, x3, x4)...(9)
y11=f 6 (x1, x2, x3, x4)...(10)
y12=f 7 (x1, x2, x3, x4)...(11)
y13=f 8 (x1, x2, x3, x4)...(12)

この例で、プロセッサ11が実行する特定ステップM12は、上述の実施形態1で示した図12の処理と同様である。すなわち、プロセッサ11は、ステップM151において、関係を数式化する入力データと出力データとを取得する。 In this example, the specific step M12 executed by the processor 11 is similar to the process shown in FIG. 12 in the first embodiment described above. That is, in step M151, the processor 11 obtains input data and output data for mathematically formulating the relationship.

入力データは、入力層LXの各ノートの値x1、x2、x3を含む。また、出力データは、出力層LZのノードZ1の値z1に加えて、隠れ層LY1、LY2の各ノードの出力値y1、y2、y3、y11、y12、y13を含む。 The input data includes the values x1, x2, and x3 of each node in the input layer LX. The output data includes the value z1 of node Z1 in the output layer LZ, as well as the output values y1, y2, y3, y11, y12, and y13 of each node in the hidden layers LY1 and LY2.

プロセッサ11は、図12のステップM152~131の処理を実行し、最適解である個体iを選択する。ステップM153において、プロセッサ11は、選択した個体iに含まれる(6)~(12)式の連立方程式を解くことにより、学習済モデルLM2の入力データと出力データとの関係を表す数式を特定する。入力データと出力データの関係を表す数式は、例えば、上述の(1)式で表される。プロセッサ11は、特定した数式を、例えばディスプレイに表示する等して出力する。 Processor 11 executes the processes of steps M152 to M131 in FIG. 12 and selects individual i which is the optimal solution. In step M153, processor 11 identifies a formula expressing the relationship between the input data and output data of trained model LM2 by solving the simultaneous equations (6) to (12) contained in the selected individual i. The formula expressing the relationship between the input data and the output data is expressed, for example, by the above-mentioned formula (1). Processor 11 outputs the identified formula, for example, by displaying it on a display.

〔実施例〕
上述の実施形態1で説明した実施例1~6は、本実施形態の実施例としても適応され得る。すなわち、本実施形態に係る演算数式化システムは、例えば、鋳造システム、売上予測システム、創薬システム、材料開発システム、画像認識システムに適用される。なお、上述の実施例1~6のうち、実施例3~5は実施形態2により適した実施例であり、一方、実施例1、2、6は実施形態1により適した実施例である。
[Example]
Examples 1 to 6 described in the above-mentioned embodiment 1 can also be applied as examples of this embodiment. That is, the arithmetic formula system according to this embodiment is applied to, for example, a casting system, a sales forecasting system, a drug discovery system, a material development system, and an image recognition system. Among the above-mentioned embodiments 1 to 6, examples 3 to 5 are more suitable for embodiment 2, while examples 1, 2, and 6 are more suitable for embodiment 1.

〔変形例〕
〔変形例1〕
図20は、変形例1に係る学習済モデルLM3と、遺伝的アルゴリズムGAとを例示する図である。図において、学習済モデルLM3は、入力層LX、複数の隠れ層LY11、LY12、出力層LZ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。
[Modifications]
[Modification 1]
20 is a diagram illustrating a trained model LM3 and a genetic algorithm GA according to Modification 1. In the diagram, the trained model LM3 includes an input layer LX, multiple hidden layers LY11 and LY12, and an output layer LZ. Each layer has a structure in which multiple nodes are connected by edges.

入力層LXは、ノードX1、X2、X3、X4を含む。すなわち、入力層LXには、ノードX1、X2、X3、X4のそれぞれの値x1、x2、x3、x4を含む入力データが入力される。 The input layer LX includes nodes X1, X2, X3, and X4. That is, input data including the values x1, x2, x3, and x4 of nodes X1, X2, X3, and X4, respectively, is input to the input layer LX.

隠れ層LY11は、ノードY1、Y2、Y3を含み、隠れ層LY12は、ノードY11、Y12を含む。ノードY1、Y2、Y3のそれぞれの値y1、y2、y3は、隠れ層LY11の前の層である入力層LXのノードの出力値x1、x2、x3、x4から算出される。ノードY11、Y12のそれぞれの値y11、y12は、隠れ層LY12の前の層である隠れ層LY11のノードの出力値y1、y2、y3から算出される。 Hidden layer LY11 includes nodes Y1, Y2, and Y3, and hidden layer LY12 includes nodes Y11 and Y12. The values y1, y2, and y3 of nodes Y1, Y2, and Y3 are calculated from the output values x1, x2, x3, and x4 of the nodes in input layer LX, which is the layer before hidden layer LY11. The values y11 and y12 of nodes Y11 and Y12 are calculated from the output values y1, y2, and y3 of the nodes in hidden layer LY11, which is the layer before hidden layer LY12.

出力層LZは、ノードZ1を含む。ノードZ1の値z1は、出力層LZの前の層である隠れ層LY12のノードの出力値y11、y12から計算される。出力層LZは、ノードZ1の値z1を、出力データとして出力する。 The output layer LZ includes a node Z1. The value z1 of node Z1 is calculated from the output values y11 and y12 of the nodes in the hidden layer LY12, which is the layer before the output layer LZ. The output layer LZ outputs the value z1 of node Z1 as output data.

図20において、遺伝的アルゴリズムGAの個体iは、例えば上述の(2)~(5)式の4つの非線形の数式を含む。すなわち、プロセッサ11は、入力データと一部の隠れ層(一の隠れ層(隠れ層LY11))に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式((3)~(5)式)、及び、当該各ノードのデータと出力データとの関係を表す非線形の第2の数式((2)式)を、前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する。 In FIG. 20, an individual i of the genetic algorithm GA includes, for example, the four nonlinear formulas (2) to (5) described above. That is, the processor 11 identifies, by nonlinear regression using the genetic algorithm, a first nonlinear formula (formulas (3) to (5)) that represents the relationship between the input data and the output values of each node belonging to a part of a hidden layer (one hidden layer (hidden layer LY11)), and a second nonlinear formula (formula (2)) that represents the relationship between the data of each node and the output data.

プロセッサ11が実行する特定ステップM12は、上述の実施形態1で示した図12の処理と同様である。すなわち、プロセッサ11は、ステップM151において、関係を数式化する入力データと出力データとを取得する。入力データは、入力層LXの各ノートの値x1、x2、x3を含む。また、出力データは、出力層LZのノードZ1の値z1に加えて、隠れ層LY11の各ノードの出力値y1、y2、y3を含む。 The specific step M12 executed by the processor 11 is similar to the process of FIG. 12 shown in the first embodiment described above. That is, in step M151, the processor 11 acquires input data and output data for mathematically formulating the relationship. The input data includes the values x1, x2, and x3 of each node in the input layer LX. The output data includes the value z1 of the node Z1 in the output layer LZ, as well as the output values y1, y2, and y3 of each node in the hidden layer LY11.

プロセッサ11は、図12のステップM152~131の処理を実行し、最適解である個体iを選択する。ステップM153において、プロセッサ11は、選択した個体iに含まれる(2)~(5)式の連立方程式を解くことにより、学習済モデルLM2の入力データと出力データとの関係を表す数式を特定する。入力データと出力データの関係を表す数式は、例えば、上述の(1)式で表される。プロセッサ11は、特定した数式を、例えばディスプレイに表示する等して出力する。 Processor 11 executes the processes of steps M152 to M131 in FIG. 12 and selects individual i which is the optimal solution. In step M153, processor 11 identifies a formula expressing the relationship between the input data and output data of trained model LM2 by solving simultaneous equations (2) to (5) included in the selected individual i. The formula expressing the relationship between the input data and the output data is expressed, for example, by the above-mentioned formula (1). Processor 11 outputs the identified formula, for example, by displaying it on a display.

学習済モデルLM3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。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。本変形例において、プロセッサ11は、隠れ層のうち、学習の進みにくい層(例えば、隠れ層LY11)については、その層の各ノードの値を変数として数式に含める。一方、プロセッサ11は、学習の進みやすい層(例えば、隠れ層LY12)については、その層の各ノードの値を数式に含めない。 The hidden layers of the trained model LM3 may include layers that are slow to learn and layers that are fast to learn. A layer that is slow to learn is a layer with many perceptrons and multiple weightings. A layer that is fast to learn is a layer with few perceptrons and no weighting or only one weighting. In this modified example, for a hidden layer that is slow to learn (e.g., hidden layer LY11), processor 11 includes the values of each node in that layer as variables in the formula. On the other hand, for a layer that is fast to learn (e.g., hidden layer LY12), processor 11 does not include the values of each node in that layer in the formula.

学習の進みにくい層の各ノードの値を変数として数式に含めることにより、例えば画像認識等の複雑な事象において、特徴量をつかむことができる。また、各ノードがどのように働いているのかを把握し易い。また、学習が進みやすい層の各ノードの値を数式に含めないことにより、計算コストを節約することができ、また、数式をシンプルにすることができる。 By including the values of each node in layers where learning is slower as variables in the formula, it is possible to grasp the features in complex phenomena such as image recognition. It is also easier to understand how each node works. Furthermore, by not including the values of each node in layers where learning is faster in the formula, calculation costs can be reduced and the formula can be simplified.

〔変形例2〕
図21は、変形例1に係る学習済モデルLM3と、遺伝的アルゴリズムGAとを例示する図である。図において、学習済モデルLM3は、上述の変形例1の図20に示した学習済モデルLM3と同様である。
[Modification 2]
21 is a diagram illustrating a trained model LM3 and a genetic algorithm GA according to Modification 1. In the diagram, the trained model LM3 is similar to the trained model LM3 shown in FIG.

図21において、遺伝的アルゴリズムGAの個体iは、例えば以下の(13)~(15)式の3つの非線形の数式を含む。
z1=f(y11,y12) …(13)
y11=f(x1,x2,x3,x4) …(14)
y12=f(x1,x2,x3,x4) …(15)
In FIG. 21, an individual i of the genetic algorithm GA includes, for example, the following three nonlinear expressions (13) to (15).
z1=f 8 (y11, y12)...(13)
y11=f 6 (x1, x2, x3, x4)...(14)
y12=f 7 (x1, x2, x3, x4)...(15)

プロセッサ11は、入力データと、出力層LZの前段の隠れ層LY12に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式((14)~(15)式)、及び、当該各ノードの出力値と前記出力データとの関係を表す非線形の第2の数式((13)式)を、前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する。 The processor 11 uses nonlinear regression using the genetic algorithm to determine a first nonlinear equation (equations (14) to (15)) that represents the relationship between the input data and the output values of each node belonging to the hidden layer LY12 that precedes the output layer LZ, and a second nonlinear equation (equation (13)) that represents the relationship between the output values of each node and the output data.

この例で、プロセッサ11が実行する特定ステップM12は、上述の実施形態1で示した図12の処理と同様である。すなわち、プロセッサ11は、ステップM151において、関係を数式化する入力データと出力データとを取得する。 In this example, the specific step M12 executed by the processor 11 is similar to the process shown in FIG. 12 in the first embodiment described above. That is, in step M151, the processor 11 obtains input data and output data for mathematically formulating the relationship.

入力データは、入力層LXの各ノートの値x1、x2、x3を含む。また、出力データは、出力層LZのノードZ1の値z1に加えて、隠れ層LY12の各ノードの出力値y11、y12を含む。 The input data includes the values x1, x2, and x3 of each node in the input layer LX. The output data also includes the value z1 of node Z1 in the output layer LZ, as well as the output values y11 and y12 of each node in the hidden layer LY12.

プロセッサ11は、図12のステップM152~131の処理を実行し、最適解である個体iを選択する。ステップM153において、プロセッサ11は、選択した個体iに含まれる(13)~(15)式の連立方程式を解くことにより、学習済モデルLM2の入力データと出力データとの関係を表す数式を特定する。入力データと出力データの関係を表す数式は、例えば、上述の(1)式で表される。プロセッサ11は、特定した数式を、例えばディスプレイに表示する等して出力する。 Processor 11 executes the processes of steps M152 to M131 in FIG. 12 and selects individual i which is the optimal solution. In step M153, processor 11 identifies an equation expressing the relationship between the input data and output data of trained model LM2 by solving the simultaneous equations (13) to (15) contained in the selected individual i. The equation expressing the relationship between the input data and the output data is expressed, for example, by the above-mentioned equation (1). Processor 11 outputs the identified equation, for example, by displaying it on a display.

上述の実施形態2では、2つの隠れ層LY1、LY2を含む学習済モデルLM2を用いたが、学習済モデルに含まれる隠れ層の数は、2以上であってもよい。 In the above-described second embodiment, a trained model LM2 including two hidden layers LY1 and LY2 is used, but the number of hidden layers included in the trained model may be two or more.

〔まとめ〕
態様1に係る数式特定装置は、学習済モデルの入力データを表す数値と前記学習済モデルの出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特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。
〔summary〕
The mathematical formula identification device according to aspect 1 includes one or more processors that execute an identification step of identifying a nonlinear mathematical formula that represents a relationship between a numerical value representing input data of a trained model and a numerical value representing output data of the trained model.

上記の構成によれば、数式特定装置は、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 With the above configuration, the mathematical formula identification device can mathematically express the computational process of the trained model.

態様2に係る数式特定装置は、態様1に係る数式特定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に係る数式特定装置において、前記プロセッサは、機械学習により構築された前記学習済モデルを用いて前記入力データから前記出力データを推定する推定ステップ、を更に実行し、前記特定ステップにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって前記非線形の数式を特定する。 The mathematical formula identification device according to aspect 2 has the following features in addition to the features of the mathematical formula identification device according to aspect 1. That is, in the mathematical formula identification device according to aspect 2, the processor further executes an estimation step of estimating the output data from the input data using the trained model constructed by machine learning, and in the identification step, identifies the nonlinear mathematical formula by nonlinear regression using a genetic algorithm.

上記の構成によれば、数式特定装置は、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 With the above configuration, the mathematical formula identification device can mathematically express the computational process of the trained model.

態様3に係る数式特定装置は、態様2に係る数式特定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3に係る数式特定装置において、前記学習済モデルは、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であり、前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、入力層に入力される前記入力データを表す数値と出力層から出力される前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を解の候補とする前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該数式を特定する。 The mathematical formula identification device according to aspect 3 has the following features in addition to the features of the mathematical formula identification device according to aspect 2. That is, in the mathematical formula identification device according to aspect 3, the trained model is a deep neural network composed of multiple layers, and in the identification step, the processor identifies the mathematical formula by nonlinear regression using the genetic algorithm, in which a nonlinear mathematical formula that represents the relationship between a numerical value representing the input data input to an input layer and a numerical value representing the output data output from an output layer is used as a solution candidate.

上記の構成によれば、数式特定装置は、学習済モデルの入力データを表す数値と出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する。これにより、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 According to the above configuration, the mathematical formula identification device identifies a nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the numerical values representing the input data and the numerical values representing the output data of the trained model by nonlinear regression using a genetic algorithm, which treats the nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the numerical values representing the input data and the output data of the trained model as candidate solutions. This makes it possible to mathematically express the computational process of the trained model.

態様4に係る数式特定装置は、態様2に係る数式特定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4に係る数式特定装置において、前記学習済モデルは、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であり、前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と隠れ層に属する一部又は全部のノードの各々の出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該ノードの各々の出力値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を解の候補とする前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該第1の数式及び当該第2の数式を特定し、特定した第1の数式及び第2の数式を用いて、前記入力データを表す数値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する。 The mathematical formula identification device according to aspect 4 has the following features in addition to the features of the mathematical formula identification device according to aspect 2. That is, in the mathematical formula identification device according to aspect 4, the trained model is a deep neural network composed of multiple layers, and in the identification step, the processor identifies the first mathematical formula and the second mathematical formula by nonlinear regression using the genetic algorithm in which a nonlinear first mathematical formula expressing the relationship between the numerical value expressing the input data and each output value of some or all of the nodes belonging to a hidden layer, and a nonlinear second mathematical formula expressing the relationship between the output value of each of the nodes and the numerical value expressing the output data, are set as solution candidates, and the processor identifies a nonlinear mathematical formula expressing the relationship between the numerical value expressing the input data and the numerical value expressing the output data using the identified first mathematical formula and second mathematical formula.

上記の構成によれば、数式特定装置は、複数の層を含む学習済モデルの入力層のノードの出力値と隠れ層の一部又は全部のノードの出力値との関係を表す数式と、隠れ層のノードの出力値を出力層のノードの出力値との関係を表す数式とを、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって特定する。これにより、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 According to the above configuration, the formula identification device identifies, by nonlinear regression using a genetic algorithm, a formula that expresses the relationship between the output values of nodes in the input layer of a trained model including multiple layers and the output values of some or all of the nodes in the hidden layer, and a formula that expresses the relationship between the output values of nodes in the hidden layer and the output values of nodes in the output layer. This makes it possible to mathematically express the calculation process of the trained model.

態様5に係る数式特定装置は、態様4に係る数式特定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5に係る数式特定装置において、前記学習済モデルは、複数の隠れ層を含み、前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と一の隠れ層に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該各ノードの出力値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を、前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する。 The mathematical formula identification device according to aspect 5 has the following features in addition to the features of the mathematical formula identification device according to aspect 4. That is, in the mathematical formula identification device according to aspect 5, the trained model includes a plurality of hidden layers, and in the identification step, the processor identifies a first nonlinear mathematical formula that represents the relationship between a numerical value representing the input data and an output value of each node belonging to one hidden layer, and a second nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the output value of each node and a numerical value representing the output data, by nonlinear regression using the genetic algorithm.

上記の構成によれば、数式特定装置は、複数の層を含む学習済モデルの入力層のノードの出力値と一の隠れ層のノードの出力値との関係を表す数式と、上記一の隠れ層のノードの出力値を出力層のノードの出力値との関係を表す数式とを、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって特定する。これにより、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 According to the above configuration, the formula identification device identifies, by nonlinear regression using a genetic algorithm, a formula that expresses the relationship between the output value of a node in an input layer of a trained model including multiple layers and the output value of a node in one hidden layer, and a formula that expresses the relationship between the output value of a node in the one hidden layer and the output value of a node in the output layer. This makes it possible to mathematically express the calculation process of the trained model.

態様6に係る数式特定装置は、態様4に係る数式特定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6に係る数式特定装置において、前記学習済モデルは、複数の隠れ層を含み、前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と、出力層の前段の隠れ層に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該各ノードのデータと前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を、前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する。 The mathematical formula identification device according to aspect 6 has the following features in addition to the features of the mathematical formula identification device according to aspect 4. That is, in the mathematical formula identification device according to aspect 6, the trained model includes a plurality of hidden layers, and in the identification step, the processor identifies a first nonlinear mathematical formula that represents the relationship between a numerical value representing the input data and an output value of each node belonging to a hidden layer preceding the output layer, and a second nonlinear mathematical formula that represents the relationship between the data of each node and a numerical value representing the output data, by nonlinear regression using the genetic algorithm.

上記の構成によれば、数式特定装置は、複数の層を含む学習済モデルの入力層のノードの出力値と出力層の前段の隠れ層のノードの出力値との関係を表す数式と、上記隠れ層のノードの出力値を出力層のノードの出力値との関係を表す数式とを、遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰によって特定する。これにより、学習済モデルの演算過程を数式化することができる。 According to the above configuration, the formula identification device identifies, by nonlinear regression using a genetic algorithm, a formula that expresses the relationship between the output values of nodes in the input layer of a trained model including multiple layers and the output values of nodes in the hidden layer preceding the output layer, and a formula that expresses the relationship between the output values of nodes in the hidden layer and the output values of nodes in the output layer. This makes it possible to mathematically express the computational process of the trained model.

態様7に係る数式特定方法は、一又は複数のプロセッサが、学習済モデルの入力データを表す数値と前記学習済モデルの出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特定ステップ、を含んでいる。 The method for identifying a mathematical formula according to aspect 7 includes a step in which one or more processors identify a nonlinear mathematical formula that represents a relationship between a numerical value representing input data of a trained model and a numerical value representing output data of the trained model.

態様8に係る推定装置は、態様1~6の何れかに記載の数式特定装置が特定した前記非線形の数式に、前記入力データを表す数値を代入して演算することにより、前記出力データを表す数値を推定する第2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 8 includes one or more processors that execute a second estimation step of estimating a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula identified by the mathematical formula identification device according to any one of aspects 1 to 6 and performing a calculation.

上記の構成によれば、学習済モデルの演算過程を数式化した非線形の数式を用いて、学習済モデルの出力を推定することができる。 With the above configuration, it is possible to estimate the output of the trained model using a nonlinear formula that mathematically represents the computational process of the trained model.

態様9に係る数式特定方法は、一又は複数のプロセッサが、態様7に記載の数式特定方法で特定された前記非線形の数式に、前記入力データを表す数値を代入して演算することにより、前記出力データを表す数値を推定する第2推定ステップ、を含んでいる。 The method for identifying a mathematical formula according to aspect 9 includes a second estimation step in which one or more processors estimate a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula identified by the method for identifying a mathematical formula according to aspect 7 and performing a calculation.

上記の構成によれば、学習済モデルの演算過程を数式化した非線形の数式を用いて、学習済モデルの出力を推定することができる。 With the above configuration, it is possible to estimate the output of the trained model using a nonlinear formula that mathematically represents the computational process of the trained model.

〔付記事項1〕
上述の各実施形態及び各変形例では、学習済モデルLM1、LM2、LM3として、教師あり学習により機械学習された学習済モデルを用いたが、教師なし学習により機械学習された学習済モデルが用いられてもよい。教師なし学習により機械学習された学習済モデルについても、上述の各実施形態及び各変形例と同様、プロセッサ11が、学習済モデルの入力と出力との関係を表す非線形の数式を、遺伝的アルゴリズムにより回帰して特定する。
[Additional Note 1]
In each of the above-described embodiments and modifications, trained models trained by machine learning through supervised learning are used as the trained models LM1, LM2, and LM3, but trained models trained by machine learning through unsupervised learning may also be used. As in each of the above-described embodiments and modifications, for trained models trained by machine learning through unsupervised learning, the processor 11 identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the input and output of the trained model by regression using a genetic algorithm.

〔付記事項2〕
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、LM2、LM3を構築したが、学習済モデルLM1、LM2、LM3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、数式特定装置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数式特定方法M1を実施する。
[Additional Note 2]
In each of the above-described embodiments and modified examples, the machine learning device 2 constructs the trained models LM1, LM2, and LM3, but the trained models LM1, LM2, and LM3 may be constructed in advance by a device other than the machine learning device 2. In this case, the mathematical formula identification device 1 performs the above-described mathematical formula identification method M1 using the trained models constructed in advance by the other device.

〔付記事項3〕
上述の各実施形態及び変形例では、プロセッサ11は、入力データと出力データとの関係を表す非線形の数式を、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。入力データと出力データとの関係を表す非線形の数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、他の非線形アルゴリズムであってもよい。
[Additional Note 3]
In the above-described embodiments and modifications, the processor 11 identifies the nonlinear formula expressing the relationship between the input data and the output data by nonlinear regression using a genetic algorithm. The algorithm for identifying the nonlinear formula expressing the relationship between the input data and the output data is not limited to the genetic algorithm, and may be another nonlinear algorithm.

一例として、プロセッサ11は、入力データと出力データとの関係を表す非線形の数式を、モンテカルロ法を用いて特定してもよい。この場合、一例として、プロセッサ11は、数式の長さ、および、数式の要素(変数や演算子など)をランダムに選択することによって複数の数式を作成し、作成した複数の数式のなかから、最も誤差の小さい数式を選択することによって、入力データから出力データを導出する関係式を構築する。 As an example, processor 11 may identify a nonlinear formula expressing the relationship between input data and output data using the Monte Carlo method. In this case, as an example, processor 11 creates multiple formulas by randomly selecting the length of the formula and the elements of the formula (variables, operators, etc.), and constructs a relational formula that derives output data from input data by selecting the formula with the smallest error from the multiple formulas created.

また、一例として、プロセッサ11は、データセットから非線形の数式を導出する学習済モデル(以下、「数式導出モデル」という)を用いて、非線形の数式を特定してもよい。この場合、数式導出モデルは、データセットを入力とし、非線形の数式に対応するラベルを出力とする学習済モデルである。入力であるデータセットは、上述の学習済モデルLM1、LM2、LM3の入力データと出力データとのセットである。出力であるラベルは、非線形の数式に対応するラベルである。 As another example, the processor 11 may identify a nonlinear formula using a trained model (hereinafter referred to as a "formula derivation model") that derives a nonlinear formula from a dataset. In this case, the formula derivation model is a trained model that takes a dataset as input and outputs a label corresponding to the nonlinear formula. The input dataset is a set of input data and output data of the trained models LM1, LM2, and LM3 described above. The output label is a label corresponding to the nonlinear formula.

数式導出モデルの学習フェーズにおいては、機械学習装置2等の情報処理装置が、データセットとラベルとを結びつけた学習用データを用いた機械学習により、数式導出モデルを構築する。 In the learning phase of the formula derivation model, an information processing device such as the machine learning device 2 constructs a formula derivation model by machine learning using learning data that links a dataset and a label.

〔付記事項4〕
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 4]
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 数式特定装置
2 機械学習装置
3 推定装置
11、21 プロセッサ
12、22 一次メモリ
13、23 二次メモリ
14、24 入出力インタフェース
15、25 通信インタフェース
16、26 バス
LM1、LM2 学習済モデル
M1 数式特定方法
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
S 演算数式化システム
Reference Signs List 1: Mathematical formula identification device 2: Machine learning device 3: Estimation device 11, 21: Processor 12, 22: Primary memory 13, 23: Secondary memory 14, 24: Input/output interface 15, 25: Communication interface 16, 26: Bus LM1, LM2: Trained model M1: Mathematical formula identification method M11: Estimation step M12: Identification step M2: Machine learning method M21: Training data set construction step M22: Trained model construction step S: Arithmetic formula system

Claims (8)

機械学習により構築された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と、An estimation step of estimating output data from input data using a trained model constructed by machine learning;
前記学習済モデルの前記入力データを表す数値と前記学習済モデルの前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特定ステップと、A step of identifying a nonlinear formula that represents a relationship between a numerical value representing the input data of the trained model and a numerical value representing the output data of the trained model;
を実行する一又は複数のプロセッサを備え、and one or more processors executing
前記学習済モデルは、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であり、The trained model is a deep neural network composed of multiple layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、入力層に入力される前記入力データを表す数値と出力層から出力される前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該数式を特定する、In the identifying step, the processor identifies a nonlinear equation that represents a relationship between a numerical value representing the input data input to an input layer and a numerical value representing the output data output from an output layer by nonlinear regression using a genetic algorithm, the nonlinear equation being a candidate solution.
ことを特徴とする数式特定装置。A mathematical expression identification device.
機械学習により構築された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と、An estimation step of estimating output data from input data using a trained model constructed by machine learning;
前記学習済モデルの前記入力データを表す数値と前記学習済モデルの前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特定ステップと、A step of identifying a nonlinear formula that represents a relationship between a numerical value representing the input data of the trained model and a numerical value representing the output data of the trained model;
を実行する一又は複数のプロセッサを備え、and one or more processors executing
前記学習済モデルは、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であり、The trained model is a deep neural network composed of multiple layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と隠れ層に属する一部又は全部のノードの各々の出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該ノードの各々の出力値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該第1の数式及び当該第2の数式を特定し、特定した第1の数式及び第2の数式を用いて、前記入力データを表す数値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する、In the identifying step, the processor identifies a first nonlinear formula expressing a relationship between a numerical value expressing the input data and each output value of a part or all of the nodes belonging to a hidden layer, and a second nonlinear formula expressing a relationship between the output value of each of the nodes and the numerical value expressing the output data, by nonlinear regression using a genetic algorithm with the first formula and the second formula as solution candidates, and identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the numerical value expressing the input data and the numerical value expressing the output data, by using the identified first formula and second formula.
ことを特徴とする数式特定装置。A mathematical expression identification device.
前記学習済モデルは、複数の隠れ層を含み、The trained model includes a plurality of hidden layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と一の隠れ層に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該各ノードのデータと前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を、前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する、In the identifying step, the processor identifies a first nonlinear formula expressing a relationship between a numerical value expressing the input data and an output value of each node belonging to one hidden layer, and a second nonlinear formula expressing a relationship between data of each node and a numerical value expressing the output data, by nonlinear regression using the genetic algorithm.
ことを特徴とする請求項2に記載の数式特定装置。3. The mathematical expression specifying device according to claim 2.
前記学習済モデルは、複数の隠れ層を含み、The trained model includes a plurality of hidden layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と、出力層の前段の隠れ層に属する各ノードの出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該各ノードのデータと前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を前記遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により特定する、In the identifying step, the processor identifies a first nonlinear formula expressing a relationship between a numerical value expressing the input data and an output value of each node belonging to a hidden layer preceding the output layer, and a second nonlinear formula expressing a relationship between data of each node and a numerical value expressing the output data, by nonlinear regression using the genetic algorithm.
ことを特徴とする請求項2に記載の数式特定装置。3. The mathematical expression specifying device according to claim 2.
一又は複数のプロセッサが、one or more processors,
機械学習により構築された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と、An estimation step of estimating output data from input data using a trained model constructed by machine learning;
前記学習済モデルの前記入力データを表す数値と前記学習済モデルの前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特定ステップと、A step of identifying a nonlinear formula that represents a relationship between a numerical value representing the input data of the trained model and a numerical value representing the output data of the trained model;
を含み、Including,
前記学習済モデルは、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であり、The trained model is a deep neural network composed of multiple layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、入力層に入力される前記入力データを表す数値と出力層から出力される前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該数式を特定する、In the identifying step, the processor identifies a nonlinear equation that represents a relationship between a numerical value representing the input data input to an input layer and a numerical value representing the output data output from an output layer by nonlinear regression using a genetic algorithm, the nonlinear equation being a candidate solution.
ことを特徴とする数式特定方法。A method for identifying a mathematical expression.
一又は複数のプロセッサが、one or more processors,
機械学習により構築された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と、An estimation step of estimating output data from input data using a trained model constructed by machine learning;
前記学習済モデルの前記入力データを表す数値と前記学習済モデルの前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する特定ステップと、A step of identifying a nonlinear formula that represents a relationship between a numerical value representing the input data of the trained model and a numerical value representing the output data of the trained model;
を含み、Including,
前記学習済モデルは、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であり、The trained model is a deep neural network composed of multiple layers,
前記プロセッサは、前記特定ステップにおいて、前記入力データを表す数値と隠れ層に属する一部又は全部のノードの各々の出力値との関係を表す非線形の第1の数式、及び、当該ノードの各々の出力値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の第2の数式を解の候補とする遺伝的アルゴリズムを用いた非線形回帰により、当該第1の数式及び当該第2の数式を特定し、特定した第1の数式及び第2の数式を用いて、前記入力データを表す数値と前記出力データを表す数値との関係を表す非線形の数式を特定する、In the identifying step, the processor identifies a first nonlinear formula expressing a relationship between a numerical value expressing the input data and each output value of a part or all of the nodes belonging to a hidden layer, and a second nonlinear formula expressing a relationship between the output value of each of the nodes and the numerical value expressing the output data, by nonlinear regression using a genetic algorithm with the first formula and the second formula as solution candidates, and identifies a nonlinear formula expressing the relationship between the numerical value expressing the input data and the numerical value expressing the output data, by using the identified first formula and second formula.
ことを特徴とする数式特定方法。A method for identifying a mathematical expression.
請求項1~4の何れか一項に記載の数式特定装置が特定した前記非線形の数式に、前記入力データを表す数値を代入して演算することにより、前記出力データを表す数値を推定する第2推定ステップ、a second estimation step of estimating a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula identified by the mathematical formula identification device according to any one of claims 1 to 4 and performing an operation;
を実行する一又は複数のプロセッサを備える、and one or more processors executing
ことを特徴とする推定装置。An estimation device comprising:
一又は複数のプロセッサが、請求項5又は6に記載の数式特定方法で特定された前記非線形の数式に、前記入力データを表す数値を代入して演算することにより、前記出力データを表す数値を推定する第2推定ステップ、a second estimation step in which one or more processors estimate a numerical value representing the output data by substituting a numerical value representing the input data into the nonlinear mathematical formula identified by the mathematical formula identification method according to claim 5 or 6, and performing a calculation;
を含むことを特徴とする推定方法。The estimation method according to claim 1,
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