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JP7743053B2 - Graph generation device, state prediction device, graph generation method, state prediction method, and program. - Google Patents
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JP7743053B2 - Graph generation device, state prediction device, graph generation method, state prediction method, and program. - Google Patents

Graph generation device, state prediction device, graph generation method, state prediction method, and program.

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JP7743053B2 JP2021182822A JP2021182822A JP7743053B2 JP 7743053 B2 JP7743053 B2 JP 7743053B2 JP 2021182822 A JP2021182822 A JP 2021182822A JP 2021182822 A JP2021182822 A JP 2021182822A JP 7743053 B2 JP7743053 B2 JP 7743053B2
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Description

本発明は、グラフ生成装置、状態予測装置、グラフ生成方法、状態予測方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a graph generation device, a state prediction device, a graph generation method, a state prediction method, and a program.

状態予測に関連して幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献1には、複数のユーザの食生活情報および健康状態情報を取得し、第1ユーザの食生活と第1ユーザより年上の第2ユーザの食生活とが予め定められた関係を有する場合に、第2ユーザの健康状態情報に基づいて、第1ユーザの将来の健康状態を予測することが記載されている。 Several technologies related to condition prediction have been proposed. For example, Patent Document 1 describes acquiring dietary information and health condition information for multiple users, and predicting the future health condition of a first user based on the health condition information of a second user who is older than the first user, if the first user's dietary habits and the second user's dietary habits have a predetermined relationship.

特開2020-177469号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-177469

状態変化の予測を図示することができれば、状態変化を視覚的に把握することができる。その際、状態変化にかかる時間が図に示されることが好ましい。 If the predicted state change can be illustrated, the state change can be visually grasped. In this case, it is preferable that the time required for the state change is also shown on the diagram.

本発明の目的の一例は、状態変化の予測を図示することができ、状態変化にかかる時間の相対的な長さを図に示すことができる、グラフ生成装置、状態予測装置、グラフ生成方法、状態予測方法およびプログラムを提供することである。 One example of the objective of the present invention is to provide a graph generation device, a state prediction device, a graph generation method, a state prediction method, and a program that can illustrate predictions of state changes and show the relative length of time required for a state change.

本発明の第1の態様によれば、グラフ生成装置は、予測対象に関するデータの時系列を取得するデータ取得部と、同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成するグラフ生成部と、前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加する状態情報付加部と、を備える。
本発明の第2の態様によれば、グラフ生成装置は、予測対象に関するデータの時系列が第1の座標空間内に示された第1のグラフを取得するデータ取得部と、第1の座標空間内に示された前記時系列に含まれる2つの前記データの前記第1の座標空間における距離と、前記2つのデータの前記時系列における時間間隔とを重み付け合計した距離指標を用いて、前記第1の座標から第2の座標への座標変換を、前記距離指標の値が小さいほど、第2の座標空間での前記2つのデータの距離が近くなるようにおこなって、前記時系列が前記第2の座標空間内に示された第2のグラフを生成するグラフ生成部と、前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加する状態情報付加部と、を備える。
According to a first aspect of the present invention, a graph generation device includes: a data acquisition unit that acquires a time series of data related to a target for prediction; a graph generation unit that converts each of the data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in a feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two pieces of data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient by the time interval in the time series of the two pieces of data , the higher the evaluation, and generates a graph in which the feature space is a coordinate space; and a state information addition unit that adds, to a portion of the coordinate space, information indicating the state of the target for prediction at a time in the time series of the data converted into coordinate values included in that portion.
According to a second aspect of the present invention, a graph generation device includes a data acquisition unit that acquires a first graph in which a time series of data related to a prediction target is shown in a first coordinate space; a graph generation unit that performs coordinate transformation from the first coordinates to second coordinates using a distance index that is a weighted sum of the distance in the first coordinate space between two pieces of data included in the time series shown in the first coordinate space and the time interval in the time series of the two pieces of data, such that the smaller the value of the distance index, the closer the distance between the two pieces of data in the second coordinate space; and a state information addition unit that adds, to a portion of the coordinate space, information indicating the state of the prediction target at a time in the time series of the data converted to coordinate values included in that portion.

本発明の第の態様によれば、状態予測装置は、予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行う予測部を備える。 According to a third aspect of the present invention, a state prediction device includes a prediction unit that performs state prediction on a time series of data related to a prediction target using a graph in which the feature space is a coordinate space obtained by converting each of the data included in the time series into the feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in feature space between two feature values obtained by extracting feature values from each of two data included in the same time series of the data related to the prediction target is to a value obtained by multiplying the time interval in the time series of the two data by a predetermined proportionality coefficient.

本発明の第の態様によれば、グラフ生成方法は、コンピュータが、予測対象に関するデータの時系列を取得することと、同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成することと、前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加することと、を含む。 According to a fourth aspect of the present invention, a graph generation method includes: a computer acquiring a time series of data related to a target to be predicted; converting each of the data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in a feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two pieces of data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient by the time interval in the time series of the two pieces of data, the higher the evaluation ; and generating a graph in which the feature space is a coordinate space; and adding, to a portion of the coordinate space, information indicating the state of the target to be predicted at a time in the time series of the data converted into coordinate values included in that portion.

本発明の第の態様によれば、状態予測方法は、コンピュータが、予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行うことを含む。 According to a fifth aspect of the present invention, a state prediction method includes: a computer converting each of the data included in the time series into features using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in a feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two data included in the same time series of data related to a prediction target is to a value obtained by multiplying a time interval in the time series of the two data by a predetermined proportionality coefficient, and predicting a state of the prediction target using a graph in which the feature space is a coordinate space .

本発明の第の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、予測対象に関するデータの時系列を取得することと、同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成することと、前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加することと、を実行させるためのプログラムである。 According to a sixth aspect of the present invention, a program causes a computer to execute the following steps: acquire a time series of data related to a target to be predicted; convert each of the data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in a feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two pieces of data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient by the time interval in the time series of the two pieces of data , the higher the evaluation; and generate a graph in which the feature space is a coordinate space; and add, to a portion of the coordinate space, information indicating the state of the target to be predicted at a time in the time series of the data converted into coordinate values included in that portion.

本発明の第の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行うことを実行させるためのプログラムである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute a state prediction of a prediction target using a graph having the feature space as a coordinate space, the graph being obtained by converting each of the data included in the time series into the feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two data included in the same time series of data related to the prediction target is to a value obtained by multiplying the time interval in the time series of the two data by a predetermined proportionality coefficient.

上記したグラフ生成装置、状態予測装置、グラフ生成方法、状態予測方法およびプログラムによれば、状態変化の予測を図示することができ、状態変化にかかる時間の相対的な長さを図に示すことができる。 The graph generation device, state prediction device, graph generation method, state prediction method, and program described above make it possible to visualize predicted state changes and show the relative length of time required for a state change.

第一実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation device according to a first embodiment. 第一実施形態に係るグラフ生成部の構成の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation unit according to the first embodiment. 特徴量空間内の位置に応じて、特徴量空間における距離が表す時間が異なるグラフの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a graph in which the time represented by the distance in the feature space differs depending on the position in the feature space. 第一実施形態に係る特徴量抽出部の構成の第1の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of the configuration of a feature extraction unit according to the first embodiment. 第一実施形態に係る特徴量抽出部の構成の第2の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second example of the configuration of the feature extraction unit according to the first embodiment. 第一実施形態に係るグラフ生成装置が出力するグラフの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a graph output by the graph generation device according to the first embodiment. 第一実施形態に係る状態変化グラフが示す状態の第1の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first example of a state indicated by a state change graph according to the first embodiment. 第一実施形態に係る状態変化グラフが示す状態の第2の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second example of a state indicated by a state change graph according to the first embodiment. 第一実施形態に係る状態変化グラフが示す状態の第3の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a third example of a state indicated by a state change graph according to the first embodiment. 第一実施形態に係る状態変化グラフが示す状態の第4の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a fourth example of a state indicated by a state change graph according to the first embodiment. 第一実施形態に係る状態変化グラフが示す状態の第5の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a fifth example of a state indicated by a state change graph according to the first embodiment. 第一実施形態における、エッジの向きに応じてエッジの表示領域が定められる状態変化グラフの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a state change graph in which the display area of an edge is determined depending on the direction of the edge in the first embodiment. 第一実施形態において、3次元の特徴量空間内に状態変化グラフが示される場合の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example in which a state change graph is displayed in a three-dimensional feature amount space in the first embodiment. 第一実施形態に係るグラフ生成装置がグラフ生成部192の学習を行う処理の手順の例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in which the graph generation device according to the first embodiment performs learning of a graph generation unit 192. 第二実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation device according to a second embodiment. 第二実施形態に係る特徴量抽出部の構成の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a feature amount extraction unit according to the second embodiment. 第三実施形態に係る状態予測システムの構成の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a state prediction system according to a third embodiment. 第三実施形態に係る状態予測装置の構成の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a state prediction device according to a third embodiment. 第三実施形態における、状態変化グラフのノードのうち状態予測装置が参照するノードの例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of nodes in a state change graph that are referenced by a state prediction device in the third embodiment. 第三実施形態に係る状態予測装置が、予測対象の状態を予測する処理の例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a process in which a state prediction device according to a third embodiment predicts a state of a prediction target. 第四実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation device according to a fourth embodiment. 第四実施形態における変換前のグラフの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a graph before conversion in the fourth embodiment. 第四実施形態における変換後のグラフの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a graph after conversion in the fourth embodiment. 第四実施形態に係るグラフ生成装置が、状態変化速度ベクトルの潮流図からグラフを生成する第1の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a first example in which the graph generation device according to the fourth embodiment generates a graph from a power flow diagram of a state change speed vector. 第四実施形態に係るグラフ生成装置が、状態変化速度ベクトルの潮流図からグラフを生成する第2の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a second example in which the graph generation device according to the fourth embodiment generates a graph from a power flow diagram of a state change speed vector. 少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成の例を示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating an example configuration of a computer according to at least one embodiment.

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The following describes embodiments of the present invention, but the following embodiments do not limit the scope of the invention as claimed. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.

<第一実施形態>
図1は、第一実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。図1に示す構成で、グラフ生成装置100は、通信部110と、表示部120と、操作入力部130と、記憶部180と、制御部190とを備える。制御部190は、データ取得部191と、グラフ生成部192と、状態情報付加部193と、学習制御部194とを備える。
First Embodiment
Fig. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a graph generation device according to the first embodiment. In the configuration shown in Fig. 1, the graph generation device 100 includes a communication unit 110, a display unit 120, an operation input unit 130, a storage unit 180, and a control unit 190. The control unit 190 includes a data acquisition unit 191, a graph generation unit 192, a state information addition unit 193, and a learning control unit 194.

グラフ生成装置100は、グラフ生成対象の状態の変化を示すグラフを生成する。グラフ生成装置100が、例えばワークステーション(Workstation)パソコン(Personal Computer;PC)などのコンピュータを用いて構成されていてもよい。
具体的には、グラフ生成装置100は、グラフ生成対象の状態に関するm次元のデータの時系列(時系列データ)を取得し、データ毎(データの時系列における各時刻のデータ毎)にn次元の特徴量を抽出して、n次元の特徴量の時系列を生成する。グラフ生成装置100は、特徴量空間内に個々の特徴量をノードで示し、時系列における特徴量の前後関係をエッジで示すグラフを生成する。
The graph generation device 100 generates a graph showing changes in the state of a graph generation target. The graph generation device 100 may be configured using a computer such as a workstation or personal computer (PC).
Specifically, the graph generation device 100 acquires a time series of m-dimensional data (time-series data) related to the state of the graph generation target, extracts n-dimensional features for each piece of data (each piece of data at each time in the time series of data), and generates a time series of the n-dimensional features. The graph generation device 100 represents each feature as a node in a feature space, and generates a graph in which edges represent the chronological relationship between the features in the time series.

ここでいう特徴量は、元のデータから変換されたデータである。特徴量が特徴量空間内にプロットされる位置に基づいて状態判定を行えることから、「特徴量」と称している。
ここでのm、nはそれぞれ正の整数の定数である。典型的にはm>nだが、m≦nであってもよい。
特徴量の各次元の値を表す変数を潜在変数とも称する。特徴量空間は、n個の潜在変数によるn軸座標空間である。n=2の場合、グラフ生成装置100が生成するグラフは平面(2次元)のグラフになる。n=3の場合、グラフ生成装置100が生成するグラフは立体(3次元)のグラフになる。
The feature amounts referred to here are data converted from the original data. They are called "features" because the state can be determined based on the position where the feature amounts are plotted in the feature amount space.
Here, m and n are positive integer constants. Typically, m>n, but m≦n may also be satisfied.
The variables that represent the values of each dimension of a feature are also called latent variables. The feature space is an n-axis coordinate space with n latent variables. When n = 2, the graph generated by the graph generation device 100 is a planar (two-dimensional) graph. When n = 3, the graph generated by the graph generation device 100 is a three-dimensional (three-dimensional) graph.

ここでのグラフ生成対象は、特定のものに限定されず、得られるデータに基づいて状態を判定可能ないろいろなものとすることができる。また、ここでのグラフ生成対象は、1つのものであってもよいし、同じ種類のものの集合など、集合であってもよい。特に、グラフ生成対象は予測対象と同一であってもよい。あるいは、グラフ生成対象は、予測対象と同様の状態変化を行うと考えられる別のものまたは集合であってもよい。
ここでいうグラフ生成対象は、グラフ生成装置100がグラフを生成するために状態を参照する対象である。ここでいう予測対象は、グラフ生成装置100が生成するグラフを用いて行う状態予測の対象である。
The graph generation target here is not limited to a specific one, but can be various ones whose state can be determined based on the obtained data. Furthermore, the graph generation target here may be a single one, or a set, such as a set of the same type of thing. In particular, the graph generation target may be the same as the prediction target. Alternatively, the graph generation target may be another one or a set that is thought to undergo a state change similar to the prediction target.
The graph generation target here is a target whose state is referred to in order to generate a graph by the graph generation device 100. The prediction target here is a target whose state is predicted using the graph generated by the graph generation device 100.

例えば、グラフ生成対象が人であり、グラフ生成装置100が、人の健康な状態、および、各種病気の状態などの状態を予測するためのグラフを生成するようにしてもよい。さらに例えば、グラフ生成装置100が、マイクロRNA(miRNA)の測定データであり、グラフ生成装置100が、がんの予測のためのグラフを生成するようにしてもよい。 For example, the subject of graph generation may be a person, and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting the person's health state, various disease states, and other conditions. Furthermore, for example, the subject of graph generation may be measurement data of microRNA (miRNA), and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting cancer.

グラフ生成対象が人である場合、グラフ生成装置100が、複数の人それぞれの時系列データを取得してグラフを生成するようにしてもよい。これにより、グラフ生成装置100が、グラフ表示対象の座標空間である特徴量空間内の、より広い領域についてグラフを生成できると期待される。
ここで、病気などの状態の変化には個人差があるもののある程度の傾向があり、グラフ生成装置100が、病気等の状態の予測に有益なグラフを生成できると期待される。グラフ生成装置100が、例えば年齢別に分けられたデータなど、状態の変化が比較的似ていると考えられる人のグループの時系列データを用いてグラフを生成するようにしてもよい。
When the graph generation target is a person, the graph generation device 100 may acquire time-series data for each of multiple people and generate a graph, which is expected to enable the graph generation device 100 to generate a graph for a wider area in the feature space, which is the coordinate space of the graph display target.
Here, although changes in conditions such as illness vary from person to person, there are certain trends, and it is expected that the graph generation device 100 will be able to generate graphs that are useful for predicting the condition of an illness, etc. The graph generation device 100 may generate a graph using time-series data of a group of people whose changes in condition are considered to be relatively similar, such as data categorized by age.

あるいは、グラフ生成対象が特定の機械であり、グラフ生成装置100が、その機械の正常状態および各種異常状態などの状態を予測するためのグラフを生成するようにしてもよい。グラフ生成対象が特定の機械であり、同じ型式の機械かつ同様の環境で使用されている機械が複数ある場合、グラフ生成装置100が、これら複数の機械のそれぞれから時系列データを取得してグラフを生成するようにしてもよい。これにより、グラフ生成装置100が、グラフ表示対象の座標空間である特徴量空間内の、より広い領域についてグラフを生成できると期待される。 Alternatively, the graph generation target may be a specific machine, and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting the normal state and various abnormal states of that machine. If the graph generation target is a specific machine and there are multiple machines of the same model used in similar environments, the graph generation device 100 may acquire time-series data from each of these multiple machines and generate a graph. This is expected to enable the graph generation device 100 to generate graphs for a wider area within the feature space, which is the coordinate space of the graph display target.

あるいは、グラフ生成対象が工場の生産ラインなど、特定の機械システムであり、グラフ生成装置100が、その機械システムの正常状態および各種異常状態などの状態を予測するためのグラフを生成するようにしてもよい。あるいは、グラフ生成対象が化学プラントまたは発電プラントなど、特定のプラントであり、グラフ生成装置100が、そのプラントの正常状態および各種異常状態などの状態を予測するためのグラフを生成するようにしてもよい。 Alternatively, the graph generation target may be a specific mechanical system such as a factory production line, and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting the normal state and various abnormal states of that mechanical system. Alternatively, the graph generation target may be a specific plant such as a chemical plant or power plant, and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting the normal state and various abnormal states of that plant.

あるいは、グラフ生成対象が市況(株式市場などの市場での取引状況)であり、グラフ生成装置100が、取引価格の上昇または低下などの状態を予測するためのグラフを生成するようしてもよい。
以下では、予測対象が人であり、グラフ生成装置100が、人の健康な状態、および、各種病気の状態などの状態を予測するためのグラフを生成する場合を例に説明する。
グラフ生成装置100が生成する、状態の変化を表すグラフを状態変化グラフとも称する。
Alternatively, the graph generation target may be market conditions (trading conditions in a market such as the stock market), and the graph generation device 100 may generate a graph for predicting conditions such as an increase or decrease in trading prices.
In the following, an example will be described in which the prediction target is a person, and the graph generation device 100 generates a graph for predicting the person's health state and various disease states.
A graph representing a change in state generated by the graph generation device 100 is also called a state change graph.

通信部110は、他の装置と通信を行う。例えば、通信部110が、グラフ生成対象に関するデータを記憶するデータベースと通信を行って、グラフ生成対象の状態に関するデータの時系列を受信するようにしてもよい。 The communication unit 110 communicates with other devices. For example, the communication unit 110 may communicate with a database that stores data related to the target for graph generation, and receive a time series of data related to the state of the target for graph generation.

表示部120は、例えば液晶パネルまたはLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)パネル等の表示画面を備え、各種画像を表示する。例えば、表示部120が、グラフ生成装置100が生成する状態変化グラフを表示するようにしてもよい。
操作入力部130は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受け付ける。例えば、操作入力部130が、状態変化グラフの生成を指示するユーザ操作、および、データの取得先を示すユーザ操作を受け付けるようにしてもよい。
The display unit 120 has a display screen such as a liquid crystal panel or an LED (Light Emitting Diode) panel, and displays various images. For example, the display unit 120 may display the state change graph generated by the graph generation device 100.
The operation input unit 130 includes input devices such as a keyboard and a mouse, and receives user operations. For example, the operation input unit 130 may receive a user operation to instruct the generation of a state change graph and a user operation to indicate a data acquisition source.

記憶部180は、各種データを記憶する。例えば、記憶部180が、グラフ生成対象の状態に関するm次元のデータの時系列、および、n次元の特徴量の時系列を記憶するようにしてもよい。また、記憶部180が、特徴量抽出方法の学習のための学習モデルを記憶するようにしてもよい。記憶部180は、グラフ生成装置100が備える記憶デバイスを用いて構成れる。 The storage unit 180 stores various types of data. For example, the storage unit 180 may store a time series of m-dimensional data related to the state of the graph generation target, and a time series of n-dimensional features. The storage unit 180 may also store a learning model for learning a feature extraction method. The storage unit 180 is configured using a storage device included in the graph generation device 100.

制御部190は、グラフ生成装置100の各部を制御して各種処理を行う。制御部190の機能は、例えば、グラフ生成装置100が備えるCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、記憶部180からプログラムを読み出して実行することで実行される。 The control unit 190 controls each unit of the graph generation device 100 to perform various processes. The functions of the control unit 190 are performed, for example, by the CPU (Central Processing Unit) of the graph generation device 100 reading and executing a program from the storage unit 180.

データ取得部191は、グラフ生成装置100が状態変化グラフを生成するための各種データを取得する。特に、データ取得部191は、予測対象に関するデータの時系列を取得する。例えば上記のように、通信部110が、グラフ生成対象の状態に関するデータの時系列を他の装置から受信する場合、データ取得部191が、通信部110の受信データからグラフ生成対象の状態に関するデータを読み出すようにしてもよい。 The data acquisition unit 191 acquires various data used by the graph generation device 100 to generate a state change graph. In particular, the data acquisition unit 191 acquires a time series of data related to the prediction target. For example, as described above, when the communication unit 110 receives a time series of data related to the state of the graph generation target from another device, the data acquisition unit 191 may read data related to the state of the graph generation target from the data received by the communication unit 110.

グラフ生成部192は、グラフ生成装置100について上述した状態変化グラフの生成を行う。その際、グラフ生成部192は、2つのノードを直線で結ぶエッジの長さが時系列データにおける時間の長さに比例するような状態変化グラフを生成する。言い換えると、グラフ生成部192は、予測対象に関するデータの時系列に含まれるデータの各々を、時系列における時間の長さが座標空間における距離に比例するように設定された座標空間における座標値に変換して、座標空間におけるグラフを生成する。 The graph generation unit 192 generates the state change graph described above for the graph generation device 100. In doing so, the graph generation unit 192 generates a state change graph in which the length of an edge connecting two nodes with a straight line is proportional to the length of time in the time series data. In other words, the graph generation unit 192 converts each piece of data included in the time series of data related to the prediction target into coordinate values in a coordinate space set so that the length of time in the time series is proportional to the distance in the coordinate space, and generates a graph in the coordinate space.

上記のように、グラフ生成部192によるデータ変換は特徴量抽出と捉えることができ、状態変化グラフの座標空間は特徴量空間と捉えることができる。第一実施形態では、グラフ生成部192は、特徴量抽出方法を学習する。ここでいう学習は機械学習であり、グラフ生成部192は、学習データ(Training Data)に基づいて、特徴量抽出処理の学習モデルのパラメータ値を調整する。 As described above, the data conversion performed by the graph generation unit 192 can be considered feature extraction, and the coordinate space of the state change graph can be considered feature space. In the first embodiment, the graph generation unit 192 learns a feature extraction method. This learning refers to machine learning, and the graph generation unit 192 adjusts the parameter values of the learning model for the feature extraction process based on training data.

図2は、グラフ生成部192の構成の例を示す図である。図2に示す構成で、グラフ生成部192は、特徴量抽出部210と、グラフ形成部220とを備える。また、図2には、学習制御部194が示されている。
特徴量抽出部210は、グラフ生成部192について上述したデータ変換を行う。特徴量抽出部210に入力される時系列データは、式(1)のようにベクトルで表すことができる。
Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the graph generation unit 192. In the configuration shown in Fig. 2, the graph generation unit 192 includes a feature extraction unit 210 and a graph formation unit 220. Also shown in Fig. 2 is a learning control unit 194.
The feature extraction unit 210 performs the data conversion described above for the graph generation unit 192. The time series data input to the feature extraction unit 210 can be expressed as a vector as shown in equation (1).

ftsは、特徴量抽出部210に入力される時系列データを表す。特徴量抽出部210に入力される時系列データを入力時系列データとも称する。iは、時系列データを識別する識別番号である。ここでは、特徴量抽出部にk個(kは正の整数)の時系列データが入力されるものとし、1≦i≦kとする。
グラフ生成装置100が、異なるグラフ生成対象について得られる複数の時系列データを用いるようにしてもよいし、同一のグラフ生成対象について異なる時刻に得られる複数の時系列データを用いるようにしてもよい。
fts represents the time series data input to the feature extraction unit 210. The time series data input to the feature extraction unit 210 is also referred to as input time series data. i is an identification number that identifies the time series data. Here, it is assumed that k pieces of time series data (k is a positive integer) are input to the feature extraction unit, where 1≦i≦k.
The graph generation device 100 may use multiple pieces of time series data obtained for different graph generation targets, or may use multiple pieces of time series data obtained at different times for the same graph generation target.

グラフ生成装置100が、異なるグラフ生成対象について得られる複数の時系列データを用いる場合の例として、グラフ生成装置100が、複数の人のデータに基づいて、人の健康な状態、および、各種病気の状態などの状態を予測するためのグラフを生成する場合が挙げられる。グラフ生成装置100が、同一のグラフ生成対象について異なる時刻に得られる複数の時系列データを用いる場合の例として、グラフ生成装置100が、1つのプラントのデータに基づいて、そのプラントの正常状態および各種異常状態などの状態を予測するための状態変化グラフを生成する場合が挙げられる。
以下では、グラフ生成装置100が、k人の人の時系列データを用いる場合を例に説明する。iを、グラフ生成対象(ここでは、人)を識別する識別番号としても用いて、i番目のグラフ生成対象についてi番目の時系列データが得られるものとする。
An example of a case in which the graph generation device 100 uses multiple pieces of time-series data obtained for different graph generation targets is when the graph generation device 100 generates a graph for predicting a person's health state, various disease states, etc., based on data for multiple people.An example of a case in which the graph generation device 100 uses multiple pieces of time-series data obtained at different times for the same graph generation target is when the graph generation device 100 generates a state change graph for predicting the normal state, various abnormal states, etc., of a single plant, based on data for that plant.
In the following, an example will be described in which the graph generation device 100 uses time-series data of k people. i is also used as an identification number for identifying the graph generation target (here, person), and it is assumed that the i-th time-series data is obtained for the i-th graph generation target.

グラフ生成装置100が学習時に用いる時系列データと、グラフ生成時に用いる時系列データとは、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。グラフ生成時を、グラフ生成装置100の運用時とも称する。以下では、グラフ生成装置100が、学習時とグラフ生成時とで同じ時系列データを用いる場合を例に説明する。 The time series data used by the graph generation device 100 during learning and graph generation may be the same or different. Graph generation is also referred to as operation of the graph generation device 100. The following describes an example in which the graph generation device 100 uses the same time series data during learning and graph generation.

学習データでは、時系列データに含まれる時刻毎のデータが、その時刻におけるグラフ生成対象の状態を示す情報と紐付けられていてもよい。ここでのグラフ生成対象の状態を示す情報は、例えば、「健康」、「未病」、または各種病気の名前など、状態変化グラフを用いて判定されるクラスの名前を示す情報であってもよい。 In the learning data, data for each time included in the time series data may be linked to information indicating the state of the subject for which a graph is to be generated at that time. The information indicating the state of the subject for which a graph is to be generated may be information indicating the name of a class determined using a state change graph, such as "healthy," "pre-illness," or the names of various diseases.

入力時系列データftsに含まれる時刻毎のデータを、時刻毎の入力データとも称する。時刻ti,jにおける入力データを、f(ti,j)とも表記する。f(ti,j)は、式(2)のようにベクトルで表すことができる。 The data for each time included in the input time series data fts i is also referred to as input data for each time. The input data at time t i,j is also written as f i (t i,j ). f i (t i,j ) can be expressed as a vector as shown in Equation (2).

xmaxは、測定項目の個数を表す正の整数の定数である。入力データの座標空間は、xmax次元の座標空間として構成される。
ここでの測定項目は、特定の項目に限定されない。例えば、グラフ生成装置100が、がんに関する状態予測のための状態変化グラフを生成する場合、測定項目は、採血または採尿による各種腫瘍マーカであってもよい。
xmax is a positive integer constant representing the number of measurement items. The coordinate space of the input data is configured as an xmax-dimensional coordinate space.
The measurement items here are not limited to specific items. For example, when the graph generation device 100 generates a state change graph for predicting the state of cancer, the measurement items may be various tumor markers obtained by blood or urine sampling.

(i,ti,j)は、i番目のグラフ生成対象の、時刻ti,jにおけるl番目の測定項目の値を示す。lは、1≦l≦xmaxの整数である。
jは、時系列データにおける時刻を識別する、1≦j≦tmax_iの整数である。tmax_iは、i番目の時系列データに含まれる時刻毎のデータの個数を表す。すなわち、tmax_iは、i番目の時系列データにおけるデータ測定時刻の個数を表す。時系列データ毎に、その時系列データに含まれる時刻毎のデータの個数が異なっていてもよい。
x l (i, t i,j ) denotes the value of the l th measurement item at time t i,j for the i th graph generation target, where l is an integer satisfying the range 1≦l≦xmax.
j is an integer 1≦j≦tmax_i that identifies a time in the time series data. tmax_i represents the number of data items at each time included in the i-th time series data. That is, tmax_i represents the number of data measurement times in the i-th time series data. The number of data items at each time included in each time series data may differ for each time series data.

特徴量抽出部210が出力する時系列データは、式(3)のようにベクトルで表すことができる。 The time series data output by the feature extraction unit 210 can be expressed as a vector as shown in equation (3).

tsは、特徴量抽出部210が出力する時系列データを表す。特徴量抽出部210が出力する時系列データを特徴量時系列データとも称する。特徴量抽出部210は、入力時系列データftsの入力を受けて特徴量時系列データftsを出力する。
特徴量抽出部210が、入力時系列データftsの時刻ti,jにおける入力データf(ti,j)から抽出する特徴量をf (ti,j)と表記する。f (ti,j)は、例えば式(4)のようにベクトルで表すことができる。
f * ts represents the time series data output by the feature extraction unit 210. The time series data output by the feature extraction unit 210 is also referred to as feature time series data. The feature extraction unit 210 receives input time series data fts i and outputs feature time series data f * ts i .
The feature extracted by the feature extraction unit 210 from the input data fi (ti ,j ) at time ti ,j of the input time series data fts i is denoted as f * i (ti ,j ). f * i (ti ,j ) can be expressed as a vector, for example, as shown in Equation (4).

[z(i,ti,j),z(i,ti,j)]は、特徴量抽出部210が、時刻ti,jにおける入力データ[x(i,ti,j),x(i,ti,j),・・・,xxmax(i,ti,j)]から抽出する特徴量を表すベクトルである。式(4)は、特徴量抽出部210が、xmax次元の入力データを2次元の特徴量に変換する場合の例を示している。z(i,ti,j)、z(i,ti,j)は、それぞれ、z座標の座標値、z座標の座標値を表す。 [ z1 (i,ti ,j ), z2 (i,ti ,j )] is a vector representing the feature extracted by the feature extraction unit 210 from the input data [ x1 (i,ti ,j ), x2 (i,ti ,j ),..., xxmax (i,ti ,j )] at time ti, j. Equation (4) shows an example in which the feature extraction unit 210 converts xmax-dimensional input data into two-dimensional feature. z1 (i,ti ,j ) and z2 (i,ti ,j ) represent the coordinate value of the z1 coordinate and the coordinate value of the z2 coordinate, respectively.

ただし、上記のように、特徴量抽出部210が行う特徴量抽出は、2次元の特徴量が得られるものに限定されない。
特徴量抽出部210は、入力時系列データftsに含まれる時刻毎の入力データ[x(i,ti,j),x(i,ti,j),・・・,xxmax(i,ti,j)]を特徴量[z(i,ti,j),z(i,ti,j)]に変換することで、入力時系列データftsを特徴量時系列データftsに変換する。
However, as described above, the feature extraction performed by the feature extraction unit 210 is not limited to obtaining two-dimensional features.
The feature extraction unit 210 converts the input data for each time [x 1 (i, t i, j ), x 2 (i, t i, j ), ..., x xmax (i, t i, j ) ] included in the input time series data fts i into features [z 1 (i, t i, j ), z 2 (i, t i, j )], thereby converting the input time series data fts i into feature time series data f * ts i .

グラフ形成部220は、特徴量抽出部210が出力する特徴量時系列データを特徴量空間内に示す状態変化グラフを生成する。グラフ形成部220が生成する状態変化グラフでは、特徴量時系列データに含まれる個々の特徴量が特徴量空間内にプロットされ、特徴量時系列データ上で時間的に隣り合う特徴量が有向エッジで接続されることで時系列が示される。 The graph formation unit 220 generates a state change graph that shows the feature time series data output by the feature extraction unit 210 in a feature space. In the state change graph generated by the graph formation unit 220, each feature included in the feature time series data is plotted in the feature space, and the time series is shown by connecting temporally adjacent features in the feature time series data with directed edges.

具体的には、グラフ形成部220は、特徴量抽出部210が出力する特徴量時系列データに対して、特徴量空間における座標値から、その座標値に特徴量がプロットされる特徴量時系列データを検索できるように、データ表現形式の変換を行う。
グラフ生成装置100が、例えば医師などのユーザに提示するための状態変化グラフを生成する場合、グラフ形成部220が、状態変化グラフを示す画像データを生成するようにしてもよい。
Specifically, the graph creation unit 220 converts the data representation format of the feature time series data output by the feature extraction unit 210 so that it can search for feature time series data in which features are plotted at coordinate values in the feature space from those coordinate values.
When the graph generation device 100 generates a condition change graph to be presented to a user such as a doctor, the graph forming unit 220 may generate image data showing the condition change graph.

学習制御部194は、特徴量抽出部210を制御して、グラフ生成部192について上述した特徴量抽出方法の学習を行わせる。その際、学習制御部194が、状態変化グラフを用いて判定される特定の状態が、特徴量空間内における特定の領域に現れるように、特徴量抽出部210の学習を制御するようにしてもよい。 The learning control unit 194 controls the feature extraction unit 210 to cause the graph generation unit 192 to learn the feature extraction method described above. In this case, the learning control unit 194 may control the learning of the feature extraction unit 210 so that a specific state determined using the state change graph appears in a specific region in the feature space.

そのために、学習制御部194が、特定のクラスに分類される特徴量が、そのクラスと紐付けられている領域内にプロットされる場合に評価が高くなる評価関数を用いて、特徴量抽出部210の学習を制御するようにしてもよい。
例えば、特徴量をベクトル[z,z]で表すこととし、特徴量空間内の座標値がとり得る範囲が0≦z≦1かつ0≦z≦1である場合について考える。この場合に、人が健康な状態にあるときの特徴量が原点[0,0]またはその近傍にプロットされるようにしたいものとする。
To this end, the learning control unit 194 may control the learning of the feature extraction unit 210 using an evaluation function that is highly evaluated when a feature classified into a specific class is plotted within an area associated with that class.
For example, consider a case where a feature is represented by a vector [z 1 , z 2 ] and the range of possible coordinate values in the feature space is 0≦z 1 ≦1 and 0≦z 2 ≦1. In this case, it is desired that the feature when a person is in a healthy state be plotted at or near the origin [0,0].

このとき、学習制御部194が、人が健康な状態にあるときの特徴量[z,z]と原点[0,0]との距離√(z +z )が小さいほど評価が高くなる評価関数を用いるようにしてもよい。あるいは、学習制御部194が、√(z +z )≦THrが成立する場合に評価が高くなる評価関数を用いるようにしてもよい。ここで、THrは、特徴量[z,z]と原点[0,0]との距離の閾値を表す正の実数である。 In this case, the learning control unit 194 may use an evaluation function that gives a higher evaluation as the distance √( z12 + z22 ) between the feature amount [ z1 , z2 ] and the origin [0, 0] when the person is healthy decreases. Alternatively, the learning control unit 194 may use an evaluation function that gives a higher evaluation when ( z12 + z22 ) ≤ THr holds. Here, THr is a positive real number that represents the threshold value of the distance between the feature amount [ z1 , z2 ] and the origin [0, 0].

また、学習制御部194は、特徴量抽出部210が、時系列データにおける時間の長さが特徴量空間内における距離に比例するように特徴量抽出を行うよう、特徴量抽出部210の学習を制御する。これにより、時系列データにおける時間の長さが特徴量空間内における距離に比例するように特徴量空間が設定される、といえる。 In addition, the learning control unit 194 controls the learning of the feature extraction unit 210 so that the feature extraction unit 210 extracts features so that the length of time in the time series data is proportional to the distance in the feature space. This means that the feature space is set so that the length of time in the time series data is proportional to the distance in the feature space.

図3は、特徴量空間内の位置に応じて、特徴量空間における距離が表す時間が異なるグラフの例を示す図である。図3の例で、点P111、P112、P113は、それぞれ特徴量を表すものとする。また、点P111に紐付けられるデータ(点P111で表される特徴量に変換されるデータ)が観測されてから点P112に紐付けられるデータが観測されるまでの時間間隔と、点P112に紐付けられるデータが観測されてから点P113に紐付けられるデータが観測されるまでの時間間隔とは等しいものとする。 Figure 3 shows an example of a graph in which the time represented by distance in feature space varies depending on the position within the feature space. In the example of Figure 3, points P111, P112, and P113 each represent a feature. Furthermore, the time interval between the observation of data linked to point P111 (data converted into the feature represented by point P111) and the observation of data linked to point P112 is equal to the time interval between the observation of data linked to point P112 and the observation of data linked to point P113.

一方、グラフ上では、点P111からP112までの距離よりも、点P112からP113までの距離のほうが長い。
例えば、状態予測の対象者である患者の状態が、点P111で表される状態から点P112で表される状態に変化した段階にあり、医師が、図3に示されるグラフを参照して、この患者の将来の状態を予測する場合について考える。この場合、医師が、グラフ上の距離が時間に比例しているものとしてグラフを見ると、患者の状態が点P113で示される状態に至るまでの時間を、実際の時間よりも長い時間に読み取ることが考えられる。これにより、患者に対する治療の時期が適切な時期よりも遅れてしまう可能性がある。
On the other hand, on the graph, the distance from point P112 to point P113 is longer than the distance from point P111 to point P112.
For example, consider a case where a patient's condition has changed from point P111 to point P112, and a doctor is predicting the patient's future condition by referring to the graph shown in Figure 3. In this case, if the doctor views the graph assuming that distance on the graph is proportional to time, he or she may interpret the time it takes for the patient's condition to reach point P113 as longer than it actually is. This could result in treatment for the patient being delayed.

これに対し、例えば図3の例で点P112と点P113との距離が点P111と点P112との距離と等しくなるように点P113がプロットされるなど、グラフ上での距離が時間に比例するようにグラフが生成されている場合、医師が、患者の状態の変化にかかる時間をより正確に読み取れると期待される。これにより、患者に対する治療が、適切な時期に行われることが期待される。 In contrast, if a graph is generated so that distance on the graph is proportional to time, such as by plotting point P113 so that the distance between points P112 and P113 is equal to the distance between points P111 and P112 in the example of Figure 3, doctors can more accurately read the time it takes for a patient's condition to change. This is expected to enable treatment for patients to be administered at the appropriate time.

グラフ上での距離が時間に比例するように、学習制御部194が、同一の入力時系列データに含まれる2つの各時刻におけるデータのそれぞれに対して特徴量抽出を行って得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、それら2つの時刻の時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いて、特徴量抽出部210の学習を制御するようにしてもよい。
例えば、学習制御部194が、式(5)の値が小さいほど評価が高くなる評価指標を用いて、特徴量抽出部210の学習を制御するようにしてもよい。
To make the distance on the graph proportional to time, the learning control unit 194 may control the learning of the feature extraction unit 210 using an evaluation index that increases the evaluation the closer the distance in feature space between two features obtained by extracting features from data at two times included in the same input time series data is to the value obtained by multiplying the time interval between those two times by a predetermined proportionality coefficient.
For example, the learning control unit 194 may control the learning of the feature extraction unit 210 using an evaluation index that increases the evaluation as the value of equation (5) decreases.

「a」は正の実数であり、特徴量空間における距離と時系列データにおける時間間隔との比例係数を表す。
「||f (ti,j+1)-f (ti,j)||」は、特徴量空間における特徴量f (ti,j+1)と特徴量f (ti,j)との距離(L2ノルム)を表し、例えば、式(6)のように示される。
"a" is a positive real number and represents a proportionality coefficient between the distance in the feature space and the time interval in the time series data.
"||f * i (t i,j+1 )-f * i (t i,j )|| 2 " represents the distance (L2 norm) between feature f * i (t i,j+1 ) and feature f * i (t i,j ) in the feature space, and is shown, for example, as in equation (6).

式(6)は、特徴量の次元数が2次元である場合の例を示している。ただし、上述したように、状態変化グラフに用いられる特徴量の次元数は2次元に限定されない。また、特徴量空間における距離としてL2ノルム以外の距離を用いるようにしてもよい。
特徴量f (ti,j+1)およびf (ti,j)は、同一の入力時系列データftsに含まれる2つの時刻ti,j+1およびti,jのそれぞれにおけるデータf(ti,j+1)およびf(ti,j)のそれぞれに対して特徴量抽出を行って得られる2つの特徴量に該当する。「a(ti,j+1-ti,j」は、2つのデータf(ti,j+1)およびf(ti,j)の入力時系列データftsにおける時刻ti,jとti,j+1との時間間隔「ti,j+1-ti,j」に比例定数「a」を乗算した値に該当する。
Equation (6) shows an example where the number of dimensions of the feature is two. However, as described above, the number of dimensions of the feature used in the state change graph is not limited to two. Furthermore, a distance other than the L2 norm may be used as the distance in the feature space.
The features f * i (t i,j+1 ) and f * i (t i,j ) correspond to two features obtained by extracting features from the data f i (t i,j+1) and f i (t i ,j ) at two times t i,j+1 and t i,j, respectively, included in the same input time series data fts i . "a(t i, j+1 -t i,j ) 2 " corresponds to the value obtained by multiplying the time interval "t i,j+ 1 -t i,j" between times t i,j and t i,j+1 in the input time series data fts i of the two data f i (t i ,j+1 ) and f i (t i ,j ) by a proportional constant "a".

図4は、特徴量抽出部210の構成の第1の例を示す図である。図4に示す構成で、グラフ生成部192は、オートエンコーダ(Autoencoder;AE)210aと、グラフ形成部220とを備える。オートエンコーダ210aは、エンコーダ211aと、中継層212aと、デコーダ213aとを備える。 Figure 4 shows a first example of the configuration of the feature extraction unit 210. In the configuration shown in Figure 4, the graph generation unit 192 includes an autoencoder (AE) 210a and a graph formation unit 220. The autoencoder 210a includes an encoder 211a, a relay layer 212a, and a decoder 213a.

オートエンコーダ210aは、特徴量抽出部210の例に該当する。具体的には、エンコーダ211aが、時刻毎の入力データの入力を受けて特徴量を出力する。
中継層212aは、エンコーダ211aが時刻毎の入力データから抽出した特徴量を、デコーダ213aおよびグラフ形成部220の両方に出力する。
デコーダ213aは、エンコーダ211aが時刻毎の入力データから抽出した特徴量に対してデータ変換を行う。式(1)で示される入力時系列データftsに対してデコーダ213aが出力する時系列データgtsは、式(7)のようにベクトルで表すことができる。
The autoencoder 210a is an example of the feature extraction unit 210. Specifically, the encoder 211a receives input data for each time and outputs a feature.
The relay layer 212 a outputs the feature amount extracted by the encoder 211 a from the input data for each time to both the decoder 213 a and the graph formation unit 220 .
The decoder 213a performs data conversion on the feature quantities extracted from the input data for each time by the encoder 211a. The time series data gts i output by the decoder 213a for the input time series data fts i shown in equation (1) can be expressed as a vector as shown in equation (7).

(ti,j)は、デコーダ213aが特徴量f(ti,j)の入力を受けて出力するデータである。g(ti,j)は、式(8)のようにベクトルで表すことができる。 g i (t i,j ) is data that the decoder 213a outputs upon receiving the input of the feature f i (t i,j ). g i (t i,j ) can be expressed as a vector as in equation (8).

ymaxは、デコーダ213aの出力データg(ti,j)の次元数を表す。典型的には、ymax=xmaxと設定される。すなわち、オートエンコーダ210aは、入力されるデータの次元数と同じ次元数のデータを出力する。
オートエンコーダ210aでは、エンコーダ211a、デコーダ213aそれぞれのデータ変換が学習の対象になる。学習制御部194が、エンコーダ211aへの入力データf(ti,j)とデコーダ213aの出力データg(ti,j)との差が小さいほど評価が高くなるようにオートエンコーダ210aの学習を制御することで、特徴量からの入力データの再現性が高くなるように、エンコーダ211a、デコーダ213aそれぞれのデータ変換の学習を行わせることができる。この点で、学習制御部194は、エンコーダ211aが、入力データに含まれる情報がなるべく失われないように、エンコーダ211aに学習を行わせることができる。
学習制御部194は、特に、エンコーダ211aの学習において、特徴量抽出部210について上述したのと同様に、学習を制御することができる。
ymax represents the number of dimensions of the output data g i (t i,j ) of the decoder 213a. Typically, ymax = xmax is set. In other words, the autoencoder 210a outputs data with the same number of dimensions as the number of dimensions of the input data.
In the autoencoder 210a, the data conversion of each of the encoder 211a and the decoder 213a is the subject of learning. The learning control unit 194 controls the learning of the autoencoder 210a so that the smaller the difference between the input data fi (ti ,j ) to the encoder 211a and the output data g i (ti ,j ) of the decoder 213a, the higher the evaluation, thereby making it possible to cause the encoder 211a and the decoder 213a to perform learning of the data conversion so that the reproducibility of the input data from the feature is improved. In this regard, the learning control unit 194 can cause the encoder 211a to perform learning so that the encoder 211a loses as little information contained in the input data as possible.
The learning control unit 194 can control the learning, particularly in the learning of the encoder 211 a, in the same manner as described above for the feature extraction unit 210.

図5は、特徴量抽出部210の構成の第2の例を示す図である。図5に示す構成で、グラフ生成部192は、GCM(Generative Contribution Mappings)210bと、グラフ形成部220とを備える。GCM210bは、エンコーダ211bと、中継層212bと、第1クラスデコーダ213b-1から第Nクラスデコーダ213b-Nと、第1乗算器214b-1から第N乗算器214b-Nと、第1平均演算部215b-1から第N平均演算部215b-Nと、Argmax演算部216bとを備える。ここでのNは、クラス分類におけるクラスの個数を示す正の整数である。 Figure 5 is a diagram showing a second example of the configuration of the feature extraction unit 210. In the configuration shown in Figure 5, the graph generation unit 192 includes a GCM (Generative Contribution Mappings) 210b and a graph formation unit 220. The GCM 210b includes an encoder 211b, a relay layer 212b, first class decoder 213b-1 through Nth class decoder 213b-N, first multiplier 214b-1 through Nth multiplier 214b-N, first average calculation unit 215b-1 through Nth average calculation unit 215b-N, and an Argmax calculation unit 216b. Here, N is a positive integer indicating the number of classes in the classification.

第1クラスデコーダ213b-1から第Nクラスデコーダ213b-Nを総称してデコーダ213bと表記する。第1乗算器214b-1から第N乗算器214b-Nを総称して乗算器214bと表記する。第1平均演算部215b-1から第N平均演算部215b-Nを総称して平均演算部215bと表記する。 The first class decoder 213b-1 through the Nth class decoder 213b-N are collectively referred to as decoders 213b. The first multiplier 214b-1 through the Nth multiplier 214b-N are collectively referred to as multipliers 214b. The first average calculation unit 215b-1 through the Nth average calculation unit 215b-N are collectively referred to as average calculation unit 215b.

GCM210bは、特徴量抽出部210の例に該当する。具体的には、エンコーダ211bが、時刻毎の入力データの入力を受けて特徴量を出力する。
中継層212bは、エンコーダ211aが時刻毎の入力データから抽出した特徴量を、N個のデコーダ213bのそれぞれおよびグラフ形成部220に出力する。
The GCM 210b corresponds to an example of the feature extraction unit 210. Specifically, the encoder 211b receives input data for each time and outputs a feature.
The relay layer 212 b outputs the feature amounts extracted by the encoder 211 a from the input data for each time to each of the N decoders 213 b and the graph formation unit 220 .

N個のデコーダ213bの各々は、エンコーダ211bが時刻毎の入力データから抽出した特徴量に対して、入力データの次元数と同じ次元数のデータに変換するデータ変換を行う。
乗算器214b-i(i=1、2、・・・、N)は、第iクラスデコーダ213b-iが算出したデータと入力データとを乗算する。乗算器214b-iが出力するデータは、第iクラスの判定において、入力データのどの部分がどの程度寄与しているかを示す情報として用いることができる。
Each of the N decoders 213b performs data conversion on the feature extracted from the input data for each time by the encoder 211b to convert it into data with the same number of dimensions as the number of dimensions of the input data.
The multiplier 214b-i (i = 1, 2, ..., N) multiplies the data calculated by the i-th class decoder 213b-i by the input data. The data output by the multiplier 214b-i can be used as information indicating how much each part of the input data contributes to the determination of the i-th class.

平均演算部215b-iは、乗算器214b-iが算出するデータの要素値の、全ての要素についての平均を算出する。すなわち、平均演算部215b-iは、乗算器214b-iが算出するxmax次元のデータの次元毎の値の平均を算出する。平均演算部215bの各々が算出する平均値は、クラス分類における評価値(クラススコア)として用いられる。
Argmax演算部216bは、平均演算部215bがクラス毎に算出するクラススコアを比較し、クラススコアが最も大きいクラスを判定する。これによりArgmax演算部216bは、入力データをクラスに分類する。
The average calculation unit 215b-i calculates the average of all element values of the data calculated by the multiplier 214b-i. That is, the average calculation unit 215b-i calculates the average of the values for each dimension of the xmax-dimensional data calculated by the multiplier 214b-i. The average values calculated by each average calculation unit 215b are used as evaluation values (class scores) in class classification.
The Argmax calculation unit 216b compares the class scores calculated for each class by the average calculation unit 215b and determines the class with the largest class score. In this way, the Argmax calculation unit 216b classifies the input data into classes.

GCM210bでは、エンコーダ211b、およびN個のデコーダ213bが学習の対象になる。学習制御部194は、特に、エンコーダ211bの学習において、特徴量抽出部210について上述したのと同様に、学習を制御することができる。 In GCM 210b, encoder 211b and N decoders 213b are the targets of learning. The learning control unit 194 can control learning, particularly in the learning of encoder 211b, in the same manner as described above for feature extraction unit 210.

特徴量抽出部210が特徴量を抽出する方法は、オートエンコーダ210aによる方法およびGCM210bによる方法に限定されない。特徴量抽出部210が特徴量を抽出する方法として、入力データを所望の次元のデータに変換することができるいろいろな方法を用いることができる。 The method by which the feature extraction unit 210 extracts features is not limited to the method using the autoencoder 210a or the method using the GCM 210b. The feature extraction unit 210 can use various methods that can convert input data into data of the desired dimension as a method for extracting features.

状態情報付加部193は、特徴量空間(状態変化グラフが示される座標空間)の部分に、その部分に含まれる座標値に変換されるデータの入力時系列データにおける時刻における予測対象の状態を示す情報を付加する。例えば、状態情報付加部193は、特徴量がプロットされる点を含む領域に、その特徴量が示す状態の名称を付加するようにしてもよい。 The state information addition unit 193 adds information to a portion of the feature space (the coordinate space in which the state change graph is displayed) indicating the state of the prediction target at the time in the input time series data of the data converted into coordinate values included in that portion. For example, the state information addition unit 193 may add the name of the state indicated by the feature to an area including a point at which the feature is plotted.

さらに例えば、上記のように、学習制御部194が、特定の状態が特定の領域に現れるように特徴量抽出部210の学習を制御する場合に、状態情報付加部193が、その領域にその状態の名称を付加するようにしてもよい。上記の例の場合、状態情報付加部193が、原点[0,0]から半径THr以内の領域に「健康」との状態名を付加するようにしてもよい。 Furthermore, for example, as described above, when the learning control unit 194 controls the learning of the feature extraction unit 210 so that a specific state appears in a specific region, the state information addition unit 193 may add the name of that state to that region. In the above example, the state information addition unit 193 may add the state name "healthy" to the region within a radius THr from the origin [0,0].

図6は、グラフ生成装置100が出力するグラフの例を示す図である。図6は、ある病気による入院患者の状態変化の例を示している。図6のグラフの各ノードは患者の状態を表す。具体的には、ノードの座標値は、患者についての測定データから抽出された特徴量を表す。点P211は、患者の状態が回復して退院に至った場合の状態を示している。点P212は、患者の状態が悪化して死亡に至った場合の状態を示している。 Figure 6 is a diagram showing an example of a graph output by the graph generation device 100. Figure 6 shows an example of changes in the condition of a hospitalized patient due to a certain illness. Each node in the graph in Figure 6 represents the patient's condition. Specifically, the coordinate values of the node represent features extracted from the measurement data about the patient. Point P211 represents the state when the patient's condition has improved and led to discharge from the hospital. Point P212 represents the state when the patient's condition has worsened and led to death.

エッジは、特徴量時系列データ上で時間的に隣り合う2つの特徴量の時間的な前後関係を表している。図6では、点P221からP212に至る線L11についてのみエッジの方向を矢印で示しているが、他のエッジについてもエッジの方向を図に示すようにしてもよい。 An edge represents the temporal relationship between two adjacent features in the feature time-series data. In Figure 6, the edge direction is indicated by an arrow only for line L11 from point P221 to P212, but the edge direction for other edges may also be as shown in the figure.

また、図6では、各エッジの長さは、そのエッジの両端のノードで表される2つの特徴量の、特徴量時系列データにおける時間間隔に比例した長さとなっている。グラフ上における距離(すなわち、エッジを辿る場合の距離)が点P211に近い点ほど、患者の状態がよいと判定することができる。一方、グラフ上における距離が点P212に近い点ほど、患者の状態が悪いと判定することができる。 In addition, in Figure 6, the length of each edge is proportional to the time interval in the feature time-series data between the two feature amounts represented by the nodes at both ends of the edge. The closer the distance on the graph (i.e., the distance when tracing the edge) to point P211, the better the patient's condition can be determined to be. On the other hand, the closer the distance on the graph to point P212, the worse the patient's condition can be determined to be.

例えば、患者の状態を予測する医師などのユーザは、グラフ生成装置100を用いて状態予測対象の患者の現在の状態を示すデータから特徴量を抽出し、得られた特徴量をグラフにプロットする。ユーザは、例えば、プロットした点に最も近い点からエッジを辿っていくことで、患者の状態がどれくらいの期間でどのように変化するかを予測することができる。 For example, a user such as a doctor who wants to predict a patient's condition uses the graph generation device 100 to extract features from data indicating the current condition of the patient whose condition is to be predicted, and plots the obtained features on a graph. For example, by tracing the edges from the point closest to the plotted point, the user can predict how the patient's condition will change and over what period of time.

図7は、状態変化グラフが示す状態の第1の例を示す図である。状態変化グラフで、座標空間内の点としてプロットされる1つのノードは1つの状態を表す。図7の例で、点P311、P312、P321、P322のそれぞれが1つの状態を表す。以下の説明において、ノードと、そのノードが状態空間内にプロットされた点とを区別しない場合がある。 Figure 7 shows a first example of states indicated by a state change graph. In a state change graph, one node plotted as a point in coordinate space represents one state. In the example of Figure 7, points P311, P312, P321, and P322 each represent one state. In the following description, there may be cases where no distinction is made between a node and the point at which that node is plotted in state space.

また、似ている状態を示すノードは、座標空間における距離が小さくなるように(すなわち、近くに)配置される。似ていない状態を示すノードは、座標空間における距離が大きくなるように(すなわち、遠くに)配置される。図7の例で、点P311とP312との距離d11は比較的小さく、点P321とP322との距離d12は比較的大きい。このことから、点P311で表される状態と、点P312で表される状態とは比較的似ていると判定できる。点P321で表される状態と、点p322で表される状態とは、比較的異なっていると判定できる。 Furthermore, nodes that indicate similar states are placed so that the distance in coordinate space is small (i.e., close by). Nodes that indicate dissimilar states are placed so that the distance in coordinate space is large (i.e., farther away). In the example of Figure 7, the distance d11 between points P311 and P312 is relatively small, and the distance d12 between points P321 and P322 is relatively large. From this, it can be determined that the state represented by point P311 and the state represented by point P312 are relatively similar. It can be determined that the state represented by point P321 and the state represented by point P322 are relatively different.

図8は、状態変化グラフが示す状態の第2の例を示す図である。状態変化グラフのエッジは、状態の時間変化を表すベクトルと把握することができる。図8の例で、例えば点P411から点P412へのエッジは、点P411で表される状態から点P412で表される状態への変化を示すベクトルとして把握することができる。また、このエッジの長さは、点P411で表される状態から点P412で表される状態に変化するのにかかる時間に比例すると、状態変化グラフを読むことができる。 Figure 8 is a diagram showing a second example of states indicated by a state change graph. The edges of a state change graph can be understood as vectors that represent changes in a state over time. In the example of Figure 8, for example, the edge from point P411 to point P412 can be understood as a vector that indicates the change from the state represented by point P411 to the state represented by point P412. Furthermore, the state change graph can be read as the length of this edge being proportional to the time it takes to change from the state represented by point P411 to the state represented by point P412.

また、あるノードが、グラフにおける始点となる場合がある。図8の例では、点P411が、図8のグラフにおける始点のノードとなっている。始点のノードは、入力時系列データにおける最初のデータ(最も古い時刻におけるデータ)に紐付けられ、それよりも過去の時刻における測定データがないと考えることができる。 Also, a certain node may serve as the starting point in a graph. In the example of Figure 8, point P411 is the starting node in the graph of Figure 8. The starting node is linked to the first data (data at the oldest time) in the input time series data, and it can be considered that there is no measurement data at a time earlier than that.

また、あるノードが、グラフにおける終点となる場合がある。図8の例では、点P414が、図8のグラフにおける終点のノードとなっている。始点のノードは、入力時系列データにおける最後のデータ(最も新しい時刻におけるデータ)に紐付けられ、それよりも最近の時刻における測定データがないと考えることができる。 In addition, a certain node may be the end point in a graph. In the example of Figure 8, point P414 is the end point node in the graph of Figure 8. The start point node is linked to the last data (data at the most recent time) in the input time series data, and it can be considered that there is no measurement data at a time more recent than that.

また、あるノードが、グラフにおける中間ノードとなる場合がある。中間ノードは、他のある状態から変化した状態を表し、更に他のある状態に変化すると把握できる。図8の例で、点P412で表される状態は、点P411で表される状態から変化した状態である。また、点P412で表される状態から、点P413で表される状態に変化している。 In addition, a node may become an intermediate node in the graph. An intermediate node represents a state that has changed from another state, and can be understood as a state that has changed to yet another state. In the example of Figure 8, the state represented by point P412 is a state that has changed from the state represented by point P411. Furthermore, the state represented by point P412 has changed to the state represented by point P413.

図9は、状態変化グラフが示す状態の第3の例を示す図である。
複数の特徴量が特徴量空間内の同じ位置にプロットされて1つのノードで表されることで、1つのノードから複数のエッジが出ている場合がある。図9の例で、点P511は、特徴量時系列データ上で、点P512で示される特徴量の直近過去の特徴量と、特徴量時系列データ上で、点P514で示される特徴量の直近過去の特徴量とを表していると考えられる。このため、点P511から点P512へのエッジと、点P511から点P514へのエッジが張られている。
FIG. 9 is a diagram showing a third example of a state indicated by a state change graph.
When multiple feature quantities are plotted at the same position in the feature quantity space and represented by a single node, multiple edges may emerge from a single node. In the example of Figure 9, point P511 is considered to represent the most recent feature quantity of the feature quantity indicated by point P512 on the feature quantity time-series data, and the most recent feature quantity of the feature quantity indicated by point P514 on the feature quantity time-series data. For this reason, an edge from point P511 to point P512 and an edge from point P511 to point P514 are established.

また、複数の特徴量が特徴量空間内の同じ位置にプロットされて1つのノードで表されることで、複数のエッジが1つのノードに到達している場合がある。図9の例で、点P514は、特徴量時系列データ上で、点P513で示される特徴量の直近未来の特徴量と、特徴量時系列データ上で、点P511で示される特徴量の直近未来の特徴量とを表していると考えられる。このため、点P513から点P514へのエッジと、点P511から点P514へのエッジが張られている。 In addition, when multiple feature quantities are plotted at the same position in feature space and represented by a single node, multiple edges may reach a single node. In the example in Figure 9, point P514 is thought to represent the near-future feature quantity of the feature quantity indicated by point P513 on the feature time-series data, and the near-future feature quantity of the feature quantity indicated by point P511 on the feature time-series data. For this reason, an edge is established from point P513 to point P514, and an edge is established from point P511 to point P514.

また、あるノードから他のノードへの経路が複数ある場合がある。その場合、各経路について、その経路に含まれるエッジの長さの合計が、その経路を辿る場合に状態変化に係る時間に比例すると、状態変化グラフを読むことができる。図9の例で、点P511から点P12およびP513を経由して点P514に至る経路におけるエッジの長さの合計は、3である。一方、点P511から直接点P514に至る経路におけるエッジの本数は1本であり、その長さは2である。このことから、点P511で示される状態から、点P512で示される状態および点P513で示される状態を経由して点P514で表される状態に至る場合に状態変化にかかる時間は、点P511で示される状態から直接、点P514で示される状態に変化する場合に状態変化にかかる時間の1.5倍である、と読むことができる。 Also, there may be multiple paths from a node to another node. In such cases, the state change graph can be interpreted by assuming that the sum of the lengths of the edges included in each path is proportional to the time required for a state change when following that path. In the example of Figure 9, the sum of the lengths of the edges on the path from point P511 to point P514 via points P12 and P513 is 3. On the other hand, the path from point P511 directly to point P514 has one edge, and its length is 2. From this, we can interpret the time required for a state change from the state indicated by point P511 to the state represented by point P514 via the states indicated by points P512 and P513 as 1.5 times the time required for a state change from the state indicated by point P511 to the state represented by point P514 directly.

図10は、状態変化グラフが示す状態の第4の例を示す図である。
図10の例で、点P611から点P612へのエッジと、点P613へのエッジとが張られている。点P611から点P612へのエッジには、このエッジを通る確率が70%と示されている。点P611から点P613へのエッジには、このエッジを通る確率が30%と示されている。このように、1つのノードから複数のエッジが出ている場合、エッジ毎に、そのエッジを通る状態変化が生じる確率が示されていてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing a fourth example of a state indicated by a state change graph.
In the example of Figure 10, there is an edge from point P611 to point P612 and an edge to point P613. The edge from point P611 to point P612 is shown with a probability of passing through this edge of 70%. The edge from point P611 to point P613 is shown with a probability of passing through this edge of 30%. In this way, when multiple edges extend from one node, the probability of a state change occurring through that edge may be shown for each edge.

この場合の確率は、全て特徴量時系列データにおいて、エッジの出発点となっているノードに紐付けられる特徴量が、エッジの到達先となっている各ノードに紐付けられる特徴量の直近過去の特徴量となっている回数の割合を示していてもよい。
図10の例の場合、全ての特徴量時系列データについて、点P611に紐付けられる特徴量の直近未来の特徴量を計数した場合に、点P612に紐付けられる特徴量が7回出現し、点P613に紐付けられる特徴量が3回出現していてもよい。
In this case, the probability may indicate the percentage of times that, in all feature time series data, the feature associated with the node that is the starting point of the edge is the most recent feature associated with each node that is the destination of the edge.
In the example of Figure 10, when the feature values in the immediate future of the feature values linked to point P611 are counted for all feature time-series data, the feature value linked to point P612 may appear seven times, and the feature value linked to point P613 may appear three times.

図11は、状態変化グラフが示す状態の第5の例を示す図である。
図11の例で、点P711から点P714へ至る経路が2つあり、点P711からP712を経由してP714へ至る経路には、70%の確率が示されている。一方、点P711から直接P714へ至る経路には、30%の確率が示されている。
また、点P713からP714へ至る経路は、点P713からP714へ直接到達する経路の1つのみであり、この経路には100%の確率が示されている。
FIG. 11 is a diagram showing a fifth example of a state indicated by a state change graph.
11, there are two paths from point P711 to point P714, and the path from point P711 to point P714 via point P712 has a probability of 70%, while the path from point P711 directly to point P714 has a probability of 30%.
Furthermore, there is only one path from point P713 to P714, which is a path that goes directly from point P713 to P714, and this path is shown to have a probability of 100%.

このように、あるノードからあるノードへ至る経路毎に、その経路を通る確率が示されていてもよい。
この場合の確率は、経路の始点となるノードで表される状態から、経路の終点となるノードで表される状態へ状態変化が生じた回数のうち、それぞれの経路を経由した回数の確率を示していてもよい。
図11の例の場合、点P711で示される状態から点P712で示される状態を経由して点P714で示される状態に至った回数が7回であり、点P711で示される状態から直接、点P714で示される状態に至った回数が3回であってもよい。
In this way, for each path from one node to another, the probability of passing through that path may be indicated.
In this case, the probability may indicate the probability of the number of times a state change occurs from the state represented by the node at the start of the path to the state represented by the node at the end of the path, and the number of times each path is taken.
In the example of Figure 11, the number of times that the state indicated by point P711 has progressed to the state indicated by point P714 via the state indicated by point P712 is seven, and the number of times that the state indicated by point P711 has progressed directly to the state indicated by point P714 is three.

図12は、エッジの向きに応じてエッジの表示領域が定められる状態変化グラフの例を示す図である。
図12の例における状態変化グラフは、ある病気における患者の状態の変化を示している。この状態変化グラフの特徴量空間は、z軸およびz軸による2次元の空間(すなわち、平面)として形成されている。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a state change graph in which the display area of an edge is determined according to the direction of the edge.
12 shows the change in the condition of a patient with a certain disease. The feature space of this condition change graph is formed as a two-dimensional space (i.e., a plane) with z1 and z2 axes.

また、特徴量空間の左下の領域である、原点から所定の距離以内の領域は、患者の状態が良くなり退院に至った状態を示す領域に設定されている。特徴量空間の右上の領域である、zおよびzの最大値の点から所定の距離以内の領域は、患者の状態が悪化し死亡に至った状態を示す領域に設定されている。この状態変化グラフでは、グラフの左下(原点側)から右上(zおよびzの最大値側)に向かうエッジは状態の悪化を示すと考えらえる。グラフの右上(zおよびzの最大値側)から左下(原点側)に向かうエッジは状態が良くなることを示すと考えらえる。 Furthermore, the lower left region of the feature space, which is within a predetermined distance from the origin, is set as a region indicating a state in which the patient's condition has improved and led to discharge from the hospital. The upper right region of the feature space, which is within a predetermined distance from the maximum value of z1 and z2, is set as a region indicating a state in which the patient's condition has worsened and led to death. In this condition change graph, the edge from the lower left (toward the origin) to the upper right (toward the maximum values of z1 and z2 ) of the graph is considered to indicate a worsening of the condition. The edge from the upper right (toward the maximum values of z1 and z2 ) to the lower left (toward the origin) of the graph is considered to indicate an improvement of the condition.

この場合に、グラフ生成部192が、状態の悪化を示すエッジと、状態が良くなることを示すエッジとが別々の領域に示される状態変化グラフを生成するようにしてもよい。図12の例では、原点とzおよびzの最大値の点とを結ぶ対角線である線L21を境にして、図の左上側に、状態の悪化を示すエッジが示され、右下側に、状態が良くなることを示すエッジが示されている。 In this case, the graph generation unit 192 may generate a state change graph in which edges indicating a worsening state and edges indicating an improvement in state are shown in separate regions. In the example of Fig. 12, edges indicating a worsening state are shown on the upper left side of the figure, and edges indicating an improvement in state are shown on the lower right side, with line L21 being the diagonal line connecting the origin and the maximum points of z1 and z2 as the boundary.

そのために、学習制御部194が、式(9)の値が小さいほど評価が高くなる評価関数を用いて、グラフ生成部192の学習を制御するようにしてもよい。 To this end, the learning control unit 194 may control the learning of the graph generation unit 192 using an evaluation function that gives a higher evaluation the smaller the value of equation (9).

evalは、特徴量f(ti,j+1)からf(ti,j)への変化が、状態の悪化を示す場合に値1を出力し、状態が良くなることを示す場合に値-1を出力する関数である。
例えば、z軸の正の向きを基準(0度)として、ベクトルf(ti,j+1)-f(ti,j)の角度θが、0≦θ<135°および315°≦θ<360°の場合にevalの値が1になり、135°≦θ<315°の場合にevalの値が-1になるようにしてもよい。
stepはステップ関数を示し、式(10)のように表される。
eval is a function that outputs a value of 1 if the change from feature f(t i,j+1 ) to f(t i,j ) indicates a worsening of the condition, and outputs a value of −1 if the change indicates an improvement of the condition.
For example, with the positive direction of the z1 axis as the reference (0 degrees), the value of eval may be set to 1 when the angle θ of the vector f(t i,j+1 )-f(t i,j ) is 0≦θ<135° and 315°≦θ<360°, and the value of eval may be set to −1 when 135°≦θ<315°.
Step represents a step function, which is expressed as in equation (10).

「step(z(i,ti,j)-z(i,ti,j))」の値は、z(i,ti,j)≧z(i,ti,j))の場合に1になり、z(i,ti,j)<z(i,ti,j))の場合に0になる。したがって、「step(z(i,ti,j)-z(i,ti,j))」の値は、特徴量f(ti,j)=[z(i,ti,j),z(i,ti,j)]が線L21から右下に位置する場合に1になり、線L21よりも左上に位置する場合に0になる。 The value of "step(z 1 (i, t i, j ) - z 2 (i, t i, j ))" is 1 if z 1 (i, t i, j ) ≥ z 2 (i, t i, j )), and is 0 if z 1 (i, t i, j ) < z 2 (i, t i, j )). Therefore, the value of "step(z 1 (i, t i, j ) - z 2 (i, t i, j ))" is 1 if the feature quantity fi (t i, j ) = [z 1 (i, t i, j ), z 2 (i, t i, j )] is located to the lower right of line L21, and is 0 if it is located to the upper left of line L21.

「step(z(i,ti,j+1)-z(i,ti,j+1))」の値は、z(i,ti,j+1)≧z(i,ti,j+1))のときに1になり、z(i,ti,j+1)<z(i,ti,j+1))のときに0になる。したがって、「step(z(i,ti,j+1)-z(i,ti,j+1))」の値は、特徴量f(ti,j+1)=[z(i,ti,j+1),z(i,ti,j+1)]が線L21から右下に位置する場合に1になり、線L21よりも左上に位置する場合に0になる。 The value of "step(z 1 (i, t i, j+1 ) - z 2 (i, t i, j+1 ))" is 1 when z 1 (i, t i, j+1 ) ≥ z 2 (i, t i, j+1 )), and is 0 when z 1 (i, t i, j+1 ) < z 2 (i, t i, j+1 )). Therefore, the value of "step(z 1 (i, t i, j+1 ) - z 2 (i, t i, j+1 ))" is 1 when the feature f i (t i, j+1 ) = [z 1 (i, t i, j+1 ), z 2 (i, t i, j+1 )] is located to the lower right of line L21, and is 0 when it is located to the upper left of line L21.

したがって、「step(z(i,ti,j+1)-z(i,ti,j+1))+step(z(i,ti,j+1)-z(i,ti,j+1))-1」の値は、特徴量f(ti,j)およびf(ti,j+1)が両方とも線L21から右下に位置する場合に1になり、何れか一方のみが線L21から右下に位置する場合に0になり、両方とも線L21よりも左上に位置する場合に-1になる。 Therefore, the value of "step(z 1 (i,t i,j+1 ) - z 2 (i,t i,j+1 )) + step(z 1 (i,t i,j+1 ) - z 2 (i,t i,j+1 )) - 1" is 1 when both features f i (t i,j ) and f i (t i,j+1 ) are located to the lower right of line L21, 0 when only one of them is located to the lower right of line L21, and -1 when both are located to the upper left of line L21.

特徴量f(ti,j+1)からf(ti,j)への変化が、状態の悪化を示す場合、evalの値は1であり、特徴量f(ti,j)およびf(ti,j+1)が両方とも線L21よりも左上に位置する場合に、式(9)の値は最小値0となる。
特徴量f(ti,j+1)からf(ti,j)への変化が、状態が良くなることを示す場合、evalの値は-1であり、特徴量f(ti,j)およびf(ti,j+1)が両方とも線L21から右下に位置する場合に、式(9)の値は最小値0となる。
If the change from feature f(t i,j+1 ) to f(t i,j ) indicates a worsening of the condition, the value of eval is 1, and if both feature f i (t i,j ) and f i (t i,j+1 ) are located above and to the left of line L21, the value of equation (9) becomes the minimum value 0.
If the change from feature f(t i,j+1 ) to f(t i,j ) indicates an improvement in condition, the value of eval is −1, and if feature f i (t i,j ) and f i (t i,j+1 ) are both located to the lower right of line L21, the value of equation (9) becomes the minimum value 0.

これにより、特徴量空間のうち左上側(z<zの領域)に、状態の悪化を示すエッジが示され、右下側(z≧zの領域)に、状態が良くなることを示すエッジが示されることが期待される。 As a result, it is expected that an edge indicating a worsening condition will be shown on the upper left side of the feature space (area z1 < z2 ), and an edge indicating an improving condition will be shown on the lower right side (area z1z2 ).

図13は、3次元の特徴量空間内に状態変化グラフが示される場合の例を示す図である。図13の例では、z軸、z軸およびz軸の3つの座標軸で特徴量空間が構成され、特徴量空間内に状態変化グラフが立体的に示されている。このように、状態変化グラフが立体的に示されることで、状態変化グラフが平面的に示される場合よりも、状態の違いが明確に示されることが期待される。例えば、二次元の特徴量空間では近くに示される特徴量が、3次元の特徴量空間では、比較的離れて示される可能性がある。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a state change graph displayed in a three-dimensional feature space. In the example of FIG. 13, the feature space is configured with three coordinate axes, i.e., the z1 axis, the z2 axis, and the z3 axis, and the state change graph is displayed three-dimensionally in the feature space. By displaying the state change graph three-dimensionally in this way, it is expected that differences in state will be displayed more clearly than when the state change graph is displayed two-dimensionally. For example, features that are displayed close to each other in the two-dimensional feature space may be displayed relatively far apart in the three-dimensional feature space.

図14は、グラフ生成装置100がグラフ生成部192の学習を行う処理の手順の例を示すフローチャートである。
図14の処理で、データ取得部191は、学習データを取得する(ステップS111)。データ取得部191は、学習データとして、1つ以上の入力時系列データと、入力時系列データの時刻毎の入力データのうち1つ以上の入力データに紐付けられる、その時刻におけるグラフ生成対象の状態を示す情報とを取得する。グラフ生成対象の状態を示す情報は、グラフ生成対象の状態をクラス分類する正解(教師データ)として用いられる。
FIG. 14 is a flowchart showing an example of a procedure for the graph generation device 100 to perform learning of the graph generation unit 192.
14 , the data acquiring unit 191 acquires learning data (step S111). The data acquiring unit 191 acquires, as the learning data, one or more pieces of input time-series data and information indicating the state of the graph generation target at that time, which is linked to one or more pieces of input data for each time of the input time-series data. The information indicating the state of the graph generation target is used as a correct answer (teaching data) for classifying the state of the graph generation target.

次に、グラフ生成部192は、特徴量および出力データを算出する(ステップS112)。具体的には、グラフ生成部192は、入力時系列データの時刻毎の入力データの各々について特徴量を抽出する。特徴量は、特徴量空間における座標値を示し、状態変化グラフのノードとして扱うことができる。そして、グラフ生成部192は、入力時系列データにおける入力データの出現順番に従って、ノードとしての特徴量間にエッジを張る。
グラフ生成部192は、学習データとして与えられる全ての入力時系列データ、または、学習制御部194が選択した入力時系列データについてステップS112の処理を行い、状態変化グラフを生成する。
Next, the graph generation unit 192 calculates feature amounts and output data (step S112). Specifically, the graph generation unit 192 extracts feature amounts for each piece of input data for each time in the input time-series data. The feature amounts indicate coordinate values in a feature space and can be treated as nodes in a state change graph. The graph generation unit 192 then draws edges between the feature amounts as nodes in accordance with the order in which the input data appear in the input time-series data.
The graph generating unit 192 performs the process of step S112 on all input time-series data provided as learning data or on input time-series data selected by the learning control unit 194, and generates a state change graph.

次に、学習制御部194は、学習の終了条件が成立しているか否かを判定する(ステップS113)。ここでの終了条件は特定のものに限定されない。例えば、ここでの終了条件は、ステップS112で生成された状態変化グラフまたはその一部の評価値が、所定の閾値以上である、という条件であってもよい。あるいは、ここでの終了条件は、ステップS112、S113、S114のループを所定回数以上繰り返した、という条件であってもよい。 Next, the learning control unit 194 determines whether a learning termination condition is met (step S113). The termination condition here is not limited to a specific one. For example, the termination condition here may be that the evaluation value of the state change graph or a part of it generated in step S112 is equal to or greater than a predetermined threshold. Alternatively, the termination condition here may be that the loop of steps S112, S113, and S114 has been repeated a predetermined number of times or more.

終了条件が成立していないと学習制御部194が判定した場合(ステップS113:NO)、グラフ生成部192が、学習制御部194の制御に従って学習モデルパラメータ値を更新する(ステップS114)。ここでの学習モデルパラメータ値の更新の方法として、公知の方法を用いるようにしてもよい。例えば、特徴量抽出部210がニューラルネットワークを用いて構成されている場合、特徴量抽出部210が、学習制御部194の制御に従って、誤差逆伝播法(Backpropagation)に基づいてニューラルネットワークのパラメータ値を更新するようにしてもよい。
ステップS114の後、処理がステップS112へ戻る。
一方、ステップS113で、終了条件が成立していると学習制御部194が判定した場合(ステップS113:YES)、グラフ生成装置100は、図14の処理を終了する。
If the learning control unit 194 determines that the termination condition is not satisfied (step S113: NO), the graph generation unit 192 updates the learning model parameter values under the control of the learning control unit 194 (step S114). A known method may be used to update the learning model parameter values. For example, if the feature extraction unit 210 is configured using a neural network, the feature extraction unit 210 may update the parameter values of the neural network based on backpropagation under the control of the learning control unit 194.
After step S114, the process returns to step S112.
On the other hand, if the learning control unit 194 determines in step S113 that the termination condition is met (step S113: YES), the graph generation device 100 terminates the processing in FIG.

学習時に最終的に得られた状態変化グラフに、状態情報付加部193が、グラフ生成対象の状態を示す情報を付加して、状態予測に用いるための状態変化グラフとしてもよい。
あるいは、学習完了後のグラフ生成装置100を用いて、状態変化グラフを生成するようにしてもよい。この場合も、グラフ生成部192が、ステップS112と同様の処理を行って状態変化グラフを生成し、状態情報付加部193が、得られた状態変化グラフにグラフ生成対象の状態を示す情報を付加するようにしてもよい。
The state information adding unit 193 may add information indicating the state of the graph generation target to the state change graph finally obtained during learning, to create a state change graph to be used for state prediction.
Alternatively, a state change graph may be generated using the graph generation device 100 after learning is completed. In this case, the graph generation unit 192 may generate a state change graph by performing the same process as in step S112, and the state information addition unit 193 may add information indicating the state of the graph generation target to the obtained state change graph.

以上のように、グラフ生成部192は、予測対象(グラフ生成対象)に関するデータの時系列(入力時系列データ)に含まれるデータ(時刻毎の入力データ)の各々を、時系列における時間の長さが座標空間における距離に比例するように設定された座標空間における座標値に変換して、座標空間におけるグラフ(状態変化グラフ)を生成する。状態情報付加部193は、座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換されるデータ(時刻毎の入力データ)の時系列(入力時系列データ)における時刻における予測対象の状態を示す情報を付加する。 As described above, the graph generation unit 192 converts each piece of data (input data for each time) included in the time series (input time series data) of data related to the prediction target (graph generation target) into coordinate values in a coordinate space set so that the length of time in the time series is proportional to the distance in the coordinate space, and generates a graph in the coordinate space (state change graph). The state information addition unit 193 adds, to a portion of the coordinate space, information indicating the state of the prediction target at the time in the time series (input time series data) of the data (input data for each time) converted into coordinate values included in that portion.

グラフ生成装置100によれば、状態変化の予測を図示することができ、状態変化にかかる時間の相対的な長さを図に示すことができる。
具体的には、グラフ生成装置100は、グラフ生成対象の状態変化の様子を示し、例えば状態の名称など状態を示す情報が付加された状態変化グラフを生成する。人または状態予測装置は、予測対象の現在の状態を状態変化グラフにプロットして、将来の状態を予測することができる。
その際、状態変化グラフの座標空間における距離が、入力時系列データにおける時間間隔に比例するように、状態変化グラフが生成されていることで、人または状態予測装置が、状態変化にかかる時間を比較的高精度に予測できると期待される。
The graph generating device 100 can visualize a predicted state change and show the relative length of time it takes for the state change to occur.
Specifically, the graph generation device 100 generates a state change graph that shows how the state of the graph generation target changes and includes information indicating the state, such as the name of the state. A person or a state prediction device can plot the current state of the prediction target on the state change graph to predict the future state.
In this case, since the state change graph is generated so that the distance in the coordinate space of the state change graph is proportional to the time interval in the input time series data, it is expected that a person or a state prediction device will be able to predict the time required for a state change with relatively high accuracy.

また、データ取得部191は、入力時系列データを取得する。また、状態変化グラフの座標空間は特徴量空間として捉えることができる。グラフ生成部192は、同一の時系列(入力時系列データ)に含まれる2つのデータ(時刻毎の入力データ)のそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つのデータの時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、時系列に含まれるデータの各々を特徴量に変換する。
グラフ生成装置100では、状態変化グラフのノードの座標値を計算する処理を、特徴量抽出処理として行うことがでる。この点で、グラフ生成装置100によれば、状態変化グラフのノードの座標値の計算に、特徴量抽出方法を用いることができる。状態変化グラフのノードの座標値の計算に、公知の特徴量抽出方法を用いるようにしてもよい。
The data acquisition unit 191 acquires input time-series data. The coordinate space of the state change graph can be regarded as a feature space. The graph generation unit 192 converts each piece of data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in the feature space between two feature amounts obtained by extracting feature amounts from each of two pieces of data (input data for each time point) included in the same time series (input time-series data) is to a value obtained by multiplying the time interval between the two pieces of data in the time series by a predetermined proportional coefficient, the higher the evaluation.
In the graph generation device 100, the process of calculating the coordinate values of nodes in a state change graph can be performed as a feature extraction process. In this respect, the graph generation device 100 can use a feature extraction method to calculate the coordinate values of nodes in a state change graph. A known feature extraction method may be used to calculate the coordinate values of nodes in a state change graph.

<第二実施形態>
学習完了後の状態変化グラフ生成時(運用時)には、グラフ生成装置100の構成から学習のための構成を除いた構成としてもよい。第二実施形態では、この点について説明する。
図15は、第二実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。図15は、学習完了後の状態変化グラフ生成時におけるグラフ生成装置の構成の例を示している。
図15に示す構成で、グラフ生成装置100bは、通信部110と、表示部120と、操作入力部130と、記憶部180と、制御部190とを備える。制御部190bは、データ取得部191と、グラフ生成部192と、状態情報付加部193とを備える。
Second Embodiment
When generating a state change graph after learning is completed (during operation), the configuration for learning may be removed from the configuration of the graph generation device 100. This point will be described in the second embodiment.
Fig. 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation device according to the second embodiment, when generating a state change graph after learning is completed.
15 , the graph generation device 100b includes a communication unit 110, a display unit 120, an operation input unit 130, a storage unit 180, and a control unit 190. The control unit 190b includes a data acquisition unit 191, a graph generation unit 192, and a state information addition unit 193.

図15の各部のうち、図1の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号(110、120、130、180、191、193)を付して、ここでは詳細な説明を省略する。グラフ生成装置100bでは、制御部190bが、学習制御部194を備えていない点で、グラフ生成装置100の制御部190の場合と異なる。それ以外の点では、グラフ生成装置100bはグラフ生成装置100と同様である。
状態変化グラフ生成時に、学習時と同じくグラフ生成装置100を用いてもよい。あるいは、グラフ生成装置100とは別に、グラフ生成装置100bを用意しておき、グラフ生成装置100で得られたグラフ生成部192の学習モデルのパラメータ値をグラフ生成装置100bのグラフ生成部192に設定するようにしてもよい。
15, parts having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (110, 120, 130, 180, 191, 193), and detailed description thereof will be omitted here. The graph generation device 100b differs from the control unit 190 of the graph generation device 100 in that the control unit 190b does not include a learning control unit 194. In other respects, the graph generation device 100b is similar to the graph generation device 100.
When generating a state change graph, the graph generation device 100 may be used in the same way as when learning. Alternatively, a graph generation device 100b may be prepared separately from the graph generation device 100, and the parameter values of the learning model of the graph generation unit 192 obtained by the graph generation device 100 may be set in the graph generation unit 192 of the graph generation device 100b.

図16は、特徴量抽出部210の構成の第3の例を示す図である。図16は、学習時にオートエンコーダを用いて特徴量抽出部210を構成する場合の、状態変化グラフ生成時における特徴量抽出部210の構成例を示している。
図16に示す構成で、グラフ生成部192は、特徴量抽出部210と、グラフ形成部220とを備える。特徴量抽出部210は、エンコーダ211と、中継層212とを備える。
Fig. 16 is a diagram showing a third example of the configuration of the feature extraction unit 210. Fig. 16 shows an example of the configuration of the feature extraction unit 210 when generating a state change graph in a case where the feature extraction unit 210 is configured using an autoencoder during learning.
16 , the graph generation unit 192 includes a feature extraction unit 210 and a graph formation unit 220. The feature extraction unit 210 includes an encoder 211 and a relay layer 212.

図16の各部のうち、図4の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号(211a、212a、220)を付して、ここでは詳細な説明を省略する。図15の特徴量抽出部210の構成は、図4のオートエンコーダ210aの構成から、デコーダ213aを除いた構成となっている。このように、学習時に、特徴量抽出部210に学習のための構成が付加されている場合、状態変化グラフ生成時にはその構成は不要である。 Of the components in Figure 16, those that have similar functions to those in Figure 4 are given the same reference numerals (211a, 212a, 220) and will not be described in detail here. The configuration of the feature extraction unit 210 in Figure 15 is the same as the configuration of the autoencoder 210a in Figure 4, except that the decoder 213a is removed. In this way, if a configuration for learning is added to the feature extraction unit 210 during learning, that configuration is not necessary when generating a state change graph.

状態変化グラフ生成時にグラフ生成装置100を用いる場合、特徴量抽出部210についても学習時と同じく図4のオートエンコーダ210aを用いてもよい。あるいは、グラフ生成装置100とは別に、グラフ生成装置100bを用意する場合、特徴量抽出部210の構成を、図16の構成としてもよい。この場合、学習時に得られたエンコーダ211aの学習モデルのパラメータ値を、状態変化グラフ生成時に用いるエンコーダ211aに設定するようにしてもよい。 When using the graph generation device 100 to generate a state change graph, the feature extraction unit 210 may also use the autoencoder 210a in Figure 4, as in the case of learning. Alternatively, when the graph generation device 100b is prepared separately from the graph generation device 100, the feature extraction unit 210 may have the configuration shown in Figure 16. In this case, the parameter values of the learning model of the encoder 211a obtained during learning may be set in the encoder 211a used when generating a state change graph.

<第三実施形態>
第三実施形態では、状態変化グラフを用いた状態予測について説明する。
図17は、第三実施形態に係る状態予測システムの構成の例を示す図である。
図17に示す構成で、状態予測システム1は、グラフ生成装置100と、状態予測装置300とを備える。
Third Embodiment
In the third embodiment, a state prediction using a state change graph will be described.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the configuration of a state prediction system according to the third embodiment.
In the configuration shown in FIG. 17, the state prediction system 1 includes a graph generation device 100 and a state prediction device 300.

グラフ生成装置100として、第一実施形態におけるグラフ生成装置100を用いることができる。あるいは、グラフ生成装置100に代えて、第二実施形態におけるグラフ生成装置100b、または、後述する第四実施形態におけるグラフ生成装置400を用いるようにしてもよい。
状態予測装置300は、グラフ生成装置100が生成する状態変化グラフを用いて予測対象の状態を予測する。状態予測装置300が、例えばワークステーションまたはパソコンなどのコンピュータを用いて構成されていてもよい。
The graph generation device 100 in the first embodiment can be used as the graph generation device 100. Alternatively, instead of the graph generation device 100, the graph generation device 100b in the second embodiment or the graph generation device 400 in the fourth embodiment described below may be used.
The state prediction device 300 predicts the state of the prediction target using the state change graph generated by the graph generation device 100. The state prediction device 300 may be configured using a computer such as a workstation or a personal computer.

図18は、状態予測装置300の構成の例を示す図である。
図18に示す構成で、状態予測装置300は、通信部310と、表示部320と、操作入力部330と、記憶部380と、制御部390とを備える。制御部390は、データ取得部391と、予測部392とを備える。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the configuration of a state prediction device 300.
18 , the state prediction device 300 includes a communication unit 310, a display unit 320, an operation input unit 330, a storage unit 380, and a control unit 390. The control unit 390 includes a data acquisition unit 391 and a prediction unit 392.

通信部310は、他の装置と通信を行う。例えば、通信部310が、グラフ生成装置100と通信を行って、状態変化グラフを受信するようにしてもよい。また、通信部310が、グラフ生成装置100と通信を行って、グラフ生成装置100の学習で得られた学習モデルパラメータ値を示す情報を取得するようにしてもよい。また、通信部310が、予測対象に関するデータを測定する測定装置と通信を行って、予測対象に関する最新の測定データを取得するようにしてもよい。 The communication unit 310 communicates with other devices. For example, the communication unit 310 may communicate with the graph generation device 100 to receive a state change graph. The communication unit 310 may also communicate with the graph generation device 100 to obtain information indicating learning model parameter values obtained by learning by the graph generation device 100. The communication unit 310 may also communicate with a measurement device that measures data related to the prediction target to obtain the latest measurement data related to the prediction target.

表示部320は、例えば液晶パネルまたはLEDパネル等の表示画面を備え、各種画像を表示する。例えば、表示部320が、状態変化グラフ、および、状態変化グラフを用いた予測対象の状態予測結果を表示するようにしてもよい。
操作入力部330は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受け付ける。例えば、操作入力部330が、状態予測の開始を指示するユーザ操作、および、予測対象に関するデータの取得先を指示するユーザ操作を受け付けるようにししてもよい。
The display unit 320 has a display screen such as a liquid crystal panel or an LED panel, and displays various images. For example, the display unit 320 may display a state change graph and a state prediction result of a prediction target using the state change graph.
The operation input unit 330 includes input devices such as a keyboard and a mouse, and receives user operations. For example, the operation input unit 330 may receive a user operation to instruct the start of state prediction and a user operation to instruct a source for obtaining data related to the prediction target.

記憶部380は、各種データを記憶する。例えば、記憶部380は、グラフ生成装置100から得られた状態変化グラフを記憶する。記憶部380は、状態予測装置300が備える記憶デバイスを用いて構成れる。
制御部390は、状態予測装置300の各部を制御して各種処理を行う。制御部390の機能は、例えば、状態予測装置300が備えるCPUが、記憶部380からプログラムを読み出して実行することで実行される。
The storage unit 380 stores various data. For example, the storage unit 380 stores the state change graph obtained from the graph generation device 100. The storage unit 380 is configured using a storage device included in the state prediction device 300.
The control unit 390 performs various processes by controlling each unit of the state prediction device 300. The functions of the control unit 390 are performed, for example, by a CPU included in the state prediction device 300 reading and executing a program from the storage unit 380.

データ取得部391は、状態予測装置300が予測対象の状態を予測するための各種データを取得する。特に、データ取得部391は、状態変化グラフ、および、予測対象の状態に関するデータを取得する。
通信部310が、グラフ生成装置100から状態変化グラフを受信する場合、データ取得部391が、通信部310の受信データから状態変化グラフを読み出すようにしてもよい。あるいは、記憶部380が、状態変化グラフを予め記憶している場合、データ取得部391が、記憶部380から状態変化グラフを読み出すようにしてもよい。
また、通信部310が、予測対象の状態に関するデータを他の装置から受信する場合、データ取得部391が、通信部310の受信データから、予測対象の状態に関するデータを読み出すようにしてもよい。データ取得部391が、グラフ生成装置100が状態変化グラフを作成する際の、入力時系列データにおける時刻毎の入力データの項目と同様の項目のデータを取得することが好ましい。
The data acquisition unit 391 acquires various data for the state prediction device 300 to predict the state of the prediction target. In particular, the data acquisition unit 391 acquires a state change graph and data related to the state of the prediction target.
When the communication unit 310 receives a state change graph from the graph generation device 100, the data acquisition unit 391 may read the state change graph from the data received by the communication unit 310. Alternatively, when the storage unit 380 stores a state change graph in advance, the data acquisition unit 391 may read the state change graph from the storage unit 380.
Furthermore, when the communication unit 310 receives data related to the state of the prediction target from another device, the data acquisition unit 391 may read the data related to the state of the prediction target from the data received by the communication unit 310. It is preferable that the data acquisition unit 391 acquires data of items similar to the items of input data for each time in the input time-series data when the graph generation device 100 creates a state change graph.

予測部392は、状態変化グラフを用いて予測対象の状態を予測する。
具体的には、予測対象の状態に関するデータから特徴量を抽出する。特に、予測部392は、グラフ生成装置100の特徴量抽出部210の場合と同様の特徴量抽出方法を用いて特徴量抽出を行う。これにより、予測部392が抽出する特徴量は、状態変化グラフの座標空間である特徴量空間における座標値を示す。したがって、予測部392による特徴量抽出を、状態変化グラフへの特徴量のプロットとして扱うことができる。
そして、予測部392は、抽出した特徴量に基づいて、状態変化グラフのノードのうち参照するノードを決定し、決定したノードから出るエッジに基づいて、予測対象の状態を予測する。
以下では、予測部392が抽出した特徴量を予測対象特徴量と称する。
The prediction unit 392 predicts the state of the prediction target using the state change graph.
Specifically, feature quantities are extracted from data related to the state of the prediction target. In particular, the prediction unit 392 extracts feature quantities using the same feature quantity extraction method as that used by the feature quantity extraction unit 210 of the graph generation device 100. As a result, the feature quantities extracted by the prediction unit 392 represent coordinate values in a feature quantity space, which is the coordinate space of the state change graph. Therefore, the feature quantities extracted by the prediction unit 392 can be treated as plotting the feature quantities on the state change graph.
Then, the prediction unit 392 determines which node of the state change graph to refer to based on the extracted feature amount, and predicts the state of the prediction target based on the edge going out from the determined node.
Hereinafter, the feature extracted by the prediction unit 392 will be referred to as a feature to be predicted.

図19は、状態変化グラフのノードのうち状態予測装置300が参照するノードの例を示す図である。図19の例で、点P811およびP821は、それぞれ、予測対象特徴量の、状態変化グラフ中における表示の例を示す。
点P811では、予測部392が、状態変化グラフのノードのうち1つのノードを選択する例を示している。予測対象特徴量から所定の第1距離閾値以内の距離のノードが1つ以上存在する場合、予測部392が、それらのノードのうち予測対象特徴量に最も近い1つのノードを選択するようにしてもよい。領域A11は、予測対象特徴量から第1距離閾値以内の領域の例に該当する。また、点P812は、予測部392が選択したノードの例に該当する。
Fig. 19 is a diagram showing an example of nodes in the state change graph that are referenced by the state prediction device 300. In the example of Fig. 19, points P811 and P821 each indicate an example of displaying a prediction target feature in the state change graph.
Point P811 shows an example in which the prediction unit 392 selects one node from the nodes in the state change graph. When there is one or more nodes that are within a predetermined first distance threshold from the feature to be predicted, the prediction unit 392 may select one of these nodes that is closest to the feature to be predicted. Area A11 corresponds to an example of an area within the first distance threshold from the feature to be predicted. Furthermore, point P812 corresponds to an example of a node selected by the prediction unit 392.

この場合、予測対象特徴量の位置が、予測部392が選択したノードの位置に近い点で、予測対象の状態が、予測部392が選択したノードからのエッジで示される状態変化と同様に変化する可能性が比較的高い。
そこで、予測部392が、選択したノードから出るエッジを辿り、到達したノードに状態を示す情報が付加されている場合は、その状態を、予測対象の将来の状態と予測するようにしてもよい。また、予測部392が、辿ったエッジの長さに所定の比例係数を乗算して、状態変化にかかる時間の予測値を算出するようにしてもよい。この場合の比例係数として、式(5)における比例係数の「a」の逆数(1/a)を用いるようにしてもよい。
予測部392が、到達先のノードからさらにエッジを辿ることを繰り返して、予測対象のさらに将来の状態を予測するようにしてもよい。
In this case, since the position of the feature to be predicted is close to the position of the node selected by the prediction unit 392, there is a relatively high possibility that the state of the target to be predicted will change in a manner similar to the state change indicated by the edge from the node selected by the prediction unit 392.
Therefore, the prediction unit 392 may trace edges going out from the selected node, and if information indicating a state is attached to the reached node, predict that state as the future state of the prediction target. Alternatively, the prediction unit 392 may multiply the length of the traced edge by a predetermined proportionality coefficient to calculate a predicted value of the time required for a state change. In this case, the proportionality coefficient may be the reciprocal (1/a) of the proportionality coefficient "a" in equation (5).
The prediction unit 392 may repeat tracing edges from the destination node to predict a further future state of the prediction target.

一方、点P821では、予測部392が、状態変化グラフのノードのうち1つ以上のノードを選択する例を示している。予測対象特徴量から所定の第1距離閾値以内の距離のノードが存在しない場合、予測部392が、第1距離閾値よりも長い第2距離閾値以内の距離のノードを全て選択するようにしてもよい。領域A21は、予測対象特徴量から第2距離閾値以内の領域の例に該当する。また、点P822、P823、および、P824は、予測部392が選択したノードの例に該当する。 On the other hand, point P821 shows an example in which the prediction unit 392 selects one or more nodes from the nodes of the state change graph. If there are no nodes within a predetermined first distance threshold from the feature to be predicted, the prediction unit 392 may select all nodes within a second distance threshold that is longer than the first distance threshold. Area A21 is an example of an area within the second distance threshold from the feature to be predicted. Furthermore, points P822, P823, and P824 are examples of nodes selected by the prediction unit 392.

この場合、予測部392が、選択したノードから出るエッジの中間的なエッジを算出し、予測対象の状態変化の予測として扱うようにしてもよい。
例えば、予測部392が、エッジを特徴量空間におけるベクトルとして扱い、予測対象特徴量からノード(ベクトルの始点)までの距離に応じてベクトルの重み付け平均を算出するようにしてもよい。そして、予測部392が、予測対象特徴量から算出したベクトルだけ進んだ位置を予測対象の将来の状態の予測として扱うようにしてもよい。この場合も、予測部392が、算出したベクトルの長さに所定の比例係数を乗算して、状態変化にかかる時間の予測値を算出するようにしてもよい。
予測部392が、予測対象のさらに将来の状態を予測するようにしてもよい。
In this case, the prediction unit 392 may calculate an intermediate edge among the edges going out from the selected node and treat it as a prediction of the state change of the prediction target.
For example, the prediction unit 392 may treat edges as vectors in feature space and calculate a weighted average of the vectors according to the distance from the feature to be predicted to the node (the starting point of the vector).The prediction unit 392 may then treat the position advanced by the vector calculated from the feature to be predicted as a prediction of the future state of the prediction target.In this case, the prediction unit 392 may also multiply the length of the calculated vector by a predetermined proportional coefficient to calculate a prediction value of the time required for the state change.
The prediction unit 392 may also predict a further future state of the prediction target.

図20は、状態予測装置300が、予測対象の状態を予測する処理の例を示すフローチャートである。
図20の処理で、データ取得部391は、予測対象の状態予測のためのデータを取得する(ステップS201)。例えば、データ取得部391は、状態変化グラフと、予測対象の状態に関するデータを取得する。データ取得部391は、グラフ生成装置100が状態変化グラフを作成する際の、入力時系列データにおける時刻毎の入力データの項目と同様の項目のデータを取得する。
FIG. 20 is a flowchart illustrating an example of processing by the state prediction device 300 to predict the state of a prediction target.
20 , the data acquisition unit 391 acquires data for predicting the state of the prediction target (step S201). For example, the data acquisition unit 391 acquires a state change graph and data related to the state of the prediction target. The data acquisition unit 391 acquires data of items similar to the items of input data for each time in the input time-series data when the graph generation device 100 creates a state change graph.

次に、予測部392は、予測対象の状態に関するデータの特徴量を抽出する(ステップS202)。予測部392は、グラフ生成装置100の特徴量抽出部210の場合と同様の特徴量抽出方法を用いて特徴量抽出を行う。
次に、予測部392は、状態変化グラフのノードを選択する(ステップS203)。図19を参照して説明したように、予測部392が、予測対象特徴量に最も近い1つのノードを選択するか、または、予測対象特徴量から所定の距離以内の1つ以上のノードを選択するようにしてもよい。
Next, the prediction unit 392 extracts features of data related to the state of the prediction target (step S202). The prediction unit 392 extracts features using the same feature extraction method as in the case of the feature extraction unit 210 of the graph generation device 100.
Next, the prediction unit 392 selects a node in the state change graph (step S203). As described with reference to Fig. 19, the prediction unit 392 may select one node that is closest to the feature to be predicted, or may select one or more nodes within a predetermined distance from the feature to be predicted.

次に、予測部392は、選択したノードから出るエッジに基づいて、予測対象の状態を予測する(ステップS204)。図19を参照して説明したように、予測部392が、ステップS203で選択した1つのノードから出るエッジを辿った先のノードを、予測対象の将来の状態の予測として扱うようにしてもよい。あるいは、予測部392が、ステップS203で選択した1つ以上のノードから出るエッジをベクトルとして扱って重み付け平均し、得られたベクトルの分だけ予測対象特徴量から進んだ位置を、予測対象の将来の状態の予測として扱うようにしてもよい。
予測部392が、ステップS203およびS204の処理を繰り返し、予測対象のさらに将来の状態を予測するようにしてもよい。
ステップS204の後、状態予測装置300は、図20の処理を終了する。
Next, the prediction unit 392 predicts the state of the prediction target based on the edges outgoing from the selected node (step S204). As described with reference to Fig. 19, the prediction unit 392 may treat the node reached by tracing an edge outgoing from one node selected in step S203 as a prediction of the future state of the prediction target. Alternatively, the prediction unit 392 may treat the edges outgoing from one or more nodes selected in step S203 as a vector, perform a weighted average, and treat the position advanced from the feature quantity of the prediction target by the amount of the obtained vector as a prediction of the future state of the prediction target.
The prediction unit 392 may repeat the processes of steps S203 and S204 to predict a further future state of the prediction target.
After step S204, the state prediction device 300 ends the process of FIG.

以上のように、予測部392は、予測対象に関するデータの時系列が、時系列における時間の長さが座標空間における距離に比例するように設定された座標空間内に示されるグラフを用いて、予測対象の状態予測を行う。
状態予測装置300によれば、例えば、状態変化グラフのエッジの長さに所定の比例係数を乗算するといった比較的簡単な計算で、状態変化にかかる時間の予測値を算出することができる。
As described above, the prediction unit 392 predicts the state of the object to be predicted using a graph in which the time series of data related to the object to be predicted is shown in a coordinate space set so that the length of time in the time series is proportional to the distance in the coordinate space.
According to the state prediction device 300, it is possible to calculate a predicted value of the time required for a state change by a relatively simple calculation, for example, by multiplying the length of an edge in the state change graph by a predetermined proportionality coefficient.

また、予測部392は、状態予測対象として示される状態変化前の予測対象の状態が状態変化グラフの座標空間にプロットされる点とその座標空間における距離が最も小さい、データ(状態変化グラフのノード)を検出し、検出したデータから他のデータへの、状態変化グラフのエッジに基づいて、状態変化後の予測対象の状態を予測する。
この場合、予測部392は、状態変化グラフのノードを1つのみ選択することができる。この点で、予測部392は、例えば、選択ノードからエッジを辿って到達するノードを予測対象の将来の状態予測として扱うなど、比較的簡単な処理で状態予測を行うことができる。
In addition, the prediction unit 392 detects data (nodes of the state change graph) at which the state of the prediction target before the state change, indicated as the state prediction target, is plotted in the coordinate space of the state change graph and is the shortest distance in that coordinate space, and predicts the state of the prediction target after the state change based on the edges of the state change graph from the detected data to other data.
In this case, the prediction unit 392 can select only one node in the state change graph. In this respect, the prediction unit 392 can perform state prediction with relatively simple processing, such as treating a node reached by tracing an edge from the selected node as a future state prediction for the prediction target.

また、予測部392は、状態予測対象として示される状態変化前の予測対象の状態が状態変化グラフの座標空間にプロットされる点から、その座標空間における所定の距離以内に位置する、データ(状態変化グラフのノード)を検出し、検出したデータから他のデータへの、状態変化グラフのエッジに基づいて、状態変化後の予測対象の状態を予測する。
これにより、予測部392は、予測対象の状態を予測することができる。特に、予測部392が複数のノードを選択することで、例えばそれら複数のノードから出るエッジの重み付け平均を算出するなど、状態予測を比較的高精度に行うことができる。
In addition, the prediction unit 392 detects data (nodes of the state change graph) located within a predetermined distance in the coordinate space from the point at which the state of the prediction target before the state change, which is indicated as the state prediction target, is plotted in that coordinate space, and predicts the state of the prediction target after the state change based on the edges of the state change graph from the detected data to other data.
This allows the prediction unit 392 to predict the state of the prediction target. In particular, by selecting multiple nodes, the prediction unit 392 can perform state prediction with relatively high accuracy, for example, by calculating a weighted average of the edges coming out from the multiple nodes.

<第四実施形態>
第四実施形態では、グラフ生成装置が、既に生成されているグラフを変換することで状態変化グラフを生成する場合について説明する。
図21は、第四実施形態に係るグラフ生成装置の構成の例を示す図である。
図21に示す構成で、グラフ生成装置400は、通信部410と、表示部420と、操作入力部430と、記憶部480と、制御部490とを備える。制御部490は、データ取得部491と、グラフ生成部492と、状態情報付加部493とを備える。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, a case will be described in which a graph generation device generates a state change graph by converting an already generated graph.
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the configuration of a graph generation device according to the fourth embodiment.
21 , the graph generation device 400 includes a communication unit 410, a display unit 420, an operation input unit 430, a storage unit 480, and a control unit 490. The control unit 490 includes a data acquisition unit 491, a graph generation unit 492, and a state information addition unit 493.

グラフ生成装置400は、グラフを変換する。特に、グラフ生成装置400は、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が座標空間における位置に応じて異なるグラフに対して、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が一定になるように、変換を行う。この変換により、グラフ生成装置400は、状態変化グラフを生成する。
グラフ生成装置400が、例えばワークステーションまたはパソコンなどのコンピュータを用いて構成されていてもよい。
The graph generation device 400 converts the graph. In particular, the graph generation device 400 converts a graph in which the ratio between the length of the graph edges and the time in the time-series data varies depending on the position in the coordinate space, so that the ratio between the length of the graph edges and the time in the time-series data becomes constant. Through this conversion, the graph generation device 400 generates a state change graph.
The graph generating device 400 may be configured using a computer such as a workstation or a personal computer.

通信部410は、他の装置と通信を行う。例えば、通信部410が、グラフを生成した装置と通信を行って、グラフを受信するようにしてもよい。
表示部420は、例えば液晶パネルまたはLEDパネル等の表示画面を備え、各種画像を表示する。例えば、表示部420が、変換前のグラフおよび変換後のグラフを表示するようにしてもよい。
操作入力部430は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受け付ける。例えば、操作入力部が、グラフの変換を指示するユーザ操作、および、グラフの取得先を指示するユーザ操作を受け付けるようにしてもよい。
The communication unit 410 communicates with other devices. For example, the communication unit 410 may communicate with a device that has generated a graph and receive the graph.
The display unit 420 has a display screen such as a liquid crystal panel or an LED panel, and displays various images. For example, the display unit 420 may display a graph before conversion and a graph after conversion.
The operation input unit 430 includes input devices such as a keyboard and a mouse, and receives user operations. For example, the operation input unit may receive a user operation to instruct graph conversion and a user operation to instruct a source from which to obtain a graph.

記憶部480は、各種データを記憶する。例えば、記憶部480は、変換前のグラフ、および変換後のグラフを記憶するようにしてもよい。
制御部490は、グラフ生成装置400の各部を制御して各種処理を行う。制御部490の機能は、例えば、グラフ生成装置400が備えるCPUが、記憶部480からプログラムを読み出して実行することで実行される。
The storage unit 480 stores various data. For example, the storage unit 480 may store a graph before conversion and a graph after conversion.
The control unit 490 performs various processes by controlling each unit of the graph generation device 400. The functions of the control unit 490 are performed, for example, by the CPU included in the graph generation device 400 reading and executing a program from the storage unit 480.

データ取得部491は、変換前のグラフとして、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が座標空間における位置に応じて異なるグラフを取得する。
例えば、通信部410が他の装置からグラフを受信する場合、データ取得部491が、通信部410の受信信号からグラフを読み出すようにしてもよい。
The data acquisition unit 491 acquires, as the graph before conversion, a graph in which the ratio of the length of the edge of the graph to the time in the time-series data varies depending on the position in the coordinate space.
For example, when the communication unit 410 receives a graph from another device, the data acquisition unit 491 may read the graph from the signal received by the communication unit 410 .

グラフ生成部492は、グラフの変換を行う。グラフ生成装置400について上述したように、グラフ生成部492は、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が座標空間における位置に応じて異なるグラフに対して、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が一定になるように、変換を行う。 The graph generation unit 492 performs graph transformation. As described above for the graph generation device 400, the graph generation unit 492 performs transformation on a graph in which the ratio between the length of the graph edges and the time in the time series data varies depending on the position in coordinate space, so that the ratio between the length of the graph edges and the time in the time series data becomes constant.

状態情報付加部493は、グラフ生成部492が生成したグラフの座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換されるデータの入力時系列データにおける時刻における予測対象の状態を示す情報を付加する。状態情報付加部493が、データ取得部491が取得するグラフに付加されている情報を検出し、検出した情報が付加されている領域に対応する、変換後のグラフの領域に、検出した情報を付加するようにしてもよい。 The state information addition unit 493 adds information indicating the state of the prediction target at the time in the input time series data of the data converted into coordinate values included in a portion of the coordinate space of the graph generated by the graph generation unit 492. The state information addition unit 493 may detect information added to the graph acquired by the data acquisition unit 491, and add the detected information to an area of the converted graph corresponding to the area to which the detected information has been added.

図22は、変換前のグラフの例を示す図である。図22の例で、グラフの各ノードは、一定の時間間隔でグラフ生成対象を繰り返し測定して得られたデータの特徴量を表すものとする。一方、図22に示すグラフでは、座標空間上に位置によってエッジの長さが異なっている。したがって、図22に示すグラフでは、グラフのエッジの長さと時系列データにおける時間との比が座標空間における位置に応じて異なっている。
変換前のグラフで表される時系列データftsは、式(11)のように表記することができる。
Fig. 22 is a diagram showing an example of a graph before conversion. In the example of Fig. 22, each node of the graph represents a feature amount of data obtained by repeatedly measuring the graph generation target at a fixed time interval. Meanwhile, in the graph shown in Fig. 22, the length of the edges varies depending on the position in the coordinate space. Therefore, in the graph shown in Fig. 22, the ratio of the length of the graph edges to the time in the time-series data varies depending on the position in the coordinate space.
The time series data f m ts i represented by the graph before conversion can be expressed as in equation (11).

式(3)の場合と同様、式(11)でも、tmax_iは、i番目の時系列データに含まれる時刻毎のデータの個数を表す。
図22の例では、時系列データの個数をk(kは正の整数)とし、fts、fts・・・、ftsと表している。
時系列データftsにおける時刻毎のデータf(ti,j)は、式(12)のように表される。
As in the case of equation (3), in equation (11), tmax_i represents the number of data for each time included in the i-th time series data.
In the example of FIG. 22, the number of time series data is k (k is a positive integer), and is expressed as f m ts 1 , f m ts 2 . . . , f m ts k .
Data f m (t i,j ) for each time in the time series data f m ts i is expressed as in equation (12).

[z (ti,j),z (ti,j)]は、z 座標軸およびz 座標軸で形成される2次元の座標空間における、グラフのノードの座標値を示す。以下では、データf (ti,j)が表すノードをノードf (ti,j)とも表記する。
図23は、変換後のグラフの例を示す図である。図23は、図22のグラフを変換して得られるグラフの例を示している。
図22のグラフでは、グラフのエッジの長さが座標空間における位置に応じて異なっているのに対し、図23のグラフでは、エッジの長さがおよそ一定になっている。
[ zm1 (t i,j ), zm2 (t i,j )] indicates the coordinate values of a node of the graph in the two-dimensional coordinate space formed by the zm1 coordinate axis and the zm2 coordinate axis. Hereinafter, the node represented by data fm i (t i,j ) will also be referred to as node fm i (t i,j ).
Fig. 23 is a diagram showing an example of a graph after conversion: Fig. 23 shows an example of a graph obtained by converting the graph of Fig. 22.
In the graph of FIG. 22, the lengths of the edges of the graph vary depending on the position in the coordinate space, whereas in the graph of FIG. 23, the lengths of the edges are approximately constant.

グラフ生成部492がグラフを変換する際、元のグラフで例えば「健康」など特定の状態のカテゴリが紐付けられる領域が設定されている場合、変換後のグラフでもその領域に相当する領域が設定されることが好ましい。そのために、元のグラフで距離が近い2つのノードが変換後のグラフでも距離が近くなるように、時系列データにおける時間間隔に加えて、元のグラフにおけるノード間の距離も、変換後のグラフのノード間の距離に反映させることが考えられる。 When the graph generation unit 492 converts a graph, if an area associated with a specific status category, such as "health," is set in the original graph, it is preferable to set an area equivalent to that area in the converted graph as well. To achieve this, it is possible to reflect the distance between nodes in the original graph in addition to the time interval in the time series data in the distance between nodes in the converted graph, so that two nodes that are close to each other in the original graph will also be close to each other in the converted graph.

例えば、グラフ生成部492が、変換後のグラフにおけるノード間の距離Dを以下のように設定して、グラフの変換を繰り返すようにしてもよい。
エッジで接続されている2つのノードについては、グラフ生成部492は、式(13)に基づいてノード間の距離を算出し設定する。
For example, the graph generating unit 492 may set the distance D between nodes in the converted graph as follows, and repeat the conversion of the graph.
For two nodes connected by an edge, the graph generation unit 492 calculates and sets the distance between the nodes based on equation (13).

図22のノードf (t2,2)およびf (t2,3)の例のように、ノードf (ti,j)とノードf (ti,j+1)とは時系列上でデータが時間的に隣接しており、これら2つのノードはエッジで接続されている。
ノードの座標値を表すf (ti,j)およびf (ti,j+1)の値として、今回の変換の前の値を用いる。例えば、最初の変換の場合、f (ti,j)およびf (ti,j+1)の値として、データ取得部491が取得したグラフにおける値を用いる。2回目以降の変換では、その直前の変換で得られるグラフにおける値を用いる。
「||f (ti,j+1)-f (ti,j)||」は、エッジで接続されている2つのノードf (ti,j)およびf (ti,j+1)の、今回の変換の前の座標空間における距離(L2ノルム)を表す。
As shown in the examples of nodes f m 2 (t 2,2 ) and f m 2 (t 2,3 ) in FIG. 22, the data of nodes f m i (t i,j ) and f m i (t i,j+1 ) are adjacent in time on the time series, and these two nodes are connected by an edge.
The values before the current conversion are used as the values of fm ( tj ,j ) and fm (tj ,j+1 ) , which represent the coordinate values of the nodes. For example, in the first conversion, the values in the graph acquired by the data acquisition unit 491 are used as the values of fm ( tj ,j ) and fm ( tj,j+1 ). In the second and subsequent conversions, the values in the graph obtained in the conversion immediately before that are used.
"||f m i (t i,j+1 ) - f m i (t i,j )|| 2 " represents the distance (L2 norm) in the coordinate space before the current transformation between two nodes f m i (t i,j ) and f m i (t i,j+1 ) connected by an edge.

「ti,j+1-ti,j」は、ノードf (ti,j)とf (ti,j+1)との時系列データにおける時間間隔を表す。
α、βは、それぞれ正の実数の定数である。あるいは、変換が所定回繰り返されるとαの値が半分になるなど、αまたはβ、あるいはこれら両方の値が変化するようにしてもよい。
"t i,j+1 -t i,j " represents the time interval between nodes f i m (t i,j ) and f i m (t i,j+1 ) in the time series data.
Each of α and β is a positive real constant. Alternatively, the value of α and/or β may be changed, such as by halving the value of α after a predetermined number of iterations of the transformation.

このように、ノード間の距離に今回の変更の前における距離と、時系列データでの時間間隔とを反映させることで、データ取得部491が取得したグラフにおけるノード間の距離を反映させることができ、かつ、変換を繰り返すにつれて段階的に、ノード間の距離を時系列データでの時間間隔に比例する距離に近付けることができる。 In this way, by reflecting the distance between nodes based on the distance before the current change and the time interval in the time series data, the distance between nodes in the graph acquired by the data acquisition unit 491 can be reflected, and as the conversion is repeated, the distance between nodes can gradually approach a distance proportional to the time interval in the time series data.

エッジで接続されていない2つのノードについては、グラフ生成部492は、式(14)に基づいてノード間の距離Dを算出し設定する。 For two nodes that are not connected by an edge, the graph generation unit 492 calculates and sets the distance D between the nodes based on equation (14).

図22のノードf (t2,2)およびf (tk,1)の例のように、ノードf (ti,j)とノードf i’(ti’,j’)とはエッジで接続されていないものとする。
γ、Kは、それぞれ実数の定数である。あるいは、γまたはK、あるいはこれら両方の値が変化するようにしてもよい。
式(14)では、2つのノードがエッジで接続されておらず、これら2つのノード間には状態変化の時間の概念が当てはまらないことから、式(13)の「β×(ti,j+1-ti,j)」のような時間間隔の項は設けられていない。一方、式(14)では、変換前のグラフでの距離の項「γ×||f (ti,j)-f i’(ti’,j’)||)」が設けられている。
As in the example of nodes f m 2 (t 2,2 ) and f m k (t k,1 ) in FIG. 22, it is assumed that node f m i (t i,j ) and node f m i′ (t i′,j′ ) are not connected by an edge.
γ and K are real constants, or the values of γ and/or K may be varied.
In equation (14), the two nodes are not connected by an edge, and the concept of time for a state change does not apply between these two nodes, so a time interval term such as "β×(t i,j+1 −t i,j )" in equation (13) is not provided. On the other hand, equation (14) provides a term for the distance in the graph before conversion, "γ×∥f m i (t i,j ) − f m i' (t i',j' )∥ 2 ."

グラフ生成部492が、距離の設定が反映されるように変換後のグラフを生成する方法は、特定の方法に限定されない。例えば、グラフ生成部492が、何れか1つのノードを基準ノードに設定し、基準ノードから順に、設定されている距離を反映して各ノードの位置を決定していくようにしてもよい。グラフの生成に失敗した場合、グラフ生成部492が、基準ノードを他のノードに設定し直して、ノードの位置を順に決定していく処理をやり直すようにしてもよい。
グラフ生成部492がグラフの変換を行う際、データ取得部491が取得したグラフ上でのノードの位置関係をなるべく維持するように、変換の前後でのノードの移動距離をなるべく小さくするといった制約条件または評価関数を設けるようにしてもよい。
The method by which the graph generation unit 492 generates a converted graph so that the distance setting is reflected is not limited to a specific method. For example, the graph generation unit 492 may set any one node as a reference node and determine the position of each node in order from the reference node, reflecting the set distance. If graph generation fails, the graph generation unit 492 may reset the reference node to another node and redo the process of determining the node positions in order.
When the graph generation unit 492 converts a graph, a constraint or evaluation function may be set to minimize the distance that the nodes move before and after the conversion, so as to maintain the positional relationship of the nodes on the graph acquired by the data acquisition unit 491 as much as possible.

あるいは、距離が設定される2つのノードの全ての組について、必ずしも設定された距離が正確に反映されなくてもよい。例えば、設定された距離が近いほど(距離の値が小さいほど)、変換後のグラフでの距離も近くなるといった制約条件を設定し、設定した制約条件のもとで設定した距離と変換後のグラフでの距離との誤差を許容するようにしてもよい。 Alternatively, the set distance does not necessarily have to be reflected accurately for all pairs of two nodes for which a distance is set. For example, a constraint may be set such that the closer the set distance (the smaller the distance value), the closer the distance in the transformed graph will be, and an error between the set distance under the set constraint and the distance in the transformed graph may be tolerated.

データ取得部491が取得するグラフは、予測対象に関するデータの時系列が第1の座標空間内に示された第1のグラフの例に該当する。時系列データftsは、予測対象に関するデータの時系列の例に該当する。
式(13)で算出する距離Dは、第1の座標空間内に示された時系列に含まれる2つのデータの第1の座標空間における距離と、これら2つのデータの時系列における時間間隔とを重み付け合計した距離指標の例に該当する。
The graph acquired by the data acquisition unit 491 corresponds to an example of a first graph in which a time series of data related to the prediction target is shown in a first coordinate space. The time series data f m ts i corresponds to an example of a time series of data related to the prediction target.
The distance D calculated by equation (13) is an example of a distance index that is a weighted sum of the distance in the first coordinate space between two pieces of data included in the time series shown in the first coordinate space and the time interval in the time series of these two pieces of data.

グラフ生成部492が行う変換は、第1の座標から第2の座標への座標変換を、距離指標の値が小さいほど、第2の座標空間での2つのデータの距離が近くなるようにおこなう変換の例に該当する。
グラフ生成部492が変換によって生成するグラフは、データの時系列が第2の座標空間内に示された第2のグラフの例に該当する。
The conversion performed by the graph generation unit 492 is an example of a coordinate conversion from first coordinates to second coordinates such that the smaller the value of the distance index, the closer the distance between the two data in the second coordinate space.
The graph generated by the graph generating unit 492 through the conversion corresponds to an example of a second graph in which the time series of data is shown in a second coordinate space.

データ取得部491が、座標空間内の各位置における状態変化速度ベクトルが示されるデータである潮流図データに基づいて、グラフ生成部492による変換対象のグラフ(上記の、第1のグラフ)を取得するようにしてもよい。 The data acquisition unit 491 may acquire the graph to be converted by the graph generation unit 492 (the first graph described above) based on tidal flow diagram data, which is data indicating state change rate vectors at each position in coordinate space.

図24は、グラフ生成装置400が、状態変化速度ベクトルの潮流図からグラフを生成する第1の例を示す図である。
図24の例では、データ取得部491は、状態変化速度ベクトルが示される座標空間内に、一定間隔のサンプリング点を設定している。データ取得部491は、設定したサンプリング点の1つを出発点に設定し、出発点から状態変化速度ベクトルに従って所定時間進んだ位置にサンプリング点を設定し、出発点から新たに設定したサンプリング点へ有向エッジを設定する。
FIG. 24 is a diagram showing a first example in which the graph generating device 400 generates a graph from a power flow diagram of a state change speed vector.
24, the data acquisition unit 491 sets sampling points at regular intervals within a coordinate space in which the state change speed vector is indicated. The data acquisition unit 491 sets one of the set sampling points as a starting point, sets a sampling point at a position a predetermined time ahead of the starting point according to the state change speed vector, and sets a directed edge from the starting point to the newly set sampling point.

さらに、データ取得部491は、新たに設定したサンプリング点を出発点に設定し、出発点から状態変化速度ベクトルに従って所定時間進んだ位置にサンプリング点を設定し、出発点から新たに設定したサンプリング点へ有向エッジを設定する。
データ取得部491は、例えば所定の回数、または、進んだ先が座標空間の定義域の外に出るまで、状態変化速度ベクトルに従って進んでの新たなサンプリング点の設定および有向エッジの設定を繰り返す。
Furthermore, the data acquisition unit 491 sets the newly set sampling point as the starting point, sets a sampling point at a position a predetermined time ahead from the starting point according to the state change rate vector, and sets a directed edge from the starting point to the newly set sampling point.
The data acquisition unit 491 repeats the setting of new sampling points and directed edges by advancing in accordance with the state change speed vector, for example, a predetermined number of times, or until the advancing destination goes outside the domain of the coordinate space.

データ取得部491は、一定間隔で設定したサンプリング点の各々から、状態変化速度ベクトルに従って進んでの新たなサンプリング点の設定および有向エッジの設定を繰り返す。これにより、データ取得部491は、グラフを取得する。 The data acquisition unit 491 repeatedly sets new sampling points and directed edges by moving forward from each of the sampling points set at regular intervals in accordance with the state change rate vector. In this way, the data acquisition unit 491 acquires a graph.

図25は、グラフ生成装置400が、状態変化速度ベクトルの潮流図からグラフを生成する第2の例を示す図である。
図25の例では、データ取得部491は、状態変化速度ベクトルが示される座標空間内にランダムに、時系列データの始点となるサンプリング点を設定している。データ取得部491は、ランダムに設定したサンプリング点を出発点に設定する。図24の場合と同様、データ取得部491は、出発点から状態変化速度ベクトルに従って進んでの新たなサンプリング点の設定および有向エッジの設定を繰り返す。
例えば、データ取得部491は、ランダムなサンプリング点の設定を所定の回数繰り返して、所定の個数の時系列データによるグラフを取得する。
FIG. 25 is a diagram showing a second example in which the graph generating device 400 generates a graph from a power flow diagram of a state change speed vector.
25, the data acquisition unit 491 randomly sets sampling points that serve as starting points of time-series data within the coordinate space indicated by the state change speed vector. The data acquisition unit 491 sets the randomly set sampling points as the starting point. As in the case of FIG. 24, the data acquisition unit 491 repeatedly sets new sampling points and directed edges by moving from the starting point along the state change speed vector.
For example, the data acquisition unit 491 repeats the setting of random sampling points a predetermined number of times to acquire a graph based on a predetermined number of pieces of time-series data.

以上のように、データ取得部491は、予測対象に時系列データftsが第1の座標空間内に示された第1のグラフを取得する。グラフ生成部492は、第1の座標空間内に示された時系列データftsに含まれる2つのデータの第1の座標空間における距離と、それら2つのデータの時系列データftsにおける時間間隔とを重み付け合計した距離指標を用いて、第1の座標から第2の座標への座標変換を、距離指標の値が小さいほど、第2の座標空間での前記2つのデータの距離が近くなるようにおこなって、時系列データftsが第2の座標空間内に示された第2のグラフを生成する。 As described above, the data acquisition unit 491 acquires a first graph in which the time series data f m ts i to be predicted is shown in a first coordinate space. The graph generation unit 492 performs coordinate conversion from the first coordinates to the second coordinates using a distance index that is a weighted sum of the distance in the first coordinate space between two pieces of data included in the time series data f m ts i shown in the first coordinate space and the time interval in the time series data f m ts i between those two pieces of data, such that the smaller the value of the distance index, the closer the distance between the two pieces of data in the second coordinate space, thereby generating a second graph in which the time series data f * ts i is shown in the second coordinate space.

グラフ生成装置400によれば、状態変化の予測を図示することができ、状態変化にかかる時間の相対的な長さを図に示すことができる。
具体的には、グラフ生成装置400は、グラフ生成対象の状態変化の様子を示し、例えば状態の名称など状態を示す情報が付加された状態変化グラフを生成する。人または状態予測装置は、予測対象の現在の状態を状態変化グラフにプロットして、将来の状態を予測することができる。
その際、状態変化グラフの座標空間における距離が、入力時系列データにおける時間間隔に比例するように、状態変化グラフが生成されていることで、人または状態予測装置が、状態変化にかかる時間を比較的高精度に予測できると期待される。
The graph generating device 400 can visualize the predicted state changes and show the relative length of time it takes for the state changes to occur.
Specifically, the graph generation device 400 generates a state change graph that shows how the state of the graph generation target changes and includes information indicating the state, such as the name of the state. A person or a state prediction device can plot the current state of the prediction target on the state change graph to predict the future state.
In this case, since the state change graph is generated so that the distance in the coordinate space of the state change graph is proportional to the time interval in the input time series data, it is expected that a person or a state prediction device will be able to predict the time required for a state change with relatively high accuracy.

また、データ取得部491は、第1の座標空間内の各地点における状態変化速度ベクトルが示されるデータである潮流図データを取得し、状態変化速度ベクトルに基づいて第1の座標空間内に状態の時系列データをプロットして第1のグラフを生成する。
グラフ生成部492は、データ取得部491が取得した第1のグラフを変換して、状態変化にかかる時間の相対的な長さが図に示される状態変化グラフを生成することができる。
In addition, the data acquisition unit 491 acquires tidal flow chart data, which is data indicating state change rate vectors at each point within the first coordinate space, and plots state time series data within the first coordinate space based on the state change rate vectors to generate a first graph.
The graph generating unit 492 can convert the first graph acquired by the data acquiring unit 491 to generate a state change graph in which the relative lengths of time taken for state changes are shown in the diagram.

図26は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成の例を示す概略ブロック図である。図26に示す構成で、コンピュータ700は、CPU710と、主記憶装置720と、補助記憶装置730と、インタフェース740とを備える。 Figure 26 is a schematic block diagram illustrating an example of a computer configuration according to at least one embodiment. In the configuration shown in Figure 26, the computer 700 includes a CPU 710, a main memory device 720, an auxiliary memory device 730, and an interface 740.

上記のグラフ生成装置100、グラフ生成装置100b、状態予測装置300、および、グラフ生成装置400のうち何れか1つ以上が、コンピュータ700に実装されてもよい。その場合、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU710は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。 Any one or more of the graph generation device 100, graph generation device 100b, state prediction device 300, and graph generation device 400 described above may be implemented in the computer 700. In this case, the operation of each of the processing units described above is stored in the auxiliary storage device 730 in the form of a program. The CPU 710 reads the program from the auxiliary storage device 730, expands it in the main storage device 720, and executes the above processing in accordance with the program. The CPU 710 also allocates storage areas in the main storage device 720 corresponding to each of the storage units described above in accordance with the program.

グラフ生成装置100がコンピュータ700に実装される場合、制御部190およびそれらの各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。 When the graph generation device 100 is implemented in a computer 700, the operation of the control unit 190 and each of its components is stored in the auxiliary storage device 730 in the form of a program. The CPU 710 reads the program from the auxiliary storage device 730, loads it into the main storage device 720, and executes the above-mentioned processing in accordance with the program.

また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部180に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。
通信部110による他の装置との通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
表示部120による表示は、インタフェース740が表示装置を有し、CPU710の制御に従って各種画像を表示することで実行される。
操作入力部130によるユーザ操作の受け付けは、インタフェース740が例えばキーボードおよびマウスなどの入力デバイスを有してユーザ操作を受け付け、受け付けたユーザ操作を示す情報をCPU710へ出力することで実行される。
Furthermore, the CPU 710 allocates a storage area corresponding to the storage unit 180 in the main storage device 720 in accordance with the program.
Communication with other devices via the communication unit 110 is performed by the interface 740 having a communication function and performing communication under the control of the CPU 710 .
The display on the display unit 120 is implemented by the interface 740 having a display device and displaying various images under the control of the CPU 710 .
The operation input unit 130 receives a user operation by the interface 740 having input devices such as a keyboard and a mouse, and outputs information indicating the received user operation to the CPU 710 .

グラフ生成装置100bがコンピュータ700に実装される場合、制御部190bおよびそれらの各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。 When the graph generation device 100b is implemented in a computer 700, the operation of the control unit 190b and each of its components is stored in the auxiliary storage device 730 in the form of a program. The CPU 710 reads the program from the auxiliary storage device 730, loads it into the main storage device 720, and executes the above-mentioned processing in accordance with the program.

また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部180に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。
通信部110による他の装置との通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
表示部120による表示は、インタフェース740が表示装置を有し、CPU710の制御に従って各種画像を表示することで実行される。
操作入力部130によるユーザ操作の受け付けは、インタフェース740が例えばキーボードおよびマウスなどの入力デバイスを有してユーザ操作を受け付け、受け付けたユーザ操作を示す情報をCPU710へ出力することで実行される。
Furthermore, the CPU 710 allocates a storage area corresponding to the storage unit 180 in the main storage device 720 in accordance with the program.
Communication with other devices via the communication unit 110 is performed by the interface 740 having a communication function and performing communication under the control of the CPU 710 .
The display on the display unit 120 is implemented by the interface 740 having a display device and displaying various images under the control of the CPU 710 .
The operation input unit 130 receives a user operation by the interface 740 having input devices such as a keyboard and a mouse, and outputs information indicating the received user operation to the CPU 710 .

状態予測装置300がコンピュータ700に実装される場合、制御部390およびそれらの各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。 When the state prediction device 300 is implemented in a computer 700, the operation of the control unit 390 and each of its components is stored in the auxiliary storage device 730 in the form of a program. The CPU 710 reads the program from the auxiliary storage device 730, loads it into the main storage device 720, and executes the above-mentioned processing in accordance with the program.

また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部380に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。
通信部310による他の装置との通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
表示部320による表示は、インタフェース740が表示装置を有し、CPU710の制御に従って各種画像を表示することで実行される。
操作入力部330によるユーザ操作の受け付けは、インタフェース740が例えばキーボードおよびマウスなどの入力デバイスを有してユーザ操作を受け付け、受け付けたユーザ操作を示す情報をCPU710へ出力することで実行される。
Furthermore, the CPU 710 allocates a storage area corresponding to the storage unit 380 in the main storage device 720 in accordance with the program.
Communication with other devices by the communication unit 310 is performed by the interface 740 having a communication function and performing communication under the control of the CPU 710 .
The display unit 320 displays various images by having an interface 740 with a display device and displaying various images under the control of the CPU 710 .
The operation input unit 330 receives a user operation by the interface 740 having input devices such as a keyboard and a mouse, and outputs information indicating the received user operation to the CPU 710 .

グラフ生成装置400がコンピュータ700に実装される場合、制御部490およびそれらの各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。 When the graph generation device 400 is implemented in a computer 700, the operation of the control unit 490 and each of its components is stored in the auxiliary storage device 730 in the form of a program. The CPU 710 reads the program from the auxiliary storage device 730, loads it into the main storage device 720, and executes the above-mentioned processing in accordance with the program.

また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部480に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。
通信部410による他の装置との通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
表示部420による表示は、インタフェース740が表示装置を有し、CPU710の制御に従って各種画像を表示することで実行される。
操作入力部430によるユーザ操作の受け付けは、インタフェース740が例えばキーボードおよびマウスなどの入力デバイスを有してユーザ操作を受け付け、受け付けたユーザ操作を示す情報をCPU710へ出力することで実行される。
Furthermore, the CPU 710 allocates a storage area corresponding to the storage unit 480 in the main storage device 720 in accordance with the program.
Communication with other devices by the communication unit 410 is performed by the interface 740 having a communication function and performing communication under the control of the CPU 710 .
The display unit 420 displays various images by having the interface 740 have a display device and displaying various images under the control of the CPU 710 .
The operation input unit 430 receives a user operation by the interface 740 having input devices such as a keyboard and a mouse, and outputs information indicating the received user operation to the CPU 710 .

なお、グラフ生成装置100、グラフ生成装置100b、状態予測装置300、および、グラフ生成装置400の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
Note that a program for realizing all or part of the functions of the graph generation device 100, the graph generation device 100b, the state prediction device 300, and the graph generation device 400 may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed to perform processing of each part. Note that the term "computer system" here includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.
Furthermore, "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory), as well as storage devices such as hard disks built into computer systems. The program may be one that realizes part of the functions described above, or may be one that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system.

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment and includes design modifications and the like that do not deviate from the gist of the present invention.

1 状態予測システム
100、100b、400 グラフ生成装置
110、310、410 通信部
120、320、420 表示部
130、330、430 操作入力部
180、380、480 記憶部
190、190b、390、490 制御部
191、391、491 データ取得部
192、492 グラフ生成部
193、493 状態情報付加部
194 学習制御部
210 特徴量抽出部
210a オートエンコーダ
210b GCM
211a、211b エンコーダ
212a、212b 中継層
213a、213b デコーダ
214b 乗算器
215b 平均演算部
216b Argmax演算部
220 グラフ形成部
300 状態予測装置
392 予測部
1 State prediction system 100, 100b, 400 Graph generation device 110, 310, 410 Communication unit 120, 320, 420 Display unit 130, 330, 430 Operation input unit 180, 380, 480 Memory unit 190, 190b, 390, 490 Control unit 191, 391, 491 Data acquisition unit 192, 492 Graph generation unit 193, 493 State information addition unit 194 Learning control unit 210 Feature extraction unit 210a Autoencoder 210b GCM
211a, 211b Encoder 212a, 212b Relay layer 213a, 213b Decoder 214b Multiplier 215b Average calculation unit 216b Argmax calculation unit 220 Graph formation unit 300 State prediction device 392 Prediction unit

Claims (10)

予測対象に関するデータの時系列を取得するデータ取得部と、
同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成するグラフ生成部と、
前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加する状態情報付加部と、
を備えるグラフ生成装置。
a data acquisition unit that acquires time series data related to a prediction target;
a graph generating unit that converts each of the data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in a feature space between two feature amounts obtained by extracting feature amounts from each of the two data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a time interval in the time series of the two data by a predetermined proportionality coefficient ; and
a state information adding unit that adds, to a portion of the coordinate space, information indicating a state of the prediction target at a time in the time series of the data that is converted into a coordinate value included in the portion;
A graph generating device comprising:
測対象に関するデータの時系列が第1の座標空間内に示された第1のグラフを取得するデータ取得部と、
1の座標空間内に示された前記時系列に含まれる2つの前記データの前記第1の座標空間における距離と、前記2つのデータの前記時系列における時間間隔とを重み付け合計した距離指標を用いて、前記第1の座標から第2の座標への座標変換を、前記距離指標の値が小さいほど、第2の座標空間での前記2つのデータの距離が近くなるようにおこなって、前記時系列が前記第2の座標空間内に示された第2のグラフを生成するグラフ生成部と、
前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加する状態情報付加部と、
を備えるグラフ生成装置。
a data acquisition unit that acquires a first graph in which a time series of data related to a prediction target is shown in a first coordinate space ;
a graph generating unit that generates a second graph in which the time series is displayed in the second coordinate space by performing coordinate transformation from the first coordinates to second coordinates using a distance index that is a weighted sum of a distance in the first coordinate space between two pieces of data included in the time series displayed in the first coordinate space and a time interval in the time series between the two pieces of data, such that the smaller the value of the distance index, the closer the distance between the two pieces of data in the second coordinate space;
a state information adding unit that adds, to a portion of the coordinate space, information indicating a state of the prediction target at a time in the time series of the data that is converted into a coordinate value included in the portion;
A graph generating device comprising :
前記データ取得部は、前記第1の座標空間内の各地点における状態変化速度ベクトルが示されるデータである潮流図データを取得し、前記状態変化速度ベクトルに基づいて前記第1の座標空間内に状態の時系列データをプロットして前記第1のグラフを生成する、
請求項に記載のグラフ生成装置。
the data acquisition unit acquires tidal flow chart data that is data indicating a state change speed vector at each point in the first coordinate space, and plots time-series data of the state in the first coordinate space based on the state change speed vector to generate the first graph;
The graph generating device according to claim 2 .
予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行う予測部
を備える状態予測装置。
a prediction unit that performs a state prediction on a time series of data related to a prediction target using a graph whose coordinate space is the feature space obtained by converting each of the data included in the time series into feature quantities using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in a feature space between two feature quantities obtained by extracting feature quantities from each of two data included in the same time series among the time series of data related to the prediction target is, the closer the distance in a feature space between the two feature quantities is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient in the time series of the two data.
前記予測部は、状態予測対象として示される状態変化前の前記予測対象の状態が前記座標空間にプロットされる点と前記座標空間における距離が最も小さい、前記データを検出し、検出した前記データから他の前記データへの前記グラフのエッジに基づいて、状態変化後の前記予測対象の状態を予測する
請求項に記載の状態予測装置。
5. The state prediction device according to claim 4, wherein the prediction unit detects the data at a smallest distance in the coordinate space from a point at which the state of the prediction target before a state change indicated as the state prediction target is plotted in the coordinate space , and predicts the state of the prediction target after the state change based on an edge in the graph from the detected data to another data.
前記予測部は、状態予測対象として示される状態変化前の前記予測対象の状態が前記座標空間にプロットされる点から、前記座標空間における所定の距離以内に位置する、前記データを検出し、検出した前記データから他の前記データへの前記グラフのエッジに基づいて、状態変化後の前記予測対象の状態を予測する
請求項に記載の状態予測装置。
5. The state prediction device according to claim 4, wherein the prediction unit detects the data located within a predetermined distance in the coordinate space from a point at which a state of the prediction target before a state change indicated as a state prediction target is plotted in the coordinate space , and predicts the state of the prediction target after a state change based on an edge of the graph from the detected data to another data.
コンピュータが、
予測対象に関するデータの時系列を取得することと、
同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成することと、
前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加することと、
を含むグラフ生成方法。
The computer
Obtaining a time series of data relating to a target for prediction;
converting each of the data included in the time series into the feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in a feature space between two feature amounts obtained by performing feature extraction on each of the two data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient by the time interval in the time series of the two data, the higher the evaluation ; and generating a graph in which the feature space is a coordinate space;
adding information to a portion of the coordinate space that indicates a state of the prediction target at a time in the time series of the data that is converted into a coordinate value included in the portion;
A graph generation method including:
コンピュータが、
予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行うこと
を含む状態予測方法。
The computer
a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which an evaluation is higher the closer the distance in a feature space between two feature values obtained by performing feature extraction on each of two data included in the same time series of data related to a prediction target is to a value obtained by multiplying a time interval in the time series of the two data by a predetermined proportional coefficient, and converting each of the data included in the time series into the feature values, and predicting a state of the prediction target using a graph in which the feature space is a coordinate space .
コンピュータに、
予測対象に関するデータの時系列を取得することと、
同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを生成することと、
前記座標空間の部分に、その部分に含まれる座標値に変換される前記データの前記時系列における時刻における前記予測対象の状態を示す情報を付加することと、
を実行させるためのプログラム。
On the computer,
Obtaining a time series of data relating to a target for prediction;
converting each of the data included in the time series into the feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the closer the distance in a feature space between two feature amounts obtained by performing feature extraction on each of the two data included in the same time series is to a value obtained by multiplying a predetermined proportionality coefficient by the time interval in the time series of the two data, the higher the evaluation ; and generating a graph in which the feature space is a coordinate space;
adding information to a portion of the coordinate space that indicates a state of the prediction target at a time in the time series of the data that is converted into a coordinate value included in the portion;
A program to execute.
コンピュータに、
予測対象に関するデータの時系列のうち同一の前記時系列に含まれる2つの前記データのそれぞれに対して特徴量抽出をおこなって得られる2つの特徴量の、特徴量空間における距離が、2つの前記データの前記時系列における時間間隔に所定の比例係数を乗算した値に近いほど評価が高くなる評価指標を用いた学習で得られた特徴量抽出方法を用いて、前記時系列に含まれる前記データの各々を前記特徴量に変換して得られた、前記特徴量空間を座標空間とするグラフを用いて、前記予測対象の状態予測を行うこと
を実行させるためのプログラム。
On the computer,
A program for executing the following: predicting a state of a prediction target using a graph whose coordinate space is the feature space obtained by converting each of the data included in the time series into a feature using a feature extraction method obtained by learning using an evaluation index in which the evaluation is higher the closer the distance in feature space between two feature values obtained by extracting features from each of two data included in the same time series of data related to the prediction target is to a value obtained by multiplying the time interval in the time series of the two data by a predetermined proportional coefficient .
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