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JP7803837B2 - Learning device, information processing device, learning method, and program - Google Patents
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JP7803837B2 - Learning device, information processing device, learning method, and program - Google Patents

Learning device, information processing device, learning method, and program

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Description

本発明は、学習装置、情報処理装置、学習方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a learning device, an information processing device, a learning method, and a program.

従来、コミュニケーションシーンに参加している人間同士の雰囲気を認識する技術が提案されている。例えば、非特許文献1には、画像から顔、ポーズ、ジェスチャ、視線などの特徴量を抽出して、既知の深層学習手法を利用してグループレベルでの感情の認識モデルを実現するための技術が開示されている。 Technology has been proposed to recognize the mood of people participating in a communication scene. For example, Non-Patent Document 1 discloses technology that extracts features such as face, pose, gesture, and gaze from an image, and uses known deep learning techniques to realize a group-level emotion recognition model.

Xin Guo, Bin Zhu, Luisa F. Polania, Charles Boncelet, and Kenneth E. Barner. 2018. Group-Level Emotion Recognition using Hybrid Deep Models based on Faces, Scenes, Skeletons and Visual Attentions. ACM International Conference on Multimodal Interaction 2018.Xin Guo, Bin Zhu, Luisa F. Polania, Charles Boncelet, and Kenneth E. Barner. 2018. Group-Level Emotion Recognition using Hybrid Deep Models based on Faces, Scenes, Skeletons and Visual Attentions. ACM International Conference on Multimodal Interaction 2018.

上記の技術は、画像に含まれる視覚特徴を抽出して複数のモデルを構築し、それらのモデルで認識した結果を融合することで雰囲気認識の実現を試みる技術である。しかしながら、画像のような1つのモーダルの種類のデータから抽出された特徴(例えば、顔特徴や表情特徴等)だけでは、実用的な認識性能を担保することが難しい場合がある。 The above technology attempts to achieve mood recognition by extracting visual features contained in an image, building multiple models, and fusing the results of recognition using these models. However, it can be difficult to ensure practical recognition performance using only features extracted from a single modal type of data, such as an image (e.g., facial features, facial expression features, etc.).

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、モデルの認識性能を向上させることを目的とする。 The present invention was made in consideration of these points and aims to improve the recognition performance of models.

本発明の第1の態様にかかる学習装置は、所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第1学習部と、前記第1学習部が学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定する設定部と、前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第2学習部と、を有する。 A learning device according to a first aspect of the present invention includes: a first learning unit that learns parameters of each layer of a first neural network consisting of multiple layers so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network, the first neural network outputs the label associated with the first vector data; a setting unit that sets the parameters of each layer of the first neural network learned by the first learning unit to each layer of a second neural network consisting of multiple layers; and a second learning unit that learns parameters of each layer of the second neural network so that, when second vector data associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data.

前記学習装置は、前記ラベルが対応付けられているモーダルデータを取得するモーダルデータ取得部と、前記モーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの種類とは異なる他の種類のモーダルの特徴が表現された前記第1ベクトルデータに変換する第1変換部と、前記モーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された前記第2ベクトルデータに変換する第2変換部と、をさらに有してもよい。 The learning device may further include a modal data acquisition unit that acquires modal data associated with the label, a first conversion unit that converts the modal data into the first vector data that expresses modal features of a type different from the type of modal corresponding to the modal data, and a second conversion unit that converts the modal data into the second vector data that expresses modal features corresponding to the modal data.

前記第1変換部は、前記モーダルデータを、それぞれモーダルの種類が異なる複数の前記第1ベクトルデータに変換してもよいし、前記学習装置は、前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに、前記第1学習部が実行する処理と、前記設定部が実行する処理と、前記第2学習部が実行する処理とを順番に実行させる学習制御部をさらに有してもよいし、前記学習制御部は、前記第2学習部が実行する処理を実行させた後において、前記第1学習部が実行する処理を実行させる前に、前記設定部に対して、前記第2学習部が学習した前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、前記第1ニューラルネットワークを構成する各層に設定する処理を実行させてもよい。 The first conversion unit may convert the modal data into a plurality of first vector data each having a different modal type, and the learning device may further include a learning control unit that sequentially executes the processing executed by the first learning unit, the processing executed by the setting unit, and the processing executed by the second learning unit for each of the first vector data converted by the first conversion unit, and the learning control unit may, after executing the processing executed by the second learning unit and before executing the processing executed by the first learning unit, cause the setting unit to execute a process of setting the parameters of each layer constituting the second neural network learned by the second learning unit to each layer constituting the first neural network.

前記学習制御部は、前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させた後に、再度、前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させてもよい。 The learning control unit may execute each process in sequence for each of the first vector data converted by the first conversion unit, and then execute each process in sequence again for each of the first vector data converted by the first conversion unit.

本発明の第2の態様にかかる情報処理装置は、前記学習装置が生成した前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習モデルとして記憶する記憶部と、前記モーダルデータとモーダルが同じ種類の同種データを取得する同種データ取得部と、前記記憶部が記憶する学習モデルを前記同種データ取得部が取得した前記同種データに適用することにより、前記同種データに対応するラベルを出力するモデル適用部と、を有する。 An information processing device according to a second aspect of the present invention includes a memory unit that stores, as a learning model, parameters of each layer constituting the second neural network generated by the learning device; a homogeneous data acquisition unit that acquires homogeneous data of the same modal type as the modal data; and a model application unit that applies the learning model stored in the memory unit to the homogeneous data acquired by the homogeneous data acquisition unit, thereby outputting a label corresponding to the homogeneous data.

本発明の第3の態様にかかる学習方法は、コンピュータが実行する、所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習するステップと、学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定するステップと、前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習するステップと、を有する。 A learning method according to a third aspect of the present invention is executed by a computer and includes the steps of: learning parameters of each layer constituting a first neural network consisting of multiple layers so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network, the first neural network outputs the label associated with the first vector data; setting the trained parameters of each layer constituting the first neural network to each layer constituting a second neural network consisting of multiple layers; and learning parameters of each layer constituting the second neural network so that, when second vector data associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data.

本発明の第4の態様にかかるプログラムは、コンピュータを、所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第1学習部、前記第1学習部が学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定する設定部、及び前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第2学習部、として機能させる。 A fourth aspect of the present invention provides a program that causes a computer to function as a first learning unit that learns parameters of each layer of a first neural network consisting of multiple layers so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network, the first neural network outputs the label associated with the first vector data; a setting unit that sets the parameters of each layer of the first neural network learned by the first learning unit to each layer of a second neural network consisting of multiple layers; and a second learning unit that learns parameters of each layer of the second neural network so that, when second vector data associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data.

本発明によれば、モデルの認識性能を向上させることができるという効果を奏する。 The present invention has the effect of improving the recognition performance of the model.

情報処理システムの概要を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an overview of an information processing system. 学習装置の機能構成を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of a learning device. 情報処理装置の機能構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of an information processing device. 学習制御部による処理の制御を模式的に表した図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating control of processing by a learning control unit. 学習装置が実行する学習処理の流れを説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the flow of a learning process executed by the learning device.

[情報処理システムSの概要]
図1は、情報処理システムSの概要を説明するための図である。情報処理システムSは、所定のモーダルデータを認識するために用いられるシステムである。所定のモーダルデータは、例えば、複数の人物の間の状態又は行動等(例えば雰囲気)を示すデータであり、複数の人物を被写体として含む画像データ、複数の人物の音声を含む音声データ、複数の人物間の状態又は行動等を文章で表した文字列データ、センサが検出した複数の人物それぞれの生体データ等である。
[Outline of Information Processing System S]
1 is a diagram illustrating an overview of an information processing system S. The information processing system S is a system used to recognize predetermined modal data. The predetermined modal data is, for example, data indicating a state or behavior (e.g., atmosphere) between multiple people, such as image data including multiple people as subjects, audio data including the voices of multiple people, character string data expressing the state or behavior between multiple people in text, and biometric data of each of multiple people detected by a sensor.

「所定のモーダルデータの認識」は、例えば、複数の人物間の雰囲気の認識である。雰囲気は、例えば、画像データに含まれる被写体同士の雰囲気の良し悪しを示す概念である。「所定のモーダルデータの認識」は、これに限らず、音声認識、画像認識、感情認識等であってもよい。情報処理システムSは、学習装置1と、情報処理装置2とを有する。 "Recognition of specified modal data" is, for example, recognition of the atmosphere between multiple people. Atmosphere is a concept that indicates, for example, whether the atmosphere between subjects included in image data is good or bad. "Recognition of specified modal data" is not limited to this, and may also be voice recognition, image recognition, emotion recognition, etc. The information processing system S has a learning device 1 and an information processing device 2.

学習装置1は、所定のモーダルデータを認識するために用いられる学習モデルを生成するコンピュータである。学習モデルは、複数の層から構成されるニューラルネットワークを利用して、所定のモーダルの特徴が表現されたベクトルデータを入力したときに、当該ベクトルデータに対応するラベルを出力する機械学習モデルである。所定のモーダルは、例えば、画像、音声、文字列、センシング等である。 The learning device 1 is a computer that generates a learning model used to recognize specified modal data. The learning model is a machine learning model that uses a neural network consisting of multiple layers to output a label corresponding to vector data when vector data expressing the characteristics of a specified modal is input. Examples of specified modal data include images, audio, character strings, and sensing.

情報処理装置2は、所定のモーダルデータを認識するための認識処理を実行するコンピュータである。情報処理装置2は、それぞれ異なる複数のモーダルの知識が反映された学習モデルを用いて認識処理を実行する。 The information processing device 2 is a computer that executes recognition processing to recognize specified modal data. The information processing device 2 executes recognition processing using a learning model that reflects knowledge of multiple different modalities.

学習装置1は、学習モデルを生成するとき、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータと、ラベル(複数のベクトルデータに共通するラベル)とが対応付けられたデータを教師データとして用いる。複数のベクトルデータは、例えば、複数の人物を被写体として含む画像データの特徴が表現されたベクトルデータ、画像データに含まれる被写体の音声データの特徴が表現されたベクトルデータ、画像データに含まれる被写体の状態又は行動等を文章で表した説明文の特徴が表現されたベクトルデータ、画像データに含まれる被写体の生体データの特徴が表現されたベクトルデータ等である。ラベルは、例えば、複数の人物を被写体として含む画像データの特徴が表現されたベクトルデータから得られる雰囲気を示す。 When generating a learning model, the learning device 1 uses as training data multiple vector data of different modal types associated with labels (labels common to the multiple vector data). The multiple vector data include, for example, vector data expressing the characteristics of image data containing multiple people as subjects, vector data expressing the characteristics of audio data of the subjects contained in the image data, vector data expressing the characteristics of explanatory text that describes the state or behavior of the subject contained in the image data, and vector data expressing the characteristics of biometric data of the subject contained in the image data. The label indicates, for example, the atmosphere obtained from vector data expressing the characteristics of image data containing multiple people as subjects.

「画像データに含まれる被写体の状態又は行動等を文章で表した説明文」とは、画像データに含まれる被写体(人物以外も含む)を描写した文章であり、少なくとも名詞と動詞とを含む文章である。説明文の具体例としては、例えば、「二人の男性が口論をしている」、「3人の女性がカフェで紅茶を飲んでいる」、「会議室の白板にグラフが描かれている」等である。 "A description that describes in writing the state or behavior of a subject included in image data" is a sentence that describes a subject (including subjects other than people) included in the image data, and includes at least a noun and a verb. Specific examples of a description include, for example, "Two men are arguing," "Three women are drinking tea in a cafe," and "A graph is drawn on the whiteboard in the conference room."

この教師データを用いることにより、学習装置1は、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータの知識が反映された学習モデルを生成することができる。
以下、図1を参照して、学習装置1が実行する処理の概要を説明する。
By using this training data, the learning device 1 can generate a learning model that reflects knowledge of a plurality of vector data each having a different modal type.
Hereinafter, an outline of the processing executed by the learning device 1 will be described with reference to FIG.

図1において、教師データT(第1教師データT1及び第2教師データT2)は、学習に用いられる教師データである。 In Figure 1, the training data T (first training data T1 and second training data T2) is training data used for learning.

第1教師データT1は、第1モーダル(例えば音声)の特徴が表現された第1ベクトルデータV1と、ラベルLとが対応付けられたデータである。第1ベクトルデータV1は、例えば、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータとはモーダルの種類が異なる他の種類のモーダルの特徴が表現されたベクトルデータである。 The first training data T1 is data in which first vector data V1 expressing the characteristics of a first modal (e.g., speech) is associated with a label L. The first vector data V1 is, for example, vector data expressing the characteristics of a different type of modal from the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2.

第2教師データT2は、第1モーダルとは異なる種類の第2モーダル(例えば画像)の特徴が表現された第2ベクトルデータV2と、第1教師データT1に含まれるラベルLと同じラベルLとが対応付けられたデータである。第2ベクトルデータV2は、例えば、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータと同じ種類のモーダルの特徴が表現されたベクトルデータである。 The second training data T2 is data in which second vector data V2, which expresses the features of a second modal (e.g., an image) of a type different from the first modal, is associated with a label L that is the same as the label L included in the first training data T1. The second vector data V2 is, for example, vector data that expresses the features of a modal of the same type as the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2.

一例として、ラベルLは1から5までの5段階の数値で表現され、数値が大きいほど雰囲気がよいことを示す。図1に例示する教師データTでは、雰囲気を示すラベルLが「5」であり、雰囲気がよいことを示している。 As an example, the label L is expressed as a five-level numerical value from 1 to 5, with the higher the numerical value, the better the atmosphere. In the training data T shown in Figure 1, the label L indicating the atmosphere is "5," indicating a good atmosphere.

第1ニューラルネットワークN1は、第1ベクトルデータV1を入力したときに、第1ベクトルデータV1の元となった第1教師データT1に含まれるラベルLを出力するためのニューラルネットワークである。第2ニューラルネットワークN2は、第2ベクトルデータV2を入力したときに、第2ベクトルデータV2の元となった第2教師データT2に含まれるラベルLを出力するためのニューラルネットワークである。第2ニューラルネットワークN2は、情報処理装置2が実行する認識処理において用いられるニューラルネットワークである。第1ニューラルネットワークN1と第2ニューラルネットワークN2とは、入力層、出力層、及び中間層を含む複数の層から構成されるニューラルネットワークであって、共通する複数の層から構成されるニューラルネットワークである。 The first neural network N1 is a neural network for outputting the label L contained in the first teacher data T1 from which the first vector data V1 was derived when the first vector data V1 was input. The second neural network N2 is a neural network for outputting the label L contained in the second teacher data T2 from which the second vector data V2 was derived when the second vector data V2 was input. The second neural network N2 is a neural network used in the recognition processing executed by the information processing device 2. The first neural network N1 and the second neural network N2 are neural networks composed of multiple layers including an input layer, an output layer, and an intermediate layer, and are neural networks composed of multiple layers in common.

既知の技術であるため詳細な説明は省略するが、学習装置1は、第1ニューラルネットワークN1に第1ベクトルデータV1を入力したときの出力と教師データTに含まれるラベルLとの誤差を逆伝搬することにより、第1ニューラルネットワークN1を構成するパラメータを学習する。第2ニューラルネットワークN2の学習についても同様である。 Since this is a known technique, detailed explanation will be omitted, but the learning device 1 learns the parameters that make up the first neural network N1 by backpropagating the error between the output when first vector data V1 is input to the first neural network N1 and the label L included in the training data T. The same applies to learning the second neural network N2.

学習モデルにおいては、1つの種類のモーダルに基づく知識が反映される場合より、それぞれ異なる複数の種類のモーダルに基づく知識が反映された場合の方が、認識性能が向上し得る。そこで、学習装置1は、第1ニューラルネットワークN1の学習処理を実行した後において、第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層に設定してから、第2ニューラルネットワークN2の学習処理を実行する。 In a learning model, recognition performance can be improved when knowledge based on multiple different types of modalities is reflected rather than when knowledge based on a single type of modal is reflected. Therefore, after executing the learning process for the first neural network N1, the learning device 1 sets the parameters of each layer that makes up the first neural network N1 to each layer that makes up the second neural network N2, and then executes the learning process for the second neural network N2.

上述したように、第1ニューラルネットワークN1は、第1ベクトルデータV1を入力したときに第1ベクトルデータV1に対応するラベルLを出力するように学習される。すなわち、第1ニューラルネットワークN1は、第1モーダルに基づく情報ないし知識が学習されるニューラルネットワークと言えるため、第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータには、第1モーダルに基づく知識が含まれると考えられる。 As described above, the first neural network N1 is trained to output a label L corresponding to the first vector data V1 when the first vector data V1 is input. In other words, the first neural network N1 can be said to be a neural network that learns information or knowledge based on the first modal, and therefore the parameters of each layer that makes up the first neural network N1 are considered to include knowledge based on the first modal.

したがって、第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層に設定することにより、第1モーダに基づく知識を第2ニューラルネットワークN2に反映させることができる。その後、第2ニューラルネットワークN2は、第2ベクトルデータV2を入力したときに第2ベクトルデータV2に対応付けられているラベルLを出力するように学習されることで、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータに対して第2モーダルに基づく知識をさらに反映させることができる。これにより、第2ニューラルネットワークN2の学習モデルは、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータの知識に基づいて、ラベルが未知である1つのモーダルの種類のベクトルデータを認識することができる。その結果、学習装置1は、学習モデルの認識性能を向上させることができる。 Therefore, by setting the parameters of each layer constituting the first neural network N1 to each layer constituting the second neural network N2, knowledge based on the first modal can be reflected in the second neural network N2. The second neural network N2 is then trained to output the label L associated with the second vector data V2 when the second vector data V2 is input, thereby further reflecting knowledge based on the second modal in the parameters of each layer constituting the second neural network N2. This allows the learning model of the second neural network N2 to recognize vector data of a single modal type with an unknown label, based on knowledge of multiple vector data each of different modal types. As a result, the learning device 1 can improve the recognition performance of the learning model.

[学習装置1の構成]
図2は、学習装置1の機能構成を模式的に示す図である。学習装置1は、記憶部11と制御部12とを備える。図2において、矢印は主なデータの流れを示しており、図2に示していないデータの流れがあってもよい。図2において、各機能ブロックはハードウェア(装置)単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図2に示す機能ブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。機能ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてもよい。
[Configuration of learning device 1]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the functional configuration of the learning device 1. The learning device 1 includes a storage unit 11 and a control unit 12. In FIG. 2, arrows indicate the main data flows, and there may be other data flows not shown in FIG. 2. In FIG. 2, each functional block indicates a functional unit configuration, not a hardware (device) unit configuration. Therefore, the functional blocks shown in FIG. 2 may be implemented in a single device, or may be implemented separately in multiple devices. Data may be exchanged between functional blocks via any means, such as a data bus, a network, or a portable storage medium.

記憶部11は、学習装置1を実現するコンピュータのBIOS(Basic Input Output System)等を格納するROM(Read Only Memory)や学習装置1の作業領域となるRAM(Random Access Memory)、OS(Operating System)やアプリケーションプログラム、当該アプリケーションプログラムの実行時に参照される種々の情報を格納するHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の大容量記憶装置である。 The storage unit 11 is a large-capacity storage device such as a ROM (Read Only Memory) that stores the BIOS (Basic Input Output System) of the computer that implements the learning device 1, a RAM (Random Access Memory) that serves as the working area for the learning device 1, an HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive) that stores the OS (Operating System), application programs, and various information referenced when the application programs are executed.

制御部12は、学習装置1のCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサであり、記憶部11に記憶されたプログラムを実行することによって、学習制御部121、第1学習部122、第2学習部123、設定部124、モーダルデータ取得部125、第1変換部126及び第2変換部127として機能する。学習制御部121、第1学習部122、第2学習部123、設定部124、モーダルデータ取得部125、第1変換部126及び第2変換部127の機能の詳細については後述する。 The control unit 12 is a processor such as the CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphics Processing Unit) of the learning device 1, and functions as a learning control unit 121, a first learning unit 122, a second learning unit 123, a setting unit 124, a modal data acquisition unit 125, a first conversion unit 126, and a second conversion unit 127 by executing programs stored in the memory unit 11. The functions of the learning control unit 121, the first learning unit 122, the second learning unit 123, the setting unit 124, the modal data acquisition unit 125, the first conversion unit 126, and the second conversion unit 127 will be described in detail below.

なお、図2は、学習装置1が単一の装置で構成されている場合の例を示している。しかしながら、学習装置1は、例えばクラウドコンピューティングシステムのように複数のプロセッサやメモリ等の計算リソースによって実現されてもよい。この場合、制御部12を構成する各部は、複数の異なるプロセッサの中の少なくともいずれかのプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。 Note that Figure 2 shows an example in which the learning device 1 is configured as a single device. However, the learning device 1 may also be implemented using multiple processors, memory, and other computing resources, such as a cloud computing system. In this case, each component of the control unit 12 is implemented by at least one of the multiple different processors executing a program.

[情報処理装置2の構成]
図3は、情報処理装置2の機能構成を模式的に示す図である。情報処理装置2は、記憶部21と制御部22とを備える。図3において、矢印は主なデータの流れを示しており、図3に示していないデータの流れがあってもよい。図3において、各機能ブロックはハードウェア(装置)単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図3に示す機能ブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に分かれて実装されてもよい。機能ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてもよい。
[Configuration of information processing device 2]
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the functional configuration of an information processing device 2. The information processing device 2 includes a storage unit 21 and a control unit 22. In FIG. 3, arrows indicate main data flows, and data flows not shown in FIG. 3 may also exist. In FIG. 3, each functional block indicates a functional unit configuration, not a hardware (device) unit configuration. Therefore, the functional blocks shown in FIG. 3 may be implemented in a single device, or may be implemented separately in multiple devices. Data may be exchanged between functional blocks via any means, such as a data bus, a network, or a portable storage medium.

記憶部21は、情報処理装置2を実現するコンピュータのBIOS等を格納するROMや情報処理装置2の作業領域となるRAM、OSやアプリケーションプログラム、当該アプリケーションプログラムの実行時に参照される種々の情報を格納するHDDやSSD等の大容量記憶装置である。 The storage unit 21 is a large-capacity storage device such as an HDD or SSD that stores the BIOS and other information of the computer that implements the information processing device 2, RAM that serves as the working area of the information processing device 2, the OS, application programs, and various information referenced when the application programs are executed.

制御部22は、情報処理装置2のCPUやGPU等のプロセッサであり、記憶部21に記憶されたプログラムを実行することによって、同種データ取得部221及びモデル適用部222として機能する。同種データ取得部221及びモデル適用部222の機能の詳細については後述する。 The control unit 22 is a processor such as a CPU or GPU of the information processing device 2, and functions as a homogeneous data acquisition unit 221 and a model application unit 222 by executing programs stored in the storage unit 21. The functions of the homogeneous data acquisition unit 221 and the model application unit 222 will be described in detail below.

なお、図3は、情報処理装置2が単一の装置で構成されている場合の例を示している。しかしながら、情報処理装置2は、例えばクラウドコンピューティングシステムのように複数のプロセッサやメモリ等の計算リソースによって実現されてもよい。この場合、制御部22を構成する各部は、複数の異なるプロセッサの中の少なくともいずれかのプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。 Note that Figure 3 shows an example in which the information processing device 2 is configured as a single device. However, the information processing device 2 may also be implemented using multiple processors, memory, and other computing resources, such as in a cloud computing system. In this case, each unit that makes up the control unit 22 is implemented by at least one of the multiple different processors executing a program.

[学習処理]
まず、学習装置1が実行する学習処理について説明する。学習制御部121は、第1学習部122が実行する処理と、第2学習部123が実行する処理と、設定部124が実行する処理とを制御する。
[Learning process]
First, a description will be given of the learning process executed by the learning device 1. The learning control unit 121 controls the process executed by the first learning unit 122, the process executed by the second learning unit 123, and the process executed by the setting unit 124.

第1学習部122は、第1教師データT1を用いて第1ニューラルネットワークN1を学習する。具体的には、第1学習部122は、第1教師データT1においてラベルLが対応付けられている第1ベクトルデータV1を第1ニューラルネットワークN1に入力したときに、当該第1ベクトルデータV1に対応付けられているラベルLを出力するように第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを学習する。 The first learning unit 122 learns the first neural network N1 using the first teacher data T1. Specifically, when first vector data V1 associated with a label L in the first teacher data T1 is input to the first neural network N1, the first learning unit 122 learns the parameters of each layer constituting the first neural network N1 so that the label L associated with the first vector data V1 is output.

第2学習部123は、第2教師データT2を用いて第2ニューラルネットワークN2を学習する。具体的には、第2学習部123は、第2教師データT2において第1ベクトルデータV1に対応付けられているラベルLと同じラベルLが対応付けられている第2ベクトルデータV2を第2ニューラルネットワークN2に入力したときに、当該第2ベクトルデータV2に対応付けられているラベルLを出力するように第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを学習する。 The second learning unit 123 learns the second neural network N2 using the second teacher data T2. Specifically, when second vector data V2 associated with the same label L as the label L associated with the first vector data V1 in the second teacher data T2 is input to the second neural network N2, the second learning unit 123 learns the parameters of each layer constituting the second neural network N2 so as to output the label L associated with the second vector data V2.

ここで、第2学習部123は、第1学習部122が学習した第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを初期パラメータとして用いて、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを学習する。具体的には、まず、設定部124は、第1学習部122が学習した第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層に設定する。そして、第2学習部123は、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層にパラメータが設定された後に、第2ベクトルデータV2を第2ニューラルネットワークN2に入力したときに、当該第2ベクトルデータV2に対応付けられているラベルLを出力するように第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを学習する。 Here, the second learning unit 123 uses the parameters of each layer constituting the first neural network learned by the first learning unit 122 as initial parameters to learn the parameters of each layer constituting the second neural network N2. Specifically, first, the setting unit 124 sets the parameters of each layer constituting the first neural network N1 learned by the first learning unit 122 to each layer constituting the second neural network N2. Then, after the parameters have been set in each layer constituting the second neural network N2, the second learning unit 123 learns the parameters of each layer constituting the second neural network N2 so that when second vector data V2 is input to the second neural network N2, the label L associated with the second vector data V2 is output.

第1ベクトルデータV1及び第2ベクトルデータV2は、例えば、同じモーダルデータから変換されたベクトルデータである。第1ベクトルデータV1に対応するモーダルと、モーダルデータ又は第2ベクトルデータV2に対応するモーダルとは、それぞれ異なる種類のモーダルである。 The first vector data V1 and the second vector data V2 are, for example, vector data converted from the same modal data. The modal corresponding to the first vector data V1 and the modal data or the modal corresponding to the second vector data V2 are different types of modal.

具体的には、まず、モーダルデータ取得部125は、ラベルLが対応付けられているモーダルデータを取得する。そして、第1変換部126は、モーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの種類とは異なる他の種類のモーダルの特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。 Specifically, first, the modal data acquisition unit 125 acquires modal data associated with the label L. Then, the first conversion unit 126 converts the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into first vector data V1 that expresses the characteristics of a modal type different from the type of modal corresponding to the modal data.

例えば、モーダルデータのモーダルが画像である場合、第1変換部126は、画像とは異なる他の種類のモーダル(例えば、音声、文字列又はセンシング)の特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。第1変換部126は、例えば、既知の第1変換器(例えば、CLIP(Contrastive Language-Image Pre-Training)、DALL・E等のモデル)を用いて、モーダルデータを第1ベクトルデータV1に変換する。 For example, if the modal data is an image, the first conversion unit 126 converts it into first vector data V1 that expresses the characteristics of a different type of modal (e.g., audio, text, or sensing) different from an image. The first conversion unit 126 converts the modal data into first vector data V1 using, for example, a known first converter (e.g., a model such as CLIP (Contrastive Language-Image Pre-Training) or DALL-E).

第2ベクトルデータV2に対応するモーダルと、モーダルデータに対応するモーダルとは、同じ種類のモーダルである。具体的には、第2変換部127は、モーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された第2ベクトルデータV2に変換する。例えば、モーダルデータのモーダルが画像である場合、第2変換部127は、画像の特徴が表現された第2ベクトルデータV2に変換する。第2変換部127は、例えば、既知の第2変換器(例えば、VGG(Visual Geometry Group)等のモデル)を用いて、モーダルデータを第2ベクトルデータV2に変換する。このようにすることで、学習装置1は、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータを作成することができる。 The modal corresponding to the second vector data V2 and the modal corresponding to the modal data are the same type of modal. Specifically, the second conversion unit 127 converts the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into second vector data V2 that expresses the characteristics of the modal corresponding to the modal data. For example, if the modal of the modal data is an image, the second conversion unit 127 converts it into second vector data V2 that expresses the characteristics of the image. The second conversion unit 127 converts the modal data into second vector data V2 using, for example, a known second converter (for example, a model such as VGG (Visual Geometry Group)). In this way, the learning device 1 can create multiple vector data each with a different modal type.

上記において、学習装置1が、取得した1つのモーダルデータをそれぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータに変換する例を説明したが、これに限らない。例えば、学習装置1は、それぞれモーダルの種類が異なる複数のモーダルデータを、それぞれに対応する複数のベクトルデータに変換してもよい。 In the above, an example has been described in which the learning device 1 converts one acquired piece of modal data into multiple vector data each having a different modal type, but this is not limiting. For example, the learning device 1 may convert multiple pieces of modal data each having a different modal type into multiple corresponding vector data.

具体的には、まず、モーダルデータ取得部125は、それぞれ共通のラベルLが対応付けられている複数のモーダルデータであって、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータを取得する。そして、第1変換部126は、モーダルデータ取得部125が取得した複数のモーダルデータのうち、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータとはモーダルの種類が異なる他の種類のモーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。また、第2変換部127は、モーダルデータ取得部125が取得した複数のモーダルデータのうち、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータと同じモーダルの種類のモーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された第2ベクトルデータV2に変換する。 Specifically, the modal data acquisition unit 125 first acquires a plurality of vector data, each of which is a plurality of modal data associated with a common label L and has a different modal type. The first conversion unit 126 then converts the plurality of modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into first vector data V1, which expresses modal features corresponding to other types of modal data that are different in modal type from the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2. The second conversion unit 127 also converts the plurality of modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into second vector data V2, which expresses modal features corresponding to modal data of the same modal type as the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2.

例えば、モーダルデータ取得部125が、複数のモーダルデータとして、画像データ、音声データ及び文字列データを取得した場合であって、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータのモーダルが画像である場合、第1変換部126は、音声データを音声の特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換し、文字列データを文字列の特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。また、第2変換部127は、画像データを画像の特徴が表現された第2ベクトルデータV2に変換する。 For example, if the modal data acquisition unit 125 acquires image data, audio data, and character string data as multiple modal data, and the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2 is an image, the first conversion unit 126 converts the audio data into first vector data V1 that expresses the characteristics of the audio, and converts the character string data into first vector data V1 that expresses the characteristics of the character string. Furthermore, the second conversion unit 127 converts the image data into second vector data V2 that expresses the characteristics of the image.

学習装置1は、それぞれモーダルの種類が異なる複数のモーダルデータのうちのいずれかを、他の種類のモーダルの特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換してもよい。例えば、モーダルデータ取得部125が、複数のモーダルデータとして、画像データ及び音声データを取得した場合において、まず、第1変換部126は、画像データ及び音声データの中から、第1ベクトルデータV1に変換するために用いるモーダルデータを選択する。そして、第1変換部126は、選択したモーダルデータ(例えば画像データ)を、画像とは異なる他の種類のモーダル(例えば文字列)の特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。第1変換部126は、例えば、複数のモーダルデータの中から、情報処理装置2が実行する認識処理において認識する対象のモーダルデータのモーダルの種類と同じ種類のモーダルデータを選択し、選択したモーダルデータを、当該モーダルとは異なる他の種類のモーダルの特徴が表現された第1ベクトルデータV1に変換する。 The learning device 1 may convert any of a plurality of modal data, each having a different modal type, into first vector data V1 that expresses the characteristics of the other type of modal. For example, if the modal data acquisition unit 125 acquires image data and audio data as a plurality of modal data, the first conversion unit 126 first selects modal data from the image data and audio data to use for conversion into the first vector data V1. The first conversion unit 126 then converts the selected modal data (e.g., image data) into first vector data V1 that expresses the characteristics of a modal type different from an image (e.g., a character string). For example, the first conversion unit 126 selects, from the plurality of modal data, modal data of the same type as the modal type of the modal data to be recognized in the recognition process executed by the information processing device 2, and converts the selected modal data into first vector data V1 that expresses the characteristics of a modal type different from the selected modal data.

学習制御部121は、第1変換部126及び第2変換部127それぞれによる第1ベクトルデータV1及び第2ベクトルデータV2への変換後に、第1学習部122が実行する第1ベクトルデータV1(第1教師データT1)に基づく処理と、設定部124が実行する処理と、第2学習部123が実行する第2ベクトルデータV2(第2教師データT2)に基づく処理とを順番に実行させる。学習制御部121は、それぞれモーダルの種類が異なる複数の第1ベクトルデータV1を用いて、第1学習部122が実行する処理と、設定部124が実行する処理と、第2学習部123が実行する処理とを実行させてもよい。 After the first conversion unit 126 and the second conversion unit 127 convert the first vector data V1 and the second vector data V2, respectively, the learning control unit 121 sequentially causes the first learning unit 122 to execute processing based on the first vector data V1 (first teacher data T1), the setting unit 124 to execute processing, and the second learning unit 123 to execute processing based on the second vector data V2 (second teacher data T2). The learning control unit 121 may also cause the first learning unit 122 to execute processing, the setting unit 124 to execute processing, and the second learning unit 123 to execute processing using multiple first vector data V1 each having a different modal type.

具体的には、まず、第1変換部126は、モーダルデータを、それぞれモーダルの種類が異なる複数の第1ベクトルデータV1に変換する。第1変換部126は、例えば、モーダルの種類ごとに、当該モーダルの種類ごとに異なる第1変換器を用いて、モーダルデータを第1ベクトルデータV1に変換する。 Specifically, the first conversion unit 126 first converts the modal data into multiple first vector data V1, each of which has a different modal type. For example, the first conversion unit 126 converts the modal data into first vector data V1 using a different first converter for each modal type.

そして、学習制御部121は、第1変換部126が変換した第1ベクトルデータV1ごとに、第1学習部122が実行する当該第1ベクトルデータV1に基づく処理と、設定部124が実行する処理と、第2学習部123が実行する第2ベクトルデータV2に基づく処理とを順番に実行させる。このとき、学習制御部121は、第2学習部123が実行する処理を実行させた後において、第1学習部122が実行する処理を実行させる前に、設定部124に対して、第2学習部123が学習した第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを、第1ニューラルネットワークN1を構成する各層に設定する処理を実行させる。 Then, for each piece of first vector data V1 converted by the first conversion unit 126, the learning control unit 121 sequentially causes the first learning unit 122 to execute processing based on the first vector data V1, the setting unit 124 to execute processing, and the second learning unit 123 to execute processing based on the second vector data V2. After causing the second learning unit 123 to execute processing, and before causing the first learning unit 122 to execute processing, the learning control unit 121 causes the setting unit 124 to execute processing to set the parameters of each layer constituting the second neural network N2 learned by the second learning unit 123 to each layer constituting the first neural network N1.

図4は、学習制御部121による処理の制御を模式的に表した図である。図4においては、第1変換部126が、第1ベクトルデータV1aと、第1ベクトルデータV1bとを変換した例を説明する。第1教師データT1aは、第1ベクトルデータV1aとラベルLとが対応付けられたデータである。また、第1教師データT1bは、第1ベクトルデータV1bとラベルL(第1教師データT1aに含まれるラベルL及び第2教師データT2に含まれるラベルLそれぞれと同じラベル)とが対応付けられたデータである。例えば、第1ベクトルデータV1aは、音声の特徴が表現されたベクトルデータであり、第1ベクトルデータV1bは、文字列の特徴が表現されたベクトルデータであり、第2ベクトルデータV2は、画像の特徴が表現されたベクトルデータである。 Figure 4 is a diagram schematically illustrating the control of processing by the learning control unit 121. Figure 4 illustrates an example in which the first conversion unit 126 converts first vector data V1a and first vector data V1b. The first teacher data T1a is data in which the first vector data V1a is associated with a label L. The first teacher data T1b is data in which the first vector data V1b is associated with a label L (the same label as the label L included in the first teacher data T1a and the label L included in the second teacher data T2). For example, the first vector data V1a is vector data representing audio features, the first vector data V1b is vector data representing character string features, and the second vector data V2 is vector data representing image features.

この場合において、まず、学習制御部121は、図4(a)に示す第1学習部122が実行する第1教師データT1aに基づく処理と、設定部124が実行する処理と、図4(b)に示す第2学習部123が実行する第2教師データT2に基づく処理とを順番に実行させる。学習制御部121は、第2学習部123が実行する第2教師データT2に基づく処理を実行した後の第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを、第1ニューラルネットワークN1bを構成する各層に設定する処理を設定部124に実行させる。 In this case, the learning control unit 121 first sequentially executes the processing based on the first teacher data T1a executed by the first learning unit 122 shown in FIG. 4(a), the processing executed by the setting unit 124, and the processing based on the second teacher data T2 executed by the second learning unit 123 shown in FIG. 4(b). The learning control unit 121 then executes the processing of setting the parameters of each layer constituting the second neural network N2, which is obtained after the processing based on the second teacher data T2 executed by the second learning unit 123, to each layer constituting the first neural network N1b.

そして、学習制御部121は、図4(c)に示す第1学習部122が実行する第1教師データT1bに基づく処理と、設定部124が実行する処理と、図4(d)に示す第2学習部123が実行する第2教師データT2に基づく処理とを順番に実行させる。このようにすることで、学習装置1は、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータに対して複数の第1モーダルに基づく知識を反映させることができる。 The learning control unit 121 then sequentially executes the processing based on the first teacher data T1b executed by the first learning unit 122 shown in FIG. 4(c), the processing executed by the setting unit 124, and the processing based on the second teacher data T2 executed by the second learning unit 123 shown in FIG. 4(d). In this way, the learning device 1 can reflect knowledge based on multiple first modals in the parameters of each layer constituting the second neural network N2.

学習制御部121は、各処理を繰り返し実行させてもよい。具体的には、学習制御部121は、第1変換部126が変換した第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させた後に、再度、第1変換部126が変換した第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させる。 The learning control unit 121 may repeatedly execute each process. Specifically, the learning control unit 121 executes each process in sequence for each piece of first vector data converted by the first conversion unit 126, and then executes each process in sequence again for each piece of first vector data converted by the first conversion unit 126.

図4に示す例において、学習制御部121は、図4(a)から図4(d)までに示す各処理を実行させた後に、再度、図4(a)から図4(d)までに示す各処理を実行させる。このとき、学習制御部121は、図4(a)から図4(d)までに示す各処理を実行させた後の図4(d)に示す第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを、図4(a)に示す第1ニューラルネットワークN1aを構成する各層に設定する処理を設定部124に実行させた後に、再度、図4に示す各処理を実行させる。このように、学習装置1は、各処理を繰り返し実行することで、第2ニューラルネットワークN2における認識性能のロバスト性を向上させることができる。 In the example shown in FIG. 4, the learning control unit 121 executes each of the processes shown in FIGS. 4(a) to 4(d), and then executes each of the processes shown in FIGS. 4(a) to 4(d) again. At this time, the learning control unit 121 causes the setting unit 124 to execute a process of setting the parameters of each layer constituting the second neural network N2 shown in FIG. 4(d) after executing each of the processes shown in FIGS. 4(a) to 4(d) to each layer constituting the first neural network N1a shown in FIG. 4(a), and then executes each of the processes shown in FIG. 4 again. In this way, the learning device 1 can improve the robustness of the recognition performance of the second neural network N2 by repeatedly executing each process.

[認識処理]
続いて、情報処理装置2が実行する認識処理について説明する。情報処理装置2において、記憶部21は、上述した学習装置1が生成した第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを学習モデルとして記憶している。
[Recognition processing]
Next, a description will be given of the recognition processing executed by the information processing device 2. In the information processing device 2, the storage unit 21 stores, as a learning model, parameters of each layer constituting the second neural network N2 generated by the above-described learning device 1.

同種データ取得部221は、同種データを取得する。同種データは、学習装置1のモーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータとモーダルが同じ種類のデータである。 The homogeneous data acquisition unit 221 acquires homogeneous data. Homogeneous data is data of the same type in modal as the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 of the learning device 1.

モデル適用部222は、記憶部21が記憶する学習モデルを同種データ取得部221が取得した同種データに適用することにより、同種データに対応するラベルLを出力する。具体的には、まず、モデル適用部222は、第2変換器を用いて、同種データ取得部221が取得した同種データをベクトルデータに変換する。そして、モデル適用部222は、記憶部21が記憶する学習モデルを、変換したベクトルデータに適用することにより、同種データに対応するラベルLを出力する。これにより、情報処理装置2は、それぞれ異なる複数のモーダルの知識が反映された学習モデルを用いて、同種データを認識することができる。 The model application unit 222 applies the learning model stored in the memory unit 21 to the homogeneous data acquired by the homogeneous data acquisition unit 221, thereby outputting a label L corresponding to the homogeneous data. Specifically, the model application unit 222 first converts the homogeneous data acquired by the homogeneous data acquisition unit 221 into vector data using the second converter. The model application unit 222 then applies the learning model stored in the memory unit 21 to the converted vector data, thereby outputting a label L corresponding to the homogeneous data. This allows the information processing device 2 to recognize homogeneous data using a learning model that reflects knowledge from multiple different modals.

上記において、モデル適用部222が、学習モデルを同種データに適用することにより、同種データに対応するラベルLを出力する例を説明したが、これに限らない。例えば、モデル適用部222は、学習モデルを、学習装置1のモーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータとモーダルの種類が異なる他種データに適用することにより、他種データに対応するラベルLを出力してもよい。 In the above, an example has been described in which the model application unit 222 applies the learning model to homogeneous data to output a label L corresponding to the homogeneous data, but this is not limiting. For example, the model application unit 222 may apply the learning model to heterogeneous data, the modal type of which is different from the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 of the learning device 1, to output a label L corresponding to the heterogeneous data.

例えば、まず、モデル適用部222は、第1変換器を用いて、他種データを、学習装置1のモーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータとモーダルが同じ種類のベクトルデータに変換する。そして、モデル適用部222は、記憶部21が記憶する学習モデルを、変換したベクトルデータに適用することにより、他種データに対応するラベルLを出力する。 For example, first, the model application unit 222 uses the first converter to convert the other type of data into vector data of the same modal type as the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 of the learning device 1. Then, the model application unit 222 applies the learning model stored in the memory unit 21 to the converted vector data, thereby outputting a label L corresponding to the other type of data.

また、例えば、モデル適用部222は、第2変換器を用いて、他種データとモーダルが同じ種類のベクトルデータに変換し、学習モデルを、変換したベクトルデータに適用することにより、他種データに対応するラベルLを出力してもよい。また、例えば、同種データ取得部221が、モーダルが未知の未知データを取得した場合、まず、モデル適用部222は、未知データのモーダルの種類を判定する。モデル適用部222は、例えば、公知の技術を用いて未知データのモーダルの種類を判定する。そして、モデル適用部222は、判定したモーダルの種類に対応する変換器(第1変換器又は第2変換器)を用いて未知データをベクトルデータに変換し、学習モデルを、変換したベクトルデータに適用することにより、未知データに対応するラベルLを出力してもよい。 Furthermore, for example, the model application unit 222 may use a second converter to convert the different type of data into vector data of the same type in modality, and apply the learning model to the converted vector data, thereby outputting a label L corresponding to the different type of data. Further, for example, when the same type of data acquisition unit 221 acquires unknown data of an unknown modality, the model application unit 222 first determines the modal type of the unknown data. The model application unit 222 may determine the modal type of the unknown data, for example, using known technology. Then, the model application unit 222 may convert the unknown data into vector data using a converter (first converter or second converter) corresponding to the determined modal type, and apply the learning model to the converted vector data, thereby outputting a label L corresponding to the unknown data.

[学習処理の流れ]
続いて、学習処理の流れについて説明する。図5は、学習装置1が実行する学習処理の流れを説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば学習装置1が起動したときに開始する。
[Learning process flow]
Next, the flow of the learning process will be described. Fig. 5 is a flowchart for explaining the flow of the learning process executed by the learning device 1. The process in this flowchart starts, for example, when the learning device 1 is started.

モーダルデータ取得部125は、ラベルLが対応付けられているモーダルデータを取得する(S1)。学習装置1は、モーダルデータを、モーダルの種類がそれぞれ異なる複数のベクトルデータに変換する(S2)。具体的には、第1変換部126は、モーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの種類とは異なる他の種類のモーダルの特徴が表現された一以上の第1ベクトルデータV1に変換する。また、第2変換部127は、モーダルデータ取得部125が取得したモーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された第2ベクトルデータV2に変換する。 The modal data acquisition unit 125 acquires modal data associated with a label L (S1). The learning device 1 converts the modal data into multiple vector data each having a different modal type (S2). Specifically, the first conversion unit 126 converts the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into one or more first vector data V1 that expresses the characteristics of a modal type different from the modal type corresponding to the modal data. Furthermore, the second conversion unit 127 converts the modal data acquired by the modal data acquisition unit 125 into second vector data V2 that expresses the characteristics of the modal type corresponding to the modal data.

学習制御部121は、S3からS7までの処理の実行を制御する。第1学習部122は、第1教師データT1においてラベルLが対応付けられている第1ベクトルデータV1を第1ニューラルネットワークN1に入力したときに、当該第1ベクトルデータV1に対応付けられているラベルLを出力するように第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを学習する(S3)。 The learning control unit 121 controls the execution of processes S3 to S7. The first learning unit 122 learns the parameters of each layer constituting the first neural network N1 so that when first vector data V1 associated with a label L in the first teacher data T1 is input to the first neural network N1, the first neural network N1 outputs the label L associated with the first vector data V1 (S3).

設定部124は、第1学習部122が学習した第1ニューラルネットワークN1を構成する各層のパラメータを、第2ニューラルネットワークN2を構成する各層に設定する(S4)。第2学習部123は、第2教師データT2において第1ベクトルデータV1に対応付けられているラベルLと同じラベルLが対応付けられている第2ベクトルデータV2を第2ニューラルネットワークN2に入力したときに、当該第2ベクトルデータV2に対応付けられているラベルLを出力するように第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを学習する(S5)。 The setting unit 124 sets the parameters of each layer constituting the first neural network N1 learned by the first learning unit 122 to each layer constituting the second neural network N2 (S4). The second learning unit 123 learns the parameters of each layer constituting the second neural network N2 so that when second vector data V2 associated with the same label L as the label L associated with the first vector data V1 in the second teacher data T2 is input to the second neural network N2, the second neural network N2 outputs the label L associated with the second vector data V2 (S5).

学習制御部121は、すべてのベクトルデータで学習したか否かを判定する(S6)。学習制御部121が、すべてのベクトルデータで学習していないと判定した場合(S6においてNOの場合)、すなわち、学習に用いられていない第1ベクトルデータV1が存在する場合、設定部124に対して、第2学習部123が学習した第2ニューラルネットワークN2を構成する各層のパラメータを、第1ニューラルネットワークN1を構成する各層に設定させ(S7)、処理をS3に戻す。一方、学習制御部121は、すべてのベクトルデータで学習したと判定した場合(S6においてYESの場合)、すなわち、学習に用いられていない第1ベクトルデータV1が存在しない場合、処理を終了させる。 The learning control unit 121 determines whether learning has been completed using all vector data (S6). If the learning control unit 121 determines that learning has not been completed using all vector data (NO in S6), i.e., if there is first vector data V1 that has not been used in learning, it causes the setting unit 124 to set the parameters of each layer that constitutes the second neural network N2 learned by the second learning unit 123 to each layer that constitutes the first neural network N1 (S7), and the process returns to S3. On the other hand, if the learning control unit 121 determines that learning has been completed using all vector data (YES in S6), i.e., if there is no first vector data V1 that has not been used in learning, it terminates the process.

[学習装置1が奏する効果]
以上説明したように、学習装置1によれば、ベクトルデータを入力とするニューラルネットワークの学習モデルに、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータの知識を反映させることができる。これにより、第2ニューラルネットワークN2の学習モデルは、それぞれモーダルの種類が異なる複数のベクトルデータの知識に基づいて、ラベルLが未知であるベクトルデータを認識することができる。その結果、学習装置1は、学習モデルの認識性能を向上させることができる。
[Effects of the learning device 1]
As described above, the learning device 1 can reflect knowledge of multiple vector data sets with different modal types in a learning model of a neural network that receives vector data as input. This allows the learning model of the second neural network N2 to recognize vector data with an unknown label L based on knowledge of multiple vector data sets with different modal types. As a result, the learning device 1 can improve the recognition performance of the learning model.

なお、本発明により、国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)の目標9「産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献することが可能となる。 Furthermore, this invention will contribute to Goal 9 of the United Nations' Sustainable Development Goals (SDGs), "Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization, and promote innovation and resilience."

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 The present invention has been described above using embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and alterations are possible within the spirit of the invention. For example, all or part of the device can be configured by functionally or physically distributing or integrating any unit. Furthermore, new embodiments resulting from any combination of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effects of new embodiments resulting from the combination will also have the effects of the original embodiments.

1 学習装置
11 記憶部
12 制御部
121 学習制御部
122 第1学習部
123 第2学習部
124 設定部
125 モーダルデータ取得部
126 第1変換部
127 第2変換部
2 情報処理装置
21 記憶部
22 制御部
221 同種データ取得部
222 モデル適用部
S 情報処理システム
REFERENCE SIGNS LIST 1 Learning device 11 Memory unit 12 Control unit 121 Learning control unit 122 First learning unit 123 Second learning unit 124 Setting unit 125 Modal data acquisition unit 126 First conversion unit 127 Second conversion unit 2 Information processing device 21 Memory unit 22 Control unit 221 Homogeneous data acquisition unit 222 Model application unit S Information processing system

Claims (7)

所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第1学習部と、
前記第1学習部が学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定する設定部と、
前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第2学習部と、
を有する学習装置。
a first learning unit that learns parameters of each layer constituting a first neural network configured with a plurality of layers so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network, the first neural network outputs the label associated with the first vector data;
a setting unit that sets the parameters of each layer that constitutes the first neural network learned by the first learning unit to each layer that constitutes a second neural network that is composed of a plurality of layers;
a second learning unit that learns parameters of each layer constituting the second neural network so that, when second vector data associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data;
A learning device having the above configuration.
前記ラベルが対応付けられているモーダルデータを取得するモーダルデータ取得部と、
前記モーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの種類とは異なる他の種類のモーダルの特徴が表現された前記第1ベクトルデータに変換する第1変換部と、
前記モーダルデータを当該モーダルデータに対応するモーダルの特徴が表現された前記第2ベクトルデータに変換する第2変換部と、
をさらに有する、
請求項1に記載の学習装置。
a modal data acquisition unit that acquires modal data associated with the label;
a first conversion unit that converts the modal data into the first vector data that expresses a feature of a modal type different from the modal type corresponding to the modal data;
a second conversion unit that converts the modal data into the second vector data that expresses modal characteristics corresponding to the modal data;
further comprising
The learning device according to claim 1 .
前記第1変換部は、前記モーダルデータを、それぞれモーダルの種類が異なる複数の前記第1ベクトルデータに変換し、
前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに、前記第1学習部が実行する処理と、前記設定部が実行する処理と、前記第2学習部が実行する処理とを順番に実行させる学習制御部をさらに有し、
前記学習制御部は、前記第2学習部が実行する処理を実行させた後において、前記第1学習部が実行する処理を実行させる前に、前記設定部に対して、前記第2学習部が学習した前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、前記第1ニューラルネットワークを構成する各層に設定する処理を実行させる、
請求項2に記載の学習装置。
the first conversion unit converts the modal data into a plurality of first vector data each having a different modal type;
a learning control unit that sequentially executes the process executed by the first learning unit, the process executed by the setting unit, and the process executed by the second learning unit for each of the first vector data converted by the first conversion unit;
the learning control unit, after causing the second learning unit to execute the process and before causing the first learning unit to execute the process, causes the setting unit to execute a process of setting parameters of each layer constituting the second neural network learned by the second learning unit to each layer constituting the first neural network;
The learning device according to claim 2 .
前記学習制御部は、前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させた後に、再度、前記第1変換部が変換した前記第1ベクトルデータごとに各処理を順番に実行させる、
請求項3に記載の学習装置。
the learning control unit sequentially executes each process for each of the first vector data converted by the first conversion unit, and then sequentially executes each process again for each of the first vector data converted by the first conversion unit;
The learning device according to claim 3 .
請求項2から4のいずれか一項に記載の学習装置が生成した前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習モデルとして記憶する記憶部と、
前記モーダルデータとモーダルが同じ種類の同種データを取得する同種データ取得部と、
前記記憶部が記憶する学習モデルを前記同種データ取得部が取得した前記同種データに適用することにより、前記同種データに対応するラベルを出力するモデル適用部と、
を有する情報処理装置。
a storage unit that stores, as a learning model, parameters of each layer that constitutes the second neural network generated by the learning device according to any one of claims 2 to 4;
a homogeneous data acquisition unit that acquires homogeneous data of the same type as the modal data;
a model application unit that applies a learning model stored in the storage unit to the homogeneous data acquired by the homogeneous data acquisition unit, thereby outputting a label corresponding to the homogeneous data;
An information processing device having the above.
コンピュータが実行する、
所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習するステップと、
学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定するステップと、
前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習するステップと、
を有する学習方法。
The computer executes
a step of learning parameters of each layer constituting a first neural network so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network constituted by a plurality of layers, the first neural network outputs the label associated with the first vector data;
a step of setting the parameters of each layer constituting the trained first neural network to each layer constituting a second neural network composed of a plurality of layers;
learning parameters of each layer constituting the second neural network so that when second vector data associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data;
A learning method that has
コンピュータを、
所定のラベルが対応付けられている第1ベクトルデータを複数の層から構成される第1ニューラルネットワークに入力したときに、当該第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第1学習部、
前記第1学習部が学習した前記第1ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを、複数の層から構成される第2ニューラルネットワークを構成する各層に設定する設定部、及び
前記第1ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルと同じ前記ラベルが対応付けられている第2ベクトルデータを前記第2ニューラルネットワークに入力したときに、当該第2ベクトルデータに対応付けられている前記ラベルを出力するように前記第2ニューラルネットワークを構成する各層のパラメータを学習する第2学習部、
として機能させるためのプログラム。
Computer,
a first learning unit that learns parameters of each layer constituting a first neural network configured with a plurality of layers so that, when first vector data associated with a predetermined label is input to the first neural network, the first neural network outputs the label associated with the first vector data;
a setting unit that sets the parameters of each layer that constitutes the first neural network learned by the first learning unit to each layer that constitutes a second neural network that is composed of a plurality of layers; and a second learning unit that learns the parameters of each layer that constitutes the second neural network so that, when second vector data that is associated with the same label as the label associated with the first vector data is input to the second neural network, the second neural network outputs the label associated with the second vector data.
A program to function as a
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