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JP7804319B2 - Time series classification device, time series classification program, and time series classification method - Google Patents
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JP7804319B2 - Time series classification device, time series classification program, and time series classification method - Google Patents

Time series classification device, time series classification program, and time series classification method

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JP7804319B2 JP2021214286A JP2021214286A JP7804319B2 JP 7804319 B2 JP7804319 B2 JP 7804319B2 JP 2021214286 A JP2021214286 A JP 2021214286A JP 2021214286 A JP2021214286 A JP 2021214286A JP 7804319 B2 JP7804319 B2 JP 7804319B2
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特許法第30条第2項適用 (1)令和3年7月11日に https://ieeexplore.ieee.org/document/9494521にて発表。 (2)令和3年7月12日に IEEE International Conference on Fuzzy Systems(FUZZ-IEEE)2021にて発表。Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies. (1) Announced on July 11, 2021 at https://ieeexplorer.ieee.org/document/9494521. (2) Announced at the IEEE International Conference on Fuzzy Systems (FUZZ-IEEE) 2021 on July 12, 2021.

本発明は、時系列分類装置、時系列分類プログラム及び時系列分類方法に関する。 The present invention relates to a time series classification device, a time series classification program, and a time series classification method.

現実世界では様々な時系列(または時系列データ)が生成される。例えば、ECGデータ(心電図データ)などである。時系列(time series)とは、ある現象の時間的な変化を、連続的に(または一定間隔をおいて不連続に)観測して得られた値の系列(一連の値)のことをいう。例えば、統計学や信号処理で時間経過に従って計測されるデータ列であり、通常、一定のある時間間隔で測定される(Wikipediaより転載)。 In the real world, various time series (or time series data) are generated. For example, ECG data (electrocardiogram data). A time series is a sequence of values (a series of values) obtained by observing the temporal change of a phenomenon continuously (or discontinuously at regular intervals). For example, it is a data sequence measured over time in statistics or signal processing, and is usually measured at regular time intervals (adapted from Wikipedia).

このような時系列を分類することは重要なタスクである。例えば、後述する図2、図3の実際の時系列データTR_TSDBに示すとおり、16個の時系列ts1~ts16は、タイムスタンプ1~10の10個のイベント値をそれぞれ持つ。そして、16個の時系列は8個ずつ2つのクラスCL(CL=1及びCL=2)に分類される。 Classifying such time series is an important task. For example, as shown in the actual time series data TR_TSDB in Figures 2 and 3 (described below), 16 time series ts1 to ts16 each have 10 event values, timestamps 1 to 10. The 16 time series are then classified into two classes CL (CL=1 and CL=2), each with 8 events.

上記16個の時系列を訓練データとして持つ分類モデル(分類装置)が与えられた場合、時系列分類装置は、モデルの訓練データに基づいてテストの(分類対象の)時系列を2つのクラスのいずれかに分類する。前述のECGデータの場合、様々な心疾患のECGデータを訓練時系列とする分類装置が、患者のECGデータの時系列をいずれかの心疾患に分類する。 Given a classification model (classification device) with the above 16 time series as training data, the time series classifier classifies the test (target) time series into one of two classes based on the model's training data. In the case of the ECG data mentioned above, a classifier using ECG data of various cardiac diseases as training time series would classify the patient's ECG data time series into one of the cardiac diseases.

従来の時系列分類装置は、最短ユークリッド距離法、RNN、LSTM、GRU(Recurrent neural network、Long Short Term Memory、Gated recurrent unit、それぞれマシンラーニングの一つ)などがある。 Conventional time series classification devices include the shortest Euclidean distance method, RNN, LSTM, and GRU (Recurrent neural network, Long Short Term Memory, Gated recurrent unit, each of which is a type of machine learning).

Fuzzy Classification of Time Series Data, Penugonda Ravikumar, V. Susheela Devi, published on October 8, 2013, 2013 IEEE-FUZZFuzzy Classification of Time Series Data, Penugonda Ravikumar, V. Susheela Devi, published on October 8, 2013, 2013 IEEE-FUZZ Weighted Feature-based Classification of Time Series Data, Penugonda Ravikumar, V. Susheela Devi, published on January 15, 2015, 2014 IEEE-CIDMWeighted Feature-based Classification of Time Series Data, Penugonda Ravikumar, V. Susheela Devi, published on January 15, 2015, 2014 IEEE-CIDM A Novel Parameter-Free Energy Efficient Fuzzy Nearest Neighbor Classifier for Time Series Data, Penugonda Ravikumar, R. Uday Kiran, et.al., published July 11, 2021, 2021 FUZZ-IEEEA Novel Parameter-Free Energy Efficient Fuzzy Nearest Neighbor Classifier for Time Series Data, Penugonda Ravikumar, R. Uday Kiran, et.al., published July 11, 2021, 2021 FUZZ-IEEE

最短ユークリッド距離法は、テスト時系列との間のユークリッド距離が最短の訓練データを検出し、テスト時系列を検出した訓練データのクラスに分類する。 The shortest Euclidean distance method finds the training data with the shortest Euclidean distance from the test time series and classifies the test time series into the detected training data class.

しかし、この方法では、テスト時系列の全イベント値と全訓練データの時系列の全イベント値とのユークリッド距離をそれぞれ計算する必要があるので、訓練データの時系列の数及び各時系列のイベント値の数が多いと計算量が膨大になる。また、テスト時系列のN個(前述の10個)のタイムスタンプのイベント値に最も類似するN個のイベント値を持つ訓練データを検出するので、分類精度は高くない。なぜなら、このような最短ユークリッド距離法は、訓練データの複数の時系列のイベント値の分布を考慮していないからである。 However, this method requires calculating the Euclidean distance between all event values in the test time series and all event values in all training data time series, which results in a huge amount of calculations if the number of training data time series and the number of event values in each time series are large. Furthermore, since the method detects training data with N event values that are most similar to the event values of the N timestamps (the aforementioned 10) in the test time series, classification accuracy is not high. This is because this shortest Euclidean distance method does not take into account the distribution of event values across multiple time series in the training data.

更に、マシンラーニングは、なぜその分類に決定したかを説明できないブラックボックス問題があり、パラメータが膨大で長時間の計算が必要であり、高価である。 Furthermore, machine learning has black box problems, where it cannot explain why a particular classification was decided, and it requires a huge number of parameters, long calculation times, and is expensive.

従来の時系列分類方法は、時系列内のイベント値のファジーな性質(fuzzy nature of the items within a time series)を考慮していない。すなわち、各クラスに属する複数の時系列は各タイムスタンプにおいて異なるイベント値を持ち、各タイムスタンプの異なるイベント値は所定の範囲内または分布内の値である。従来の最短ユークリッド距離法では、訓練データの時系列が各タイムスタンプにおいて単一のイベント値を持つ。そのため、時系列分類装置の精度に限界がある。 Traditional time series classification methods do not take into account the fuzzy nature of event values within a time series. That is, multiple time series belonging to each class have different event values at each timestamp, and the different event values at each timestamp are values within a predetermined range or distribution. In traditional shortest Euclidean distance methods, training data time series have a single event value at each timestamp. This limits the accuracy of time series classifiers.

そこで、本実施の形態の第1の側面の目的は、計算量が少なく低コストの計算方法で高精度に分類する時系列分類装置、時系列分類プログラム及び時系列分類方法を提供することにある。 The purpose of the first aspect of this embodiment is to provide a time series classification device, a time series classification program, and a time series classification method that perform classification with high accuracy using a low-cost calculation method with a small amount of calculation.

本実施の形態の第1の側面は、メモリと、前記メモリにアクセスするプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、
(1)クラスがそれぞれラベリングされた複数の時系列を有する実訓練時系列データをクラス別に分割し、
(2)前記分割した各クラスの複数の時系列をそれぞれ有する各クラスの実訓練時系列データを、前記複数の時系列の各タイムスタンプのイベント値の最小値と、最大値と、前記最小値及び最大値の間の代表値をそれぞれ有する最小値時系列と、最大値時系列と、代表値時系列を有する各クラスの代表訓練時系列データにそれぞれ圧縮し、
(3)分類対象のテスト時系列の複数のタイムスタンプのイベント値それぞれに対する複数のファジーメンバーシップ値(以下FMS値と称する。)を、前記各クラスの代表訓練時系列データに基づいて、クラス毎に算出し、
(4)前記複数のタイムスタンプのFMS値の平均値が最小のクラスを、前記テスト時系列のクラスに分類し、
前記(3)の処理で、前記テスト時系列のイベント値が、
前記最小値時系列のイベント値以下または前記最大値時系列のイベント値以上の場合、最大FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値と等しい場合、最小FMS値を、
前記最小値時系列のイベント値から前記代表値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最大FMS値及び前記最小FMS値の間の第1FMS値から最小FMS値に減少する第2FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値から前記最大値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最小FMS値から前記最小FMS値及び前記最大FMS値の間の第3FMS値に増加する第4FMS値を、
前記テスト時系列のイベント値のFMS値にそれぞれ算出する、時系列分類装置である。
A first aspect of this embodiment includes a memory and a processor that accesses the memory,
The processor:
(1) Dividing actual training time series data into classes, each of which has multiple time series labeled with a class;
(2) compressing the actual training time series data of each class, each having a plurality of time series for each of the divided classes, into representative training time series data for each class, each having a minimum value time series, a maximum value time series, and a representative value time series, each having a minimum value, a maximum value, and a representative value between the minimum and maximum values of the event values of each timestamp of the plurality of time series;
(3) calculating a plurality of fuzzy membership values (hereinafter referred to as FMS values) for each of the event values of the plurality of timestamps of the test time series to be classified, for each class, based on the representative training time series data of each class;
(4) classifying the class having the smallest average value of the FMS values of the plurality of timestamps as the class of the test time series;
In the process (3), the event value of the test time series is
If the maximum FMS value is less than or equal to the event value of the minimum value time series or greater than or equal to the event value of the maximum value time series,
When the event value of the representative value time series is equal to the minimum FMS value,
When the event value of the test time series is between the minimum value time series and the representative value time series, a second FMS value that decreases from a first FMS value between the maximum FMS value and the minimum FMS value to a minimum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series,
a fourth FMS value that increases from the minimum FMS value to a third FMS value between the minimum FMS value and the maximum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series when the event value is between the event value of the representative value time series and the event value of the maximum value time series;
The time series classifier calculates the FMS values of the event values of the test time series.

第1の側面によれば、時系列の分類を計算量が少なく低コスト且つ高精度に行うことができる。 According to the first aspect, time series classification can be performed with low computational complexity, low cost, and high accuracy.

本実施の形態における時系列分類装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a time series classification device according to an embodiment of the present invention. クラスラベルCL=2に対応付けられた実際の訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)とテストデータの時系列データTST_TSDBを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing actual training time series data TR_TSDB (CL=2) associated with class label CL=2 and test data time series data TST_TSDB. クラスラベルCL=1に対応付けられた実際の訓練時系列データTR_TSDB(CL=1)とテストデータの時系列データTST_TSDBを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing actual training time series data TR_TSDB (CL=1) associated with class label CL=1 and test data time series data TST_TSDB. 図2のクラスCL2の時系列ts1~ts8とテスト時系列tts17をプロットしたグラフを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a graph plotting the time series ts1 to ts8 of class CL2 in FIG. 2 and the test time series tts17. 図3のクラスCL1の時系列データts9~ts16とテスト時系列tts17をプロットしたグラフを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a graph in which the time series data ts9 to ts16 of the class CL1 in FIG. 3 and the test time series tts17 are plotted. 本実施の形態における時系列分類装置によるテストデータのテスト時系列の分類方法を示すフローチャート図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for classifying test time series of test data by the time series classification device according to the present embodiment. 代表訓練時系列データRP_TSDBの生成処理S2の第1の例のフローチャートを示す図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a first example of a process S2 for generating representative training time-series data RP_TSDB. 処理S3のフローチャートを示す図である。FIG. 10 is a flowchart showing processing S3. クラス2(cl2)の代表訓練時系列データRP_TSDB2の時系列とテスト時系列tts17の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the time series of representative training time series data RP_TSDB2 and the test time series tts17 of class 2 ( cl2 ). クラス1(cl1)の代表訓練時系列データRP_TSDB1の時系列とテスト時系列tts17の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the time series of representative training time series data RP_TSDB1 and test time series tts17 of class 1 (cl 1 ). FMS関数μの第1の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a first example of an FMS function μ. ユーザが与えるα、Δがα=0.5、Δ=0.1の場合のFMS値を算出するFMS関数μを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an FMS function μ that calculates an FMS value when α and Δ given by the user are α=0.5 and Δ=0.1. テスト時系列ts17とクラスCL=2の代表訓練時系列データの5つの時系列ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2をプロットしたグラフの図である。This is a graph plotting the test time series ts17 and five time series ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2 of the representative training time series data for class CL=2. テスト時系列ts17とクラスCL=1の代表訓練時系列データの5つの時系列ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2をプロットしたグラフの図である。This is a graph plotting the test time series ts17 and five time series ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2 of the representative training time series data for class CL=1. 代表訓練時系列データRP_TSDBの生成方法の第2の例のフローチャートを示す図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a second example of a method for generating representative training time-series data RP_TSDB. 図15の第2の例におけるFMS関数μを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an FMS function μ in the second example of FIG. 15 .

図1は、本実施の形態における時系列分類装置の構成を示す図である。時系列分類装置1は、サーバ、クライアント端末、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンなどのコンピュータである。時系列分類装置1は、プロセッサ10と、メインメモリ12と、ネットワークインタフェース14と、ストレージ20~26と、それらを接続するバス28を有する。ストレージには、時系列分類プログラム20、実訓練時系列データ22、クラス別の実訓練時系列データから生成された代表訓練時系列データ24、分類対象のテスト時系列データ26が格納される。ネットワークインタフェース14は、ネットワークNWを介して複数のクライアント端末装置30,32と接続可能である。 Figure 1 shows the configuration of a time series classification device in this embodiment. The time series classification device 1 is a computer such as a server, client terminal, personal computer, tablet terminal, or smartphone. The time series classification device 1 has a processor 10, main memory 12, a network interface 14, storages 20-26, and a bus 28 connecting them. The storage stores a time series classification program 20, actual training time series data 22, representative training time series data 24 generated from the actual training time series data for each class, and test time series data 26 to be classified. The network interface 14 can be connected to multiple client terminal devices 30, 32 via a network NW.

時系列分類プログラム20は、メインメモリ12内に展開され、プロセッサ10により実行される。プロセッサ10が、時系列分類プログラム20を実行することで、実訓練時系列データ22から代表訓練時系列データ24を生成し、テスト時系列データ26の各テスト時系列を分類する。 The time series classification program 20 is deployed in the main memory 12 and executed by the processor 10. By executing the time series classification program 20, the processor 10 generates representative training time series data 24 from the actual training time series data 22 and classifies each test time series in the test time series data 26.

単変数の時系列tsidは、ある時間間隔で発生するイベント値の順番に収集されたものである。つまり、時系列tsidは以下のように表される。
tsid={v1, v2, ... vc}
ここで、vp (1≦p≦c)は、タイムスタンプpのイベント値を表す。時系列の長さ|tsid|は、イベント値vpの合計数cを表す。
A univariate time series ts id is a collection of event values occurring in a certain time interval in order. That is, the time series ts id is expressed as follows:
ts id ={v 1 , v 2 , ... v c }
Here, v p (1≦p≦c) represents the event value at timestamp p. The length of the time series |ts id | represents the total number c of event values v p .

時系列データTSDBは、複数の時系列の集合である。つまり以下のとおりである。
TSDB={ts1, ts2, ... tsk}, k≧1
時系列データのサイズ|TSDB|は、時系列データTSDB内に存在する時系列tsidの合計数kである。|TSDB|=k
The time series data TSDB is a collection of multiple time series, namely:
TSDB={ts 1 , ts 2 , ... ts k }, k≧1
The size of the time series data |TSDB| is the total number k of time series ts ids in the time series data TSDB. |TSDB|=k

以下のCLは、分類ラベル(クラスラベル)の集合である。nはクラス数である。
CL={CL1, CL2, ... CLn}, n≧1
Below, CL is a set of classification labels (class labels), and n is the number of classes.
CL={CL 1 , CL 2 , ... CL n }, n≧1

時系列分類において、時系列データTSDBの要素である時系列tsidそれぞれは、分類ラベル(クラスラベル)clkまたはclk(1≦k≦n)に対応付けられる。 In time series classification, each time series ts id , which is an element of the time series data TSDB, is associated with a classification label (class label) clk or cl k (1≦k≦n).

図2は、クラスラベルCL=2に対応付けられた実際の訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)とテストデータの時系列データTST_TSDBを示す図である。図3は、クラスラベルCL=1に対応付けられた実際の訓練時系列データTR_TSDB(CL=1)とテストデータの時系列データTST_TSDBを示す図である。図2、3の訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)、TR_TSDB(CL=1)は、図1の実訓練時系列データTR_TSDBであり、それぞれ8つの時系列ts1-ts8、ts9-ts16を有する。各時系列tsは時系列IDとして1~16が与えられる。図2、3のテストデータの時系列データTST_TSDBは1つのテスト時系列tts17のみが示される。 Figure 2 shows actual training time series data TR_TSDB(CL=2) associated with class label CL=2, and test data time series data TST_TSDB. Figure 3 shows actual training time series data TR_TSDB(CL=1) associated with class label CL=1, and test data time series data TST_TSDB. The training time series data TR_TSDB(CL=2) and TR_TSDB(CL=1) in Figures 2 and 3 are the actual training time series data TR_TSDB in Figure 1, and each contain eight time series, ts1-ts8 and ts9-ts16. Each time series, ts, is assigned a time series ID of 1 to 16. The test data time series data TST_TSDB in Figures 2 and 3 shows only one test time series, tts17.

図2の訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)内の先頭の時系列TS1は以下のとおりである。
ts1:{10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8}:2
ここで、ts1は時系列であり、{10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8}は昇順のタイムスタンプのイベント値列である。また、この時系列のサイズは、|tsid|=|{10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8}|=10である。つまり、図2の先頭の時系列は10個のイベント値を含む。他の時系列ts2~ts16及びテスト時系列tts17も同様である。さらに、訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)とTR_TSDB(CL=1)のサイズは|TSDB|=16、クラスラベルの集合はCL={1,2}である。
The first time series TS1 in the training time series data TR_TSDB (CL=2) in FIG. 2 is as follows:
ts1: {10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8}:2
Here, ts1 is a time series, and {10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8} is a sequence of event values in ascending timestamp order. The size of this time series is |ts id |=|{10,9,8,8,7,6.9,6,6,4,3.8}|=10. In other words, the first time series in Figure 2 contains 10 event values. The same applies to the other time series ts2 to ts16 and the test time series tts17. Furthermore, the size of the training time series data TR_TSDB(CL=2) and TR_TSDB(CL=1) is |TSDB|=16, and the set of class labels is CL={1,2}.

図4は、図2のクラスCL2の時系列ts1~ts8とテスト時系列tts17をプロットしたグラフを示す図である。また、図5は、図3のクラスCL1の時系列データts9~ts16とテスト時系列tts17をプロットしたグラフを示す図である。図4、5共に、横軸がタイムスタンプ1~10に、縦軸が各タイムスタンプのイベント値にそれぞれ対応する。また、テストデータのテスト時系列tts17は破線で示され、訓練データの時系列ts1~ts16は実線で示される。図4のクラスラベルCL2の訓練時系列データの時系列ts1~ts8(実線)と、図5のクラスラベルCL1の訓練時系列データの時系列ts9~ts16(実線)とは、グラフ上にプロットすると明らかに異なる領域に現れる。そして、図4、図5内に示したとおり、テストデータのテスト時系列tts17(破線)は、クラスラベルCL2の訓練時系列データの時系列ts1~ts8(実線)に類似することが視覚的には確認される。 Figure 4 is a graph plotting the time series ts1 to ts8 and the test time series tts17 for class CL2 in Figure 2. Figure 5 is a graph plotting the time series data ts9 to ts16 and the test time series tts17 for class CL1 in Figure 3. In both Figures 4 and 5, the horizontal axis corresponds to timestamps 1 to 10, and the vertical axis corresponds to the event value of each timestamp. The test time series tts17 of the test data is shown with a dashed line, and the time series ts1 to ts16 of the training data is shown with a solid line. The time series ts1 to ts8 (solid line) of the training time series data for class label CL2 in Figure 4 and the time series ts9 to ts16 (solid line) of the training time series data for class label CL1 in Figure 5 appear in clearly different regions when plotted on a graph. As shown in Figures 4 and 5, it can be visually confirmed that the test time series tts17 (dashed line) of the test data is similar to the time series ts1 to ts8 (solid lines) of the training time series data for class label CL2.

但し、実社会では、時系列分類モデルを構成する訓練時系列の数は膨大であり、更に、クラスラベルの数も多数である。そして、各クラスラベルに属する訓練時系列データの時系列のイベント値の領域は複雑に近似することが想定される。 However, in the real world, the number of training time series that make up a time series classification model is enormous, and the number of class labels is also large. Furthermore, it is expected that the range of event values in the time series of training time series data that belong to each class label will be approximated in a complex manner.

前述したとおり、従来の最短ユークリッド距離法では、テストデータのテスト時系列の全イベント値と訓練時系列データの全時系列の全イベント値とのユークリッド距離をそれぞれ計算する必要があるので、訓練時系列データの時系列の数及び各時系列のイベント値の数が多いと計算量が膨大になる。 As mentioned above, conventional shortest Euclidean distance methods require calculating the Euclidean distance between every event value in the test time series of the test data and every event value in every time series of the training time series data. Therefore, if the number of time series in the training time series data and the number of event values in each time series are large, the amount of calculation required becomes enormous.

また、テストデータのテスト時系列のN個(前述の10個)のタイムスタンプのイベント値に最も類似するN個のイベント値を持つ訓練時系列を検出するので、分類精度は高くない。なぜなら、最短ユークリッド距離法は、訓練時系列データのイベント値の分布を考慮していないからである。例えば、図4では、訓練時系列データのある時系列は他の時系列のイベント値と大きく異なるイベント値を有する。その場合、全イベント値のユークリッド距離の合計または平均は、訓練時系列データの分布から大きく外れたテスト時系列のイベント値に基づいて非常に大きな値を取ることがあり、そのような場合誤った分類が行われる場合がある。 Furthermore, since the training time series with the N event values most similar to the event values of the N timestamps (the aforementioned 10) in the test time series of the test data is detected, the classification accuracy is not high. This is because the shortest Euclidean distance method does not take into account the distribution of event values in the training time series data. For example, in Figure 4, one time series in the training time series data has event values that are significantly different from the event values in the other time series. In this case, the sum or average Euclidean distance of all event values may be very large based on the event values in the test time series that deviate significantly from the distribution of the training time series data, which may result in incorrect classification.

図6は、本実施の形態における時系列分類装置によるテストデータのテスト時系列の分類方法を示すフローチャート図である。図1に示したプロセッサは、時系列分類プログラム20を実行して、以下の処理を実行する。 Figure 6 is a flowchart showing a method for classifying test time series of test data using a time series classification device in this embodiment. The processor shown in Figure 1 executes the time series classification program 20 to perform the following processing.

即ち、プロセッサ10は、複数クラスに分類された実訓練時系列データTR_TSDBを取得する(S1)。実訓練時系列データTR_TSDBは、例えば図2、図3に示した時系列データTR_TSDB(CL=2)、TR_TSDB(CL=1)である。実訓練時系列データTR_TSDBは、実際に取得された時系列の集合であり、時系列分類モデルの訓練時系列データである。 That is, the processor 10 acquires actual training time series data TR_TSDB classified into multiple classes (S1). The actual training time series data TR_TSDB is, for example, the time series data TR_TSDB(CL=2) and TR_TSDB(CL=1) shown in Figures 2 and 3. The actual training time series data TR_TSDB is a collection of actually acquired time series, and is training time series data for a time series classification model.

次に、プロセッサ10は、各クラスの実訓練時系列データTR_TSDBを各クラスの代表訓練時系列データRP_TSDBにそれぞれ圧縮(変換)する(S2)。代表訓練時系列データRP_TSDBは、各クラスの実訓練時系列データTR_TSDBに含まれる複数の時系列のタイムスタンプのイベント値の最小値min、第1パーセンタイルβ、代表値(平均値、中央値、最頻値、ミッドレンジ等)、第2パーセンタイルΓ、最大値maxの時系列を有する時系列データである。最小値、第1パーセンタイル、代表値、第2パーセンタイル、最大値は、複数の訓練時系列の各タイムスタンプのイベント値の分布を表す。詳細は後述する。 Next, the processor 10 compresses (converts) the actual training time series data TR_TSDB for each class into representative training time series data RP_TSDB for each class (S2). The representative training time series data RP_TSDB is time series data that contains the minimum value min, first percentile β, representative value (mean, median, mode, midrange, etc.), second percentile Γ, and maximum value max of the event values at timestamps of the multiple time series included in the actual training time series data TR_TSDB for each class. The minimum value, first percentile, representative value, second percentile, and maximum value represent the distribution of event values at each timestamp of the multiple training time series. Details will be provided below.

そして、プロセッサ10は、テスト時系列データTST_TSDBのテスト時系列について、当該テスト時系列のイベント値に対するファジーメンバーシップ値(以下FMS値と称する。)を、複数クラスの代表訓練時系列データそれぞれに基づいて算出する(S3)。即ち、テスト時系列の各イベント値に対して、クラス数と同じ数のFMS値が算出される。処理S3では、更にテスト時系列の各イベント値に対するFMS値の平均値がFMS距離FMSDとしてクラス別に算出される。 Then, for the test time series in the test time series data TST_TSDB, the processor 10 calculates fuzzy membership values (hereinafter referred to as FMS values) for the event values of the test time series based on the representative training time series data for each of the multiple classes (S3). That is, for each event value of the test time series, the same number of FMS values as the number of classes are calculated. In process S3, the average value of the FMS values for each event value of the test time series is further calculated for each class as the FMS distance FMSD.

具体的には、代表訓練時系列データの最小値未満、最小値、第1パーセンタイル、代表値、第2パーセンタイル、最大値、最大値超にはそれぞれのファジーメンバーシップ値FMS_Vが割り当てられる。例えば、最小値未満及び最大値超には最大FMS値、FMS_V=1.0が、代表値には最小FMS値、FMS_V=0が、最小値には最大FMS値と最小FMS値の間の第1FMS値、FMS_V=α=0.5を、最大値には最大FMS値と最小FMS値の間の第2FMS値、FMS_V=Δ=0.5などが割り当てられる。 Specifically, the fuzzy membership values FMS_V are assigned to values below the minimum, minimum, first percentile, representative value, second percentile, maximum, and above the maximum of the representative training time series data. For example, the maximum FMS value, FMS_V=1.0, is assigned to values below the minimum and above the maximum; the minimum FMS value, FMS_V=0, is assigned to the representative value; the first FMS value between the maximum and minimum FMS values, FMS_V=α=0.5, is assigned to the minimum; and the second FMS value between the maximum and minimum FMS values, FMS_V=Δ=0.5, is assigned to the maximum.

FMS値FMS_Vは0~1.0に正規化された値が好ましいが、代表値のFMS_Vが最小FMS値、最小値未満及び最大値超のFMS_Vが最大FMS値、最小値及び最大値のFMS_Vが最小FMS値と最大FMS値の間の値であればよい。詳細は図9、10等で説明する。そして、テスト時系列のイベント値に対するFMS値FMS_Vが、代表訓練時系列データと上記割り当てられたFMS値に基づいて算出される。詳細は図8で説明する。 The FMS value FMS_V is preferably a normalized value between 0 and 1.0, but it is sufficient if the representative value FMS_V is the minimum FMS value, the FMS_V below the minimum value and above the maximum value is the maximum FMS value, and the minimum and maximum values FMS_V are values between the minimum and maximum FMS values. Details are explained in Figures 9 and 10, etc. Then, the FMS value FMS_V for the event value of the test time series is calculated based on the representative training time series data and the assigned FMS value. Details are explained in Figure 8.

その後、プロセッサ10は、テスト時系列について、FMS値の平均が最小のクラスを、テスト時系列のクラスと決定する(S4)。FMS値が各タイムスタンプのイベント値の分布を考慮した値である。従って、上記のFMS値の平均値が最小のクラスと決定する方法は、実訓練時系列データのファジーな性質を考慮した方法である。 Then, processor 10 determines the class with the smallest average FMS value for the test time series as the class of the test time series (S4). The FMS value is a value that takes into account the distribution of event values at each timestamp. Therefore, the method for determining the class with the smallest average FMS value takes into account the fuzzy nature of the actual training time series data.

図7は、代表訓練時系列データRP_TSDBの生成処理S2の第1の例のフローチャートを示す図である。時系列分類装置のプロセッサ10は、時系列分類プログラム20を実行し、以下の代表訓練時系列データRP_TSDBの生成処理S2を行う。 Figure 7 is a flowchart of a first example of the process S2 for generating representative training time series data RP_TSDB. The processor 10 of the time series classification device executes the time series classification program 20 and performs the following process S2 for generating representative training time series data RP_TSDB.

プロセッサ10は、実訓練時系列データTR_TSDBを取得する(S21)。そして、プロセッサは、各クラスの実訓練時系列データTR_TSDBについて、以下の処理S23-S25を実行する(S22-S26)。 The processor 10 acquires the actual training time series data TR_TSDB (S21). Then, the processor performs the following steps S23-S25 on the actual training time series data TR_TSDB for each class (S22-S26).

あるクラスの実訓練時系列データTR_TSDBは複数の時系列tsを含む。プロセッサは、あるクラスの複数の時系列tsについて、各タイムスタンプのイベント値vの最小値min、第1パーセンタイルβ、代表値(平均値、中央値、最頻値、ミッドレンジ等)のうち例えば平均値mean、第2パーセンタイルΓ、最大値maxを算出する(S23-S25)。平均値meanは代表値のいずれでも良い。本実施の形態では代表値の例として平均値meanを利用する。全てのクラスの実訓練時系列データについて、処理S23-S25が行われる。その結果、全てのクラスの実訓練時系列データTR_TSDBそれぞれに含まれる時系列の各タイムスタンプでのイベント値の最小値、第1パーセンタイル、平均値、第2パーセンタイル、最大値が算出される。 The actual training time series data TR_TSDB for a certain class includes multiple time series ts. For the multiple time series ts for a certain class, the processor calculates the minimum value min, the first percentile β, and a representative value (such as the mean, median, mode, or midrange) of the event value v at each timestamp, such as the mean value mean, second percentile Γ, and maximum value max (S23-S25). The mean value mean may be any representative value. In this embodiment, the mean value mean is used as an example of a representative value. Processes S23-S25 are performed for the actual training time series data for all classes. As a result, the minimum value, first percentile, mean value, second percentile, and maximum value of the event values at each timestamp of the time series included in the actual training time series data TR_TSDB for all classes are calculated.

具体的に説明する。実訓練時系列データTR_TSDBの各クラスclkの実訓練時系列データをTSDBclkとする。以下のδを利用者が特定する統計的パラメータとする。
δ={minimum, β-percentile, mean, Γ-percentile, maximum}
プロセッサは、処理S24を実行することで、各クラスの統計的パラメータδを算出する。
To be more specific, the actual training time series data of each class clk in the actual training time series data TR_TSDB is assumed to be TSDB clk . The following δ is assumed to be a statistical parameter specified by the user.
δ={minimum, β-percentile, mean, Γ-percentile, maximum}
The processor executes step S24 to calculate the statistical parameter δ of each class.

プロセッサは、各クラスの統計的パラメータδを使用して、膨大な数の時系列tsをそれぞれ含む各クラスclkの実訓練時系列データTSDBclkを、小さな集合の代表訓練時系列データRP_TSDB(^TSDBclk(^はTSDBclkの上にある記号))に圧縮(または変換)する。
^TSDBclk={tsmin clk, tsβ clk, tsmean clk, tsΓ clk, tsmax clk
上記の要素tsmin clk, tsβ clk, tsmean clk, tsΓ clk, tsmax clkは、クラスclkの時系列データでそれぞれ計算したイベント毎のまたはタイムスタンプ毎のminimum, β-percentile, mean, Γ-percentile, maxをそれぞれ表す。
The processor uses the statistical parameter δ of each class to compress (or convert) the actual training time series data TSDB clk of each class clk , which contains a huge number of time series ts, into a small set of representative training time series data RP_TSDB (^TSDB clk (^ is the symbol above TSDB clk )).
^TSDB clk = {ts min clk , ts β clk , ts mean clk , ts Γ clk , ts max clk }
The above elements ts min clk , ts β clk , ts mean clk , ts Γ clk , and ts max clk represent the minimum, β-percentile, mean, Γ-percentile, and max for each event or timestamp calculated from the time series data of class clk , respectively.

クラスclkの実訓練時系列データTSDBclkから代表訓練時系列データ^TSDBclkに圧縮(または変換)する数式は以下のとおりである。 The formula for compressing (or converting) the actual training time series data TSDB clk of class clk to the representative training time series data ^TSDB clk is as follows:

ここで、tsid.viは時系列tsidのタイムスタンプiでのイベント値viを表す。また、第1パーセンタイルβ-percentileと第2パーセンタイルΓ-percentileは、利用者から与えられるパーセンタイルである。利用者はイベント値の分布に基づいて第1、第2パーセンタイルを設定する。式(1)は、最小値の時系列ts_min_clkは、クラスclkの実訓練時系列データTSDB clkに属する全ての時系列tsidのタイムスタンプiでのイベント値の最小値を、全タイムスタンプi=1~i=|tsid|について集めた集合であることを意味する。他の式(2)~(5)も同様である。 Here, ts_id.v_i represents the event value v_i at timestamp i of the time series ts_id . The first percentile β-percentile and the second percentile Γ-percentile are percentiles provided by the user. The user sets the first and second percentiles based on the distribution of event values. Equation (1) means that the minimum time series ts_min_clk is the collection of the minimum event values at timestamp i of all time series ts_id belonging to the actual training time series data TSDB_clk of class clk , for all timestamps i=1 to i=| ts_id |. The same applies to the other equations (2) to (5).

図9は、クラス2(cl2)の代表訓練時系列データRP_TSDB2の時系列とテスト時系列tts17の例を示す図である。図10は、クラス1(cl1)の代表訓練時系列データRP_TSDB1の時系列とテスト時系列tts17の例を示す図である。この2つの代表訓練時系列データは、図2、図3のクラス2の実訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)、クラス1の実訓練時系列データTR_TSDB(CL=1)からそれぞれ算出される。 Fig. 9 is a diagram showing an example of the time series of representative training time series data RP_TSDB2 for class 2 ( cl2 ) and the test time series tts17. Fig. 10 is a diagram showing an example of the time series of representative training time series data RP_TSDB1 for class 1 ( cl1 ) and the test time series tts17. These two representative training time series data are calculated from the actual training time series data TR_TSDB (CL=2) for class 2 and the actual training time series data TR_TSDB (CL=1) for class 1 in Figs. 2 and 3, respectively.

なお、図9内の時系列{ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2}は、クラスclk=cl2の{tsmin clk, tsβ clk, tsmean clk, tsΓ clk, tsmax clk}に対応する。図10内の時系列{ts_min_1, ts_β_1, ts_mean_1, ts_Γ_1, ts_max_1}も同様である。 Note that the time series {ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2} in Fig. 9 corresponds to {ts min clk , ts β clk , ts mean clk , ts Γ clk , ts max clk } of class clk=cl 2. The same applies to the time series {ts_min_1, ts_β_1, ts_mean_1, ts_Γ_1, ts_max_1} in Fig. 10.

例えば、図9の時系列ts_min_2のタイムスタンプ1のイベント値9.5は、図2の実訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)の8つの時系列ts1~ts8のタイムスタンプ1のイベント値の最小値である。他のタイムスタンプ2~10も同様である。また、図9の時系列ts_β_2、ts_mean_2、ts_Γ_2、ts_max_2の各タイムスタンプ2~10のイベント値も、図2の実訓練時系列データTR_TSDB(CL=2)の8つの時系列ts1~ts8内のタイムスタンプ2~10のイベント値のそれぞれβパーセンタイル、平均値、Γパーセンタイル、最大値である。 For example, the event value of 9.5 at timestamp 1 in time series ts_min_2 in Figure 9 is the minimum value of the event value at timestamp 1 in the eight time series ts1 to ts8 in the actual training time series data TR_TSDB (CL=2) in Figure 2. The same is true for the other timestamps 2 to 10. Furthermore, the event values at timestamps 2 to 10 in time series ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, and ts_max_2 in Figure 9 are also the β percentile, mean, Γ percentile, and maximum value, respectively, of the event values at timestamps 2 to 10 in the eight time series ts1 to ts8 in the actual training time series data TR_TSDB (CL=2) in Figure 2.

図10内の時系列{ts_min_1, ts_β_1, ts_mean_1, ts_Γ_1, ts_max_1}の10個のイベント値も、同様に図2の実訓練時系列データTR_TSDB(CL=1)の8つの時系列ts9~ts16のタイムスタンプ1~10のイベント値から算出される。 The 10 event values of the time series {ts_min_1, ts_β_1, ts_mean_1, ts_Γ_1, ts_max_1} in Figure 10 are similarly calculated from the event values of timestamps 1 to 10 of the eight time series ts9 to ts16 in the actual training time series data TR_TSDB (CL=1) in Figure 2.

図8は、処理S3のフローチャートを示す図である。処理S3では、プロセッサは、テスト時系列のイベント値に対するファジーメンバーシップ値を、代表訓練時系列データに基づいて算出した。つまり、プロセッサ10は、まずテスト時系列データTST_TSDB内のテスト時系列ttsを取得する(S31)。そして、プロセッサは、各クラスclkの代表訓練時系列データRP_TSDBについて(S32-S37)、当該代表訓練時系列データの各時系列ts_min_clk~ts_max_clkのイベント値に基づいて、テスト時系列の各タイムスタンプ1-10のイベント値に対するFMS値FMS_Vを算出する(S33-S35)。 FIG. 8 is a flowchart of step S3. In step S3, the processor calculates fuzzy membership values for the event values of the test time series based on the representative training time series data. That is, the processor 10 first acquires the test time series tts in the test time series data TST_TSDB (S31). Then, for the representative training time series data RP_TSDB for each class clk (S32-S37), the processor calculates FMS values FMS_V for the event values of each timestamp 1-10 in the test time series based on the event values of each time series ts_min_clk to ts_max_clk in the representative training time series data (S33-S35).

さらに、プロセッサは、テスト時系列の各タイムスタンプのイベント値に対するFMS値の平均値を算出する(S36)。このFMS値の平均値が、各クラスの代表訓練時系列データに対するテスト時系列のFMS距離(ファジーメンバーシップ距離)である。プロセッサは、テスト時系列と各クラスCLの代表訓練時系列データRP_TSDBとのFMS距離をそれぞれ算出する(S36,S37)。その後、プロセッサは、図6の処理S4に示すとおり、FMS値の平均値(FMS距離)が最小のクラスを、テスト時系列ttsのクラスと決定する(S4)。 Furthermore, the processor calculates the average value of the FMS values for the event values at each timestamp in the test time series (S36). This average value of the FMS values is the FMS distance (fuzzy membership distance) of the test time series to the representative training time series data of each class. The processor calculates the FMS distance between the test time series and the representative training time series data RP_TSDB of each class CL (S36, S37). Then, as shown in process S4 in Figure 6, the processor determines the class with the smallest average FMS value (FMS distance) as the class of the test time series tts (S4).

図8の処理S34で、プロセッサは、テスト時系列の各タイムスタンプのイベント値のFMS値を、代表訓練時系列データの各時系列ts_min_clk, ts_β_clk, ts_mean_clk, ts_Γ_clk, ts_max_clkに予め割り当てられたFMS値の補間演算等で算出する。 In step S34 of Figure 8, the processor calculates the FMS value of the event value at each timestamp in the test time series by interpolating the FMS values previously assigned to each time series ts_min_clk, ts_β_clk, ts_mean_clk, ts_Γ_clk, and ts_max_clk of the representative training time series data.

具体的には、クラスclk(1≦k≦n)を推定することが必要なテスト時系列をttsidとする。テスト時系列ttsidのイベント値と代表訓練時系列データRP_TSDBの複数のイベント値の分布との間の距離、FMS値、を決定するFMS関数μは、以下のとおりである。 Specifically, let tts id be the test time series for which class cl k (1≦k≦n) needs to be estimated. The FMS function μ that determines the distance (FMS value) between the event value of the test time series tts id and the distribution of multiple event values in the representative training time series data RP_TSDB is given by

ここで、μa=1、α、0、Δ、1の5個のFMS値は、(1)代表訓練時系列データRP_TSDBの時系列ts_min_clk以下のイベント値ttsid.va, (2)ts_min_clkとts_β_clkの間のイベント値ttsid.va, (3)ts_mean_clkのイベント値ttsid.va, (4)ts_Γ_clkとts_max_clkの間のイベント値ttsid.va, (5)ts_max_clk以上のイベント値ttsid.vaそれぞれに対するFMS値FMS_Vである。そして、係数Aは、テスト時系列ttsidのイベント値ttsid.vaが代表訓練時系列データRP_TSDBの時系列のイベント値ts_β_clk.va~ts_max_clk.vaにある場合にFMS値を算出する補間演算の係数である。同様に、係数Bは、テスト時系列ttsidのイベント値ttsid.vaが代表訓練時系列データRP_TSDBの時系列のイベント値ts_mean_clk.va~ts_Γ_clk.vaにある場合にFMS値を算出する補間演算の係数である。 Here, the five FMS values μ a = 1, α, 0, Δ, 1 are the FMS values FMS_V for (1) the event value tts id .v a below the time series ts_min_clk of the representative training time series data RP_TSDB, (2) the event value tts id .v a between ts_min_clk and ts_β_clk, (3) the event value tts id .v a of ts_mean_clk, (4) the event value tts id .v a between ts_Γ_clk and ts_max_clk, and (5) the event value tts id .v a above ts_max_clk. Coefficient A is a coefficient of an interpolation operation that calculates an FMS value when the event value tts_id.v a of the test time series tts_id is between the event values ts_β_clk.v a and ts_max_clk.v a of the representative training time series data RP_TSDB. Similarly, coefficient B is a coefficient of an interpolation operation that calculates an FMS value when the event value tts_id.v a of the test time series tts_id is between the event values ts_mean_clk.v a and ts_Γ_clk.v a of the representative training time series data RP_TSDB.

図11は、FMS関数μの第1の例を示す図である。横軸が時系列tsidのタイムスタンプiのイベント値tsid.viであり、縦軸がFMS値(=μ)である。図11に示す太い実線は、テスト時系列ttsidのイベント値ttsid.viが代表訓練時系列データRP_TSDBの時系列ts_min_clkのイベント値以下からts_max_clkのイベント値以上までに対応するFMS値FMS_Vを示す。 11 is a diagram showing a first example of the FMS function μ. The horizontal axis represents the event value ts_id.v i of timestamp i of the time series ts_id , and the vertical axis represents the FMS value (μ). The thick solid line in FIG. 11 indicates the FMS value FMS_V corresponding to the event value tts_id.v i of the test time series tts_id , which is less than or equal to the event value of the time series ts_min_clk of the representative training time series data RP_TSDB, to greater than or equal to the event value of the time series ts_max_clk.

図11のFMS関数μは、テスト時系列ttsidのイベント値が以下の7つの場合(a)~(g)に応じて以下のFMS値μaを算出する。
(a) ttsid.va≦ts_min_clk.vaの場合:μa=1
(b) ts_min_clk.va<ttsid.va≦ts_β_clk.vaの場合:μa
(c) ts_β_clk.va<ttsid.va<ts_mean_clk.vaの場合:μa=α×A
(d) ttsid.va=ts_mean_clk.vaの場合:μa=0
(e) ts_mean_clk.va<ttsid.va<ts_Γ_clk.vaの場合:μa=Δ×B
(f) ts_Γ_clk.va≦ttsid.va<ts_max_clk.vaの場合:μa
(g) ttsid.va≧ts_max_clk.vaの場合:μa=1
A=(ts_mean_clk.va -ttsid.va)/(ts_mean_clk.va -ts_β_clk.va )
B=(ttsid.va-ts_mean_clk.va)/(ts_Γ_clk.va -ts_mean_clk.va)
上記において、0≦α≦1、0≦Δ≦1であり、aはタイムスタンプ、βとΓは0~100の間のパーセンタイルから選択される。
The FMS function μ in FIG. 11 calculates the following FMS value μ a according to the following seven cases (a) to (g) where the event value of the test time series tts id is:
(a) If tts id .v a ≦ts_min_clk.v a : μ a =1
(b) If ts_min_clk.v a <tts id .v a ≦ts_β_clk.v a : μ a
(c) If ts_β_clk.v a <tts id .v a <ts_mean_clk.v a : μ a =α×A
(d) If tts id .v a =ts_mean_clk.v a : μ a =0
(e) If ts_mean_clk.v a <tts id .v a <ts_Γ_clk.v a : μ a =Δ×B
(f) If ts_Γ_clk.v a ≦tts id .v a <ts_max_clk.v a : μ a
(g) If tts id .v a ≧ts_max_clk.v a : μ a =1
A = (ts_mean_clk.v a -tts id .v a )/(ts_mean_clk.v a -ts_β_clk.v a )
B = (tts id .v a - ts_mean_clk.v a ) / (ts_Γ_clk.v a - ts_mean_clk.v a )
where 0≦α≦1, 0≦Δ≦1, a is a timestamp, and β and Γ are chosen from percentiles between 0 and 100.

特に(b)では、ts_min_clk.va<ttsid.va≦ts_β_clk.vaの場合、μa=α×A(A=1)と言える。よって、(b)と(c)とでテスト時系列のイベント値の増加に対応してFMS値=αからFMS値=0に減少する係数Aが、A=1からA=(ts_mean_clk.va -ttsid.va)/(ts_mean_clk.va -ts_β_clk.va )に変化するといえる。 In particular, in (b), if ts_min_clk.v a < tts id .v a ≦ ts_β_clk.v a , we can say that μ a = α × A (A = 1). Therefore, we can say that the coefficient A, which decreases from FMS value = α to FMS value = 0 in response to an increase in the event value of the test time series between (b) and (c), changes from A = 1 to A = (ts_mean_clk.v a - tts id .v a ) / (ts_mean_clk.v a - ts_β_clk.v a ).

同様に、(f)では、ts_Γ_clk.va≦ttsid.va<ts_max_clk.vaの場合、μa=Δ×B(B=1)と言える。よって、(f)と(e)とでテスト時系列のイベント値の増加に対応してFMS値=0からFMS値=Δに増加する係数Bが、B=(ttsid.va-ts_mean_clk.va)/(ts_Γ_clk.va -ts_mean_clk.va)からB=1に変化するといえる。 Similarly, in (f), if ts_Γ_clk.v a ≦ tts id .v a < ts_max_clk.v a , then μ a = Δ × B (B = 1). Therefore, the coefficient B, which increases from FMS value = 0 to FMS value = Δ in response to an increase in the event value of the test time series in (f) and (e), changes from B = (tts id .v a - ts_mean_clk.v a ) / (ts_Γ_clk.v a - ts_mean_clk.v a ) to B = 1.

上記のFMS関数の基本的考えは次の通りである。第1に、(a)(g)のように、もしテスト時系列のあるタイムスタンプのイベント値があるクラスの時系列のイベント値の最小値以下と最大値以上なら、FMS値μに1が与えられる。第2に、もしそうでなければ((b)~(f)のように最小値と最大値の間にあるなら)、代表訓練時系列のイベント値の平均値に対する近さに応じて0から1の間のαとΔに対応する値α×A、Δ×BがFMS値μに与えられる。テスト時系列のイベント値がどのような値になるか予測できず、テスト時系列のイベント値が代表訓練時系列データの最小値よりかなり小さい値や、最大値よりかなり大きい値になった場合((a)or(g)の場合)、そのFMS値が極端に大きくなることが回避できる。つまり、テスト時系列のイベント値のノイズにより、不適切なクラスへ分類されることが抑制される。 The basic idea behind the above FMS function is as follows. First, as in (a) and (g), if the event value at a certain timestamp in the test time series is less than the minimum or greater than the maximum event value in the time series for a certain class, the FMS value μ is assigned a value of 1. Second, if this is not the case (if it is between the minimum and maximum values, as in (b) to (f)), the FMS value μ is assigned values α×A and Δ×B, which correspond to α and Δ between 0 and 1, respectively, depending on the proximity of the event value in the representative training time series to the mean value. If the event value in the test time series cannot be predicted and the event value in the test time series is significantly smaller than the minimum or significantly larger than the maximum value in the representative training time series data (as in (a) or (g)), this prevents the FMS value from becoming extremely large. In other words, classification into an inappropriate class due to noise in the event value in the test time series is suppressed.

第2に、テスト時系列のイベント値が代表訓練時系列データの最小値minと第1パーセンタイルβの間と、第2パーセンタイルΓと最大値maxの間の場合((b)(f)の場合)は、実訓練時系列データの各タイムスタンプのイベント値の分布の両端の領域(極値)に対応する。そこで、(b)(f)のように、極値に対するFMS値μは一定値αまたはΔになる。これにより、テスト時系列のイベント値が分布の代表値である平均値に近く且つ極値ではないβからΓの間の場合に、そのFMS値μにより小さい値が与えられる。その結果、テスト時系列のイベント値が分布の平均値に近い領域の場合、FMS距離が小さくなり適切なクラスへの分類が促進される。 Second, when the event value of the test time series is between the minimum value min and the first percentile β of the representative training time series data, and between the second percentile Γ and the maximum value max (cases (b) and (f)), these correspond to the extreme values (extreme values) of the distribution of event values at each timestamp of the actual training time series data. Therefore, as in (b) and (f), the FMS value μ for extreme values becomes a constant value α or Δ. As a result, when the event value of the test time series is between β and Γ, which is close to the mean value, which is the representative value of the distribution, but is not an extreme value, a smaller value is assigned to the FMS value μ. As a result, when the event value of the test time series is in a region close to the mean value of the distribution, the FMS distance becomes smaller, facilitating classification into an appropriate class.

図12は、ユーザが与えるα、Δがα=0.5、Δ=0.1の場合のFMS値を算出するFMS関数μを示す図である。図9に示したクラスCL=2の代表訓練時系列データRP_TSDB2に基づいてテスト時系列tts17のFMS値を算出する例を説明する。
(1)tts17の最初のイベント値は9.4である。この値はts_min_2=9.5よりも小さい為μ1=1.0
(2)tts17の2番目のイベント値は10.2である。この値はts_Γ_2=10.2(≒10.15)と等しくμ2=0.1
(3)tts17の3番目のイベント値は8.18である。この値はts_β_2=8とts_mean_2=8.54の間であり、μ3=α×A=0.5×(8.54-8.18)/(8.54-8)=0.33
(4)tts17の4番目のイベント値は8.3である。この値はts_mean_2=7.9とts_Γ_2=8.46の間であり、μ4=Δ×B=0.1×(8.3-7.9)/(8.46-7.9)=0.07
(5)同様の処理でtts17の残りのイベント値のFMS値の計算を繰り返して、μ5~μ10は、0.28、1、0.08、0.19、0.3、0.38となる。
12 is a diagram showing an FMS function μ for calculating the FMS value when the user-specified α and Δ are α=0.5 and Δ=0.1. An example of calculating the FMS value of the test time series tts17 based on the representative training time series data RP_TSDB2 of class CL= 2 shown in FIG.
(1) The first event value of tts17 is 9.4. This value is smaller than ts_min_2=9.5, so μ 1 =1.0
(2) The second event value of tts17 is 10.2. This value is equal to ts_Γ_2=10.2 (≒10.15) and μ 2 =0.1
(3) The third event value of tts17 is 8.18. This value is between ts_β_2=8 and ts_mean_2=8.54, and μ 3 =α×A=0.5×(8.54-8.18)/(8.54-8)=0.33
(4) The fourth event value of tts17 is 8.3. This value is between ts_mean_2=7.9 and ts_Γ_2=8.46, and μ 4 = Δ×B=0.1×(8.3-7.9)/(8.46-7.9)=0.07
(5) Repeat the same process to calculate the FMS values of the remaining event values of tts17, and μ 5 to μ 10 become 0.28, 1, 0.08, 0.19, 0.3, and 0.38.

テスト時系列tts17の各タイムスタンプのFMS値μ1~μ10をクラス2の代表訓練時系列データに基づいて算出した後、プロセッサは、ファジーメンバーシップ距離FMSDを算出する(図6のS4)。具体的には、FMS距離FMSDはFMS値μ1~μ10の合計をタイムスタンプ数で除算したFMS値の平均値である。上記の例では、テスト時系列tts17とクラス2の代表訓練時系列データとのFMS距離は、FMSD=0.849となる。 After calculating the FMS values μ1 to μ10 for each timestamp of the test time series tts17 based on the representative training time series data of class 2, the processor calculates the fuzzy membership distance FMSD (S4 in FIG. 6). Specifically, the FMS distance FMSD is the average value of the FMS values obtained by dividing the sum of the FMS values μ1 to μ10 by the number of timestamps. In the above example, the FMS distance between the test time series tts17 and the representative training time series data of class 2 is FMSD = 0.849.

同様に、プロセッサは、テスト時系列tts17の各タイムスタンプのFMS値μ1~μ10をクラス1の代表訓練時系列データに基づいて算出し、その平均値を算出する。 Similarly, the processor calculates the FMS values μ 1 to μ 10 for each timestamp of the test time series tts17 based on the representative training time series data of class 1, and calculates the average value.

そして、プロセッサは、テスト時系列tts17のFMS距離FMSDを残りの全てのクラスの代表訓練時系列データに基づいて算出する。テスト時系列tts17とクラスclkの代表訓練時系列データとのFMS距離は、0~1の値に正規化される。FMS距離が0に近いほどそのクラスに近く、FMS距離が1に近いほどそのクラスから遠い。よって、プロセッサは、最も小さいFMS距離FMSDに対応するクラスをテスト時系列tts17が属するクラスと決定する(図6のS4)。 The processor then calculates the FMS distance FMSD of the test time series tts17 based on the representative training time series data of all remaining classes. The FMS distance between the test time series tts17 and the representative training time series data of class clk is normalized to a value between 0 and 1. The closer the FMS distance is to 0, the closer the test time series is to that class, and the closer the FMS distance is to 1, the farther the test time series is from that class. Therefore, the processor determines the class corresponding to the smallest FMS distance FMSD as the class to which the test time series tts17 belongs (S4 in FIG. 6).

代表訓練時系列データの最小値時系列のイベント値ts_min_clk.va に対するFSM値αと、最大値時系列のイベント値ts_max_clk.va に対するFSM値Δは、ユーザにより選択される。例えば、FSM値αとΔは、時系列分類方法の評価工程を繰り返して実行して、最大の精度が得られる値に選択されても良い。また、第1パーセンタイルβと第2パーセンタイルΓも同様にして最適値が選択されてもよい。 The FSM value α for the event value ts_min_clk.va of the minimum time series of representative training time series data and the FSM value Δ for the event value ts_max_clk.va of the maximum time series are selected by the user. For example, the FSM values α and Δ may be selected to obtain the highest accuracy by repeatedly performing the evaluation process of the time series classification method. Optimal values for the first percentile β and second percentile Γ may also be selected in a similar manner.

図13は、テスト時系列tts17とクラスCL=2の代表訓練時系列データの5つの時系列ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2をプロットしたグラフの図である。それに対して、図14は、テスト時系列tts17とクラスCL=1の代表訓練時系列データの5つの時系列ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2をプロットしたグラフの図である。 Figure 13 is a graph plotting the test time series tts17 and the five time series ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, and ts_max_2 of the representative training time series data for class CL=2. In contrast, Figure 14 is a graph plotting the test time series tts17 and the five time series ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, and ts_max_2 of the representative training time series data for class CL=1.

図13では、破線のテスト時系列tts17の各タイムスタンプのイベント値は、クラスCL=2の代表訓練時系列データの5つの時系列ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, ts_max_2による各タイムスタンプでの分布内にあり、多くのタイムスタンプで平均値の時系列ts_mean_2のイベント値に近い。一方、図14では、破線のテスト時系列tts17の各タイムスタンプのイベント値の多くは、クラスCL=1の代表訓練時系列データの5つの時系列による分布の外にある。上記の具体例では、グラフに表すとテスト時系列tts17がクラス1よりクラス2に属することは比較的容易に判別できる。 In Figure 13, the event values at each timestamp of the dashed test time series tts17 are within the distribution at each timestamp of the five time series ts_min_2, ts_β_2, ts_mean_2, ts_Γ_2, and ts_max_2 of the representative training time series data for class CL=2, and are close to the event values of the average time series ts_mean_2 at many timestamps. On the other hand, in Figure 14, many of the event values at each timestamp of the dashed test time series tts17 are outside the distribution of the five time series of the representative training time series data for class CL=1. In the example above, when plotted on a graph, it is relatively easy to determine that the test time series tts17 belongs to class 2 rather than class 1.

図15は、代表訓練時系列データRP_TSDBの生成方法の第2の例のフローチャートを示す図である。図15のフローチャートは、図7の第1の例のフローチャートとは処理S24_2が異なる。それ以外の処理は同じである。プロセッサは、ある分類の複数の時系列tsについて、各タイムスタンプのイベント値vの最小値min、代表値(平均値、中央値、最頻値、ミッドレンジ等)のうち例えば平均値mean、最大値maxを算出する(S23-S25)。平均値meanは代表値のいずれでも良い。つまり、図15の第2の例では、図7の第1の例の第1パーセンタイルβと第2パーセンタイルΓは算出されない。 Figure 15 is a flowchart of a second example of a method for generating representative training time series data RP_TSDB. The flowchart in Figure 15 differs from the flowchart in the first example of Figure 7 in step S24_2. All other steps are the same. For multiple time series ts of a certain classification, the processor calculates the minimum value min of the event value v at each timestamp, and among representative values (mean, median, mode, midrange, etc.), for example, the mean value mean and the maximum value max (S23-S25). The mean value mean can be any representative value. In other words, in the second example of Figure 15, the first percentile β and second percentile Γ of the first example of Figure 7 are not calculated.

図16は、図15の第2の例におけるFMS関数μを示す図である。図11と同様に、横軸が時系列tsidのタイムスタンプiのイベント値tsid.viであり、縦軸がFMS値(=μ)である。 Figure 16 shows the FMS function μ in the second example of Figure 15. As in Figure 11, the horizontal axis represents the event value tsid.vi at timestamp i of the time series tsid, and the vertical axis represents the FMS value (= μ).

図16のFMS関数μは、テスト時系列ttsidのイベント値ttsid.vaが以下の5つの場合に応じて以下のFMS値μaを算出する。
(a) ttsid.va≦ts_min_clk.vaの場合:μa=1
(c) ts_min_clk.va<ttsid.va<ts_mean_clk.vaの場合:μa=α×A
(d) ttsid.va=ts_mean_clk.vaの場合:μa=0
(e) ts_mean_clk.va<ttsid.va<ts_max_clk.vaの場合:μa=Δ×B
(g) ttsid.va≧ts_max_clk.vaの場合:μa=1
A=(ts_mean_clk.va -ttsid.va)/(ts_mean_clk.va -ts_min_clk.va )
B=(ttsid.va-ts_mean_clk.va)/(ts_max_clk.va -ts_mean_clk.va )
The FMS function μ in FIG. 16 calculates the following FMS value μ a according to the following five cases of the event value tts id.v a of the test time series tts id :
(a) If tts id .v a ≦ts_min_clk.v a : μ a =1
(c) If ts_min_clk.v a <tts id .v a <ts_mean_clk.v a : μ a =α×A
(d) If tts id .v a =ts_mean_clk.v a : μ a =0
(e) If ts_mean_clk.v a <tts id .v a <ts_max_clk.v a : μ a =Δ×B
(g) If tts id .v a ≧ts_max_clk.v a : μ a =1
A = (ts_mean_clk.va -ttsid.v a ) / (ts_mean_clk.va -ts_min_clk.v a )
B=(ttsid.v a -ts_mean_clk.v a )/(ts_max_clk.va -ts_mean_clk.v a )

図16の(c)は図11の(b)(c)に対応し、図16の(e)は図11の(e)(f)に対応する。図16の第2の例では、係数AとBに変化はない。 (c) in Figure 16 corresponds to (b) and (c) in Figure 11, and (e) in Figure 16 corresponds to (e) and (f) in Figure 11. In the second example in Figure 16, coefficients A and B remain unchanged.

図11に示すFMS関数は、あるクラスの複数の時系列tsのイベント値の分布が、最小値側と最大値側に極値を有するノーマルな分布のための関数である。ノーマルな分布とは大きな度数のビンが中心に位置する分布である。 The FMS function shown in Figure 11 is a function for a normal distribution in which the distribution of event values for multiple time series ts in a certain class has extreme values on the minimum and maximum sides. A normal distribution is a distribution in which the bin with the highest frequency is located in the center.

また、図12に示されるFSM関数は、あるクラスの複数の時系列tsのイベント値の分布が、スキュー分布(歪分布)のための関数である。スキュー分布とは大きい度数を有するビンが中心からずれた位置にある分布である。図12の例は、大きい度数を有するビンが最大値側に偏ったスキュー分布に適するFMS関数である。 The FSM function shown in Figure 12 is a function for a skewed distribution of event values for multiple time series ts in a certain class. A skewed distribution is a distribution in which bins with high frequencies are positioned off-center. The example in Figure 12 is an FSM function suitable for a skewed distribution in which bins with high frequencies are biased toward the maximum value.

更に、図16に示すFMS関数は、あるクラスの複数の時系列tsのイベント値の分布が、最小値側と最大値側に極値を有していないノーマルな分布に適した関数である。分布の両端に極値がないので、このFMS関数は、図11、12のように、最小値minと第1パーセンタイルβの間をFMS値=α、第2パーセンタイルΓと最大値maxの間をFMS値=Δとする計算はない。図11、12に示すFMS関数は、分布の両端に極値がある分布に適した関数である。 Furthermore, the FMS function shown in Figure 16 is a function suitable for a normal distribution in which the distribution of event values for multiple time series ts in a certain class does not have extreme values on the minimum or maximum side. Because there are no extreme values on either end of the distribution, this FMS function does not perform calculations such as Figures 11 and 12, where the FMS value is α between the minimum value min and the first percentile β, or Δ between the second percentile Γ and the maximum value max. The FMS functions shown in Figures 11 and 12 are suitable for distributions with extreme values on both ends of the distribution.

本実施の形態における時系列のファジー最近傍分類方法(Fuzzy NNC:Fuzzy Nearest Neighbor Classification)によれば、クラス毎の実訓練時系列データTR_TSDBからそれぞれ変換されたクラス毎の代表訓練時系列データRP_TSDBを使用してテスト時系列のクラスを決定する。従って、ファジー最近傍分類方法の計算量は、クラス数nのオーダ(O(n))である。それに対して、他の時系列分類法の計算量は、訓練時系列の数mのオーダ(O(m))である。実世界の時系列データの時系列数mはクラス数nより遥かに多いので、ファジー最近傍分類法は他の時系列分類法より、メモリ容量、ランタイム時間、消費エネルギーの観点からより好ましい。 The fuzzy nearest neighbor classification method (Fuzzy NNC) for time series in this embodiment determines the class of a test time series using representative training time series data RP_TSDB for each class, which is converted from the actual training time series data TR_TSDB for each class. Therefore, the computational complexity of the fuzzy nearest neighbor classification method is on the order of the number of classes n (O(n)). In contrast, the computational complexity of other time series classification methods is on the order of the number of training time series m (O(m)). Because the number of time series m in real-world time series data is far greater than the number of classes n, the fuzzy nearest neighbor classification method is preferable to other time series classification methods in terms of memory capacity, runtime time, and energy consumption.

本実施の形態におけるファジー最近傍分類法は、以下の2つの段階を有する。第1の段階はオフライン段階であり、プロセッサは、与えられた各クラスの実訓練時系列データTR_TSDBを各クラスの代表訓練時系列データRP_TSDBに圧縮する。第2の段階は、オンライン段階であり、プロセッサは、テスト時系列と代表訓練時系列データとの間のFMS距離を全クラスについてそれぞれ算出する。そして、プロセッサは最小のFMS距離のクラスをテスト時系列のクラスと決定する。 The fuzzy nearest neighbor classification method in this embodiment has the following two stages. The first stage is an offline stage in which the processor compresses the actual training time series data TR_TSDB for each given class into representative training time series data RP_TSDB for that class. The second stage is an online stage in which the processor calculates the FMS distance between the test time series and the representative training time series data for each class. The processor then determines the class with the smallest FMS distance as the class of the test time series.

以上の通り、本実施の形態によれば、少ないメモリ量、短いランタイム時間、少ない消費電力で且つ高精度に、テスト時系列を分類することができる。 As described above, this embodiment enables test time series to be classified with high accuracy, using a small amount of memory, a short runtime, and low power consumption.

1:時系列分類装置
20:時系列分類プログラム
22、TR_TSDB:実訓練時系列データ
24、RP_TSDB:代表訓練時系列データ
26、TST_TSDB:テストデータの時系列データ
tsid、tsid:時系列
TSDB:時系列データ
min:最小値
β:第1パーセンタイル
mean:平均値(代表値の一例)
Γ:第2パーセンタイル
max:最大値
FMS_V:ファジーメンバーシップ値
FMSD:ファジーメンバーシップ距離
clk、clk:クラス、分類
1: Time series classification device 20: Time series classification program 22, TR_TSDB: Actual training time series data 24, RP_TSDB: Representative training time series data 26, TST_TSDB: Test data time series data
tsid, ts id : time series
TSDB: Time Series Data
min: minimum value β: 1st percentile
mean: average value (an example of a representative value)
Γ: 2nd percentile
max: maximum value
FMS_V: Fuzzy membership value
FMSD: Fuzzy Membership Distance
clk, cl k : class, classification

Claims (6)

メモリと、
前記メモリにアクセスするプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、
(1)クラスがそれぞれラベリングされた複数の時系列を有する実訓練時系列データをクラス別に分割し、
(2)前記分割した各クラスの複数の時系列をそれぞれ有する各クラスの実訓練時系列データを、前記複数の時系列の各タイムスタンプのイベント値の最小値と、最大値と、前記最小値及び最大値の間の代表値をそれぞれ有する最小値時系列と、最大値時系列と、代表値時系列を有する各クラスの代表訓練時系列データにそれぞれ圧縮し、
(3)分類対象のテスト時系列の複数のタイムスタンプのイベント値それぞれに対する複数のファジーメンバーシップ値(以下FMS値と称する。)を、前記各クラスの代表訓練時系列データに基づいて、クラス毎に算出し、
(4)前記複数のタイムスタンプのFMS値の平均値が最小のクラスを、前記テスト時系列のクラスに分類し、
前記(3)の処理で、前記テスト時系列のイベント値が、
前記最小値時系列のイベント値以下または前記最大値時系列のイベント値以上の場合、最大FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値と等しい場合、最小FMS値を、
前記最小値時系列のイベント値から前記代表値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最大FMS値及び前記最小FMS値の間の第1FMS値から最小FMS値に減少する第2FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値から前記最大値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最小FMS値から前記最小FMS値及び前記最大FMS値の間の第3FMS値に増加する第4FMS値を、
前記テスト時系列のイベント値のFMS値にそれぞれ算出する、時系列分類装置。
Memory and
a processor accessing the memory;
The processor:
(1) Dividing actual training time series data into classes, each of which has multiple time series labeled with a class;
(2) compressing the actual training time series data of each class, each having a plurality of time series for each of the divided classes, into representative training time series data for each class, each having a minimum value time series, a maximum value time series, and a representative value time series, each having a minimum value, a maximum value, and a representative value between the minimum and maximum values of the event values of each timestamp of the plurality of time series;
(3) calculating a plurality of fuzzy membership values (hereinafter referred to as FMS values) for each of the event values of the plurality of timestamps of the test time series to be classified, for each class, based on the representative training time series data of each class;
(4) classifying the class having the smallest average value of the FMS values of the plurality of timestamps as the class of the test time series;
In the process (3), the event value of the test time series is
If the maximum FMS value is less than or equal to the event value of the minimum value time series or greater than or equal to the event value of the maximum value time series,
When the event value of the representative value time series is equal to the minimum FMS value,
When the event value of the test time series is between the minimum value time series and the representative value time series, a second FMS value that decreases from a first FMS value between the maximum FMS value and the minimum FMS value to a minimum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series,
a fourth FMS value that increases from the minimum FMS value to a third FMS value between the minimum FMS value and the maximum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series when the event value is between the event value of the representative value time series and the event value of the maximum value time series;
A time series classifier that calculates FMS values for each of the event values of the test time series.
前記最小値時系列のイベント値と前記代表値時系列のイベント値の間の第1パーセンタイルで、前記第2FMS値が減少するための第1の係数が変化し、
前記代表値時系列のイベント値と前記最大値時系列のイベント値の間の第2パーセンタイルで、前記第4FMS値が増加するための第2の係数が変化する、請求項1に記載の時系列分類装置。
a first coefficient for decreasing the second FMS value at a first percentile between the event value of the minimum value time series and the event value of the representative value time series;
The time series classification device according to claim 1 , wherein a second coefficient for increasing the fourth FMS value changes at a second percentile between the event value of the representative value time series and the event value of the maximum value time series.
前記最小値時系列のイベント値と前記第1パーセンタイルとの間の前記第2FMS値が減少する係数が1であり、
前記第2パーセンタイルと前記最大値時系列のイベント値との間の前記第4FMS値が増加する係数が1である、請求項2に記載の時系列分類装置。
the factor by which the second FMS value between the minimum time series event value and the first percentile is reduced is 1;
3. The time series classifier of claim 2, wherein the factor by which the fourth FMS value between the second percentile and the maximum time series event value increases is one.
前記代表値は、平均値、中央値、最頻値及びミッドレンジのいずれかである、請求項1乃至3のいずれかに記載の時系列分類装置。 A time series classification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the representative value is one of the mean, median, mode, and midrange. (1)クラスがそれぞれラベリングされた複数の時系列を有する実訓練時系列データをクラス別に分割し、
(2)前記分割した各クラスの複数の時系列をそれぞれ有する各クラスの実訓練時系列データを、前記複数の時系列の各タイムスタンプのイベント値の最小値と、最大値と、前記最小値及び最大値の間の代表値をそれぞれ有する最小値時系列と、最大値時系列と、代表値時系列を有する各クラスの代表訓練時系列データにそれぞれ圧縮し、
(3)分類対象のテスト時系列の複数のタイムスタンプのイベント値それぞれに対する複数のファジーメンバーシップ値(以下FMS値と称する。)を、前記各クラスの代表訓練時系列データに基づいて、クラス毎に算出し、
(4)前記複数のタイムスタンプのFMS値の平均値が最小のクラスを、前記テスト時系列のクラスに分類し、
前記(3)の処理で、前記テスト時系列のイベント値が、
前記最小値時系列のイベント値以下または前記最大値時系列のイベント値以上の場合、最大FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値と等しい場合、最小FMS値を、
前記最小値時系列のイベント値から前記代表値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最大FMS値及び前記最小FMS値の間の第1FMS値から最小FMS値に減少する第2FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値から前記最大値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最小FMS値から前記最小FMS値及び前記最大FMS値の間の第3FMS値に増加する第4FMS値を、
前記テスト時系列のイベント値のFMS値にそれぞれ算出する、
処理をコンピュータに実行させるプログラムコードを有する時系列分類プログラム。
(1) Dividing actual training time series data into classes, each of which has multiple time series labeled with a class;
(2) compressing the actual training time series data of each class, each having a plurality of time series for each of the divided classes, into representative training time series data for each class, each having a minimum value time series, a maximum value time series, and a representative value time series, each having a minimum value, a maximum value, and a representative value between the minimum and maximum values of the event values of each timestamp of the plurality of time series;
(3) calculating a plurality of fuzzy membership values (hereinafter referred to as FMS values) for each of the event values of the plurality of timestamps of the test time series to be classified, for each class, based on the representative training time series data of each class;
(4) classifying the class having the smallest average value of the FMS values of the plurality of timestamps as the class of the test time series;
In the process (3), the event value of the test time series is
If the maximum FMS value is less than or equal to the event value of the minimum value time series or greater than or equal to the event value of the maximum value time series,
When the event value of the representative value time series is equal to the minimum FMS value,
When the event value of the test time series is between the minimum value time series and the representative value time series, a second FMS value that decreases from a first FMS value between the maximum FMS value and the minimum FMS value to a minimum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series,
a fourth FMS value that increases from the minimum FMS value to a third FMS value between the minimum FMS value and the maximum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series when the event value is between the event value of the representative value time series and the event value of the maximum value time series;
Calculating FMS values for each of the event values of the test time series;
A time series classification program having program code for causing a computer to execute a process.
(1)クラスがそれぞれラベリングされた複数の時系列を有する実訓練時系列データをクラス別に分割し、
(2)前記分割した各クラスの複数の時系列をそれぞれ有する各クラスの実訓練時系列データを、前記複数の時系列の各タイムスタンプのイベント値の最小値と、最大値と、前記最小値及び最大値の間の代表値をそれぞれ有する最小値時系列と、最大値時系列と、代表値時系列を有する各クラスの代表訓練時系列データにそれぞれ圧縮し、
(3)分類対象のテスト時系列の複数のタイムスタンプのイベント値それぞれに対する複数のファジーメンバーシップ値(以下FMS値と称する。)を、前記各クラスの代表訓練時系列データに基づいて、クラス毎に算出し、
(4)前記複数のタイムスタンプのFMS値の平均値が最小のクラスを、前記テスト時系列のクラスに分類し、
前記(3)の処理で、前記テスト時系列のイベント値が、
前記最小値時系列のイベント値以下または前記最大値時系列のイベント値以上の場合、最大FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値と等しい場合、最小FMS値を、
前記最小値時系列のイベント値から前記代表値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最大FMS値及び前記最小FMS値の間の第1FMS値から最小FMS値に減少する第2FMS値を、
前記代表値時系列のイベント値から前記最大値時系列のイベント値の間の場合、前記テスト時系列のイベント値の増加に対応して前記最小FMS値から前記最小FMS値及び前記最大FMS値の間の第3FMS値に増加する第4FMS値を、
前記テスト時系列のイベント値のFMS値にそれぞれ算出する、
処理をプロセッサが実行する時系列分類方法。
(1) Dividing actual training time series data into classes, each of which has multiple time series labeled with a class;
(2) compressing the actual training time series data of each class, each having a plurality of time series for each of the divided classes, into representative training time series data for each class, each having a minimum value time series, a maximum value time series, and a representative value time series, each having a minimum value, a maximum value, and a representative value between the minimum and maximum values of the event values of each timestamp of the plurality of time series;
(3) calculating a plurality of fuzzy membership values (hereinafter referred to as FMS values) for each of the event values of the plurality of timestamps of the test time series to be classified, for each class, based on the representative training time series data of each class;
(4) classifying the class having the smallest average value of the FMS values of the plurality of timestamps as the class of the test time series;
In the process (3), the event value of the test time series is
If the maximum FMS value is less than or equal to the event value of the minimum value time series or greater than or equal to the event value of the maximum value time series,
When the event value of the representative value time series is equal to the minimum FMS value,
When the event value of the test time series is between the minimum value time series and the representative value time series, a second FMS value that decreases from a first FMS value between the maximum FMS value and the minimum FMS value to a minimum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series,
a fourth FMS value that increases from the minimum FMS value to a third FMS value between the minimum FMS value and the maximum FMS value in response to an increase in the event value of the test time series when the event value is between the event value of the representative value time series and the event value of the maximum value time series;
Calculating FMS values for each of the event values of the test time series;
A time series classification method in which processing is performed by a processor.
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