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JP7806629B2 - Apparatus, program, and method for predicting physical properties of composite materials - Google Patents
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JP7806629B2 - Apparatus, program, and method for predicting physical properties of composite materials - Google Patents

Apparatus, program, and method for predicting physical properties of composite materials

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JP7806629B2 JP2022110304A JP2022110304A JP7806629B2 JP 7806629 B2 JP7806629 B2 JP 7806629B2 JP 2022110304 A JP2022110304 A JP 2022110304A JP 2022110304 A JP2022110304 A JP 2022110304A JP 7806629 B2 JP7806629 B2 JP 7806629B2
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本発明は、複合材料の物性値予測装置、物性値予測プログラム及び物性値予測方法に関する。 The present invention relates to a device, a program, and a method for predicting the physical properties of composite materials.

近年、機械学習の学習結果を利用して複合材料を設計するための材料設計システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, a materials design system has been proposed for designing composite materials using the results of machine learning (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載された材料設計システムは、設計対象材料の設計条件と材料特性値のデータセットを含むデータファイルと、データセットに基づいて設計条件から材料特性値を推定するためのモデルを学習して学習済みモデルを作成し、学習済みモデルの予測精度を交差検証により検証するモデル学習部とを備える。 The materials design system described in Patent Document 1 includes a data file containing a dataset of design conditions and material property values for the material to be designed, and a model learning unit that learns a model for estimating material property values from the design conditions based on the dataset to create a trained model, and verifies the predictive accuracy of the trained model through cross-validation.

特開2020-77257号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-77257

近年、複数種類の樹脂や配合剤を複合化することにより、樹脂自体の物性に新たな物性を付与した複合材料が開発されている。新規な複合材料の開発には、複合材料が所望の物性を有するまで、各複合材料の構成材料の組成比を調整しながら開発を行う必要がある。このため、複合材料の開発には、膨大なコストと時間が掛かるため、複合材料の開発の効率化を図る観点から、実験計画の段階で実験すべき複合材料の物性値をある程度予測できることが望ましい。 In recent years, composite materials have been developed that combine multiple types of resins and compounding agents to impart new properties to the properties of the resin itself. Developing a new composite material requires adjusting the composition ratio of each component until the composite material has the desired properties. Because developing composite materials is therefore extremely costly and time-consuming, it is desirable to be able to predict, to some extent, the physical properties of the composite material to be tested at the experimental planning stage in order to improve the efficiency of composite material development.

また、電線被覆材料のような複合材料の場合、樹脂に添加する配合剤の種類が多く、材料の組成比によって物性値が大きく変化することがある。このため、複合材料の物性値を予測することが難しく、その物性値を高精度に予測できる技術が望まれている。 Furthermore, in the case of composite materials such as wire coating materials, there are many types of compounding agents that can be added to the resin, and the physical properties can vary significantly depending on the composition ratio of the materials. This makes it difficult to predict the physical properties of composite materials, and there is a demand for technology that can predict these physical properties with high accuracy.

材料と物性値を含む複数のデータからなるデータセットで機械学習した回帰モデルにより物性値を予測する技術を用いて、回帰モデルを作成、評価する場合に、一般的に、データセットのデータ数が多い(例えば、10万以上)場合には、学習データとテストデータの生成過程を1回だけ実施して回帰モデルを作成、評価するホールドアウト法(Hold-Out)が用いられている。一方、データセットのデータ数が少ない(例えば、100未満)場合には、1つのデータをテストデータ、残りのデータを学習データとし、これをデータごとに実施してそれぞれ回帰モデルを作成、評価するリーブワンアウト法(Leave-One-Out)が用いられている。しかし、これらの方法は、データセットのデータ数が両者の中間程度であり、さらにデータセットが疎なデータの場合には、適切ではない。 When creating and evaluating a regression model using a technology that predicts physical properties using a regression model generated by machine learning on a dataset consisting of multiple data sets including materials and physical properties, a hold-out method is generally used if the dataset contains a large number of data points (e.g., 100,000 or more), in which the training data and test data generation process is carried out only once to create and evaluate the regression model. On the other hand, if the dataset contains a small number of data points (e.g., less than 100), a leave-one-out method is used, in which one data point is used as test data and the remaining data as training data, and this process is carried out for each data point to create and evaluate a regression model for each. However, these methods are not appropriate when the number of data points in the dataset is somewhere between the two, or when the dataset is sparse.

本発明の目的は、要求される物性に対応する物性値の高精度な予測を行うことができる複合材料の物性値予測装置、物性値予測プログラム及び物性値予測方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a property value prediction device, property value prediction program, and property value prediction method for composite materials that can make highly accurate predictions of property values corresponding to required properties.

本発明は、上記課題を解決することを目的として、複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセットに対し、前記データ組の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成するデータ生成部と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成部と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する回帰手法決定部と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセットに含まれる複数の前記データ組に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の回帰モデル作成部と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する物性値予測部と、を備えた複合材料の物性値予測装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a data generation unit that divides a data set, which includes material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of physical properties related to the composite material, for each of a plurality of types of composite materials a plurality of times so that the combinations of the data sets are different from each other, thereby generating a plurality of training data sets and a plurality of evaluation data sets;
a first regression model creation unit that creates a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a regression method determination unit that evaluates the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each of the regression methods based on the plurality of evaluation data groups, and determines the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second regression model creation unit that creates a second regression model based on the plurality of data sets included in the data set using the regression method with the highest evaluation;
and a physical property prediction unit that predicts physical property values based on input material data using the second regression model.

本発明によれば、要求される物性に対応する物性値の高精度な予測を行うことができる。 The present invention makes it possible to predict with high accuracy the physical property values corresponding to the required physical properties.

本発明の実施の形態に係る物性値予測装置の概略の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a physical property prediction device according to an embodiment of the present invention; データセットの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a data set. (a)は、データ生成部によるデータ生成処理の一例を説明するための概念図、(b)は、比較例としてリーブワンアウト法によるデータ生成処理を説明するための概念図である。1A is a conceptual diagram for explaining an example of data generation processing by a data generation unit, and FIG. 1B is a conceptual diagram for explaining data generation processing by a leave-one-out method as a comparative example. 第1の回帰モデル作成部による第1の回帰モデル作成処理の一例を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining an example of a first regression model creation process by a first regression model creation unit. 誤差算出部による予測精度算出処理の一例を説明するための図である。10 is a diagram illustrating an example of a prediction accuracy calculation process performed by an error calculation unit. FIG. 第2の回帰モデル作成部による第2の回帰モデル作成処理の一例を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining an example of a second regression model creation process by a second regression model creation unit. 物性値予測装置の全体の流れの一例を説明するためのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining an example of the overall flow of a physical property value prediction device. 物性値予測装置の全体の動作の一例を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of the overall operation of the physical property value prediction device.

[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る物性値予測装置の概略の構成例を示すブロック図である。この物性値予測装置1は、コンピュータ等から構成され、予測処理部2と、記憶部3と、入力部4と、表示部5とを備え、複合材料に関する物性についてその物性値を回帰モデルを用いて予測する物性値予測機能を有する。
[Embodiment]
1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a physical property prediction device according to an embodiment of the present invention. This physical property prediction device 1 is composed of a computer or the like, and includes a prediction processing unit 2, a storage unit 3, an input unit 4, and a display unit 5, and has a physical property prediction function of predicting physical property values of composite materials using a regression model.

物性値予測装置1が対象とする複合材料は、複合材料を構成する材料を複合化して製造されるものである。複合材料としては、例えば、複数の樹脂及び複数の配合剤を複合化して製造されるポリマー組成物等が該当する。ポリマー組成物としては、例えば、電線被覆材料、シート、チューブ、ボンド磁石、マグネットロール等が該当する。 The composite materials targeted by the physical property prediction device 1 are manufactured by combining the materials that make up the composite material. Examples of composite materials include polymer compositions manufactured by combining multiple resins and multiple compounding agents. Examples of polymer compositions include wire coating materials, sheets, tubes, bonded magnets, and magnet rolls.

本明細書において、物性とは、複合材料に要求される性質をいい、例えば、引張破断伸び、引張強度等の機械的物性や耐熱温度、熱膨張率等の熱的物性等でもよい。 In this specification, physical properties refer to the properties required of a composite material, and may include, for example, mechanical properties such as tensile elongation at break and tensile strength, and thermal properties such as heat resistance and thermal expansion coefficient.

(物性値予測機能の説明)
物性値予測装置1が有する物性値予測機能は、予測に使用する回帰モデルの回帰手法が物性に応じて予測精度が異なることから、予め定められた複数の回帰手法から複合材料の予め定められた物性に適した予測精度が最も高い回帰手法を選定し、その選定した回帰手法に対応した回帰モデルをデータセットで学習して作成し、学習した回帰モデルを用いて新たな複合材料の物性値を予測するものである。
(Explanation of the physical property prediction function)
The physical property prediction function of the physical property prediction device 1 selects, from a plurality of predetermined regression methods, the regression method with the highest prediction accuracy suitable for the predetermined physical properties of the composite material, since the prediction accuracy of the regression method of the regression model used for prediction varies depending on the physical properties, creates a regression model corresponding to the selected regression method by learning from a data set, and predicts the physical property values of a new composite material using the learned regression model.

また、データセットのデータ数が十分でない場合において、物性値の高精度な予測が行えるように、データセットを学習用データ群と評価用データ群に複数回分割して回帰手法ごとに複数の回帰モデルを作成し、各回帰モデルの予測精度の平均を回帰手法の予測精度とし、回帰手法の予測精度が最も高い回帰手法を選定している。なお、データセットに対する分割については、後述する。 In addition, in cases where the number of data in a dataset is insufficient, in order to enable highly accurate prediction of physical property values, the dataset is divided into a training data group and an evaluation data group multiple times to create multiple regression models for each regression method, the average prediction accuracy of each regression model is used as the prediction accuracy of the regression method, and the regression method with the highest prediction accuracy is selected. The division of the dataset will be described later.

予測処理部2は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、インタフェース等から構成されている。予測処理部2は、記憶部3に記憶されている物性値予測プログラム31をRAMに読み出してCPUが実行することにより、データ生成部21、第1の回帰モデル作成部22、回帰手法決定部23、第2の回帰モデル作成部24、物性値予測部25として機能する。回帰手法決定部23は、誤差算出部231と、回帰手法出力部232とを有する。予測処理部2の各部21~25の詳細については、後述する。なお、予測処理部2の各部21~25は、FPGA:Field Programmable Gate Array)、ASIC:Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアによって構成してもよい。 The prediction processing unit 2 is composed of a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), an interface, etc. The prediction processing unit 2 functions as a data generation unit 21, a first regression model creation unit 22, a regression method determination unit 23, a second regression model creation unit 24, and a physical property prediction unit 25 by reading a physical property prediction program 31 stored in the storage unit 3 into the RAM and executing it with the CPU. The regression method determination unit 23 has an error calculation unit 231 and a regression method output unit 232. Details of each unit 21 to 25 of the prediction processing unit 2 will be described later. Note that each unit 21 to 25 of the prediction processing unit 2 may be composed of hardware such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

記憶部3は、ROM、RAM、ハードディスク等から構成されており、記憶部3には、本実施の形態に係る物性値予測方法を実行するための物性値予測プログラム31、データセット32(図2参照)、回帰手法群33、学習用データセット34、評価用データセット35等の各種の情報を記憶する。 The storage unit 3 is composed of ROM, RAM, a hard disk, etc., and stores various information such as a physical property prediction program 31 for executing the physical property prediction method according to this embodiment, a dataset 32 (see Figure 2), a group of regression methods 33, a training dataset 34, and an evaluation dataset 35.

入力部4は、例えば、キーボード、マウス等から構成されている。表示部5は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成されている。なお、入力部4と表示部5を一体にしたタッチディスプレイを用いてもよい。また、入力部4と表示部5を有する端末装置をネットワークを介して予測処理部2に接続してもよい。 The input unit 4 is composed of, for example, a keyboard, a mouse, etc. The display unit 5 is composed of, for example, a liquid crystal display, etc. Note that a touch display that integrates the input unit 4 and display unit 5 may also be used. Furthermore, a terminal device having the input unit 4 and display unit 5 may be connected to the prediction processing unit 2 via a network.

データセット32は、複数種類のポリマー組成物に関し、回帰モデルの作成及び評価に用いられるデータを含む。また、データセット32は、例えば、データ数が十分ではなく、さらに疎なデータにより構成されている。データセット32の詳細については、後述する。 Dataset 32 contains data for multiple types of polymer compositions that are used to create and evaluate regression models. Furthermore, dataset 32 may, for example, not contain enough data and may be composed of sparse data. Details of dataset 32 will be described later.

回帰手法群33は、予め定められた複数(例えば、m個)の回帰手法RM~RMを含み、それぞれ回帰手法の識別情報(例えば、回帰手法名等)に紐付けられて記憶部3に記憶されている。回帰手法群33に含まれる回帰手法としては、例えば、ガウス過程回帰手法、線形回帰手法、階層ベイズ手法、ニューラルネットワークモデルによる回帰手法等を挙げることができる。回帰手法は、説明変数から目的変数を予測できるように回帰モデルのパラメータを機械学習させるアルゴリズムである。 The regression method group 33 includes a predetermined plurality (e.g., m) of regression methods RM 1 to RM m , each associated with identification information of the regression method (e.g., regression method name, etc.) and stored in the storage unit 3. Examples of regression methods included in the regression method group 33 include a Gaussian process regression method, a linear regression method, a hierarchical Bayes method, and a regression method using a neural network model. A regression method is an algorithm that uses machine learning to learn parameters of a regression model so that a target variable can be predicted from an explanatory variable.

学習用データセット34は、データ生成部21により生成された複数の学習用データLDからなる複数(例えば、n個)の学習用データ群LDG~LDG(図3参照)を含む。 The training data set 34 includes a plurality of (for example, n) training data groups LDG 1 to LDG n (see FIG. 3) each consisting of a plurality of training data LD generated by the data generating unit 21 .

評価用データセット35には、データ生成部21により生成された複数の評価用データTDからなる複数(例えば、n個)の評価用データ群TDG~TDG(図3参照)を含む。 The evaluation data set 35 includes a plurality of (for example, n) evaluation data groups TDG 1 to TDG n (see FIG. 3) made up of a plurality of evaluation data TD generated by the data generating unit 21 .

(データセットの構成)
図2は、データセット32の一例を示す図である。データセット32は、複数種類のポリマー組成物についてポリマー組成物ごとにデータ組321を有している。具体的には、データセット32は、ポリマー組成物を識別する組成物ID320と、組成物ID320に対応して設けられ、ポリマー組成物を構成する材料の配合情報を示す材料データ321aとポリマー組成物の物性値を示す物性データ321bとのデータ組321とを含む。図2は、9つのデータ組321を例示するが、データ組321の数(=データ数)は、9つに限られない。
(Dataset composition)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the dataset 32. The dataset 32 has a data set 321 for each of a plurality of types of polymer compositions. Specifically, the dataset 32 includes a composition ID 320 that identifies the polymer composition, and a data set 321 that is provided corresponding to the composition ID 320 and includes material data 321a that indicates blending information of materials that constitute the polymer composition and physical property data 321b that indicates physical property values of the polymer composition. While FIG. 2 shows an example of nine data sets 321, the number of data sets 321 (= the number of data) is not limited to nine.

図2は、ポリマー組成物として、例えば、電線被覆材料を示している。電線被覆材料は、例えば、「ポリマー1」、「ポリマー2」、「ポリマー3」、「ポリマー4」、「ポリマー5」等で示す複数の樹脂と、「フィラー1」、「フィラー2」、「フィラー3」、「架橋剤」等で示す複数の配合剤とを含む。物性データ321bは、例えば、電線被覆材料が有する複数の物性のうち予め定められた1つの物性の一例として「伸び」(例えば、引張破断伸び)の物性値を示す。なお、複数の物性値を予測する場合には、物性データ321bが複数の物性値を有してもよく、物性値ごとにデータセット32を準備してもよい。例えば、引張破断伸びと引張強度を予測する場合、回帰手法群33から、引張破断伸びに適した回帰手法と、引張強度に適した回帰手法をそれぞれ選定する。 Figure 2 shows an example of a polymer composition, such as a wire coating material. The wire coating material includes multiple resins, such as "Polymer 1," "Polymer 2," "Polymer 3," "Polymer 4," and "Polymer 5," and multiple compounding ingredients, such as "Filler 1," "Filler 2," "Filler 3," and "Crosslinking Agent." Physical property data 321b indicates, for example, the physical property value of "elongation" (e.g., tensile elongation at break) as an example of a predetermined physical property among the multiple physical properties possessed by the wire coating material. When predicting multiple physical property values, physical property data 321b may contain multiple physical property values, and a data set 32 may be prepared for each physical property value. For example, when predicting tensile elongation at break and tensile strength, a regression method suitable for tensile elongation at break and a regression method suitable for tensile strength are selected from the regression method group 33, respectively.

「ポリマー1」乃至「ポリマー5」の配合割合は、例えば、ポリマー100質量部に対して15~45質量部である。「フィラー1」乃至「フィラー3」の配合割合は、例えば、ポリマー100質量部に対して120~160質量部である。「架橋剤」の配合割合は、例えば、ポリマー100質量部に対して0~90質量部である。なお、フィラーや架橋剤等の配合剤を配合量で表現してもよい。配合割合及び配合量は、配合情報の一例である。 The blending ratio of "Polymer 1" to "Polymer 5" is, for example, 15 to 45 parts by mass per 100 parts by mass of polymer. The blending ratio of "Filler 1" to "Filler 3" is, for example, 120 to 160 parts by mass per 100 parts by mass of polymer. The blending ratio of "Crosslinking Agent" is, for example, 0 to 90 parts by mass per 100 parts by mass of polymer. Note that blending ratios and amounts of ingredients such as fillers and crosslinking agents may also be expressed in terms of blending amounts. Blending ratios and amounts are examples of blending information.

樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレンアクリル酸共重合体等のポリオレフィンや、塩素化ポリエチレン等のエラストマを挙げることができる。配合剤としては、図2に示す架橋剤の他に、例えば、タルク、炭酸カルシウム、シリカ等のフィラーや、可塑剤、安定剤等を挙げることができる。なお、ポリマー組成物を構成する樹脂や配合剤等の材料の数は、20種類以上を想定しているが、これに限られるものではない。 Examples of resins include polyolefins such as high-density polyethylene, low-density polyethylene, and ethylene-acrylic acid copolymer, as well as elastomers such as chlorinated polyethylene. In addition to the crosslinking agents shown in Figure 2, examples of compounding agents include fillers such as talc, calcium carbonate, and silica, plasticizers, and stabilizers. It is anticipated that the polymer composition will contain 20 or more types of resins, compounding agents, and other materials, but this is not limited to this number.

データセット32における組成物IDを除くデータの空白率は、データセット32の準備を容易にするため、30%以上80%以下の疎なデータを想定している。ここで、「空白率」とは、データセット32のうちのデータが入力可能なセルの総数に対するデータが入力されていないセルの数の割合をいう。例えば、図2に示す場合は、配合剤をフィラーのみとしたとき、セルの総数が90個であり、データが入力されていないセルの数が36個であるので、空白率は40%となる。また、データセット32におけるデータ組321の数(=データ数)は、100以上10万未満のデータ数(例えば、350個)を想定しているが、これに限られるものではない。 The blank rate of the data in dataset 32, excluding the composition ID, is assumed to be sparse, at 30% to 80%, in order to facilitate the preparation of dataset 32. Here, "blank rate" refers to the ratio of the number of cells in dataset 32 in which no data has been entered to the total number of cells in dataset 32 in which data can be entered. For example, in the case shown in Figure 2, when the compounding agent is only a filler, the total number of cells is 90, and the number of cells in which no data has been entered is 36, resulting in a blank rate of 40%. Furthermore, the number of data sets 321 in dataset 32 (= number of data) is assumed to be between 100 and 100,000 (for example, 350 pieces of data), but is not limited to this.

次に、予測処理部2を構成する各部21~25の詳細について説明する。 Next, we will explain in detail each of the units 21 to 25 that make up the prediction processing unit 2.

(データ生成部の構成)
図3(a)は、データ生成部21によるデータ生成処理の一例を説明するための概念図、図3(b)は、比較例としてリーブワンアウト法によるデータ生成処理を説明するための概念図である。
(Configuration of data generation unit)
FIG. 3A is a conceptual diagram for explaining an example of data generation processing by the data generator 21, and FIG. 3B is a conceptual diagram for explaining data generation processing by the leave-one-out method as a comparative example.

データ生成部21は、データセット32に対し、データ組321の組合せがそれぞれ異なるように複数回(n回)分割して、それぞれ複数(図3では7つ)の学習用データLDからなるn個の学習用データ群LDG~LDGと、それぞれ複数(図3では2つ)の評価用データTDからなるn個の評価用データ群TDG~TDGとを生成する。なお、分割の方法は、データ組321の組合せがそれぞれ異なるのなら、ランダムでもよく、一定の規則に従った方法等でもよい。「データ組321の組合せがそれぞれ異なる」とは、分割した後の複数の評価用データの全てが同一の学習用データ群が存在しないことをいう。 The data generation unit 21 divides the dataset 32 multiple times (n times) so that the combinations of data sets 321 are different for each group, thereby generating n training data groups LDG 1 to LDG n , each consisting of multiple (seven in FIG. 3 ) training data LD, and n evaluation data groups TDG 1 to TDG n , each consisting of multiple (two in FIG. 3 ) evaluation data TD. The division method may be random or may be based on a certain rule, as long as the combinations of data sets 321 are different for each group. "The combinations of data sets 321 are different" means that there are no training data groups in which all of the multiple evaluation data after division are identical.

データ生成部21は、生成したn個の学習用データ群LDG~LDGを学習用データセット34として記憶部3に記憶し、生成したn個の評価用データ群TDG~TDGを評価用データセット35として記憶部3に記憶する。 The data generation unit 21 stores the generated n training data groups LDG 1 to LDG n in the storage unit 3 as a training data set 34, and stores the generated n evaluation data groups TDG 1 to TDG n in the storage unit 3 as an evaluation data set 35.

また、データ生成部21が生成する学習用データ群に含まれる学習用データの数と評価用データ群に含まれる評価用データの数の比率は、回帰モデルの予測精度と評価精度のバランスを考慮して、例えば、7:3から8:2の範囲が好ましい。分割回数は、分割後のデータの偏りを抑制するため、データの空白率が大きい程、多くなるように設定するのが好ましい。例えば、データの空白率が30%以上の場合、分割回数は30回以上が好ましい。 Furthermore, the ratio of the number of training data included in the training data group generated by the data generation unit 21 to the number of evaluation data included in the evaluation data group is preferably in the range of 7:3 to 8:2, for example, taking into account the balance between the prediction accuracy and evaluation accuracy of the regression model. The number of divisions is preferably set to be greater the greater the blank rate of the data, in order to suppress bias in the data after division. For example, if the blank rate of the data is 30% or greater, the number of divisions is preferably 30 or more.

データセット32のデータ数が少ない(例えば、10万未満)場合、あるいはさらにデータセット32が疎なデータ(例えば、空白率が30%以上)の場合、データセット32を分割せずに全てのデータを用いて1つの回帰モデルを作成すると、当該回帰モデルがデータセット32に適合した過学習となり、データセット32以外の他のデータに対する予測精度が逆に低くなるおそれがある。また、データセットを1回だけ分割して回帰モデルを作成、評価するホールドアウト法(hold-out)によると、データの偏りが発生しやすいため、回帰モデルの予測精度又は評価精度の一方が低くなるおそれがある。また、リーブワンアウト法(Leave-One-Out)によると、図3(b)に示すように、データセット32を複数の学習用データ群と1つの評価用データとに分割するため、学習用データ群を構成する学習用データの数が増えることで、回帰モデルの精度が高くなるが、評価用データの数が1つであるため、回帰モデルの評価精度が低くなるおそれがあり、また分割回数が多くなるために処理時間が長くなるという欠点がある。 If the number of data points in dataset 32 is small (e.g., less than 100,000), or if dataset 32 is sparse (e.g., with a blank space rate of 30% or more), creating a single regression model using all of the data without dividing dataset 32 may result in overfitting of the regression model to dataset 32, potentially reducing the predictive accuracy for data other than dataset 32. Furthermore, the hold-out method, in which a regression model is created and evaluated by dividing a dataset only once, is prone to data bias, potentially reducing either the predictive accuracy or the evaluation accuracy of the regression model. Furthermore, the leave-one-out method, as shown in Figure 3(b), divides dataset 32 into multiple training data groups and one evaluation data group. Therefore, increasing the number of training data groups increases the accuracy of the regression model. However, since there is only one evaluation data group, there is a risk that the evaluation accuracy of the regression model may be reduced. Furthermore, the increased number of divisions increases the processing time.

そこで、本実施の形態は、図3(a)に示すように、回帰モデルの高い予測精度及び評価精度が得られ、処理時間が長くならないように、データセット32を複数回分割して複数の回帰モデル(以下「第1の回帰モデル」ともいう。)を作成し、各第1の回帰モデルの誤差を平均して回帰手法の予測精度を評価する交差検証法(Cross-validation)を採用している。さらに、本実施の形態は、物性に応じて回帰手法の予測精度が異なることから、複数の回帰手法についてそれぞれ交差検証法により各回帰手法の予測精度を評価し、最も評価の高い回帰手法を選定し、データセットの全てを用いて、最も評価の高い回帰手法に対応した回帰モデル(以下「第2の回帰モデル」ともいう。)を作成している。なお、データセット32を評価用データと学習用データに分ける手法として、例えば、ランダムフォレストを用いてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 3(a), in order to obtain high prediction accuracy and evaluation accuracy of the regression model without lengthening the processing time, cross-validation is employed, in which dataset 32 is divided multiple times to create multiple regression models (hereinafter also referred to as "first regression models"), and the errors of each first regression model are averaged to evaluate the prediction accuracy of the regression method. Furthermore, since the prediction accuracy of regression methods varies depending on the physical properties, this embodiment evaluates the prediction accuracy of each regression method using cross-validation for multiple regression methods, selects the regression method with the highest evaluation, and uses the entire dataset to create a regression model (hereinafter also referred to as "second regression model") corresponding to the regression method with the highest evaluation. Note that random forests, for example, may be used as a method for dividing dataset 32 into evaluation data and training data.

(第1の回帰モデル作成部の構成)
第1の回帰モデル作成部22は、複数の回帰手法RM~RMを含む回帰手法群33から1つの回帰手法を取得し、取得した回帰手法を用いて、学習用データセット34から取得したn個の学習用データ群LDG~LDGに基づいてn個の第1の回帰モデル1M~1Mを作成する。すなわち、第1の回帰モデル作成部22は、1つの学習用データ群に含まれる複数の学習用データの材料データを説明変数、物性値を目的変数として回帰モデルを学習することにより、回帰手法に対応した1つの第1の回帰モデルを作成する。これを他の学習用データ群についても実行して1つの回帰手法ついてn個の第1の回帰モデル1M~1Mを作成する。これを他の回帰手法について実行して最終的にm×n個の第1の回帰モデル1M~1Mを作成する。
(Configuration of the first regression model creation unit)
The first regression model creation unit 22 acquires one regression method from a regression method group 33 including multiple regression methods RM 1 to RM m , and uses the acquired regression method to create n first regression models 1M 1 to 1M n based on n training data groups LDG 1 to LDG n acquired from the training dataset 34. That is, the first regression model creation unit 22 creates one first regression model corresponding to the regression method by training a regression model using material data of multiple training data included in one training data group as explanatory variables and physical property values as response variables. This is then performed for other training data groups to create n first regression models 1M 1 to 1M n for the one regression method. This is then performed for other regression methods to finally create m×n first regression models 1M 1 to 1M n .

(回帰手法決定部の構成)
回帰手法決定部23は、誤差算出部231と、回帰手法出力部232とを有し、第1の回帰モデル作成部22が作成したN個の第1の回帰モデル1M~1Mによる予測精度を、N個の評価用データ群TDG~TDGに基づいて回帰手法ごとに評価し、複数の回帰手法RM~RMのうち最も評価の高い回帰手法RMxを決定する。この回帰手法決定部23について、以下に具体的に説明する。
(Configuration of regression method determination unit)
The regression method determination unit 23 has an error calculation unit 231 and a regression method output unit 232, and evaluates the prediction accuracy of the N first regression models 1M 1 to 1M n created by the first regression model creation unit 22 for each regression method based on the N evaluation data groups TDG 1 to TDG n , and determines the regression method RMx with the highest evaluation from the multiple regression methods RM 1 to RM m . This regression method determination unit 23 will be described in detail below.

誤差算出部231は、回帰手法ごと及び第1の回帰モデルごとに、評価用データ群に含まれる複数の評価用データに基づいて第1の回帰モデルによるそれぞれの誤差を平均した第1の平均誤差率1MPE~1MPEを算出する。第1の回帰モデルによる誤差を平均することにより、評価用データ間のデータの偏りの影響を抑制することができる。 The error calculation unit 231 calculates, for each regression method and each first regression model, first average error rates 1MPE 1 to 1MPE n by averaging the errors caused by the first regression models based on the plurality of evaluation data included in the evaluation data group. By averaging the errors caused by the first regression models, the influence of data bias among the evaluation data can be suppressed.

ここで、第1の平均誤差率1MPEi(i=1~n)は、以下の式(1)に示すように、評価用データ群TDGに含まれる複数(例えば、k個)の評価用データTDについて、評価用データTDごとに算出した誤差率PEi(i=1~k)の平均値である。
1MPEi=(PE+PE+・・・+PE)/k ・・・(1)
Here, the first average error rate 1MPEi (i = 1 to n) is the average value of the error rates PEi (i = 1 to k) calculated for each evaluation data TD for multiple (e.g., k) evaluation data TD included in the evaluation data group TDG, as shown in the following equation (1).
1MPEi=( PE1 + PE2 +...+ PEk )/k...(1)

誤差率PEi(i=1~k)は、以下の式(2)に示すように、第1の回帰モデル1Mによる予測値PVと評価用データTDに含まれる物性値である実測値MVとの差(=誤差)をパーセントで表したものである。予測値PVは、評価用データTDの材料データを説明変数として第1の回帰モデル1Mを用いて算出した値である。
PEi=(|PV-MV|/MV)×100 ・・・(2)
The error rate PEi (i = 1 to k) is the difference (= error) expressed in percentage between the predicted value PV by the first regression model 1M and the measured value MV, which is a physical property value included in the evaluation data TD, as shown in the following formula (2). The predicted value PV is a value calculated using the first regression model 1M with the material data of the evaluation data TD as an explanatory variable.
PEi=(|PV-MV|/MV)×100...(2)

また、誤差算出部231は、以下の式(3)に示すように、複数の第1の回帰モデル1M~1Mによるそれぞれの第1の平均誤差率1MPE~1MPEを平均した第2の平均誤差率2MPEi(i=1~m)を当該回帰手法RMi(i=1~m)の予測精度として算出する。ここで、第1の平均誤差率は、第1の予測誤差の一例である。第2の平均誤差率は、第2の予測誤差の一例である。なお、予測誤差は、平均誤差率に限られず、平均二乗誤差、平均平方二乗偏差等でもよい。
2MPEi=(1MPE+1MPE+・・・+1MPE)/n ・・・(3)
第1の平均誤差率を平均した第2の平均誤差率を算出することにより、学習用データ群間のデータの偏りの影響を抑制することができる。
Furthermore, the error calculation unit 231 calculates a second average error rate 2MPEi (i = 1 to m) by averaging the first average error rates 1MPE 1 to 1MPE n of the multiple first regression models 1M 1 to 1M n , as the prediction accuracy of the regression method RMi (i = 1 to m), as shown in the following formula (3). Here, the first average error rate is an example of a first prediction error. The second average error rate is an example of a second prediction error. Note that the prediction error is not limited to the average error rate, and may be a mean square error, a mean square deviation, etc.
2MPEi=(1MPE 1 +1MPE 2 +...+1MPE n )/n...(3)
By calculating the second average error rate by averaging the first average error rates, the influence of data bias among the training data groups can be suppressed.

(回帰手法出力部の構成)
回帰手法出力部232は、誤差算出部231が複数の回帰手法RM~RMについて予測精度としてそれぞれ算出した第2の平均誤差率2MPE~2MPEを比較し、最も値の小さい第2の平均誤差率に対応する、予測精度の最も高い回帰手法RMxを決定する。回帰手法出力部232は、決定した回帰手法RMxの識別情報232aを第2の回帰モデル作成部24に出力する。これにより、予め定められた物性に適した回帰手法を決定することができる。
(Configuration of the regression method output unit)
The regression method output unit 232 compares the second average error rates 2MPE1 to 2MPEm calculated by the error calculation unit 231 as prediction accuracy for each of the regression methods RM1 to RMm , and determines the regression method RMx with the highest prediction accuracy that corresponds to the smallest second average error rate. The regression method output unit 232 outputs identification information 232a of the determined regression method RMx to the second regression model creation unit 24. This makes it possible to determine a regression method suitable for predetermined physical properties.

(第2の回帰モデル作成部の構成)
第2の回帰モデル作成部24は、回帰手法決定部23が決定した回帰手法RMxを用いて、データセット32に含まれる全てのデータ組321に基づいて第2の回帰モデル2Mを作成する。すなわち、第2の回帰モデル作成部24は、データセット32に含まれる全てのデータ組321を学習用データ群とし、学習用データ群に含まれる学習用データの材料データを説明変数、物性値を目的変数とし、回帰手法RMxに対応した第2の回帰モデル2Mを作成する。第2の回帰モデル作成部24は、算出した第2の回帰モデル2Mを物性値予測部25に出力する。データセット32に含まれる全てのデータ組321を機械学習に用いることにより、データセットが十分なデータ数を有しておらず、さらに疎なデータであっても、物性値の高精度な予測を行うことが可能な第2の回帰モデルを作成することができる。なお、データセット32の全てのデータを機械学習に用いなくても、データセット32を分割した際の学習用データの数(例えば、全体の7割又は8割)よりも多い数(例えば、全体の9割以上)を機械学習に用いてもよい。
(Configuration of the second regression model creation unit)
The second regression model creation unit 24 creates a second regression model 2M based on all data sets 321 included in the dataset 32 using the regression method RMx determined by the regression method determination unit 23. That is, the second regression model creation unit 24 creates a second regression model 2M corresponding to the regression method RMx by using all data sets 321 included in the dataset 32 as a training data group, using material data of the training data included in the training data group as explanatory variables, and physical property values as target variables. The second regression model creation unit 24 outputs the calculated second regression model 2M to the physical property value prediction unit 25. By using all data sets 321 included in the dataset 32 for machine learning, it is possible to create a second regression model that can predict physical property values with high accuracy even if the dataset does not have a sufficient number of data and is sparse. Note that not all data in the dataset 32 does not need to be used for machine learning; a number of pieces of training data (e.g., 90% or more of the total) greater than the number of pieces of training data when the dataset 32 is divided (e.g., 70% or 80% of the total) may be used for machine learning.

(物性値予測部の構成)
物性値予測部25は、第2の回帰モデル作成部24が作成した第2の回帰モデル2Mを用いて、入力部4から入力された新たなポリマー組成物を構成する材料の配合情報を示す材料データに基づいて新たなポリマー組成物の物性値を予測し、その物性値を表示部5に表示する。なお、入力された材料データとともに物性値を表示部5に表示してもよい。
(Configuration of the physical property value prediction unit)
The physical property value prediction unit 25 uses the second regression model 2M created by the second regression model creation unit 24 to predict the physical property values of the new polymer composition based on the material data indicating the blending information of the materials that make up the new polymer composition input from the input unit 4, and displays the physical property values on the display unit 5. The physical property values may be displayed on the display unit 5 together with the input material data.

<物性値予測装置の動作>
次に、物性値予測装置1の動作の一例について、図3から図8を参照して説明する。図7は、物性値予測装置1の全体の流れの一例を説明するためのブロック図である。図8は、物性値予測装置1の全体の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
<Operation of the physical property prediction device>
Next, an example of the operation of the physical property prediction device 1 will be described with reference to Fig. 3 to Fig. 8. Fig. 7 is a block diagram for explaining an example of the overall flow of the physical property prediction device 1. Fig. 8 is a flowchart for explaining an example of the overall operation of the physical property prediction device 1.

(1)データ生成処理(S1)
このデータ生成処理(S1)を、前述した図3(a)を参照して説明する。図3(a)は、データ生成部21によるデータ生成処理の一例を説明するための概念図である。
(1) Data generation process (S1)
This data generation process (S1) will be described with reference to Fig. 3(a) above, which is a conceptual diagram for explaining an example of the data generation process by the data generation unit 21.

このデータ生成処理(S1)において、データ生成部21は、図3(a)に示すように、データセット32に対し、データ組321の組合せがそれぞれ異なるようにn回分割して、それぞれ複数(図3では7つ)の学習用データからなる複数の学習用データ群LDG~LDGと、それぞれ複数(図3では2つ)の評価用データからなる複数の評価用データ群TDG~TDGとを生成する。 In this data generation process (S1), as shown in Figure 3(a), the data generation unit 21 divides the data set 32 n times so that the combinations of data sets 321 are different for each, and generates a plurality of training data groups LDG 1 to LDG n , each consisting of a plurality of training data (seven in Figure 3), and a plurality of evaluation data groups TDG 1 to TDG n , each consisting of a plurality of evaluation data (two in Figure 3).

次に、データ生成部21は、n個の学習用データ群LDG~LDGを学習用データセット34として記憶部3に記憶し、n個の評価用データ群TDG~TDGを評価用データセット35として記憶部3に記憶する。 Next, the data generating unit 21 stores the n training data groups LDG 1 to LDG n as a training data set 34 in the storage unit 3 , and stores the n evaluation data groups TDG 1 to TDG n as an evaluation data set 35 in the storage unit 3 .

(2)第1の回帰モデル作成処理(S2)
この第1の回帰モデル作成処理(S2)を、図4及び図7を参照して説明する。図4は、1つの回帰手法について、第1の回帰モデル作成部22がn個の第1の回帰モデル1M~1Mを作成する過程を示すものである。
(2) First regression model creation process (S2)
This first regression model creation process (S2) will be described with reference to Fig. 4 and Fig. 7. Fig. 4 shows the process in which the first regression model creation unit 22 creates n first regression models 1M 1 to 1M n for one regression method.

この第1の回帰モデル作成処理(S2)において、第1の回帰モデル作成部22は、図4及び図7に示すように、回帰手法群33から1つの回帰手法RMを取得し、学習用データセット34から学習用データ群LDGを取得し、学習用データ群LDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1Mを作成する。次に、第1の回帰モデル作成部22は、学習用データセット34から学習用データ群LDGを取得し、学習用データ群LDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1Mを作成する。他の学習用データ群LDG~LDGについても、第1の回帰モデル作成部22は、上述したのと同様に他の学習用データ群LDG~LDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1M~1Mを作成する。 4 and 7 , in this first regression model creation process (S2), the first regression model creation unit 22 acquires one regression method RM1 from the regression method group 33, acquires a training data group LDG1 from the training dataset 34, and creates a first regression model 1M1 corresponding to the regression method RM1 based on the training data group LDG1 . Next, the first regression model creation unit 22 acquires a training data group LDG2 from the training dataset 34 and creates a first regression model 1M2 corresponding to the regression method RM1 based on the training data group LDG2 . For the other training data groups LDG3 to LDGn , the first regression model creation unit 22 creates first regression models 1M3 to 1Mn corresponding to the regression method RM1 based on the other training data groups LDG3 to LDGn in the same manner as described above .

以上の処理を、第1の回帰モデル作成部22は、他の回帰手法RM~RMについても実行し、合計m×n個の第1の回帰モデル1M~1Mを作成する。第1の回帰モデル作成部22は、作成したm×n個の第1の回帰モデル1M~1Mをそれぞれ対応する回帰モデルの識別情報に紐付けて回帰手法決定部23に出力する。 The first regression model creation unit 22 executes the above process for the other regression methods RM 2 to RM m to create a total of m×n first regression models 1M 1 to 1M n . The first regression model creation unit 22 links the created m×n first regression models 1M 1 to 1M n to the identification information of the corresponding regression model, and outputs them to the regression method determination unit 23.

(3)予測精度算出処理(S3)
この予測精度算出処理(S3)を、図5(a)、図5(b)及び図7を参照して説明する。図5(a)は、1つの回帰手法について、誤差算出部231が第1の回帰モデル1M~1Mの予測精度を算出する過程を示すものである。図5(b)は、誤差算出部231が第2の平均誤差率2MPE~2MPEを算出する過程を示すものである。
(3) Prediction accuracy calculation process (S3)
This prediction accuracy calculation process (S3) will be described with reference to Figures 5(a), 5(b), and 7. Figure 5(a) shows the process by which the error calculation unit 231 calculates the prediction accuracy of the first regression models 1M1 to 1Mn for one regression method. Figure 5(b) shows the process by which the error calculation unit 231 calculates the second average error rates 2MPE1 to 2MPEm .

誤差算出部231は、図5(a)に示すように、1つの回帰手法に対応して作成されたn個の第1の回帰モデル1M~1Mの予測精度として第1の平均誤差率1MPE~1MPEを算出する。すなわち、誤差算出部231は、評価用データ群TDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1Mの第1の平均誤差率1MPEを算出する。次に、誤差算出部231は、評価用データ群TDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1Mの第1の平均誤差率1MPEを算出する。第1の回帰モデル1M~1Mについても、誤差算出部231は、上述したのと同様に他の評価用データ群TDG~TDGに基づいて、回帰手法RMに対応した第1の回帰モデル1M~1Mの第1の平均誤差率1MPE~1MPEを算出する。 5A, the error calculation unit 231 calculates first average error rates 1MPE1 to 1MPEn as the prediction accuracy of n first regression models 1M1 to 1Mn created corresponding to one regression method. That is, the error calculation unit 231 calculates the first average error rate 1MPE1 of the first regression model 1M1 corresponding to the regression method RM1 based on the evaluation data group TDG1 . Next, the error calculation unit 231 calculates the first average error rate 1MPE2 of the first regression model 1M2 corresponding to the regression method RM1 based on the evaluation data group TDG2 . For the first regression models 1M3 to 1Mn , the error calculation unit 231 calculates the first average error rates 1MPE3 to 1MPEn of the first regression models 1M3 to 1Mn corresponding to the regression method RM1 based on the other evaluation data groups TDG3 to TDGn in the same manner as described above.

以上の処理を、誤差算出部231は、他の回帰手法RM~RMについても実行し、合計m×n個の第1の平均誤差率1MPE~1MPEを算出する。 The error calculation unit 231 executes the above process for the other regression methods RM 2 to RM m , and calculates a total of m×n first average error rates 1MPE 1 to 1MPE n .

次に、誤差算出部231は、図5(b)に示すように、1つの回帰手法RMについて算出した第1の平均誤差率1MPE~1MPEを平均した第2の平均誤差率2MPEを算出する。他の回帰手法RM~RMについても、誤差算出部231は、同様に第2の平均誤差率2MPE~2MPEを算出する。誤差算出部231は、図5(b)及び図7に示すように、算出したm個の第2の平均誤差率2MPE~2MPEを対応する回帰手法の識別情報に紐付けて回帰手法出力部232に出力する。 Next, as shown in Figure 5(b), the error calculation unit 231 calculates a second average error rate 2MPE1 by averaging the first average error rates 1MPE1 to 1MPEn calculated for one regression method RM1 . The error calculation unit 231 similarly calculates second average error rates 2MPE2 to 2MPEm for the other regression methods RM2 to RMm . As shown in Figures 5 (b) and 7, the error calculation unit 231 links the calculated m second average error rates 2MPE1 to 2MPEm to the identification information of the corresponding regression methods and outputs them to the regression method output unit 232.

(4)回帰手法の決定(S4)
この回帰手法の決定(S4)において、回帰手法出力部232は、図7に示すように、誤差算出部231から出力されたm個の第2の平均誤差率2MPE~2MPEを比較し、最も値の小さい第2の平均誤差率に対応する、予測精度の最も高い回帰手法RMxを決定する。回帰手法出力部232は、決定した回帰手法RMxの識別情報232aを第2の回帰モデル作成部24に出力する。
(4) Determining the regression method (S4)
7, the regression method output unit 232 compares the m second average error rates 2MPE 1 to 2MPE m output from the error calculation unit 231, and determines the regression method RMx with the highest prediction accuracy that corresponds to the smallest second average error rate. The regression method output unit 232 outputs identification information 232a of the determined regression method RMx to the second regression model creation unit 24.

(5)第2の回帰モデルの作成(S5)
この第2の回帰モデルの作成(S5)を、図6及び図7を参照して説明する。図6は、第2の回帰モデル作成部24による第2の回帰モデル作成処理の一例を説明するための図である。
(5) Creation of a second regression model (S5)
The creation of the second regression model (S5) will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 6 is a diagram for explaining an example of the second regression model creation process by the second regression model creation unit 24.

この第2の回帰モデルの作成(S5)において、第2の回帰モデル作成部24は、図7に示すように、回帰手法決定部23の回帰手法出力部232から出力された回帰手法RMxの識別情報232aに対応する回帰手法RMxを回帰手法群33から取得し、図6に示すように、回帰手法RMxを用いて、データセット32に含まれる全てのデータ組321に基づいて第2の回帰モデル2Mを作成し、物性値予測部25に出力する。 In creating this second regression model (S5), the second regression model creation unit 24 acquires, from the regression method group 33, the regression method RMx corresponding to the identification information 232a of the regression method RMx output from the regression method output unit 232 of the regression method determination unit 23, as shown in FIG. 7, and creates a second regression model 2M based on all data sets 321 included in the dataset 32 using the regression method RMx, as shown in FIG. 6, and outputs the second regression model 2M to the physical property value prediction unit 25.

(6)物性値の予測(S6)
この物性値の予測(S6)において、物性値予測部25は、第2の回帰モデル作成部24から出力された第2の回帰モデル2Mを用いて、入力部4から入力された新たなポリマー組成物の材料データに基づいて物性値を予測し、表示部5がその物性値を表示する。
(6) Prediction of physical properties (S6)
In this prediction of physical property values (S6), the physical property value prediction unit 25 uses the second regression model 2M output from the second regression model creation unit 24 to predict physical property values based on the material data of the new polymer composition input from the input unit 4, and the display unit 5 displays the physical property values.

<本実施の形態の作用、効果>
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
(a)データセット32が十分なデータ数を有しておらず、さらに疎なデータであっても、データセット32の分割回数をデータの空白率に応じた回数とし、回帰手法ごとに分割回数分の第1の回帰モデルを作成し、さらに各第1の回帰モデルの誤差を平均して回帰手法を評価することで、分割した際に生じるデータの偏りによる影響が軽減され、要求された物性に応じた回帰手法を選定することができる。
(b)予め定められた複数の回帰手法のうち予測精度の最も高い回帰手法を選定し、選定した回帰手法に対応した回帰モデルをデータセット32の全てのデータを用いて作成することで、要求される物性に対応する物性値の高精度な予測を行うことができる。
<Actions and Effects of the Present Embodiment>
According to this embodiment, the following actions and effects are achieved.
(a) Even if the data set 32 does not have a sufficient number of data and is sparse, the number of times the data set 32 is divided is set according to the blank rate of the data, a first regression model is created for each of the divisions for each regression method, and the errors of each first regression model are averaged to evaluate the regression method. This reduces the influence of bias in the data that occurs when the data is divided, and makes it possible to select a regression method that corresponds to the required physical properties.
(b) By selecting the regression method with the highest prediction accuracy from among a plurality of predetermined regression methods and creating a regression model corresponding to the selected regression method using all the data in the data set 32, it is possible to perform highly accurate predictions of physical property values corresponding to required physical properties.

データセット32のデータ数を350個、データセット32の空白率を40%とし、学習用データの数と評価用データの数を7:3に分割し、ガウス過程回帰手法を用いて平均誤差率を算出する実験を行った。 The number of data points in Dataset 32 was set to 350, the blank rate in Dataset 32 was set to 40%, the number of training data points and the number of evaluation data points were divided into 7:3, and an experiment was conducted to calculate the average error rate using the Gaussian process regression method.

その結果、ホールドアウト法によりデータセット32を1回分割して回帰モデルを作成、評価した比較例1では、第1の平均誤差率は6%であった。再度ホールドアウト法によりデータセット32を1回分割して回帰モデルを作成、評価した比較例2では、第1の平均誤差率は11%であった。一方、データセット32の分割回数を30回とした本実施例によれば、第2の平均誤差率は2%以下となり、ホールドアウト法よりも物性値の高精度な予測を行うことができることが分かる。 As a result, in Comparative Example 1, in which dataset 32 was divided once using the holdout method to create and evaluate a regression model, the first average error rate was 6%. In Comparative Example 2, in which dataset 32 was divided once again using the holdout method to create and evaluate a regression model, the first average error rate was 11%. On the other hand, in this example, in which dataset 32 was divided 30 times, the second average error rate was 2% or less, demonstrating that more accurate prediction of physical property values can be achieved than with the holdout method.

(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of the embodiment)
Next, the technical ideas grasped from the above-described embodiments will be described by using the reference numerals and the like in the embodiments. However, the reference numerals in the following description do not limit the components in the claims to the members and the like specifically shown in the embodiments.

[1]複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組(321)を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセット(32)に対し、前記データ組(321)の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成するデータ生成部(21)と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成部(22)と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する回帰手法決定部(23)と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセット(32)に含まれる複数の前記データ組(321)に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の回帰モデル作成部(24)と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する物性値予測部(25)と、を備えた複合材料の物性値予測装置(1)。
[1] A data generation unit (21) that divides a data set (321) of material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of the physical properties of the composite material into a data set (321) for each of a plurality of types of composite materials so that the combinations of the data set (321) are different from each other, thereby generating a plurality of training data groups and a plurality of evaluation data groups;
a first regression model creation unit (22) that creates a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a regression method determination unit (23) that evaluates the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each regression method based on the plurality of evaluation data groups, and determines the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second regression model creation unit (24) that creates a second regression model based on the plurality of data sets (321) included in the data set (32) using the regression method with the highest evaluation;
a property value prediction unit (25) that predicts a property value based on input material data using the second regression model.

[2]前記回帰手法決定部(23)は、前記回帰手法ごと及び前記第1の回帰モデルごとに前記評価用データ群に含まれる複数の評価用データに基づいて前記第1の回帰モデルによるそれぞれの誤差を平均した第1の予測誤差を算出し、前記複数の第1の回帰モデルによるそれぞれの前記第1の予測誤差を平均した第2の予測誤差を当該回帰手法の予測精度として算出する誤差算出部(231)と、前記回帰手法ごとに算出された前記予測精度を比較して前記最も評価の高い前記回帰手法を出力する回帰手法出力部(232)とを備えた、前記[1]に記載の複合材料の物性値予測装置(1)。 [2] The device (1) for predicting physical properties of a composite material described in [1], wherein the regression method determination unit (23) includes an error calculation unit (231) that calculates a first prediction error by averaging the errors of the first regression model for each regression method and each first regression model based on the multiple evaluation data included in the evaluation data group, and calculates a second prediction error by averaging the first prediction errors of the multiple first regression models as the prediction accuracy of the regression method, and a regression method output unit (232) that compares the prediction accuracy calculated for each regression method and outputs the regression method with the highest evaluation.

[3]前記第2の回帰モデル作成部(24)は、前記データセット(32)を構成する前記データ組に基づいて前記第2の回帰モデルを作成する、前記[1]又は[2]に記載の複合材料の物性値予測装置(1)。 [3] The device (1) for predicting physical properties of a composite material described in [1] or [2], wherein the second regression model creation unit (24) creates the second regression model based on the data set that constitutes the data set (32).

[4]前記データセット(32)を構成する前記データ組(321)の数は、100以上、10万未満である、前記[1]から[3]のいずれか1つに記載の複合材料の物性値予測装置(1)。 [4] The composite material property value prediction device (1) described in any one of [1] to [3], wherein the number of data sets (321) constituting the data set (32) is 100 or more and less than 100,000.

[5]前記データセットのデータが存在しない空白率が30%以上、80%以下である、前記[1]から[4]のいずれか1つに記載の複合材料の物性値予測装置(1)。 [5] The composite material property value prediction device (1) described in any one of [1] to [4], wherein the blank rate of the dataset, where no data exists, is 30% or more and 80% or less.

[6]前記データ生成部による前記データセットに対する分割回数は、前記データセットのデータが存在しない空白率に応じた回数である、
前記[1]から[5]のいずれか1つに記載の複合材料の物性値予測装置。
[6] The number of times the data set is divided by the data generation unit is a number corresponding to a blank rate where no data exists in the data set.
The apparatus for predicting physical properties of a composite material according to any one of [1] to [5].

[7]前記複合材料は、前記材料として複数の樹脂及び複数の配合剤を含むポリマー組成物である、前記[1]から[6]のいずれか1つに記載の複合材料の物性値予測装置(1)。 [7] The composite material property value prediction device (1) described in any one of [1] to [6], wherein the composite material is a polymer composition containing multiple resins and multiple compounding agents.

[8]コンピュータを、複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組(321)を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセット(32)に対し、前記データ組(321)の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成するデータ生成部(21)と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成部(22)と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する回帰手法決定部(23)と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセット(32)に含まれる複数の前記データ組(321)に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の回帰モデル作成部(24)と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する物性値予測部(25)、として機能させる複合材料の物性値予測プログラム。
[8] A computer includes a data generation unit (21) that divides a data set (321) of material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of the physical properties of the composite material into a data set (32) for each of a plurality of types of composite materials so that the combinations of the data set (321) are different from each other, thereby generating a plurality of training data groups and a plurality of evaluation data groups;
a first regression model creation unit (22) that creates a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a regression method determination unit (23) that evaluates the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each regression method based on the plurality of evaluation data groups, and determines the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second regression model creation unit (24) that creates a second regression model based on the plurality of data sets (321) included in the data set (32) using the regression method with the highest evaluation;
a physical property value prediction unit (25) that predicts physical property values based on input material data using the second regression model;

[9]複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組(321)を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセット(32)に対し、前記データ組(321)の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成する生成ステップ(S1)と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の作成ステップ(S2)と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法(RM)を決定する決定ステップ(S4)と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセット(32)に含まれる複数の前記データ組(321)に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の作成ステップ(S5)と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する予測ステップ(S6)と、を含む複合材料の物性値予測方法。
[9] A generation step (S1) of dividing a data set (321) of material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of the physical properties of the composite material into a data set (32) for each of a plurality of types of composite materials so that the combinations of the data sets (321) are different from each other, thereby generating a plurality of training data groups and a plurality of evaluation data groups;
a first creation step (S2) of creating a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a determination step (S4) of evaluating the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each regression method based on the plurality of evaluation data groups, and determining the regression method (RM x ) having the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second creation step (S5) of creating a second regression model based on a plurality of the data sets (321) included in the data set (32) using the regression method with the highest evaluation;
a prediction step (S6) of predicting physical property values based on input material data using the second regression model.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形、実施が可能である。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment and various modifications and implementations are possible.

また、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更してもよい。また、上記実施の形態のフローにおいて、ステップの追加、削除、変更、入替え等を行ってもよい。 In addition, some of the components of the above embodiments may be omitted or modified. Furthermore, steps may be added, deleted, modified, or rearranged in the flow of the above embodiments.

1…物性値予測装置、2…予測処理部、3…記憶部、4…入力部、5…表示部、
21…データ生成部、22…第1の回帰モデル作成部、23…回帰手法決定部、
24…第2の回帰モデル作成部、25…物性値予測部、31…物性値予測プログラム、
32…データセット、33…回帰手法群、34…学習用データセット、
35…評価用データセット、231…誤差算出部、
232…回帰手法出力部、232a…識別情報、320…組成物ID、
321…データ組、321a…材料データ、321b…物性データ、
LDG~LDG…学習用データ群、TDG~TDG…評価用データ群、
LD…学習用データ、TD…評価用データ、RM~RM…回帰手法、
1M~1M…第1の回帰モデル、1MPE~1MPE…第1の平均誤差率、
2MPE~2MPE…第2の平均誤差率、2M…第2の回帰モデル
1... physical property value prediction device, 2... prediction processing unit, 3... storage unit, 4... input unit, 5... display unit,
21...data generation unit, 22...first regression model creation unit, 23...regression method determination unit,
24... second regression model creation unit, 25... physical property value prediction unit, 31... physical property value prediction program,
32...dataset, 33...regression method group, 34...training dataset,
35...Evaluation dataset, 231...Error calculation unit,
232...Regression method output unit, 232a...Identification information, 320...Composition ID,
321...data set, 321a...material data, 321b...physical property data,
LDG 1 to LDG n ... training data group, TDG 1 to TDG n ... evaluation data group,
LD... training data, TD... evaluation data, RM 1 to RM m ... regression method,
1M 1 to 1M n ...first regression model, 1MPE 1 to 1MPE n ...first average error rate,
2MPE 1 to 2MPE m ... second mean error rate, 2M... second regression model

Claims (8)

複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセットに対し、前記データ組の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成するデータ生成部と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成部と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する回帰手法決定部と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセットに含まれる複数の前記データ組に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の回帰モデル作成部と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する物性値予測部と、
を備えた複合材料の物性値予測装置であって、
前記データ生成部による前記データセットに対する分割回数は、前記データセットのデータが存在しない空白率の数値部分以上の回数である、
複合材料の物性値予測装置。
a data generation unit that divides a data set, which includes material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of physical properties related to the composite material, for each of a plurality of types of composite materials a plurality of times so that the combinations of the data sets are different from one another, thereby generating a plurality of training data groups and a plurality of evaluation data groups;
a first regression model creation unit that creates a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a regression method determination unit that evaluates the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each of the regression methods based on the plurality of evaluation data groups, and determines the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second regression model creation unit that creates a second regression model based on the plurality of data sets included in the data set using the regression method with the highest evaluation;
a physical property value prediction unit that predicts a physical property value based on input material data using the second regression model;
A physical property value prediction device for a composite material, comprising :
The number of times the data set is divided by the data generation unit is equal to or greater than the numerical value of the blank rate where no data exists in the data set.
A device for predicting the physical properties of composite materials.
前記回帰手法決定部は、前記回帰手法ごと及び前記第1の回帰モデルごとに前記評価用データ群に含まれる複数の評価用データに基づいて前記第1の回帰モデルによるそれぞれの誤差を平均した第1の予測誤差を算出し、前記複数の第1の回帰モデルによるそれぞれの前記第1の予測誤差を平均した第2の予測誤差を当該回帰手法の予測精度として算出する誤差算出部と、前記回帰手法ごとに算出された前記予測精度を比較して前記最も評価の高い前記回帰手法を出力する回帰手法出力部とを備えた、
請求項1に記載の複合材料の物性値予測装置。
The regression method determination unit includes an error calculation unit that calculates, for each of the regression methods and each of the first regression models, a first prediction error by averaging errors due to the first regression model based on a plurality of evaluation data included in the evaluation data group, and calculates, as a prediction accuracy of the regression method, a second prediction error by averaging the first prediction errors due to the plurality of first regression models; and a regression method output unit that compares the prediction accuracy calculated for each of the regression methods and outputs the regression method with the highest evaluation.
The apparatus for predicting physical property values of a composite material according to claim 1 .
前記第2の回帰モデル作成部は、前記データセットを構成する前記データ組に基づいて前記第2の回帰モデルを作成する、
請求項1又は2に記載の複合材料の物性値予測装置。
the second regression model creation unit creates the second regression model based on the data sets that constitute the data set.
The apparatus for predicting physical property values of a composite material according to claim 1 or 2.
前記データセットを構成する前記データ組の数は、100以上、10万未満である、
請求項1に記載の複合材料の物性値予測装置。
The number of the data sets constituting the data set is 100 or more and less than 100,000.
The apparatus for predicting physical property values of a composite material according to claim 1 .
前記データセットのデータが存在しない空白率が30%以上、80%以下である、
請求項4に記載の複合材料の物性値予測装置。
The blank rate of the dataset, where no data exists, is 30% or more and 80% or less.
The apparatus for predicting physical property values of a composite material according to claim 4.
前記複合材料は、前記材料として複数の樹脂及び複数の配合剤を含むポリマー組成物である、
請求項1に記載の複合材料の物性値予測装置。
The composite material is a polymer composition containing a plurality of resins and a plurality of compounding agents.
The apparatus for predicting physical property values of a composite material according to claim 1 .
コンピュータを、
複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセットに対し、前記データ組の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成するデータ生成部と、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成部と、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する回帰手法決定部と、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセットに含まれる複数の前記データ組に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の回帰モデル作成部と、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する物性値予測部、
として機能させる複合材料の物性値予測プログラムであって、
前記データ生成部による前記データセットに対する分割回数は、前記データセットのデータが存在しない空白率の数値部分以上の回数である、
複合材料の物性値予測プログラム。
Computer,
a data generation unit that divides a data set, which includes material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of physical properties related to the composite material, for each of a plurality of types of composite materials a plurality of times so that the combinations of the data sets are different from one another, thereby generating a plurality of training data groups and a plurality of evaluation data groups;
a first regression model creation unit that creates a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a regression method determination unit that evaluates the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each of the regression methods based on the plurality of evaluation data groups, and determines the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second regression model creation unit that creates a second regression model based on the plurality of data sets included in the data set using the regression method with the highest evaluation;
a physical property value prediction unit that predicts a physical property value based on input material data using the second regression model;
A physical property value prediction program for a composite material that functions as
The number of times the data set is divided by the data generation unit is equal to or greater than the numerical value of the blank rate where no data exists in the data set.
A program for predicting the physical properties of composite materials.
コンピュータが、
複合材料を構成する材料の配合情報を示す材料データと前記複合材料に関する物性についてその物性値を示す物性データとのデータ組を、複数種類の前記複合材料について前記複合材料ごとに有するデータセットに対し、前記データ組の組合せがそれぞれ異なるように複数回分割して、複数の学習用データ群と複数の評価用データ群とを生成する生成ステップと、
予め定められた複数の回帰手法について、前記回帰手法ごとに前記複数の学習用データ群に基づいて複数の第1の回帰モデルを作成する第1の回帰モデル作成ステップと、
前記複数の第1の回帰モデルによる予測精度を前記複数の評価用データ群に基づいて前記回帰手法ごとに評価し、前記複数の回帰手法のうち最も評価の高い前記回帰手法を決定する決定ステップと、
前記最も評価の高い回帰手法を用いて、前記データセットに含まれる複数の前記データ組に基づいて第2の回帰モデルを作成する第2の作成ステップと、
前記第2の回帰モデルを用いて、入力された材料データに基づいて物性値を予測する予測ステップと、
を含む複合材料の物性値予測方法であって、
前記生成ステップにおける前記データセットに対する分割回数は、前記データセットのデータが存在しない空白率の数値部分以上の回数である、
複合材料の物性値予測方法。
The computer
a generation step of dividing a data set, which includes material data indicating blending information of materials constituting a composite material and physical property data indicating physical property values of physical properties related to the composite material, for each of a plurality of types of composite materials a plurality of times so that the combinations of the data sets are different from one another to generate a plurality of training data sets and a plurality of evaluation data sets;
a first regression model creation step of creating a plurality of first regression models for each of a plurality of predetermined regression methods based on the plurality of learning data groups;
a determination step of evaluating the prediction accuracy of the plurality of first regression models for each of the regression methods based on the plurality of evaluation data groups, and determining the regression method with the highest evaluation among the plurality of regression methods;
a second generation step of generating a second regression model based on a plurality of the data sets included in the data set using the best-performing regression method;
a prediction step of predicting a physical property value based on input material data using the second regression model;
A method for predicting physical properties of a composite material, comprising :
The number of times the dataset is divided in the generating step is equal to or greater than the numerical value of the blank rate where no data exists in the dataset.
Methods for predicting the physical properties of composite materials.
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