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JP7832968B2 - Information processing device, information processing method, and program - Google Patents
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JP7832968B2 - Information processing device, information processing method, and program - Google Patents

Information processing device, information processing method, and program

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JP7832968B2 JP2024006223A JP2024006223A JP7832968B2 JP 7832968 B2 JP7832968 B2 JP 7832968B2 JP 2024006223 A JP2024006223 A JP 2024006223A JP 2024006223 A JP2024006223 A JP 2024006223A JP 7832968 B2 JP7832968 B2 JP 7832968B2
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Description

本開示は、情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。 This disclosure relates to an information processing device, an information processing method, and a program.

商品の在庫管理において無駄な在庫や欠品の発生を低減させるために、当該商品の需要量を予測したうえで発注数を決定するというような状況が想定され得る。また、近年では、上述した商品の在庫管理の例のように、将来における需要量を予測するためのシステムが各種提案されている。例えば、特許文献1には、需要量を日別に予測する予測モデルを用いて需要量の予測を行うことで、各商品の発注数を算出するシステムの一例が開示されている。 In inventory management, it is conceivable that order quantities would be determined based on predicted demand for a product in order to reduce unnecessary inventory and stockouts. Furthermore, in recent years, various systems for predicting future demand have been proposed, as illustrated by the inventory management example above. For example, Patent Document 1 discloses an example of a system that calculates the order quantity for each product by predicting demand using a forecasting model that predicts demand on a daily basis.

国際公開第2018/042950号International Publication No. 2018/042950

特許文献1に開示されたシステムでは、算出する需要予測数の発生確率が正規分布に従うと仮定したうえで需要量の予測が行われている。しかしながら、実際には需要予測数の発生確率は、正規分布に従わないことが多い。そのため、正規分布に従うとの仮定のうえで得られる需要量の予測結果は、実態に即しているとは言い難い場合がある。 The system disclosed in Patent Document 1 assumes that the probability of the calculated demand forecast number follows a normal distribution when predicting demand. However, in reality, the probability of the predicted demand number often does not follow a normal distribution. Therefore, the demand forecast results obtained under the assumption of a normal distribution may not accurately reflect reality.

本発明は上記の問題を鑑み、より実態に即した需要量の予測を可能とすることを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, this invention aims to enable more accurate forecasting of demand.

本発明に係る情報処理装置は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定手段と、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を表す確率密度関数を統合して、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を表す確率密度関数を導出することで、前記対象期間における需要量の予測に用いられる当該第2の分布を推定する第2の推定手段と、を備え The information processing device according to the present invention comprises: a first estimation means for estimating a first distribution that indicates the likelihood of each quantity of demand that falls within a first range of demand that is estimated to be actually observed for a unit period targeted for demand forecasting, based on past demand performance; and a second estimation means for estimating a second distribution used for forecasting demand during a target period , by integrating probability density functions representing the first distribution estimated for each of a plurality of unit periods included in the target period for demand forecasting, and deriving a probability density function representing a second distribution that indicates the likelihood of each quantity of demand that falls within a second range of demand that is estimated to be actually observed for the target period .

本発明によれば、より実態に即した需要量の予測が可能となる。 According to this invention, it becomes possible to predict demand levels that more accurately reflect actual conditions.

情報処理システムのシステム構成の一例を示した図である。This diagram shows an example of the system configuration of an information processing system. 情報処理装置のハードウェア構成の一例を示した図である。This diagram shows an example of the hardware configuration of an information processing device. 情報処理システムの機能構成の一例を示した機能ブロック図である。This is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of an information processing system. 情報処理システムの処理の一例を示したフローチャートである。This is a flowchart illustrating an example of the processing performed by an information processing system. 情報処理システムの処理の一例を示したフローチャートである。This is a flowchart illustrating an example of the processing steps in an information processing system. 分位点の推定に係る学習済モデルの構築方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for constructing a trained model related to quantile estimation. 需要量の分布を表わす確率密度関数の一例を示した図である。This figure shows an example of a probability density function that represents the distribution of demand. 分割正規分布のパラメータの決定方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for determining the parameters of a split normal distribution. 需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果の一例を示した図である。This figure shows an example of the estimation results of the probability density function representing the distribution of demand. 需要量の分布を表わす確率密度関数の推定方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for estimating the probability density function that represents the distribution of demand. 誤差予測モデルの構築方法及び適用方法の一例を示した図である。This figure shows an example of how to construct and apply an error prediction model. 誤差の予測結果を利用した分位点の推定方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for estimating quantiles using error prediction results. 需要量の予測結果の確率密度関数の推定結果の一例を示した図である。This figure shows an example of the estimated probability density function of the demand forecast. 需要量の確率密度関数の一例を示した図である。This figure shows an example of a probability density function for the quantity demanded. MAの算出結果の一例を示した図である。This figure shows an example of the MA calculation results. 分位点予測の結果を補正する方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for correcting the results of quantile prediction. 対象期間の需要分布の推定を行う方法の一例を示した図である。This figure illustrates an example of a method for estimating the demand distribution over a given period. 複数のモデルを適用した分位点の推定方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for estimating quantiles by applying multiple models. 複数のモデルを適用した分位点の推定方法の一例を示した図である。This figure shows an example of a method for estimating quantiles by applying multiple models.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the attached drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thus omitting redundant descriptions.

<システム構成>
図1を参照して、本実施形態に係る情報処理システムのシステム構成の一例について説明する 本実施形態に係る情報処理システム1は、情報処理装置100と、1以上の端末装置200とを含む。図1に示す例では、端末装置200として、端末装置200a及び200bが設けられている。情報処理装置100と、端末装置200とは、ネットワークN1を介して各種情報やデータを相互に送受信可能に接続されている。
<System Configuration>
Referring to Figure 1, an example of the system configuration of the information processing system according to this embodiment will be described. The information processing system 1 according to this embodiment includes an information processing device 100 and one or more terminal devices 200. In the example shown in Figure 1, terminal devices 200a and 200b are provided as terminal devices 200. The information processing device 100 and the terminal devices 200 are connected via a network N1 so that various information and data can be sent and received from each other.

情報処理システム1を構成する各装置間を接続するネットワークN1の種別は特に限定されない。具体的な一例として、ネットワークN1は、LAN(Local Area Network)、インターネット、専用線、または、WAN(Wide Area Network)等により構成されていてもよい。また、ネットワークN1は、有線のネットワークにより構成されていてもよいし、無線のネットワークにより構成されていてもよい。また、ネットワークN1は、複数のネットワークを含んでもよく、一部のネットワークとして、他のネットワークとは異なる種別のネットワークが含まれてもよい。また、各装置間の通信が論理的に確立されていればよく、ネットワークN1の物理的な構成は特に限定されない。具体的な一例として、各装置間の通信が他の通信装置等により中継されてもよい。加えて、情報処理システム1を構成する一連の装置が、必ずしも共通のネットワークに接続されていなくてもよい。すなわち、情報やデータの送受信が行われる装置間の通信を確立することが可能であれば、一部の装置と他の装置とのそれぞれが直接接続されるネットワークが異なっていてもよい。 The type of network N1 connecting the devices constituting the information processing system 1 is not particularly limited. For example, network N1 may consist of a LAN (Local Area Network), the Internet, a dedicated line, or a WAN (Wide Area Network). Furthermore, network N1 may consist of a wired network or a wireless network. Network N1 may also include multiple networks, and some networks may be of a different type than the others. Moreover, the physical configuration of network N1 is not particularly limited; it is sufficient that communication between the devices is logically established. For example, communication between the devices may be relayed by other communication devices. In addition, the series of devices constituting the information processing system 1 do not necessarily have to be connected to a common network. That is, as long as it is possible to establish communication between devices that transmit and receive information and data, some devices and others may be directly connected to different networks.

情報処理装置100は、履歴等として管理されている過去の需要量の実績に基づき、対象となる期間(以下、対象期間とも称する)における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定し、当該確率密度関数に基づき、当該対象期間における需要量の予測を行う。
なお、本実施形態において、需要量の分布を表わす確率密度関数とは、実際に観測されると推定される需要量の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさ(例えば、尤度、確度等)を示す分布に相当する。
また、情報処理装置100の上記機能や当該機能を実現するための処理については詳細を別途後述する。
The information processing device 100 estimates a probability density function representing the distribution of demand during a target period (hereinafter also referred to as the target period) based on past demand data managed as history, and predicts the demand during the target period based on this probability density function.
In this embodiment, the probability density function representing the distribution of demand corresponds to a distribution that shows the likelihood (e.g., likelihood, certainty, etc.) of each demand within the range of demand estimated to be actually observed.
Furthermore, the above-mentioned functions of the information processing device 100 and the processes for realizing those functions will be described in detail separately later.

端末装置200は、情報処理装置100が提供する機能の利用に係る入力を受け付けるための入力インタフェースの役割や、当該ユーザへの各種情報の提示に係る出力インタフェースの役割を担う。 The terminal device 200 serves as an input interface for receiving input related to the use of functions provided by the information processing device 100, and as an output interface for presenting various types of information to the user.

なお、図1に示す構成はあくまで一例であり、別途後述する情報処理システム1の各構成要素の機能を実現することが可能であれば、必ずしも当該情報処理システム1のシステム構成は限定されない。具体的な一例として、情報処理装置100及び端末装置200が一体的に構成された所謂スタンドアロン環境として情報処理システム1が実現されてもよい。また、他の一例として、情報処理装置100に相当する構成要素が、複数の装置が協働することで実現されてもよいし、所謂ネットワークサービスとして実現されてもよい。 The configuration shown in Figure 1 is merely an example, and the system configuration of the information processing system 1 is not necessarily limited as long as it is possible to realize the functions of each component of the information processing system 1, which will be described separately. As a specific example, the information processing system 1 may be implemented as a so-called standalone environment in which the information processing device 100 and the terminal device 200 are configured as an integrated unit. Furthermore, as another example, the component corresponding to the information processing device 100 may be realized through the cooperation of multiple devices, or as a so-called network service.

<ハードウェア構成>
図2を参照して、本実施形態に係る情報処理システム1における情報処理装置100や端末装置200として適用可能な情報処理装置900のハードウェア構成の一例について説明する。図2に示すように、本実施形態に係る情報処理装置900は、CPU(Central Processing Unit)910と、ROM(Read Only Memory)920と、RAM(Random Access Memory)930とを含む。また、情報処理装置900は、補助記憶装置940と、ネットワークI/F970とを含む。また、情報処理装置900は、出力装置950と、入力装置960とのうち少なくともいずれかを含んでもよい。CPU910と、ROM920と、RAM930と、補助記憶装置940と、出力装置950と、入力装置960と、ネットワークI/F970とは、バス980を介して相互に接続されている。
<Hardware Configuration>
Referring to Figure 2, an example of the hardware configuration of an information processing device 900 applicable as an information processing device 100 or terminal device 200 in the information processing system 1 according to this embodiment will be described. As shown in Figure 2, the information processing device 900 according to this embodiment includes a CPU (Central Processing Unit) 910, a ROM (Read Only Memory) 920, and a RAM (Random Access Memory) 930. The information processing device 900 also includes an auxiliary storage device 940 and a network I/F 970. The information processing device 900 may also include at least one of an output device 950 and an input device 960. The CPU 910, ROM 920, RAM 930, auxiliary storage device 940, output device 950, input device 960, and network I/F 970 are interconnected via a bus 980.

CPU910は、情報処理装置900の各種動作を制御する中央演算装置である。例えば、CPU910は、情報処理装置900全体の動作を制御してもよい。ROM920は、CPU910で実行可能な制御プログラムやブートプログラムなどを記憶する。RAM930は、CPU910の主記憶メモリであり、ワークエリア又は各種プログラムを展開するための一時記憶領域として用いられる。 The CPU 910 is a central processing unit that controls various operations of the information processing device 900. For example, the CPU 910 may control the operation of the entire information processing device 900. The ROM 920 stores control programs and boot programs that can be executed by the CPU 910. The RAM 930 is the main memory of the CPU 910 and is used as a work area or temporary storage area for deploying various programs.

補助記憶装置940は、各種データや各種プログラムを記憶する。補助記憶装置940は、HDD(Hard Disk Drive)や、SSD(Solid State Drive)に代表される不揮発性メモリ等のような、各種データを一時的または持続的に記憶可能な記憶デバイスにより実現される。 The auxiliary storage device 940 stores various data and programs. The auxiliary storage device 940 is implemented using a storage device capable of temporarily or continuously storing various data, such as a non-volatile memory like an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).

出力装置950は、各種情報を出力する装置であり、ユーザに対する各種情報の提示に利用される。例えば、出力装置950は、ディスプレイ等の表示デバイスにより実現される。この場合には、出力装置950は、各種表示情報を表示させることで、ユーザに対して情報を提示する。また、他の一例として、出力装置950は、音声や電子音等の音を出力する音響出力デバイスにより実現されてもよい。この場合には、出力装置950は、音声や電信等の音を出力することで、ユーザに対して情報を提示する。また、出力装置950として適用されるデバイスは、ユーザに対して情報を提示するために利用する媒体に応じて適宜変更されてもよい。 The output device 950 is a device that outputs various types of information and is used to present various types of information to the user. For example, the output device 950 may be implemented by a display device such as a display. In this case, the output device 950 presents information to the user by displaying various types of display information. As another example, the output device 950 may be implemented by an acoustic output device that outputs sounds such as voice or electronic sounds. In this case, the output device 950 presents information to the user by outputting sounds such as voice or telegraph signals. Furthermore, the device to which the output device 950 is applied may be appropriately changed depending on the medium used to present information to the user.

入力装置960は、ユーザからの各種指示の受け付けに利用される。本実施形態では、入力装置960は、マウス、キーボード、タッチパネル等の入力デバイスを含む。また、他の一例として、入力装置960は、マイクロフォン等の集音デバイスを含み、ユーザが発話した音声を集音してもよい。この場合には、集音された音声に対して音響解析や自然言語処理等の各種解析処理が施されることで、この音声が示す内容がユーザからの指示として認識される。また、入力装置960として適用されるデバイスは、ユーザからの指示を認識する方法に応じて適宜変更されてもよい。また、入力装置960として複数種類のデバイスが適用されてもよい。 The input device 960 is used to receive various instructions from the user. In this embodiment, the input device 960 includes input devices such as a mouse, keyboard, and touch panel. Alternatively, the input device 960 may include a sound collection device such as a microphone to collect the user's voice. In this case, various analysis processes, such as acoustic analysis and natural language processing, are applied to the collected voice so that the content of the voice is recognized as an instruction from the user. Furthermore, the device applied as the input device 960 may be appropriately changed depending on the method of recognizing the user's instructions. Multiple types of devices may also be applied as the input device 960.

ネットワークI/F970は、外部の装置とのネットワークを介した通信に利用される。なお、ネットワークI/F970として適用されるデバイスは、通信経路の種別や適用される通信方式に応じて適宜変更されてもよい。 The Network I/F 970 is used for communication with external devices via a network. The device used as the Network I/F 970 may be changed as appropriate depending on the type of communication path and the applicable communication method.

CPU910が、ROM220又は補助記憶装置940に記憶されたプログラムをRAM930に展開し、このプログラムを実行することで、図3に示す情報処理装置100の機能構成や、図4及び図5を参照して後述する情報処理装置100の処理等が実現される。 The CPU 910 loads the program stored in the ROM 220 or auxiliary storage device 940 into the RAM 930 and executes this program. This enables the functional configuration of the information processing device 100 shown in Figure 3, and the processing of the information processing device 100 described later with reference to Figures 4 and 5.

<機能構成>
図3を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について、特に情報処理装置100の構成に着目して説明する。図3に示すように、情報処理装置100は、需要量分布推定部110と、統合処理部120と、需要量予測部130とを含む。また、図3に示す例では、過去の需要量の実績データを管理するための記憶領域として、記憶部190が設けられている。
<Functional Configuration>
Referring to Figure 3, an example of the functional configuration of the information processing system according to this embodiment will be described, with particular attention paid to the configuration of the information processing device 100. As shown in Figure 3, the information processing device 100 includes a demand distribution estimation unit 110, an integrated processing unit 120, and a demand forecasting unit 130. In the example shown in Figure 3, a storage unit 190 is provided as a storage area for managing past demand data.

記憶部190は、各種データを記憶する記憶領域を模式的に示している。前述したように、図3に示す例では、記憶部190は、履歴等として管理されている過去の需要量の実績データを記憶している。記憶部190は、例えば、補助記憶装置940により実現されてもよいし、データベースサーバ等のような各種データを管理する外部装置として実現されてもよい。 The memory unit 190 schematically represents a memory area for storing various types of data. As mentioned above, in the example shown in Figure 3, the memory unit 190 stores historical data of past demand, which is managed as history, etc. The memory unit 190 may be implemented, for example, by an auxiliary storage device 940, or by an external device that manages various types of data, such as a database server.

需要量分布推定部110は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間(例えば、日ごと等のような過去の需要量の実績の管理単位となる期間)ごとに、当該単位期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定する。なお、本実施形態では、便宜上、上記単位期間を日とする。すなわち、需要量分布推定部110は、需要量予測の対象となる日ごとに、当該日における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定するものとする。 The demand distribution estimation unit 110 estimates a probability density function representing the distribution of demand for each unit period targeted for demand forecasting (for example, a period that serves as a management unit for past demand data, such as daily periods), based on past demand data. In this embodiment, for convenience, the above unit period is set to a day. That is, the demand distribution estimation unit 110 estimates a probability density function representing the distribution of demand for each day targeted for demand forecasting.

具体的な一例として、需要量分布推定部110は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる日における、基準となる需要量と、基準よりも上振れした場合の需要量と、基準よりも下振れした場合の需要量とのそれぞれについて、需要量を、それぞれ需要量分布の分位点として推定する。
なお、以降では、基準となる需要量の予測結果の分位点を第1の分位点、基準よりも上振れした場合の需要量の予測結果の分位点を第2の分位点、基準よりも下振れした場合の需要量の予測結果の分位点を第3の分位点とも称する。また、本実施形態では、便宜上、第1の分位点を50%分位点、第2の分位点を95%分位点、第3の分位点を5%分位点とする。なお、本開示において、50%分位点とは、需要量予測の対象となる日と同様の条件の過去の需要量の実績のサンプルデータのうち、需要量がより小さいサンプルデータから数えて50%のサンプルデータが含まれることとなる需要量の分位点に相当する。同様に、95%分位点であれば95%のサンプルデータが含まれることとなる需要量の分位点に相当し、5%分位点であれば5%のサンプルデータが含まれることとなる需要量の分位点に相当することとなる。
そのうえで、需要量分布推定部110は、上記3つの分位点の推定結果に基づき、需要量予測の対象となる日における、需要量の分布を表わす確率密度関数を推定してもよい。この際に、需要量分布推定部110は、需要量の分布を表わす確率密度関数を、50%分位点を基準として需要量が上振れした場合と、需要量が下振れした場合とのそれぞれが示された分割正規分布として推定してもよい。この場合には、需要量分布推定部110は、50%分位点、95%分位点と5%分位点との推定結果に基づき需要量の上振れと下振れの広がりを加味した確率密度関数を推定すればよい。
なお、上記した例については詳細を別途後述する。また、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の定義域として示される、単位期間について実際に観測されると推定される需要量の範囲が「第1の範囲」の一例に相当する。また、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数が、上記第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す「第1の分布」の一例に相当する。また、需要量分布推定部110が、「第1の推定部」の一例に相当する。
As a specific example, the demand distribution estimation unit 110 estimates the demand for the day to be forecasted as a quantile of the demand distribution, based on past demand data, for the base demand, the demand if it exceeds the base, and the demand if it falls below the base.
Hereafter, the quantile of the forecast result for the baseline demand will be referred to as the first quantile, the quantile of the forecast result for demand when it is above the baseline will be referred to as the second quantile, and the quantile of the forecast result for demand when it is below the baseline will be referred to as the third quantile. In this embodiment, for convenience, the first quantile will be referred to as the 50th percentile, the second quantile as the 95th percentile, and the third quantile as the 5th percentile. In this disclosure, the 50th percentile corresponds to the quantile of demand that includes 50% of the sample data from past demand data under similar conditions to the day for which the demand forecast is being made, counting from the sample data with the smallest demand. Similarly, the 95th percentile corresponds to the quantile of demand that includes 95% of the sample data, and the 5th percentile corresponds to the quantile of demand that includes 5% of the sample data.
Furthermore, the demand distribution estimation unit 110 may estimate a probability density function representing the distribution of demand on the day for which demand is to be forecasted, based on the estimation results of the three quantiles mentioned above. In this case, the demand distribution estimation unit 110 may estimate the probability density function representing the distribution of demand as a split normal distribution that shows both the case where demand is above the 50th percentile and the case where demand is below the 50th percentile. In this case, the demand distribution estimation unit 110 should estimate a probability density function that takes into account the extent of the upward and downward fluctuations in demand, based on the estimation results of the 50th percentile, the 95th percentile, and the 5th percentile.
Further details regarding the above-mentioned examples will be provided separately later. The range of demand estimated to be actually observed for a given period, as shown as the domain of the probability density function representing the distribution of demand for each unit period, corresponds to an example of the "first range." The probability density function representing the distribution of demand for each unit period corresponds to an example of the "first distribution," indicating the likelihood of each demand within the first range. The demand distribution estimation unit 110 corresponds to an example of the "first estimation unit."

統合処理部120は、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された需要量の分布を表わす確率密度関数を統合することで、当該対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定する。
具体的な一例として、統合処理部120は、ユーザから需要量予測の対象期間の指定を受けて、当該対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定してもよい。
また、統合処理部120は、需要量予測の対象期間に含まれる各日それぞれについて需要量分布推定部110により推定された日ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数を対象とした畳み込み処理により、当該対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定してもよい。
なお、上記対象期間の需要量の分布を表わす確率密度関数の定義域として示される、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の範囲が「第2の範囲」の一例に相当する。また、上記対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数が、上記第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す「第2の分布」の一例に相当する。また、統合処理部120が、「第2の推定部」の一例に相当する。
The integrated processing unit 120 estimates a probability density function representing the distribution of demand during a given period by integrating the probability density functions representing the distribution of demand estimated for each of the multiple unit periods included in the target period for demand forecasting.
As a specific example, the integrated processing unit 120 may receive a specified period for demand forecasting from the user and estimate a probability density function representing the distribution of demand during that period.
Furthermore, the integrated processing unit 120 may estimate a probability density function representing the distribution of demand during the target period by performing a convolution operation on the probability density function representing the daily distribution of demand estimated by the demand distribution estimation unit 110 for each day included in the target period of demand forecasting.
Furthermore, the range of demand quantities that are estimated to be actually observed during the target period, as shown as the domain of the probability density function representing the distribution of demand quantities during the target period, corresponds to an example of the "second range." Also, the probability density function representing the distribution of demand quantities during the target period corresponds to an example of the "second distribution," which indicates the likelihood of each demand quantity included in the second range. In addition, the integrated processing unit 120 corresponds to an example of the "second estimation unit."

需要量予測部130は、需要量予測の対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果に基づき、当該対象期間における需要量の予測を行う。
具体的な一例として、需要量予測部130は、ユーザから需要量予測の対象期間における需要量の予測結果に対して許容される誤差の指定を受けて、当該対象期間における需要量の予測を行ってもよい。この場合には、需要量予測部130は、許容される誤差に基づき、上記対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数のうち何パーセント点に着目するかを決定してもよい。上記需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果により、需要量予測の対象期間において、どのくらいの確率で、需要量がこの範囲に収まるであろうという結果を導くことが可能となる。そのため、上記のようにして決定された着目点(パーセント点)は、上記対象期間において、上記許容される誤差を超えない範囲で要求され得る目標需要量と言える。このような仕組みを商品の在庫管理に応用することで、例えば、許容される欠品率を上記誤差として設定することで、在庫管理の対象期間において商品の欠品を未然に防ぐことを考慮した目標在庫量を決定することが可能となる。
The demand forecasting unit 130 forecasts the amount of demand for a given period based on the estimation result of a probability density function that represents the distribution of demand during that period.
As a specific example, the demand forecasting unit 130 may receive a specification from the user of an acceptable error for the forecast result of the demand for the target period, and then perform a forecast of the demand for that period. In this case, the demand forecasting unit 130 may decide, based on the acceptable error, which percentage point of the probability density function representing the distribution of demand for the target period to focus on. By estimating the probability density function representing the distribution of demand, it becomes possible to derive a result indicating the probability that the demand will fall within a certain range during the target period of demand forecasting. Therefore, the point of focus (percentage point) determined in this manner can be said to be the target demand that can be requested during the target period without exceeding the acceptable error. By applying such a mechanism to inventory management of goods, for example, by setting the acceptable stockout rate as the above error, it becomes possible to determine a target inventory amount that takes into account preventing stockouts during the inventory management target period.

なお、上記構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成は、必ずしも図3に示す例には限定されない。例えば、図3を参照して説明した情報処理装置100の機能構成が、複数の装置が協働することで実現されてもよい。具体的な一例として、情報処理装置100の一連の構成要素のうちの一部の構成要素の機能が他の装置により実現されてもよい。また、他の一例として、情報処理装置100の一連の構成要素のうち少なくとも一部の構成要素の処理の負荷が複数の装置に分散されてもよい。また、情報処理装置100の一連の構成要素のうち少なくとも一部の構成要素の機能が、クラウドサービスに代表される所謂ネットワークサービスとして実現されてもよい。
以上、図3を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について、特に情報処理装置100の構成に着目して説明した。
It should be noted that the above configuration is merely an example, and the functional configuration of the information processing system according to this embodiment is not necessarily limited to the example shown in Figure 3. For example, the functional configuration of the information processing device 100 described with reference to Figure 3 may be realized by the cooperation of multiple devices. As a specific example, the functions of some of the components of the information processing device 100 may be realized by other devices. As another example, the processing load of at least some of the components of the information processing device 100 may be distributed among multiple devices. Furthermore, the functions of at least some of the components of the information processing device 100 may be realized as a so-called network service, such as a cloud service.
The above explanation, with reference to Figure 3, describes an example of the functional configuration of the information processing system according to this embodiment, with particular attention to the configuration of the information processing device 100.

<処理>
図4及び図5を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの処理の一例について、特に情報処理装置100の処理に着目して説明する。
<Processing>
Referring to Figures 4 and 5, an example of the processing of the information processing system according to this embodiment will be described, with particular attention to the processing of the information processing device 100.

まず、図4を参照する。S110において、需要量分布推定部110は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間ごとに、当該単位期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定する。なお、前述したように、本実施形態では上記単位期間を日とする。また、以降では、本実施形態の特徴をよりわかりやすくするために、商品の在庫管理において、将来の期間における商品の需要量を予測することで、当該期間を対象として確保する商品の目標在庫量を決定する場合に着目して各種説明を行うものとする。 First, refer to Figure 4. In S110, the demand distribution estimation unit 110 estimates a probability density function representing the distribution of demand for each unit period targeted for demand forecasting, based on past demand data. As mentioned earlier, in this embodiment, the unit period is defined as days. Furthermore, to make the features of this embodiment easier to understand, the following explanations will focus on the case where, in product inventory management, the target inventory quantity to be secured for a future period is determined by forecasting the demand for that product.

ここで、図5を参照して、図4に示すS110の処理についてより詳しく説明する。
S111において、需要量分布推定部110は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる日における、基準となる需要量の予測結果の第1の分位点と、基準よりも上振れした場合の需要量の予測結果の第2の分位点と、基準よりも下振れした場合の需要量の予測結果の第3の分位点とを推定する。この際に、需要量分布推定部110は、所謂機械学習に基づき構築された学習済モデルを利用して、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点の推定を行ってもよい。なお、前述したように、本実施形態では、便宜上、第1の分位点を50%分位点、第2の分位点を95%分位点、第3の分位点を5%分位点とする。
Now, with reference to Figure 5, the process of S110 shown in Figure 4 will be explained in more detail.
In S111, the demand distribution estimation unit 110 estimates, based on past demand data, the first quantile of the forecast result for the base demand for the day to be forecasted, the second quantile of the forecast result for the case where the demand exceeds the base, and the third quantile of the forecast result for the case where the demand falls below the base. In this case, the demand distribution estimation unit 110 may use a trained model constructed based on so-called machine learning to estimate the first, second, and third quantiles. As mentioned above, in this embodiment, for convenience, the first quantile is set to the 50th percentile, the second quantile to the 95th percentile, and the third quantile to the 5th percentile.

ここで、図6を参照して、機械学習に基づき構築された学習済モデルを利用して需要量の予測結果の分位点を推定する場合における、当該学習済モデルの構築方法の一例について説明する。
図6に示す例では、第1の分位点(50%分位点)、第2の分位点(95%分位点)、及び第3の分位点(5%分位点)それぞれについて個別に学習済モデルが構築される。即ち、学習済モデルM101、M102、及びM103はそれぞれ、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点を推定するように構築された学習済モデルである。具体的には、学習済モデルM101、M102、及びM103のそれぞれは、需要量の予測対象の対象を特定するための条件の特徴量を入力として、需要量の分布の分位点を出力する学習済モデルである。なお、以降では、学習済モデルM101、M102、及びM103のそれぞれを特に区別しない場合には、便宜上、学習済モデルM100とも称する。また、学習済モデルM100、すなわち学習済モデルM101、M102、及びM103のそれぞれが、「第1の学習済モデル」の一例に相当する。
Here, referring to Figure 6, we will explain an example of how to construct a trained model built based on machine learning when estimating the quantiles of the demand forecast results using such a trained model.
In the example shown in Figure 6, pre-trained models are constructed individually for the first quantile (50th percentile), the second quantile (95th percentile), and the third quantile (5th percentile). That is, pre-trained models M101, M102, and M103 are pre-trained models constructed to estimate the first quantile, the second quantile, and the third quantile, respectively. Specifically, pre-trained models M101, M102, and M103 are pre-trained models that take characteristic variables for identifying the target of demand forecasting as input and output the quantiles of the demand distribution. Hereafter, when pre-trained models M101, M102, and M103 are not specifically distinguished, they will also be referred to as pre-trained model M100 for convenience. Furthermore, the trained model M100, that is, the trained models M101, M102, and M103, each correspond to an example of the "first trained model".

学習済モデルM100は、過去の需要量の実績のデータに基づき生成された教師データを入力とした教師あり学習に基づき構築される。
上記教師データは、需要量の予測対象を特定するための条件の特徴量に対して、当該条件に該当する実績データが示す「過去の商品の売上数量(すなわち、需要量の実績)」を正解ラベルとして関連付けることで生成される。需要量の予測対象を特定するための条件としては、例えば、「日付」、「商品の情報」、「店舗の情報(在庫を確保する店舗の情報)」、「イベントの有無(対象となる日におけるイベントの有無や当該イベントの種類)」、及び「天気の情報」等が挙げられる。例えば、「日付=8月1日」、「商品の情報=ビール」、「店舗の情報=店舗A」、及び「天気の情報=晴れ」の条件に対応する「商品の売上数量」のデータが存在するものとする。このデータからは、「日付=8月1日」、「商品の情報=ビール」、「店舗の情報=店舗A」、及び「天気の情報=晴れ」で示される特徴量(例えば、特徴量空間中の特徴量ベクトル)に対して、上記「商品の売上数量」を正解ラベルとして関連付けた教師データが生成されることとなる。
上記に例示した教師データに基づく教師あり学習により、需要量の予測対象を特定するための条件の特徴量を入力として、需要量の予測結果を出力する学習済モデルが構築されることとなる。
The trained model M100 is constructed based on supervised learning, using training data generated from historical demand data as input.
The above training data is generated by associating the "past sales quantities of products (i.e., actual demand)" shown by actual data corresponding to the conditions for identifying the target of demand forecasting with the correct labels. Examples of conditions for identifying the target of demand forecasting include "date,""productinformation,""store information (information of stores that secure inventory),""presence or absence of events (presence or absence of events on the target day and the type of event)," and "weather information." For example, suppose there is data for "product sales quantities" corresponding to the conditions "date = August 1st,""product information = beer,""store information = store A," and "weather information = sunny." From this data, training data is generated by associating the above "product sales quantities" with the features (e.g., feature vectors in the feature space) represented by "date = August 1st,""product information = beer,""store information = store A," and "weather information = sunny" with the correct labels.
Through supervised learning based on the training data exemplified above, a trained model is constructed that takes the characteristic features of the conditions for identifying the target of demand forecasting as input and outputs the demand forecast result.

また、本実施形態では、学習済モデルM100として所謂回帰モデルを適用した分位点回帰により、対象となる分位点に応じたピンボールロス(分位損失)がより小さくなるようにモデルの学習が行われることで、当該分位点に対応する学習済モデルM100の構築が行われる。ピンボールロスは以下に(式1)として示す式で表される。 Furthermore, in this embodiment, a pre-trained model M100 is constructed by applying a so-called regression model to quantile regression, thereby training the model to minimize the pinball loss (quantile loss) corresponding to the target quantile. The pinball loss is expressed by the following equation (Equation 1).

具体的な一例として、第1の分位点(50%分位点)に対応する学習済モデルM101は、τ=0.5としたうえで、ロスであるLを最小化するようにモデルの学習が行われることで構築される。同様に、第2の分位点(95%分位点)に対応する学習済モデルM102の構築を行う場合には、ピンボールロスL(τ=0.95)とする。また、第3の分位点(5%分位点)に対応する学習済モデルM103の構築を行う場合には、ピンボールロスL(τ=0.05)とする。
なお、一般的に知られている回帰モデルとしては、例えば、LightGBM,MLP,XGBoost等が挙げられる。
As a specific example, the trained model M101 corresponding to the first quantile (50th percentile) is constructed by setting τ = 0.5 and training the model to minimize the loss L. Similarly, when constructing the trained model M102 corresponding to the second quantile (95th percentile), the pinball loss L (τ = 0.95) is used. Furthermore, when constructing the trained model M103 corresponding to the third quantile (5th percentile), the pinball loss L (τ = 0.05) is used.
Examples of commonly known regression models include LightGBM, MLP, and XGBost.

以上のようにして構築された学習済モデルM101、M102、及びM103を利用することで、需要量の予測対象を特定するための条件の特徴量を入力として、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点の推定結果を取得することが可能となる。 By utilizing the trained models M101, M102, and M103 constructed as described above, it becomes possible to obtain estimation results for the first, second, and third quantiles by inputting the characteristic features of the conditions for identifying the target of demand forecasting.

ここで、改めて図5を参照する。S112において、需要量分布推定部110は、S111における需要量予測の対象となる日における第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点の推定結果に基づき、当該日における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定する。この際に、需要量分布推定部110は、需要量予測の対象となる日における需要量の分布を表わす確率密度関数として、第1の分位点を基準として、当該基準よりも需要量が上振れした場合と、当該基準よりも需要量が下振れした場合とのそれぞれにおいて異なる分布の広がりを表すパラメータが設定された所謂分割正規分布の推定を行ってもよい。 Now, let's refer to Figure 5 again. In S112, the demand distribution estimation unit 110 estimates a probability density function representing the distribution of demand on a given day, based on the estimation results of the first, second, and third quantiles for that day, which is the target of the demand forecast in S111. In this process, the demand distribution estimation unit 110 may estimate a so-called split normal distribution as the probability density function representing the distribution of demand on the target day, using the first quantile as a reference point, with parameters set to represent different distribution spreads for cases where demand is above the reference point and cases where demand is below the reference point.

ここで、図7を参照して、需要量予測の対象となる日における需要量の分布を表わす確率密度関数の一例について、分割正規分布の推定が行わる場合における当該推定方法の一例ついて説明する。図7は、横軸を需要量とし、縦軸を需要量の予測結果の確率密度とした確率密度関数の一例を示している。
分割正規分布は、最頻値μを基準として上方側と下方側とで異なる分布の広がりを仮定した確率分布である。分割正規分布の確率密度関数は、以下に(式2)として示す条件式で表される。
Here, referring to Figure 7, we will explain an example of a probability density function that represents the distribution of demand on a given day for which demand forecasting is performed, and an example of the estimation method when a split normal distribution is estimated. Figure 7 shows an example of a probability density function with demand on the horizontal axis and the probability density of the demand forecast result on the vertical axis.
The split-normal distribution is a probability distribution that assumes different distribution spreads above and below the mode μ. The probability density function of the split-normal distribution is expressed by the condition shown below as (Equation 2).

また、図7において、確率密度関数G121は、第1の分位点(50%分位点)を基準として需要量が上振れした場合に想定される需要量の分布に相当する。具体的には、確率密度関数G121は、標準偏差σ2の正規分布として表された確率密度関数に相当する。
また、確率密度関数G122は、第1の分位点(50%分位点)を基準として需要量が下振れした場合に想定される需要量の分布に相当する。具体的には、確率密度関数G122は、標準偏差σ1の正規分布として表された確率密度関数に相当する。また、確率密度関数G110は、第1の分位点(50%分位点)を基準として上方側の分布の広がりを示すパラメータがσ2であり、下方側の分布の広がりを示すパラメータがσ1である分割正規分布として表された確率密度関数により表わされる需要量の分布を示している。
Furthermore, in Figure 7, the probability density function G121 corresponds to the distribution of demand that would be expected if the demand were to exceed the first quantile (50th percentile). Specifically, the probability density function G121 corresponds to the probability density function expressed as a normal distribution with a standard deviation of σ² .
Furthermore, the probability density function G122 corresponds to the distribution of demand that would be expected if the demand were to fall below the first quantile (50th percentile). Specifically, the probability density function G122 corresponds to the probability density function expressed as a normal distribution with a standard deviation of σ 1. In addition, the probability density function G110 represents the distribution of demand expressed by a probability density function that is a split normal distribution with a parameter σ 2 indicating the spread of the distribution above the first quantile (50th percentile) and a parameter σ 1 indicating the spread of the distribution below the first quantile (50th percentile).

ここで、図8を参照して、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点の推測結果に基づき、(式2)として示した分割正規分布のパラメータμ、σ1、及びσ2の決定方法の一例について説明する。図8は、横軸を需要量とし、縦軸を需要量の確率密度とした確率密度関数の一例を示している。なお、図8に示す例では、分位点q1-αは、ピンボールロスL(τ=1-α)(0<α<0.5)の分位点を示し、基準よりも上振れした場合の需要量の予測結果の分位点(第2の分位点)の一例に相当する。また、分位点qαは、ピンボールロスL(τ=α)の分位点を示し、基準よりも下振れした場合の需要量の予測結果の分位点(第3の分位点)の一例に相当する。面積A1は、需要量が分位点qα以下となる確率を示している。また、面積A2は、需要量が分位点q1-α以下となる確率を示している。
需要量分布推定部110は、分位点q0.5をパラメータμとしたうえで、以下に(式3)として示すロス関数を最小化する値として、分布の広がりを示すパラメータσ1及びσ2を推定する。
Here, referring to Figure 8, we will explain an example of a method for determining the parameters μ, σ1 , and σ2 of the split normal distribution shown as (Equation 2) based on the estimated results of the first, second, and third quantiles. Figure 8 shows an example of a probability density function with the quantity demanded on the horizontal axis and the probability density of the quantity demanded on the vertical axis. In the example shown in Figure 8, quantile q1-α represents the quantile of pinball loss L(τ=1-α) (0 < α < 0.5), and corresponds to an example of a quantile (second quantile) of the predicted quantity demand when it deviates above the standard. Similarly, quantile represents the quantile of pinball loss L(τ=α), and corresponds to an example of a quantile (third quantile) of the predicted quantity demand when it deviates below the standard. Area A1 represents the probability that the quantity demanded is less than or equal to quantile . Furthermore, area A2 indicates the probability that the demand quantity is below the quantile q1-α .
The demand distribution estimation unit 110 uses the quantile q 0.5 as a parameter μ, and estimates the parameters σ1 and σ2 , which indicate the spread of the distribution, as the values that minimize the loss function shown below as (Equation 3).

すなわち、需要量分布推定部110は、第1の分位点をq0.5、第2の分位点をq0.95、第3の分位点をq0.05とする場合には、A1=0.05、A2=0.95となるように、(式2)に示すロス関数を最小化することで、分布の広がりを示すパラメータσ1及びσ2を推定することとなる。
以上のようにして、需要量分布推定部110は、需要量予測の対象となる日ごとに、需要量の分布を表わす確率密度関数の推定を行う。
なお、上記では、第1の分位点(分位点q0.5)に対して第2の分位点及び第3の分位点が、分位点qα及び分位点q1-αとして示すように対称的な関係となるように導出される場合の一例について示しているが、あくまで一例であり、必ずしも対称性を有している必要はない。すなわち、分位点q0.5に対して、基準よりも上振れした場合の需要量の予測結果を示す第2の分位点と、基準よりも下振れした場合の需要量の予測結果を示す第3の分位点とが導出されれば、第2の分位点及び第3の分位点の設定方法は特に限定されない。
In other words, when the first quantile is q 0.5 , the second quantile is q 0.95 , and the third quantile is q 0.05 , the demand distribution estimation unit 110 estimates the parameters σ1 and σ2 , which indicate the spread of the distribution, by minimizing the loss function shown in (Equation 2) such that A1 = 0.05 and A2 = 0.95.
As described above, the demand distribution estimation unit 110 estimates a probability density function representing the distribution of demand for each day that is the target of the demand forecast.
The above shows an example of how the second and third quantiles are derived to have a symmetrical relationship with respect to the first quantile (quantile q 0.5 ), as shown by quantile q α and quantile q 1-α. However , this is merely an example, and symmetry is not necessarily required. In other words, as long as a second quantile representing the forecast result of demand when it exceeds the baseline and a third quantile representing the forecast result of demand when it falls below the baseline are derived with respect to quantile q 0.5, the method for setting the second and third quantiles is not particularly limited.

ここで、改めて図4を参照する。
S120において、統合処理部120は、需要量予測の対象となる期間に含まれる日ごとに推定された需要量の予測結果の確率分布に基づき、当該期間について実際に観測されると推定される需要量の範囲に含まれる需要量ごとの確からしさを示す確率密度関数を推定する。
Now, let's refer to Figure 4 again.
In S120, the integrated processing unit 120 estimates a probability density function that indicates the likelihood of each demand amount falling within the range of demand amounts that are estimated to actually be observed during the period, based on the probability distribution of the forecast results of the demand amounts estimated for each day included in the period subject to demand forecasting.

例えば、図9は、需要量予測の対象となり得る期間における、当該期間に含まれる日ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果の一例を示している。図9の下側に示すグラフは、横軸を日付とし、縦軸を需要量としている。図9の下側に示すグラフの縦軸は、図7に例示した確率密度関数における横軸に対応している。また、図9の下側に示すグラフの奥行方向(すなわち、図面に対して垂直な方向)は、図7に例示した確率密度関数における縦軸の方向に対応している。
統合処理部120は、図9に例示したように、日ごとに需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果が得られている状況下で、需要量の予測対象とする期間の指定を受けて、当該期間に含まれる日ごとの、当該日における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果を抽出する。そのうえで、統合処理部120は抽出した日ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果を統合することで、指定された期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定する。
例えば、統合処理部120は、需要量の予測対象として指定された期間に含まれる日ごとの、当該日における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果を対象とした畳み込み処理により、当該期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を推定してもよい。
For example, Figure 9 shows an example of the estimated result of a probability density function representing the distribution of daily demand within a period that may be subject to demand forecasting. In the graph shown at the bottom of Figure 9, the horizontal axis is date and the vertical axis is demand. The vertical axis of the graph shown at the bottom of Figure 9 corresponds to the horizontal axis in the probability density function exemplified in Figure 7. Also, the depth direction of the graph shown at the bottom of Figure 9 (i.e., the direction perpendicular to the drawing) corresponds to the direction of the vertical axis in the probability density function exemplified in Figure 7.
As illustrated in Figure 9, the integrated processing unit 120, having obtained estimation results for probability density functions representing the daily distribution of demand, receives a specified period for which demand should be forecasted and extracts estimation results for probability density functions representing the daily distribution of demand within that period. Then, the integrated processing unit 120 integrates the extracted daily estimation results for probability density functions representing the distribution of demand to estimate a probability density function representing the distribution of demand for the specified period.
For example, the integrated processing unit 120 may estimate a probability density function representing the distribution of demand during a specified period by performing a convolution operation on the estimation results of the probability density function representing the distribution of demand on each day included in that period.

ここで、図10を参照して、需要量の予測対象となる期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定方法の一例について、畳み込み処理を利用した場合に着目して説明する。
まず、統合処理部120は、需要量の予測対象となる期間において、実際に観測されると推定される需要量の範囲を特定する。当該需要量の範囲の下限は、上記期間に含まれる日ごとの需要量の予測結果がいずれも最小値であった場合の需要量として特定される。また、当該需要量の範囲の上限は、上記期間に含まれる日ごとの需要量の予測結果がいずれも最大値であった場合の需要量として特定される。
そのうえで、統合処理部120は、図10に示すように、上記期間に含まれる日ごとの需要量の確率密度関数を対象として畳み込みを行うことで、上記需要量の範囲に含まれる需要量ごとの確からしさを示す確率密度関数を推定する。
Here, referring to Figure 10, we will explain an example of a method for estimating the probability density function that represents the distribution of demand over the period for which demand is to be predicted, focusing on the case where convolution is used.
First, the integrated processing unit 120 identifies the range of demand that is estimated to be actually observed during the period for which demand is to be predicted. The lower limit of this range of demand is identified as the demand when the predicted daily demand for each day included in the period is the minimum value. The upper limit of this range of demand is identified as the demand when the predicted daily demand for each day included in the period is the maximum value.
Furthermore, as shown in Figure 10, the integrated processing unit 120 performs convolution on the probability density functions of the daily demand quantities included in the above period to estimate the probability density function that indicates the likelihood of each demand quantity included in the above range of demand quantities.

なお、確率密度関数の畳み込み処理については、例えば、以下に(式4)として示す計算式に基づき算出される。下記(式4)において、f(x)は、期間t1における需要量xの分布を表す確率密度関数を示している。g(z-x)は、期間t2における需要量z-xの分布を表す確率密度関数を示している。h(z)は、期間t1 + t2の需要量zの分布を表す確率密度関数を示している。 The convolution of the probability density function is calculated, for example, based on the formula shown below as (Equation 4). In (Equation 4) below, f(x) represents the probability density function representing the distribution of demand x in period t1. g(z-x) represents the probability density function representing the distribution of demand z-x in period t2. h(z) represents the probability density function representing the distribution of demand z in period t1 + t2.

以上のようにして、統合処理部120は、需要量予測の対象となる期間に含まれる日ごとに推定された需要量の予測結果の確率分布に基づき、当該期間について実際に観測されると推定される需要量の範囲に含まれる需要量ごとの確からしさを示す確率密度関数を推定する。 As described above, the integrated processing unit 120 estimates a probability density function that indicates the likelihood of each demand quantity falling within the range of demand quantities that are actually expected to be observed during the period, based on the probability distribution of the forecast results of the demand quantities estimated for each day within the period covered by the demand quantity forecast.

ここで、改めて図4を参照する。S130において、需要量予測部130は、需要量予測の対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果に基づき、当該対象期間における需要量の予測を行う。具体的な一例として、需要量予測部130は、ユーザから在庫管理の対象期間と許容される欠品率との指定を受けて、当該対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果のうち何パーセント点に着目するかを当該欠品率に基づき決定する。そのうえで、需要量予測部130は、着目点(パーセント点)の
決定結果に基づき、上振れや下振れを加味した需要量を予測する。
Now, let's refer to Figure 4 again. In S130, the demand forecasting unit 130 forecasts the demand for the target period based on the estimation result of the probability density function representing the distribution of demand during that period. As a specific example, the demand forecasting unit 130 receives a specification from the user regarding the target period for inventory management and the acceptable stockout rate, and determines, based on the stockout rate, which percentage point to focus on in the estimation result of the probability density function representing the distribution of demand during that period. Then, based on the determination of the point of focus (percentage point), the demand forecasting unit 130 forecasts the demand, taking into account upward and downward deviations.

以上のようにして需要量の予測結果が得られることで、例えば、商品の在庫管理の対象期間(すなわち、需要量予測の対象期間)において欠品を未然に防ぐことを考慮した目標在庫量を決定することが可能とある。 As described above, obtaining demand forecast results makes it possible to determine, for example, a target inventory level that takes into account preventing stockouts during the inventory management period (i.e., the demand forecast period).

また、上述した需要量予測の仕組みを在庫管理の対象となる商品の発注システムと連動させることも可能である。この場合には、例えば、対象となる商品の未来の推定在庫量と、上述した需要量の予測結果に基づく当該商品の目標在庫量との差分により、当該商品の発注量が決定されてもよい。上記推定在庫量は、現在からみた商品ごとのリードタイム分先の在庫量を示している。この推定在庫量の決定方法については、ユースケースに応じて適宜変更されてもよい。具体的な一例として、推定在庫量の決定に既存のアルゴリズムが利用されてもよい。また、他の一例として、対象の商品が新商品の場合には、推定在庫量をゼロとしてもよい。また、他の一例として、需要量の予測と同様に、畳み込みによりリードタイム分の合計需要分布を計算したうえで、現在の在庫量との差をとることで推定在庫量が決定されてもよい。 Furthermore, the demand forecasting mechanism described above can be linked to the ordering system for the products subject to inventory management. In this case, for example, the order quantity for the product may be determined by the difference between the estimated future inventory quantity of the product and the target inventory quantity for that product based on the demand forecast results described above. The estimated inventory quantity above represents the inventory quantity for each product one lead time from the present. The method for determining this estimated inventory quantity may be modified as appropriate depending on the use case. As a specific example, an existing algorithm may be used to determine the estimated inventory quantity. As another example, if the product in question is a new product, the estimated inventory quantity may be set to zero. As yet another example, similar to the demand forecasting, the estimated inventory quantity may be determined by calculating the total demand distribution for the lead time using convolution and then taking the difference from the current inventory quantity.

<変形例>
本実施形態に係る情報処理システムの変形例について以下に説明する。
<Different example>
A modified example of the information processing system according to this embodiment is described below.

(変形例1)
まず、変形例1として、図11及び図12を参照して、需要量の予測結果の分位点を推定する方法の他の一例について説明する。前述した実施形態では分位点回帰により、基準となる需要量の予測結果に対応する第1の分位点、基準よりも上振れした場合の需要量の予測結果に対応する第2の分位点、及び基準よりも下振れした場合の需要量の予測結果に対応する第3の分位点を推定していた。これに対して、本変形例では、分位点回帰を用いずに第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点を推定する方法の一例として、需要量の予測結果に生じ得る誤差を推定することで、これらの分位点を推定する方法の一例について説明する。
(Variation 1)
First, as Modification 1, another example of a method for estimating the quantiles of the demand forecast results will be described with reference to Figures 11 and 12. In the embodiment described above, the first quantile corresponding to the forecast result of the baseline demand, the second quantile corresponding to the forecast result of the demand when it is above the baseline, and the third quantile corresponding to the forecast result of the demand when it is below the baseline were estimated by quantile regression. In contrast, in this modification, as an example of a method for estimating the first, second, and third quantiles without using quantile regression, an example of a method for estimating these quantiles by estimating the errors that may occur in the demand forecast results will be described.

本変形例では、需要量の予測結果の分位点の推定に、需要量の予測を行う学習済モデルである需要量予測モデルM210と、当該需要量予測モデルM210による需要量の予測結果に生じる誤差を予測する誤差予測モデルM220(不確実性モデル)とを利用する。需要量予測モデルM210は、前述した学習済モデルM100のように、需要量の予測対象を特定するための条件の特徴量を入力として、需要量の予測結果を出力する学習済モデルである。本変形例では、誤差予測モデルM220に需要量予測モデルM210による需要量の予測結果に生じる誤差を予測させ、当該誤差の予測結果を利用して各分位点の推定を行う。 In this modified version, the estimation of quantiles in the demand forecast results utilizes two models: a demand forecast model M210, which is a pre-trained model for forecasting demand, and an error forecast model M220 (uncertainty model) that predicts the errors that occur in the demand forecast results from the demand forecast model M210. The demand forecast model M210, like the pre-trained model M100 mentioned earlier, is a pre-trained model that takes characteristic quantities of conditions for identifying the target of demand forecasting as input and outputs a demand forecast result. In this modified version, the error forecast model M220 is used to predict the errors that occur in the demand forecast results from the demand forecast model M210, and the estimation of each quantile is performed using these error prediction results.

ここで、図11を参照して、誤差予測モデルM220についてより詳細に説明する。
まず、図11(A)について説明する。図11(A)は、機械学習に基づく誤差予測モデルM220の構築方法(すなわち、モデルの学習方法)の一例を示している。誤差予測モデルM220は、教師あり学習に基づき構築される。この際に使用される教師データは、需要量予測モデルM210の入力となる条件(需要量の予測対象を特定するための条件)と、当該需要量予測モデルM210による需要量の予測結果との特徴量に対して、当該需要量の予測結果と需要量の実績値との誤差を正解ラベルとして関連付けることで生成される。需要量予測モデルM210の入力となる条件としては、例えば前述したように、商品の在庫管理のケースでは、「日付」、「商品の情報」、「店舗の情報(在庫を確保する店舗の情報)」、「イベントの有無」、及び「天気の情報」等が挙げられる。これにより、誤差予測モデルM220は、どのような条件を入力として需要量予測モデルM210がどのような予測結果を出力した場合に、当該予測結果にどの程度の誤差が生じるかを学習することとなる。
Now, with reference to Figure 11, we will explain the error prediction model M220 in more detail.
First, let's explain Figure 11(A). Figure 11(A) shows an example of how to construct the error prediction model M220 based on machine learning (i.e., how to train the model). The error prediction model M220 is constructed based on supervised learning. The training data used in this process is generated by associating the error between the predicted demand and the actual demand as a correct label for the features of the conditions that serve as input to the demand prediction model M210 (conditions for identifying the target of demand prediction) and the demand prediction results from the demand prediction model M210. For example, in the case of inventory management of goods, the conditions that serve as input to the demand prediction model M210 include "date,""productinformation,""store information (information of the store that secures the inventory),""presence or absence of an event," and "weather information." In this way, the error prediction model M220 learns how much error occurs in the prediction results when certain conditions are input and the demand prediction model M210 outputs certain prediction results.

次いで、図11(B)について説明する。図11(B)は、誤差予測モデルM220を利用して需要量予測モデルM210による需要量の予測結果に生じる誤差を推定する方法の一例を示している。図11(B)に示すように、需要量予測モデルM210に対して需要量の予測対象を特定するための条件の特徴量を入力することで、当該需要量予測モデルM210から当該条件を満たす場合における需要量の予測結果が出力される。誤差予測モデルM220には、需要量予測モデルM210に入力した上記条件と、当該条件を入力として当該需要量予測モデルM210から出力される需要量の予測結果との特徴量を入力する。これにより、誤差予測モデルM220から、上記条件を入力として需要量予測モデルM210から出力された需要量の予測結果に生じる誤差の予測結果が出力される。
具体的には、予測対象の需要量のターゲット(換言すると、需要量の実績値)をy、当該需要量の予測値をy'とした場合に、誤差予測モデルM220は、以下に(式5)として示す誤差zを予測することとなる。なお、以降の説明では、誤差予測モデルM220による誤差zの予測結果を、誤差予測値z'とも称する。
Next, Figure 11(B) will be explained. Figure 11(B) shows an example of a method for estimating the error that occurs in the demand forecast result by the demand forecast model M210 using the error prediction model M220. As shown in Figure 11(B), by inputting feature quantities of conditions for identifying the target of demand forecasting to the demand forecast model M210, the demand forecast model M210 outputs a demand forecast result when those conditions are met. The error prediction model M220 is input the above conditions input to the demand forecast model M210 and the feature quantities of the demand forecast result output from the demand forecast model M210 with those conditions as input. As a result, the error prediction model M220 outputs a prediction result of the error that occurs in the demand forecast result output from the demand forecast model M210 with the above conditions as input.
Specifically, if the target demand quantity to be predicted (in other words, the actual demand quantity) is y, and the predicted value of that demand quantity is y', the error prediction model M220 will predict the error z shown below as (Equation 5). In the following explanation, the prediction result of the error z by the error prediction model M220 will also be referred to as the predicted error value z'.

続いて、図12を参照して、誤差予測モデルM220による誤差の予測結果を利用して、需要量の予測結果の分位点を推定する方法の一例について説明する。本変形例では、誤差予測モデルM220による誤差zの予測結果(誤差予測値z')を、当該誤差zの平均値とみなし、誤差予測値z'に補正をかける(係数を乗じる)ことで分位点として扱えるようにする。この際に、補正をかけるための係数を決定するための基準として、補正後の誤差予測結果に含まれる需要量の実績(過去の需要量の実績)のサンプルデータの割合を利用する。
例えば、図12は、過去の需要量の実績データに含まれる一連のサンプルデータを特徴量空間にプロットした状態を模式的に示している。また、領域R1は、需要量予測モデルM210により導出された需要量の予測結果y'と、誤差予測モデルM220により導出された誤差予測値z'とに基づき、[-∞,y'+z']として区間を規定した場合に、当該区間に対応する特徴量空間中の領域を模式的に示している。
また、領域R2は、誤差予測モデルM220により導出された誤差予測値z'に補正係数εを乗ずることで、[-∞,y'+εz']として区間を規定した場合に、当該区に
対応する特徴量空間中の領域を模式的に示している。補正係数εを調整することで、領域R2の広さが、領域R1より広くなるように調整したり、領域R1よりも狭くなるように調整したりすることが可能である。
以上のような前提のもとで、プロットされた一連のデータのうち領域R2に含まれるサンプルデータの割合をp'とし、求めたい分位点における累積確率をpとした場合に、p'=pとなるように補正係数εを調整することで、分位点qpを導出することが可能である。具体的には、対象となる分位点に応じてp'=pとなるように補正係数εを調整することで、第1の分位点(50%分位点)、第2の分位点(95%分位点)、及び第3の分位点(5%分位点)を導出すればよい。
なお、需要量予測モデルM210が、需要量の予測対象の特徴量を入力として需要量の予測結果を出力する「第2の学習済モデル」の一例に相当する。また、誤差予測モデルM220が、第2の学習済モデルに入力した上記特徴量と、当該第2の学習済モデルから出力される需要量の予測結果と、を入力として当該需要量の予測結果に生じる誤差とを予測する「第3の学習済モデル」の一例に相当する。
Next, referring to Figure 12, an example of a method for estimating the quantiles of the demand forecast result using the error forecast result from the error forecasting model M220 will be explained. In this modified example, the error forecast result (error forecast value z') from the error forecasting model M220 is considered as the average value of the error z, and the error forecast value z' is corrected (multiplied by a coefficient) so that it can be treated as a quantile. In this case, the proportion of sample data of actual demand (past demand) included in the corrected error forecast result is used as the criterion for determining the coefficient to be applied.
For example, Figure 12 schematically shows a plot of a series of sample data included in historical demand data in the feature space. Furthermore, region R1 schematically shows the region in the feature space corresponding to the interval defined as [-∞, y'+z'] based on the demand forecast result y' derived by the demand forecast model M210 and the error forecast value z' derived by the error forecast model M220.
Furthermore, region R2 schematically represents the region in the feature space corresponding to a given interval, when the interval is defined as [-∞, y'+εz'] by multiplying the error prediction value z' derived by the error prediction model M220 by a correction coefficient ε. By adjusting the correction coefficient ε, it is possible to adjust the size of region R2 to be wider than or narrower than region R1.
Under the above premises, if p' is the proportion of sample data included in region R2 from the plotted series of data, and p is the cumulative probability at the desired quantile, then it is possible to derive the quantile qp by adjusting the correction coefficient ε so that p' = p. Specifically, the first quantile (50th percentile), the second quantile (95th percentile), and the third quantile (5th percentile) can be derived by adjusting the correction coefficient ε so that p' = p depending on the target quantile.
The demand forecasting model M210 is an example of a "second pre-trained model" that takes the features of the target of demand forecasting as input and outputs a forecast result for the demand. The error forecasting model M220 is an example of a "third pre-trained model" that takes the above features input to the second pre-trained model and the forecast result for the demand output from the second pre-trained model as input and predicts the error that occurs in the forecast result for the demand.

以上、変形例1として、図11及び図12を参照して、需要量の分布の分位点を推定する方法の他の一例について説明した。 The above describes another example of a method for estimating the quantiles of the demand distribution, as a modified example (Modification 1), with reference to Figures 11 and 12.

(変形例2)
続いて、変形例2として、図13を参照して、需要量予測の対象となる単位期間ごと(例えば、日ごと)に推定される、当該単位期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の一例について説明する。前述した実施形態では、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数を、基準よりも上振れした場合と、基準よりも下振れした場合とで、異なる分布の広がりを示すパラメータσが設定された分割正規分布の推定を行っていた。一方で、基準よりも上振れした場合と、基準よりも下振れした場合とで、異なる分布の広がりを示すパラメータが設定された分布であれば、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の態様は必ずしも分割正規分布に限定されない。
(Variation 2)
Next, as a second modification, with reference to Figure 13, we will describe an example of a probability density function that represents the distribution of demand in a given unit period (for example, daily) that is estimated for each unit period targeted for demand forecasting. In the embodiment described above, the probability density function representing the distribution of demand for each unit period was estimated using a split normal distribution with parameters σ that show different distribution spreads for cases above and below the standard. On the other hand, the form of the probability density function representing the distribution of demand for each unit period is not necessarily limited to a split normal distribution, as long as the parameters that show different distribution spreads for cases above and below the standard are set for the distribution.

例えば、図13は、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の推定結果の一例を示している。図13に示す例では、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数を、平均値または中央値を基準として、基準よりも上振れした場合と、基準よりも下振れした場合とにおいて、個別に分布の広がりを示すパラメータσが設定された正規分布を求め、これらの正規分布を組み合わせている。図13に例示した分布の確率密度関数は、以下に(式6)として示す条件式で表される。 For example, Figure 13 shows an example of the estimation result of the probability density function representing the distribution of demand for each unit period. In the example shown in Figure 13, the probability density function representing the distribution of demand for each unit period is calculated by first determining a normal distribution with a parameter σ indicating the spread of the distribution, set separately for cases where the distribution deviates above the mean or median, and for cases where it deviates below the mean. These normal distributions are then combined. The probability density function of the distribution exemplified in Figure 13 is expressed by the conditional equation shown below as (Equation 6).

上記に例示したように、需要量予測の対象となる単位期間ごとに推定される、当該単位期間における需要量の分布を表わす確率密度関数は、基準よりも上振れした場合と、基準よりも下振れした場合とで異なる分布の広がりを示すパラメータが設定された分布であれば、その態様は特に限定はされない。 As illustrated above, the probability density function representing the distribution of demand for each unit period targeted by demand forecasting is not particularly limited in its form, as long as it is a distribution with parameters that show different distribution spreads for cases where the demand is above the baseline and cases where it is below the baseline.

以上、変形例2として、図13を参照して、需要量予測の対象となる単位期間ごと(例えば、日ごと)に推定される、当該単位期間における需要量の分布を表わす確率密度関数の一例について説明した。 In the above, as a modification example (2), we have explained an example of a probability density function that represents the distribution of demand during a given unit period (for example, daily), which is estimated for each unit period targeted by demand forecasting, with reference to Figure 13.

(変形例3)
変形例3として、分位点の推定に複数のモデルを利用する場合の一例について説明する。前述した実施形態では、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点それぞれの推定に単一の学習済モデルが適用される場合の一例について説明した。一方で、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点それぞれの推定に複数の学習済モデルを利用し、各学習済モデルの推定結果を統合(例えば、平均)することで、より好適な態様で各分位点を推定することが可能となる場合がある。
(Variation 3)
As a third modification, an example of using multiple models for quantile estimation will be described. In the embodiment described above, an example was described in which a single trained model is applied to the estimation of the first, second, and third quantiles. On the other hand, by using multiple trained models to estimate the first, second, and third quantiles and integrating (for example, averaging) the estimation results of each trained model, it may be possible to estimate each quantile in a more favorable manner.

各分位点の推定に利用する複数の学習済モデルについては、互いに特性の異なる学習済モデルが適用されてもよい。
具体的な一例として、複数の学習済モデルそれぞれの構築(学習)に際して、互いに異なる学習データ及び評価データを適用してもよい。このような学習済モデルの構築方法の一例として、K分割交差検証が挙げられる。具体的な一例として、各分位点の推定に5つの学習済モデルを適用する場合には、K=5としたK分割交差検証により当該5つの学習済モデルの構築を行えばよい。
また、他の一例として、複数の学習済モデルとして、アルゴリズムの異なる学習済モデルが適用されてもよい。この場合には、例えば、「1つ目のモデルについてはLigthGBM、2つ目のモデルについてはRandomForest、…」といったように、いくつかのアルゴリズムを個別に適用して学習済モデルの構築を行うことで、互いに特性の異なる複数の学習済モデルの構築がなされてもよい。
また、他の一例として、複数の学習済モデルそれぞれの構築に際して、乱数シードを変更してもよい。例えば、LightGBM等のアルゴリズムにおいては構築される学習済モデルの特性が、学習時に適用された乱数の影響を受ける傾向にある。このような性質を鑑み、複数の学習済モデルそれぞれの構築に際して乱数を固定しないことで、互いに特性の異なる複数の学習済モデルの構築がなされてもよい。
For the multiple pre-trained models used to estimate each quantile, models with different characteristics may be applied.
As a concrete example, different training and evaluation data may be applied to each of the multiple pre-trained models during their construction (training). One example of a method for constructing such pre-trained models is K-fold cross-validation. As a concrete example, if five pre-trained models are to be applied to the estimation of each quantile, the five pre-trained models can be constructed using K-fold cross-validation with K=5.
As another example, multiple pre-trained models with different algorithms may be applied. In this case, for example, "LightGBM for the first model, RandomForest for the second model, ..." several algorithms may be applied individually to construct the pre-trained models, thereby creating multiple pre-trained models with different characteristics from each other.
Another example is that the random number seed may be changed when constructing each of the multiple pre-trained models. For instance, in algorithms such as LightGBM, the characteristics of the constructed pre-trained model tend to be influenced by the random numbers applied during training. Considering this property, by not fixing the random numbers when constructing each of the multiple pre-trained models, it is possible to construct multiple pre-trained models with different characteristics from one another.

以上のようにして、複数の学習済モデルそれぞれに対象となる分位点の推定を行わせたうえで、当該複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果を統合する(例えば平均する)ことで、最終的に適用される分位点が決定されてもよい。
以上のように、複数の学習済モデルそれぞれに分位点を推定させ、各学習済モデルの推定結果を統合することで、より好適な態様で各分位点を推定可能となる場合がある。
As described above, the target quantile may be determined by having each of the multiple trained models estimate the target quantile, and then integrating (for example, averaging) the estimation results of each of the multiple trained models.
As described above, by having multiple trained models estimate quantiles and integrating the estimation results of each trained model, it may be possible to estimate each quantile in a more favorable manner.

以上、変形例3として、分位点の推定に複数のモデルを利用する場合の一例について説明した。 The above describes an example of variation 3, where multiple models are used to estimate quantiles.

(変形例4)
変形例4として、回帰モデル(各分位点の推定に係る学習済モデル)の学習に際したτの調整方法の一例について説明する。前述した実施形態では、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点の推定にあたり、3つのτの値として固定値(0.05、0.50、0.95)が適用される場合の一例について説明した。一方で、実際の運用を想定した場合には、回帰モデルの出力の妥当性を確認しながら、τの値を調整した方が望ましい場合もある。このような状況を鑑み、本変形例では、回帰モデルの出力の妥当性を確認しながらτの値を調節する手法の一例について説明する。
(Variation 4)
As a fourth modification, we will describe an example of how to adjust τ during training of a regression model (a trained model for estimating each quantile). In the embodiment described above, we explained an example where fixed values (0.05, 0.50, and 0.95) were applied as the three values of τ when estimating the first, second, and third quantiles. On the other hand, when considering actual operation, it may be desirable to adjust the value of τ while confirming the validity of the output of the regression model. In light of this situation, this modification will describe an example of a method for adjusting the value of τ while confirming the validity of the output of the regression model.

回帰モデルの出力の妥当性を確認する方法としては、例えば、PICP(Prediction Interval Coverage Probability)を利用する方法や、MA(Miscalibration Area)を利用する方法等が挙げられる。以下に、PICPを利用する方法と、MAを利用する方法とのそれぞれについて個別に説明する。 Methods for verifying the validity of regression model outputs include, for example, using PICP (Prediction Interval Coverage Probability) or MA (Miscaliburation Area). The methods using PICP and MA are explained separately below.

まず、PICPを利用することで、回帰モデルの出力の妥当性を確認する方法の一例について説明する。PICPは、予測区間被覆確率とも称され、需要量分布のある範囲に着目した場合に、実際に過去データにおいて範囲内に含まれるデータが全体の何%であるかを表現する指標である。PICPを利用する場合には、着目した範囲と含まれるデータの割合とのずれがより少ないほど、より妥当な需要分布の出力を得られていると考えることが可能である。PICPは、以下に(式7)として示す関係式で表される。 First, we will explain one example of how to verify the validity of a regression model's output using PICP. PICP, also known as the prediction interval coverage probability, is an indicator that expresses what percentage of historical data actually falls within a given range of the demand distribution. When using PICP, the smaller the discrepancy between the range of focus and the proportion of data included, the more valid the demand distribution output can be considered to be. PICP is expressed by the following relational equation (Equation 7).

例えば、対象となる範囲として「5%から95%」の範囲に着目した場合には、この範囲は全体の90%を占めるため、PICPについても90%により近いことが望ましい。なお、この場合には、PICPの算出に際して、上記(式6)における下限値yLiには5%分位点として予測された値が適用され、上限値yUiには95%分位点として予測された値が適用されることとなる。 For example, if we focus on the range of "5% to 95%" as the target range, this range accounts for 90% of the whole, so it is desirable that the PICP also be closer to 90%. In this case, when calculating the PICP, the lower limit yLi in (Equation 6) above will be the value predicted as the 5th percentile, and the upper limit yUi will be the value predicted as the 95th percentile.

ここで、τ=[0.05,0.50,0.95]とした場合、すなわち、5%分位点の予測モデル、50%分位点の予測モデル、及び95%分位点の予測モデルの学習を行う場合に着目する。この場合には、「5%分位点の予測モデルの予測結果≦y≦95%分位点の予測モデルの予測結果」が示す範囲に含まれる実績は全体の90%(0.95-0.05=0.90)となることが望ましい。この考え方の指標として、PICP、すなわち、「5%分位点の予測モデルの予測結果≦y≦95%分位点の予測モデルの予測結果」が示す範囲に含まれる実績の割合を示す指標を適用することが可能である。
この場合には、回帰モデルの学習に際して、目標とする割合(上記の例の場合には0.90)とPICPとの差分を算出し、当該差分がより小さくなるようにτの値を調整すればよい。
Here, we focus on the case where τ = [0.05, 0.50, 0.95], that is, when training the 5th percentile prediction model, the 50th percentile prediction model, and the 95th percentile prediction model. In this case, it is desirable that 90% of the actual results (0.95 - 0.05 = 0.90) fall within the range indicated by "prediction result of the 5th percentile prediction model ≤ y ≤ prediction result of the 95th percentile prediction model". As an indicator of this idea, it is possible to apply PICP, which is an indicator that shows the proportion of actual results that fall within the range indicated by "prediction result of the 5th percentile prediction model ≤ y ≤ prediction result of the 95th percentile prediction model".
In this case, when training the regression model, you can calculate the difference between the target ratio (0.90 in the example above) and PICP, and adjust the value of τ so that this difference becomes smaller.

次いで、MAを利用することで、回帰モデルの出力の妥当性を確認する方法の一例について説明する。前述したPICPでは、「下限側の予測モデルの予測結果≦y≦上限側の予測モデルの予測結果」が想定する範囲と実績とのズレに注目していた。これに対してMAでは、その後の手順で求められる分割正規分布に対して、範囲の取り方を複数回変えて、それぞれのPICPを算出してズレを積算していくことで総合的な妥当性の評価を実現する。 Next, we will explain an example of how to verify the validity of the regression model's output using MA. The previously mentioned PICP focused on the discrepancy between the expected range ("prediction result of the lower-bound prediction model ≤ y ≤ prediction result of the upper-bound prediction model") and the actual results. In contrast, MA uses a split normal distribution obtained in subsequent steps, varying the range multiple times, calculating each PICP, and accumulating the discrepancies to achieve a comprehensive evaluation of validity.

MAは、以下に説明する手順によって求められる。
まず、範囲の取り方を50%分位点から上下方向へと徐々に拡大し、それぞれのPICPを計算する。そのうえで、横軸に範囲が表す割合の大きさ、縦軸にPICPをとるように実績データをプロットする。このとき、理想的な挙動の場合には、プロットされたサンプルを結ぶ線が直線となる。この理想的な挙動の場合の直線と、一連の実績データがプロットされたサンプルを結ぶ線(例えば、曲線)とにより規定される領域の面積の値がMAと称される評価指標として適用される。この評価指標は、0により近いほどより優れている(より理想的な挙動に近いことを示している)こととなる。
MA is determined by the procedure described below.
First, the range is gradually expanded upwards and downwards from the 50th percentile, and the PICP for each range is calculated. Then, the actual data is plotted with the magnitude of the proportion represented by the range on the horizontal axis and the PICP on the vertical axis. In the case of ideal behavior, the line connecting the plotted samples will be a straight line. The area value of the region defined by this straight line representing ideal behavior and the line connecting the series of actual data plotted samples (for example, a curve) is applied as an evaluation index called MA. The closer this evaluation index is to 0, the better (indicating that it is closer to ideal behavior).

ここで、MAの算出方法についてより詳しく説明する。MAを算出するためには、複数の想定範囲に対してPICPを算出することとなるため、PICPの算出に利用した分位点ではなく、分位点に基づき推定される確率分布そのものが用いられる。
ここで、図14を参照して、MAの算出方法の一例について、特に一つの想定範囲に対してPICPを求めていく部分に着目して説明する。図14は、横軸を需要量とし、縦軸を需要量の確率密度とした確率密度関数の一例を示している。また、図14に示す例では、30%の範囲を想定した場合のPICPの算出方法の一例について示している。
30%の範囲を想定する場合には、50%を基点として上下に15%ずつ動かした35%分位点及び65%分位点を求めることとなる。分割正規分布の確率密度関数は、50%分位点から値を動かした場合に、その値から50%分位点までが対応する確率を求めることが可能である。そのため、50%分位点を基点としてプラスマイナスそれぞれの方向に確率が15%となるように値を動かすことで、35%分位点及び65%分位点を求めることが可能である。以上のようにして求めた35%分位点及び65%分位点の間に含まれる実績の割合を算出することで、「30%の範囲を想定した場合のPICP」を求めることが可能となる。例えば、この場合におけるPICPが0.18だった場合には、(0.3,0.18)という点がMA算出時の曲線の一部としてプロットされる。
Here, we will explain the method for calculating MA in more detail. In order to calculate MA, we will calculate PICP for multiple assumed ranges, so instead of the quantiles used to calculate PICP, the probability distribution itself estimated based on the quantiles is used.
Here, referring to Figure 14, we will explain an example of a method for calculating MA, focusing particularly on the part where PICP is calculated for a single assumed range. Figure 14 shows an example of a probability density function with the horizontal axis representing the quantity demanded and the vertical axis representing the probability density of the quantity demanded. Furthermore, the example shown in Figure 14 shows an example of a method for calculating PICP when a 30% range is assumed.
When considering a 30% range, the 35th and 65th percentiles are determined by moving 15% above and below the 50th percentile. The probability density function of the split normal distribution allows us to determine the probability corresponding to a value from the 50th percentile to the 50th percentile when the value is moved from the 50th percentile. Therefore, by moving the value in both the positive and negative directions from the 50th percentile so that the probability is 15%, the 35th and 65th percentiles can be determined. By calculating the proportion of actual results that fall between the 35th and 65th percentiles determined in this way, it is possible to determine the "PICC when considering a 30% range". For example, if the PICC in this case is 0.18, the point (0.3, 0.18) will be plotted as part of the curve when calculating the MA.

例えば、図15は、MAの算出結果の一例を示した図である。図15に例示するように、理想的な挙動の場合に対応する直線と、一連のPICPの算出結果に応じてプロットに基づき形成される曲線とが得られる。MAでは、この理想的な挙動の場合を示す直線と、PICPの算出結果をプロットすることで得られる曲線とにより形成される領域の面積を評価指標とする。具体的には、この領域の面積(評価指標)がより0に近いほど、評価結果が優れていることを示している。すなわち、上記領域の面積をより0に近づけるように、τの値を調整すればよい。 For example, Figure 15 shows an example of the MA calculation result. As illustrated in Figure 15, a straight line corresponding to the ideal behavior and a curve formed based on the plotting of the series of PICP calculation results are obtained. In MA, the area of the region formed by this straight line representing the ideal behavior and the curve obtained by plotting the PICP calculation results is used as the evaluation index. Specifically, the closer this area (evaluation index) is to 0, the better the evaluation result. In other words, the value of τ should be adjusted so that the area of the above region approaches 0.

以上、変形例4として、回帰モデル(各分位点の推定に係る学習済モデル)の学習に際したτの調整方法の一例について説明した。 The above describes an example of how to adjust τ during training of a regression model (a trained model for estimating each quantile) as Modification 4.

(変形例5)
変形例5として、分位点予測の結果の大小関係を補正する場合の一例について説明する。前述した実施形態では、第1の分位点~第3の分位点それぞれの分位点予測の結果が、学習を通して自ずと「第3の分位点<第1の分位点」及び「第1の分位点<第2の分位点」の関係を満たすこととなる場合の一例について説明した。一方で「5%分位点>50%分位点」や「50%分位点>95%分位点」等といったように、分位点間における分位点予測の結果の大小関係が上述した例とは逆転するような場合がある。そこで、本変形例では、上記のように分位点の大小関係に逆転が生じた場合に、分位点予測の結果を補正する方法の一例について説明する。
(Variation 5)
As a fifth modification, we will describe an example of correcting the relative magnitudes of the quantile prediction results. In the embodiment described above, we explained an example in which the quantile prediction results for each of the first to third quantiles naturally satisfy the relationships "third quantile < first quantile" and "first quantile < second quantile" through learning. On the other hand, there are cases in which the relative magnitudes of the quantile prediction results between quantiles are reversed from the example described above, such as "5% quantile > 50% quantile" or "50% quantile > 95% quantile". Therefore, in this modification, we will describe an example of a method for correcting the quantile prediction results when a reversal occurs in the relative magnitudes of quantiles as described above.

第1の補正方法として、分位点の大小関係の逆転が生じている場合には、逆転が生じている分位点を単純に入れ替える方法が挙げられる。
また、第2の補正方法として、逆転が生じていない分位点の組み合わせの関係性を分析することで、この組み合わせに対応する分位点間の関係性(例えば、5%分位点は50%分位点のX倍になる等)から新しい分位点の候補を推定する方法が挙げられる。
One correction method is to simply swap the quantiles that have been reversed in their relative order.
Another correction method involves analyzing the relationships between combinations of quantiles where no reversal has occurred, and then estimating new candidate quantiles based on the relationships between the quantiles corresponding to these combinations (for example, the 5th percentile is X times the 50th percentile).

ここで、第2の補正方法について具体的な例を挙げてより詳しく説明する。例えば、図16は、分位点の大小関係の逆転が生じた場合における、分位点予測の結果を補正する方法の一例を示した図である。なお、図16に示す例では、50%分位点(第1の分位点)、95%分位点(第2の分位点)、及び5%分位点(第3の分位点)を対象として関係性の分析や分位点予測の結果の補正がなされるものとする。 Here, we will explain the second correction method in more detail with a specific example. For example, Figure 16 shows an example of a method for correcting the quantile prediction results when a reversal of the relative magnitudes of the quantiles occurs. In the example shown in Figure 16, the relationship analysis and correction of the quantile prediction results are performed for the 50th percentile (first quantile), the 95th percentile (second quantile), and the 5th percentile (third quantile).

図16(a)は、対象となる分位点予測の結果のうち、大小関係の逆転が生じていないサンプルの一例を示している。具体的には、図16(a)に例示した各サンプルにおける50%分位点、5%分位点、及び95%分位点における分位点予測の結果が、「5%分位点<50%分位点」、「50%分位点<95%分位点」の条件を満たしている。
次いで、図16(a)に例示した大小関係の逆転が生じていない各サンプルを対象として、分位点間の関係性の分析を行う。例えば、図16(b)に示す例では、各サンプルに対して、分位点間における予測結果の比率として、「5%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」及び「95%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」を算出している。
そのうえで、図16(b)に例示したサンプルごとの分位点間における予測結果の比率の平均値を算出する。図16(c)は、図16(b)にてサンプルごとに算出された「5%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」及び「95%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」の平均値の算出結果の一例を示している。なお、図16(c)では、説明を簡単にするために全商品に共通の比率が算出される場合の一例について示しているが、あくまで一例であり、例えば、商品のカテゴリごとに個別に比率が算出されてもよい。
Figure 16(a) shows an example of a sample from the quantile prediction results in which no reversal of magnitude relationship occurred. Specifically, the quantile prediction results for the 50th percentile, 5th percentile, and 95th percentile in each sample exemplified in Figure 16(a) satisfy the conditions "5th percentile < 50th percentile" and "50th percentile < 95th percentile".
Next, we analyze the relationships between quantiles for each sample in which the reversal of magnitude relationship exemplified in Figure 16(a) has not occurred. For example, in the example shown in Figure 16(b), for each sample, we calculate the ratio of the prediction results between quantiles as "5% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result" and "95% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result".
Then, the average value of the ratio of the predicted results between quantiles for each sample, as illustrated in Figure 16(b), is calculated. Figure 16(c) shows an example of the calculation results of the average values of "5% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result" and "95% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result" calculated for each sample in Figure 16(b). Note that in Figure 16(c), an example is shown where a common ratio is calculated for all products for the sake of simplicity, but this is just one example, and for example, the ratio may be calculated individually for each product category.

次いで、分位点予測の結果の大小関係に逆転が生じている場合に、当該分位点予測の結果を補正する処理の一例について説明する。例えば、図16(d)は、分位点予測の結果に逆転が生じているサンプルの一例を示している。ここでは、図16(d)に例示した各サンプルを対象として、逆転が生じている分位点予測の結果を、図16(c)に示す例にて求めた分位点間における予測結果の比率に基づき補正する場合の一例について説明する。 Next, we will explain an example of a process for correcting quantile prediction results when a reversal occurs in the relative magnitudes of the quantile prediction results. For example, Figure 16(d) shows an example of a sample where a reversal occurs in the quantile prediction results. Here, we will explain an example of correcting the quantile prediction results where a reversal occurs, using each sample exemplified in Figure 16(d), based on the ratio of the prediction results between quantiles obtained in the example shown in Figure 16(c).

具体的な一例として、商品名「CCCCC」のサンプルは、「5%分位点>50%分位点」となっており、5%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果との大小関係に逆転が生じている。そのため、この場合には、図16(c)に示す例にて算出した「5%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」の平均値に基づき、5%分位点予測の結果を補正するとよい。例えば、図16(c)に示す例では、5%分位点予測の結果を対象として、「5%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」の平均値を乗じることで補正がなされている。これにより、5%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果との大小関係が、「5%分位点<50%分位点」となるように補正されている。なお、当該サンプルにおいては、95%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果とについては大小関係の逆転が生じておらず、この場合には、補正の対象とはせずにそのままの値が適用される。 As a specific example, the sample for the product name "CCCCCC" shows a reversal in the relationship between the 5% quantile prediction result and the 50% quantile prediction result, where "5% quantile > 50% quantile". Therefore, in this case, it is advisable to correct the 5% quantile prediction result based on the average value of "5% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result" calculated in the example shown in Figure 16(c). For example, in the example shown in Figure 16(c), the 5% quantile prediction result is corrected by multiplying it by the average value of "5% quantile prediction result ÷ 50% quantile prediction result". This corrects the relationship between the 5% quantile prediction result and the 50% quantile prediction result to "5% quantile < 50% quantile". Note that in this sample, there is no reversal in the relationship between the 95% quantile prediction result and the 50% quantile prediction result; in this case, the value is applied as is without correction.

また、他の一例として、商品名「DDDDD」のサンプルは、「50%分位点>95%分位点」となっており、5%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果との大小関係に逆転が生じている。そのため、この場合には、図16(c)に示す例にて算出した「95%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」の平均値に基づき、95%分位点予測の結果を補正するとよい。例えば、図16(c)に示す例では、95%分位点予測の結果を対象として、「95%分位点予測の結果÷50%分位点予測の結果」の平均値を乗じることで補正がなされている。これにより、95%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果との大小関係が、「50%分位点<95%分位点」となるように補正されている。なお、当該サンプルにおいては、5%分位点予測の結果と50%分位点予測の結果とについては大小関係の逆転が生じておらず、この場合には、補正の対象とはせずにそのままの値が適用される。 As another example, the sample for the product name "DDDDDD" shows that "50th percentile > 95th percentile," indicating a reversal in the relative magnitudes of the 5th percentile prediction and the 50th percentile prediction. Therefore, in this case, it is advisable to correct the 95th percentile prediction based on the average value of "95th percentile prediction result ÷ 50th percentile prediction result" calculated in the example shown in Figure 16(c). For example, in the example shown in Figure 16(c), the 95th percentile prediction result is corrected by multiplying it by the average value of "95th percentile prediction result ÷ 50th percentile prediction result." This corrects the relative magnitudes of the 95th percentile prediction and the 50th percentile prediction result to "50th percentile < 95th percentile." In this particular sample, there is no reversal of the relative magnitudes between the 5th percentile prediction and the 50th percentile prediction. Therefore, in this case, the values are applied as they are, without any correction.

以上、変形例5として、分位点予測の結果の大小関係を補正する場合の一例について説明した。 The above describes an example of modification 5, which involves correcting the relative magnitudes of the quantile prediction results.

(変形例6)
変形例6として、単一のモデル(共通のモデル)を用いて複数の分位点(例えば、第1の分位点~第3の分位点)を推定する場合の一例について説明する。前述した実施形態では、第1の分位点~第3の分位点それぞれの推定に際して、分位点ごとに個別に構築された学習済モデルを利用する場合の一例について説明した。これに対して、本変形例では、単一のモデルにより複数の分位点(例えば、第1の分位点~第3の分位点)を推定する場合の一例について説明する。
(Variation 6)
As a sixth modification, we will describe an example of estimating multiple quantiles (for example, the first to third quantiles) using a single model (a common model). In the embodiment described above, we described an example in which a pre-trained model, individually constructed for each quantile, is used when estimating the first to third quantiles. In contrast, this modification describes an example in which multiple quantiles (for example, the first to third quantiles) are estimated using a single model.

具体的な一例として、ニューラルネットワーク系のモデルを利用して複数の分位点の推定を行う場合には、例えば、当該複数の分位点を推定するように当該モデルの構築が行われればよい。また、他の一例として、ツリー系のモデルを利用して複数の分位点の推定を行う場合には、例えば、予測時の列情報として「どの分位点を推定するか」を示す情報を追加すればよい。 As a concrete example, when estimating multiple quantiles using a neural network model, the model should be constructed to estimate those multiple quantiles. Another example is when estimating multiple quantiles using a tree-based model; in this case, information indicating "which quantiles to estimate" should be added as column information during prediction.

以上、変形例6として、単一のモデルを用いて複数の分位点を推定する場合の一例について説明した。 The above describes an example of variation 6, where multiple quantiles are estimated using a single model.

(変形例7)
変形例7として、単一のモデルを用いて複数の分位点(例えば、第1の分位点~第3の分位点)を推定する場合における当該モデルの学習に際して、当該複数の分位点それぞれにおける分位点予測の結果の大小関係が保たれるように制約を設ける場合の一例について説明する。前述した実施形態では、第1の分位点~第3の分位点それぞれの分位点予測の結果が、学習を通して自ずと「第3の分位点<第1の分位点」及び「第1の分位点<第2の分位点」の関係を満たすこととなる場合の一例について説明した。一方で、変形例5にて説明したように、分位点間における分位点予測の結果の大小関係が逆転するような場合があり、変形例5に示す例では事後的に分位点予測の結果を補正することでこの大小関係の逆転を解消する場合の一例について説明した。
(Variation 7)
As a seventh variation, we will describe an example of a case where, when estimating multiple quantiles (for example, the first to the third quantiles) using a single model, constraints are imposed during the training of the model so that the relative magnitudes of the quantile prediction results for each of the multiple quantiles are maintained. In the embodiments described above, we explained an example in which the quantile prediction results for each of the first to the third quantiles naturally satisfy the relationships "third quantile < first quantile" and "first quantile < second quantile" through training. On the other hand, as explained in the fifth variation, there are cases in which the relative magnitudes of the quantile prediction results between quantiles are reversed, and the example shown in the fifth variation describes an example in which this reversal of the relative magnitudes is resolved by correcting the quantile prediction results afterward.

これに対して、変形例6にて説明したように、単一のモデルを利用して複数の分位点の推定がなされる場合には、当該モデルの学習に際して、複数の分位点間において分位点予測の結果の大小関係が維持されるように制約を設けることも可能である。具体的には、上記単一のモデルの学習に際して、「どの分位点を推定するか」を示す情報が設定された列に対して単調増加制約を設けることで、推定される複数の分位点間における分位点予測の結果の大小関係の逆転を未然に防止することが可能となる。 In contrast, as explained in Modification Example 6, when multiple quantiles are estimated using a single model, it is possible to impose constraints during the model's training to maintain the relative magnitudes of the quantile prediction results among the multiple quantiles. Specifically, by imposing a monotonically increasing constraint on the column containing information indicating "which quantiles to estimate" during the training of the single model, it becomes possible to prevent a reversal of the relative magnitudes of the quantile prediction results among the multiple estimated quantiles.

以上、変形例7として、単一のモデルを用いて複数の分位点推定する場合における当該モデルの学習に際して、当該複数の分位点それぞれにおける分位点予測の結果の大小関係が保たれるように制約を設ける場合の一例について説明した。 The above describes an example of Modification 7, where, when estimating multiple quantiles using a single model, constraints are imposed during the model's training to ensure that the relative magnitudes of the quantile prediction results for each of the multiple quantiles are maintained.

(変形例8)
変形例8として、単位期間ごと(例えば、日ごと)の需要量の分布の平均及び分散の足し合わせにより対象期間の需要分布の推定を行う方法の一例について説明する。前述した実施形態では、統合処理部120は、推定された日ごとの需要量の分布を対象とした畳み込み処理により、対象期間における需要量の分布の推定を行っていた。これに対して、本変形例では、畳み込み処理に替えて、単純な平均と分散の足し合わせを適用することで、対象期間における需要量の分布の推定を行う場合の一例について説明する。
(Variation 8)
As variation 8, an example of a method for estimating the demand distribution for a target period by summing the mean and variance of the demand distribution for each unit period (for example, each day) will be described. In the embodiment described above, the integrated processing unit 120 estimated the demand distribution for the target period by performing a convolution operation on the estimated daily demand distribution. In contrast, this variation describes an example of estimating the demand distribution for the target period by applying a simple sum of the mean and variance instead of a convolution operation.

具体的には、日ごとの確率密度関数の「最頻値μ」、「下方側の広がりを表すパラメータσ1」、及び「上方側の広がりを表すパラメータσ2」を各日それぞれ足し合わせることにより、対象期間における需要量の分布を表す確率密度関数の推定がなされてもよい。 Specifically, the probability density function representing the distribution of demand during the target period may be estimated by summing the "mode μ," the "parameter σ1 representing the downward spread," and the "parameter σ2 representing the upward spread" of the daily probability density function for each day.

例えば、図17は、対象期間の需要分布の推定を行う方法の一例を示した図であり、日ごとの需要量の分布の平均及び分散の足し合わせにより対象期間の需要分布の推定を行う方法の一例について示している。なお、図17に示す例では、説明を簡単にするために、3日分の需要量の分布に基づき、3日間における需要分布の推定を行われる場合の一例について説明する。 For example, Figure 17 shows an example of a method for estimating the demand distribution over a target period. It illustrates a method of estimating the demand distribution over a target period by summing the mean and variance of the daily demand distribution. For simplicity, Figure 17 explains an example where the demand distribution over three days is estimated based on the demand distribution over those three days.

図17に示す例では、1日目、2日目、及び3日目それぞれについて、日ごとの確率密度関数の「最頻値μ」、「下方側の広がりを表すパラメータσ1」、及び「上方側の広がりを表すパラメータσ2」が示されている。また、1日目~3日目の推定結果として、上記1日目、2日目、及び3日目の日ごとの確率密度関数の「最頻値μ」、「下方側の広がりを表すパラメータσ1」、及び「上方側の広がりを表すパラメータσ2」それぞれの正規分布の加法性を考慮して和をとった値が示されている。この1日目~3日目の推定結果として得られた最頻値及び分布の広がりを表すパラメータを、以下に(式8)として示す関係式に適用することで、1日目~3日目の3日分の期間を対象とした需要分布を推定することが可能である。 In the example shown in Figure 17, the mode μ, the parameter σ1 representing the downward spread, and the parameter σ2 representing the upward spread of the daily probability density function are shown for each of the three days: day 1, day 2, and day 3. Furthermore, the estimated results for days 1 through 3 are shown, which are the sum of the mode μ, the parameter σ1 representing the downward spread, and the parameter σ2 representing the upward spread of the daily probability density function for each of the three days, taking into account the additivity of the normal distribution. By applying the mode and the parameters representing the spread of the distribution obtained as the estimated results for days 1 through 3 to the relationship shown below as (Equation 8 ), it is possible to estimate the demand distribution for the three-day period from day 1 to day 3.

以上、変形例8として、単位期間ごと(例えば、日ごと)の需要量の分布の最頻値及び分布の広がりを表すパラメータの足し合わせにより対象期間の需要分布の推定を行う方法の一例について説明した。 The above describes an example of a modification (Modification 8) for estimating the demand distribution over a given period by summing the mode and spread of the demand distribution for each unit period (e.g., daily).

(変形例9)
変形例9として、各分位点の推定に複数のモデルを適用する場合の一例にとして、複数のモデルによる推定結果のばらつきを考慮することで、より好適な分位点を推定可能とする仕組みの一例について説明する。
(Variation 9)
As a variation 9, we will describe an example of a mechanism that allows for the estimation of more suitable quantiles by considering the variability of the estimation results from multiple models, as an example of applying multiple models to the estimation of each quantile.

図18は、複数の分位点それぞれの推定に際して複数のモデルを適用する場合の一例を示した図である。図18に示す例では、q0.5分位点、qα分位点、及びq1-α分位点の推定に際して、それぞれに5つのモデルを適用する場合の一例を示している。
具体的には、q0.5分位点については、5つのモデルそれぞれによる分位点q0.5の推定結果の平均値が適用される。これに対して、qα分位点については、5つのモデルそれぞれによるqα分位点の平均値に対して、標準正規分布のα分位点zαに、5つのモデルそれぞれから得られたqα分位点の標準偏差を乗算した値が加算されることで算出される。同様に、q1-α分位点については、5つのモデルそれぞれによるq1-α分位点の平均値に対して、標準正規分布の1-α分位点z1-αに、5つのモデルそれぞれから得られたq1-α分位点の標準偏差を乗算した値が加算されることで算出される。
Figure 18 shows an example of applying multiple models to the estimation of each of several quantiles. In the example shown in Figure 18, five models are applied to the estimation of the q 0.5 quantile, the q α quantile, and the q 1-α quantile.
Specifically, for the q 0.5 quantile, the average of the estimated results of the quantile q 0.5 from each of the five models is applied. In contrast, for the q α quantile, the average value of the q α quantile from each of the five models is added to the average value of the q α quantile from each of the five models, multiplied by the α quantile z α of the standard normal distribution and the standard deviation of the q α quantile obtained from each of the five models. Similarly, for the q 1-α quantile, the average value of the q 1-α quantile from each of the five models is added to the value of the 1-α quantile z 1-α of the standard normal distribution and the standard deviation of the q 1-α quantile obtained from each of the five models.

ここで、図19を参照して、図18に例示したq0.5分位点、qα分位点、及びq1-α分位点それぞれの推定方法の一例について、q0.5分位点、q0.05分位点、及びq0.95分位点を推定する場合に着目して具体的な例を挙げて説明する。図19に示す例では、q0.5分位点、q0.05分位点、及びq0.95分位点それぞれについて、モデル1~モデル5それぞれによる推定結果の一例が示されている。 Here, referring to Figure 19, we will explain with specific examples the estimation methods for the q 0.5 quantile, q α quantile, and q 1-α quantile, as illustrated in Figure 18, focusing on the estimation of the q 0.5 quantile, q 0.05 quantile, and q 0.95 quantile. In the example shown in Figure 19, examples of estimation results for the q 0.5 quantile, q 0.05 quantile, and q 0.95 quantile are shown for each of Models 1 to 5.

例えば、図19に示す例におけるq0.5分位点は、各モデル分位点の推定結果の平均値として算出されるため、計算式は以下の通りとなる。 For example, in the example shown in Figure 19, the q 0.5 quantile is calculated as the average of the estimated results for each model quantile, so the calculation formula is as follows.

また、図19に示す例におけるq0.05分位点は、各モデル分位点の推定結果の平均値に対して、標準正規分布のq0.05分位点z0.05に標準偏差を乗算した値が加算されることで算出されるため、計算式は以下の通りとなる。 Furthermore, in the example shown in Figure 19, the q 0.05 quantile is calculated by adding the value obtained by multiplying the q 0.05 quantile z 0.05 of the standard normal distribution by the standard deviation to the mean value of the estimated results of each model quantile, so the calculation formula is as follows.

また、図19に示す例におけるq0.95分位点は、各モデル分位点の推定結果の平均値に対して、標準正規分布のq0.95分位点z0.95に標準偏差を乗算した値が加算されることで算出されるため、計算式は以下の通りとなる。 Furthermore, the q 0.95 quantile in the example shown in Figure 19 is calculated by adding the value obtained by multiplying the q 0.95 quantile z 0.95 of the standard normal distribution by the standard deviation to the mean of the estimated results of each model quantile, so the calculation formula is as follows.

以上、変形例9として、各分位点の推定に複数のモデルを適用する場合の一例にとして、複数のモデルによる推定結果のばらつきを考慮することで、より好適な分位点を推定可能とする仕組みの一例について説明した。 In summary, as variation 9, we have described an example of a mechanism that allows for the estimation of more suitable quantiles by considering the variability of the estimation results from multiple models, as an example of applying multiple models to the estimation of each quantile.

<むすび>
以上説明したように、本実施形態に係る情報処理装置は、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する。また、情報処理装置は、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された第1の分布に基づき、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を推定する。そのうえで、本実施形態においては、上記第2の分布の推定結果に基づき、上記対象期間における需要量の予測が行われる。
<Conclusion>
As described above, the information processing device according to this embodiment estimates a first distribution that shows the likelihood of each demand quantity within a first range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a given unit period, based on past demand data. Furthermore, the information processing device estimates a second distribution that shows the likelihood of each demand quantity within a second range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a given unit period, based on the first distribution estimated for each of the multiple unit periods included in the target period for demand forecasting. Then, in this embodiment, a forecast of demand quantities for the target period is made based on the estimation results of the second distribution.

以上のような構成により、例えば、需要量の予測対象の条件に応じて、需要量が基準よりも上振れする場合と、需要量が基準よりも下振れする場合とで傾向が異なるような状況下においても、より実態に即した需要量の予測を行うことが可能となる。また、需要量の予測対象となる期間を適宜切り替えて当該需要量の予測を行うような状況下においても、当該期間に含まれる単位期間ごとに推定された需要量の分布を表わす確率密度関数を畳み込むことで、当該期間に対応する需要量の確率密度を推定すればよい。すなわち、本実施形態においては、需要量の予測対象となる期間ごとに需要量の予測モデルを構築する場合に比べて、期間ごとの需要量の予測に係る処理負荷を軽減することが可能となる。 With the above configuration, it becomes possible to make more accurate demand forecasts, even in situations where the trends differ depending on whether the demand exceeds or falls below the baseline, depending on the conditions of the demand forecast target. Furthermore, even in situations where the period for which demand is forecasted is appropriately switched, the probability density of demand corresponding to that period can be estimated by convolving the probability density function representing the distribution of demand estimated for each unit period included in that period. In other words, in this embodiment, the processing load related to forecasting demand for each period can be reduced compared to constructing a demand forecasting model for each period targeted for forecasting.

なお、上述した実施形態はあくまで一例であり、必ずしも本発明の構成や処理を限定す
るものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形や変更が加えられても
よい。
また、本発明には、上述した実施形態の機能を実現するプログラム、および、該プログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体が含まれる。
また、上述した本実施形態に係る情報処理装置の基本的な技術思想を逸脱しない範囲であれば種々の変更が施されてもよい。例えば、上記実施形態では、単位期間ごとの需要量の分布を表わす確率密度関数の推定に、第1の分位点、第2の分位点、及び第3の分位点を利用する場合の一例について説明した。一方で、基準よりも上振れした場合と、基準よりも下振れした場合とで、異なる分布の広がりを示すパラメータが設定された需要量の分布を表わす確率密度関数を推定することが可能であれば、その方法は必ずしも上記分位点を利用した方法に限定はされない。また、上記実施形態では、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された需要量の分布を表わす確率密度関数の統合に畳み込み処理を利用する場合の一例について説明した。一方で、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された需要量の分布を表わす確率密度関数を統合して当該対象期間における需要量の分布を表わす確率密度関数を導出することが可能であれば、その方法は必ずしも畳み込み処理による方法には限定されない。
また、本実施形態の適用対象についても、上記に例示した商品の在庫管理のみには限定されない。すなわち、過去の実績に基づき需要量の予測が行われるような状況下であれば、本実施形態に係る情報処理装置を適用することが可能である。
It should be noted that the embodiments described above are merely examples and do not necessarily limit the configuration or processing of the present invention. Various modifications and changes may be made without departing from the technical concept of the present invention.
Furthermore, the present invention includes a program that realizes the functions of the embodiments described above, and a recording medium that can be read by a computer storing the program.
Furthermore, various modifications can be made as long as they do not deviate from the basic technical concept of the information processing device according to the above embodiment. For example, in the above embodiment, an example was described in which a first quantile, a second quantile, and a third quantile are used to estimate a probability density function representing the distribution of demand for each unit period. On the other hand, if it is possible to estimate a probability density function representing the distribution of demand with parameters that show different distribution spreads when the demand is above the standard and when it is below the standard, the method is not necessarily limited to the method using the above quantiles. Also, in the above embodiment, an example was described in which a convolution process is used to integrate the probability density functions representing the distribution of demand estimated for each of the multiple unit periods included in the target period of demand forecasting. On the other hand, if it is possible to derive a probability density function representing the distribution of demand in the target period by integrating the probability density functions representing the distribution of demand estimated for each of the multiple unit periods included in the target period of demand forecasting, the method is not necessarily limited to the method using convolution.
Furthermore, the application of this embodiment is not limited to inventory management of the products exemplified above. In other words, the information processing device according to this embodiment can be applied in any situation where demand is predicted based on past performance.

また、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定手段と、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布に基づき、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を推定する第2の推定手段と、を備え、前記第2の分布に基づき、前記対象期間における需要量の予測が行われる、情報処理装置。
(2)前記第1の推定手段は、前記過去の需要量の実績に基づき、前記需要量予測の対象となる単位期間における、基準とする需要量の予測結果に対応する第1の分位点と、当該基準よりも需要量が上振れした場合に想定される当該需要量の予測結果に対応する第2の分位点と、当該基準よりも需要量が下振れした場合に想定される当該需要量の予測結果に対応する第3の分位点とを推定し、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点の推定結果に基づき、前記第1の範囲と、当該第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す前記第1の分布と、を推定する、(1)に記載の情報処理装置。
(3)前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点に基づき、前記第1の分位点を基準として需要量の予測結果がより多くなる場合における需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の確率密度関数と、前記第1の分位点を基準として需要量の予測結果がより少なくなる場合における需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の確率密度関数と、を推定し、前記第1の確率密度関数と前記第2の確率密度関数とに基づく前記第1の分布を推定する、(2)に記載の情報処理装置。
(4)前記第1の分布は、前記第1の分位点を基準として、需要量の予測結果がより多くなる場合と、需要量の予測結果がより少なくなる場合と、で分布の広がりを表すパラメータが異なる分割正規分布である、(2)または(3)に記載の情報処理装置。
(5)前記第1の推定手段は、前記過去の需要量の実績に基づき、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点それぞれについて、対応するピンボールロスがより小さくなるように構築された、需要量の予測対象の特徴量を入力として需要量の予測結果を出力する第1の学習済モデルを有し、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点それぞれについて構築された前記第1の学習済モデルに対して、需要量の予測対象の特徴量を入力することで、当該第1の学習済モデルの出力として当該第1の分位点、当該第2の分位点、及び当該第3の分位点それぞれの推定結果を取得する、(2)乃至(4)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(6)前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点として示した各分位点の推定に適用する前記第1の学習済モデルとして、複数の学習済モデルを適用し、当該複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果を統合することで、当該分位点を推定する、(5)に記載の情報処理装置。
(7)前記第1の推定手段は、複数の分位点それぞれの推定結果の大小関係が反転した場合には、当該複数の分位点のうちのいずれかを推定結果を補正することで、当該大小関係の反転を解消する、(6)に記載の情報処理装置。
(8)前記第1の推定手段は、前記複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果の平均及び分散に基づき、当該複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果を統合する、(6)または(7)に記載の情報処理装置。
(9)前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点として示した各分位点の推定に適用する前記第1の学習済モデルとして、共通の学習済モデルを適用する、(5)に記載の情報処理装置。
(10)前記共通の学習済モデルは、学習に際して単調増加制約が設けられることで、推定対象となる複数の分位点間の大小関係が保持されるように構築される、(9)に記載の情報処理装置。
(11)前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点の推定結果の妥当性を確認することで、前記第1の分布の推定に適用する前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点を決定する、(2)乃至(10)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(12)前記第1の推定手段は、需要量の予測対象の特徴量を入力として需要量の予測結果を出力する第2の学習済モデルと、前記特徴量と、前記第2の学習済モデルから出力される前記需要量の予測結果と、を入力として当該需要量の予測結果に生じる誤差とを予測する第3の学習済モデルと、を有し、入力された前記特徴量に対応する過去の需要量の実績のサンプルデータのうち、対象となる分位点に対応する数のサンプルデータが、前記第2の学習済モデルから出力される前記需要量の予測結果と、前記第3の学習済モデルから出力される前記誤差に対して補正係数を乗じた値と、の加算値を上限として規定される需要量の範囲に含まれるように当該補正係数を決定することで、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点を推定する(2)乃至(4)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(13)前記第2の推定手段は、前記対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を対象とした畳み込みにより、当該対象期間に対応する前記第2の分布を推定する、(1)乃至(12)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(14)前記第2の推定手段は、前記対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布の最頻値及び分布の広がりを表すパラメータに基づき、当該対象期間に対応する前記第2の分布を推定する、(1)乃至(12)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(15)前記第2の分布と、許容される需要量の予測結果の誤差と、に基づき、前記対象期間における需要量の予測を行う予測手段を備える、(1)乃至(14)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(16)情報処理装置が実行する情報処理方法であって、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定ステップと、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布に基づき、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を推定する第2の推定ステップと、を含み、前記第2の分布に基づき、前記対象期間における需要量の予測が行われる、情報処理方法。
(17)コンピュータに、過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定ステップと、需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布に基づき、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を推定する第2の推定ステップと、を実行させ、前記第2の分布に基づき、前記対象期間における需要量の予測が行われる、プログラム。
Furthermore, the following configurations also fall within the technical scope of this disclosure.
(1) An information processing device comprising: a first estimation means for estimating a first distribution indicating the likelihood of each demand quantity that falls within a first range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a unit period subject to demand forecasting, based on past demand performance; and a second estimation means for estimating a second distribution indicating the likelihood of each demand quantity that falls within a second range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a target period, based on the first distribution estimated for each of a plurality of unit periods included in the target period for demand forecasting, wherein a forecast of demand quantities for the target period is performed based on the second distribution.
(2) The information processing device according to (1), wherein the first estimation means estimates, based on the actual past demand, a first quantile corresponding to the forecast result of a standard demand for a unit period subject to the demand forecast, a second quantile corresponding to the forecast result of the demand assumed to occur when the demand exceeds the standard, and a third quantile corresponding to the forecast result of the demand assumed to occur when the demand falls below the standard, and estimates, based on the estimation results of the first quantile, the second quantile, and the third quantile, a first range and a first distribution indicating the likelihood of each demand included in the first range.
(3) The information processing apparatus according to (2), wherein the first estimation means estimates, based on the first quantile, the second quantile, and the third quantile, a first probability density function that shows the likelihood of each demand quantity when the predicted demand quantity is greater than the first quantile, and a second probability density function that shows the likelihood of each demand quantity when the predicted demand quantity is less than the first quantile, and estimates the first distribution based on the first probability density function and the second probability density function.
(4) The information processing apparatus according to (2) or (3), wherein the first distribution is a split normal distribution in which the parameter representing the spread of the distribution differs depending on whether the predicted demand is greater or less than the first quantile.
(5) The information processing device according to any one of (2) to (4), wherein the first estimation means has a first trained model that takes as input feature quantities of the target of demand forecasting as input, and outputs a forecast result of the demand quantity, which is constructed such that the corresponding pinball loss is smaller for each of the first quantile, the second quantile, and the third quantile, based on the actual past demand quantity, and the first trained means obtains the forecast results of the first quantile, the second quantile, and the third quantile as output of the first trained model by inputting feature quantities of the target of demand forecasting as input.
(6) The information processing device according to (5), wherein the first estimation means applies a plurality of trained models as the first trained model to be applied to the estimation of each quantile indicated as the first quantile, the second quantile, and the third quantile, and estimates the quantile by integrating the estimation results of the quantiles from each of the plurality of trained models.
(7) The information processing apparatus according to (6), wherein the first estimation means resolves the reversal of the magnitude relationship when the magnitude relationship of the estimation results of a plurality of quantiles is reversed by correcting the estimation result of one of the plurality of quantiles.
(8) The information processing apparatus according to (6) or (7), wherein the first estimation means integrates the quantile estimation results from each of the plurality of trained models based on the mean and variance of the quantile estimation results from each of the plurality of trained models.
(9) The information processing apparatus according to (5), wherein the first estimation means applies a common trained model as the first trained model applied to the estimation of each quantile indicated as the first quantile, the second quantile, and the third quantile.
(10) The information processing device according to (9), wherein the common trained model is constructed such that the relationship between the magnitudes of multiple quantiles to be estimated is preserved by imposing a monotonically increasing constraint during training.
(11) The information processing apparatus according to any one of (2) to (10), wherein the first estimation means determines the first quantile, the second quantile, and the third quantile to be applied to the estimation of the first distribution by confirming the validity of the estimation results of the first quantile, the second quantile, and the third quantile.
(12) The information processing apparatus according to any one of (2) to (4), wherein the first estimation means includes a second trained model that takes a feature quantity of the quantity to be predicted as input and outputs a prediction result of the quantity to be predicted, and a third trained model that takes the feature quantity and the prediction result of the quantity to be predicted output from the second trained model as input and predicts an error occurring in the prediction result of the quantity to be predicted, and estimates the first quantile, the second quantile, and the third quantile by determining the correction coefficient such that a number of sample data corresponding to the target quantile from the sample data of past demand performance corresponding to the input feature quantity falls within a range of quantity to be predicted, which is defined with the sum of the prediction result of the quantity to be predicted output from the second trained model and the value obtained by multiplying the error output from the third trained model by a correction coefficient, as the upper limit.
(13) The information processing apparatus according to any one of (1) to (12), wherein the second estimation means estimates the second distribution corresponding to the target period by convolution of the first distribution estimated for each of the multiple unit periods included in the target period.
(14) The information processing apparatus according to any one of (1) to (12), wherein the second estimation means estimates the second distribution corresponding to the target period based on the mode of the first distribution estimated for each of a plurality of unit periods included in the target period and parameters representing the spread of the distribution.
(15) An information processing apparatus according to any one of (1) to (14), comprising a prediction means for predicting the amount of demand during the target period based on the second distribution and the error in the prediction result of the allowable amount of demand.
(16) An information processing method performed by an information processing device, comprising: a first estimation step of estimating a first distribution indicating the likelihood of each quantity of demand that falls within a first range of quantities of demand that are estimated to be actually observed for a unit period subject to demand forecasting, based on past demand performance; and a second estimation step of estimating a second distribution indicating the likelihood of each quantity of demand that falls within a second range of quantities of demand that are estimated to be actually observed for a target period, based on the first distribution estimated for each of a plurality of unit periods included in the target period for demand forecasting, wherein a forecast of demand for the target period is performed based on the second distribution.
(17) A program that causes a computer to perform a first estimation step of estimating a first distribution showing the likelihood of each quantity of demand that falls within a first range of demand that is estimated to be actually observed for a unit period subject to demand forecasting, based on past demand performance; and a second estimation step of estimating a second distribution showing the likelihood of each quantity of demand that falls within a second range of demand that is estimated to be actually observed for a target period, based on the first distribution estimated for each of a plurality of unit periods included in the target period for demand forecasting, and then forecasts the quantity of demand for the target period based on the second distribution.

1 情報処理システム
100 情報処理装置
110 需要量分布推定部
120 統合処理部
130 需要量予測部
190 記憶部
200 端末装置
1 Information Processing System 100 Information Processing Device 110 Demand Distribution Estimation Unit 120 Integrated Processing Unit 130 Demand Forecasting Unit 190 Storage Unit 200 Terminal Device

Claims (17)

過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定手段と、
需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を表す確率密度関数を統合して、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を表す確率密度関数を導出することで、前記対象期間における需要量の予測に用いられる当該第2の分布を推定する第2の推定手段と、
を備える、情報処理装置。
A first estimation means that estimates a first distribution showing the likelihood of each demand quantity within a first range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a unit period targeted for demand quantity forecasting, based on past demand quantity performance,
A second estimation means for estimating the second distribution used to forecast demand during the target period , by integrating the probability density functions representing the first distribution estimated for each of the multiple unit periods included in the target period for demand forecasting , and deriving a second probability density function representing the probability of each demand within a second range of demand estimated to be actually observed during the target period .
An information processing device equipped with the following features.
前記第1の推定手段は、
前記過去の需要量の実績に基づき、前記需要量予測の対象となる単位期間における、基準とする需要量の予測結果に対応する第1の分位点と、当該基準よりも需要量が上振れした場合に想定される当該需要量の予測結果に対応する第2の分位点と、当該基準よりも需要量が下振れした場合に想定される当該需要量の予測結果に対応する第3の分位点とを推定し、
前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点の推定結果に基づき、前記第1の範囲と、当該第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す前記第1の分布と、を推定する、
請求項1に記載の情報処理装置。
The first estimation means is,
Based on the aforementioned past demand data, a first quantile corresponding to the forecast result of the base demand for the unit period covered by the demand forecast is estimated, a second quantile corresponding to the forecast result of the demand expected when the demand exceeds the base, and a third quantile corresponding to the forecast result of the demand expected when the demand falls below the base.
Based on the estimation results of the first quantile, the second quantile, and the third quantile, the first range and the first distribution showing the likelihood of each demand quantity included in the first range are estimated.
The information processing apparatus according to claim 1.
前記第1の推定手段は、
前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点に基づき、
前記第1の分位点を基準として需要量の予測結果がより多くなる場合における需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の確率密度関数と、
前記第1の分位点を基準として需要量の予測結果がより少なくなる場合における需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の確率密度関数と、
を推定し、
前記第1の確率密度関数と前記第2の確率密度関数とに基づく前記第1の分布を推定する、
請求項2に記載の情報処理装置。
The first estimation means is,
Based on the first quantile, the second quantile, and the third quantile,
A first probability density function that indicates the likelihood of a given demand quantity when the predicted demand quantity is higher relative to the first quantile,
A second probability density function that shows the likelihood of each demand quantity when the predicted demand quantity is less than the first quantile,
We estimate,
The first distribution is estimated based on the first probability density function and the second probability density function.
The information processing apparatus according to claim 2.
前記第1の分布は、前記第1の分位点を基準として、需要量の予測結果がより多くなる場合と、需要量の予測結果がより少なくなる場合と、で分布の広がりを表すパラメータが異なる分割正規分布である、請求項2に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 2, wherein the first distribution is a split normal distribution in which the parameters representing the spread of the distribution differ depending on whether the predicted demand is greater or less than the first quantile. 前記第1の推定手段は、
前記過去の需要量の実績に基づき、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点それぞれについて、対応するピンボールロスがより小さくなるように構築された、需要量の予測対象の特徴量を入力として需要量の予測結果を出力する第1の学習済モデルを有し、
前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点それぞれについて構築された前記第1の学習済モデルに対して、需要量の予測対象の特徴量を入力することで、当該第1の学習済モデルの出力として当該第1の分位点、当該第2の分位点、及び当該第3の分位点それぞれの推定結果を取得する、
請求項2に記載の情報処理装置。
The first estimation means is,
Based on the aforementioned past demand data, the system has a first trained model that takes the features of the demand to be predicted as input and outputs a demand prediction result, constructed such that the corresponding pinball loss is smaller for each of the first, second, and third quantiles.
By inputting the feature quantities of the target of demand forecasting into the first trained model constructed for each of the first, second, and third quantiles, the estimation results for the first, second, and third quantiles are obtained as the output of the first trained model.
The information processing apparatus according to claim 2.
前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点として示した各分位点の推定に適用する前記第1の学習済モデルとして、複数の学習済モデルを適用し、当該複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果を統合することで、当該分位点を推定する、請求項5に記載の情報処理装置。 The information processing device according to claim 5, wherein the first estimation means applies a plurality of trained models as the first trained model applied to the estimation of each quantile indicated as the first quantile, the second quantile, and the third quantile, and estimates the quantile by integrating the estimation results of each of the plurality of trained models. 前記第1の推定手段は、複数の分位点それぞれの推定結果の大小関係が反転した場合には、当該複数の分位点のうちのいずれかを推定結果を補正することで、当該大小関係の反転を解消する、請求項6に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 6, wherein the first estimation means resolves the reversal of the magnitude relationship between the estimation results of multiple quantiles by correcting the estimation result of one of the multiple quantiles if the magnitude relationship is reversed. 前記第1の推定手段は、前記複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果の平均及び分散に基づき、当該複数の学習済モデルそれぞれによる分位点の推定結果を統合する、請求項6に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 6, wherein the first estimation means integrates the quantile estimation results from each of the multiple trained models based on the mean and variance of the quantile estimation results from each of the multiple trained models. 前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点として示した各分位点の推定に適用する前記第1の学習済モデルとして、共通の学習済モデルを適用する、請求項5に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 5, wherein the first estimation means applies a common trained model as the first trained model applied to the estimation of each quantile indicated as the first quantile, the second quantile, and the third quantile. 前記共通の学習済モデルは、学習に際して単調増加制約が設けられることで、推定対象となる複数の分位点間の大小関係が保持されるように構築される、請求項9に記載の情報処理装置。 The information processing device according to claim 9, wherein the common pre-trained model is constructed such that the relative magnitudes of multiple quantiles to be estimated are preserved by imposing a monotonically increasing constraint during training. 前記第1の推定手段は、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点の推定結果の妥当性を確認することで、前記第1の分布の推定に適用する前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点を決定する、請求項2に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 2, wherein the first estimation means determines the first, second, and third quantiles to be applied to the estimation of the first distribution by verifying the validity of the estimation results of the first, second, and third quantiles. 前記第1の推定手段は、
需要量の予測対象の特徴量を入力として需要量の予測結果を出力する第2の学習済モデルと、
前記特徴量と、前記第2の学習済モデルから出力される前記需要量の予測結果と、を入力として当該需要量の予測結果に生じる誤差とを予測する第3の学習済モデルと、
を有し、
入力された前記特徴量に対応する過去の需要量の実績のサンプルデータのうち、対象となる分位点に対応する数のサンプルデータが、前記第2の学習済モデルから出力される前記需要量の予測結果と、前記第3の学習済モデルから出力される前記誤差に対して補正係数を乗じた値と、の加算値を上限として規定される需要量の範囲に含まれるように当該補正係数を決定することで、前記第1の分位点、前記第2の分位点、及び前記第3の分位点を推定する、
請求項2に記載の情報処理装置。
The first estimation means is,
A second pre-trained model takes the features of the quantity to be predicted as input and outputs the predicted quantity of demand,
A third trained model takes the aforementioned features and the forecast result of the demand quantity output from the second trained model as input and predicts the error occurring in the forecast result of the said demand quantity.
It has,
The first, second, and third quantiles are estimated by determining the correction coefficient such that, among the sample data of past demand data corresponding to the input features, the number of sample data corresponding to the target quantile falls within a range of demand defined by the sum of the demand prediction result output from the second trained model and the value obtained by multiplying the error output from the third trained model by a correction coefficient.
The information processing apparatus according to claim 2.
前記第2の推定手段は、前記対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を対象とした畳み込みにより、当該対象期間に対応する前記第2の分布を推定する、請求項1に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the second estimation means estimates the second distribution corresponding to the target period by convolution of the first distribution estimated for each of the multiple unit periods included in the target period. 前記第2の推定手段は、前記対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布の最頻値及び分布の広がりを表すパラメータに基づき、当該対象期間に対応する前記第2の分布を推定する、請求項1に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the second estimation means estimates the second distribution corresponding to the target period based on the mode of the first distribution estimated for each of the multiple unit periods included in the target period and parameters representing the spread of the distribution. 前記第2の分布と、許容される需要量の予測結果の誤差と、に基づき、前記対象期間における需要量の予測を行う予測手段を備える、請求項1に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, comprising a prediction means for predicting the amount of demand during the target period based on the second distribution and the error in the prediction result of the allowable amount of demand. 情報処理装置が実行する情報処理方法であって、
過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定ステップと、
需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を表す確率密度関数を統合して、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を表す確率密度関数を導出することで、前記対象期間における需要量の予測に用いられる当該第2の分布を推定する第2の推定ステップと、
を含む、情報処理方法。
An information processing method performed by an information processing device,
A first estimation step involves estimating a first distribution that shows the likelihood of each demand quantity falling within a first range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a given unit period, based on past demand performance;
A second estimation step involves integrating the probability density functions representing the first distribution estimated for each of several unit periods included in the target period for demand forecasting, to derive a probability density function representing a second distribution that shows the likelihood of each demand within a second range of demand estimated to be actually observed during the target period, thereby estimating the second distribution used for forecasting demand during the target period ;
Information processing methods , including those mentioned above .
コンピュータに、
過去の需要量の実績に基づき、需要量予測の対象となる単位期間について実際に観測されると推定される需要量の第1の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第1の分布を推定する第1の推定ステップと、
需要量予測の対象期間に含まれる複数の単位期間それぞれについて推定された前記第1の分布を表す確率密度関数を統合して、当該対象期間について実際に観測されると推定される需要量の第2の範囲に含まれる需要量ごとの当該需要量の確からしさを示す第2の分布を表す確率密度関数を導出することで、前記対象期間における需要量の予測に用いられる当該第2の分布を推定する第2の推定ステップと、
を実行させる、プログラム。
On the computer,
A first estimation step involves estimating a first distribution that shows the likelihood of each demand quantity falling within a first range of demand quantities that are estimated to be actually observed for a given unit period, based on past demand performance;
A second estimation step involves integrating the probability density functions representing the first distribution estimated for each of several unit periods included in the target period for demand forecasting, to derive a probability density function representing a second distribution that shows the likelihood of each demand within a second range of demand estimated to be actually observed during the target period, thereby estimating the second distribution used for forecasting demand during the target period ;
A program that executes something.
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石橋 直人、樺澤 明裕、飯坂 達也、勝野 徹,需要予測における誤差要因を考慮した信頼区間推定手法,電気学会論文誌C Vol.136 No.6 IEEJ,日本,一般社団法人電気学会,2016年06月01日,第136巻,P.775-783

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