JP2010282547A - Input variable selection support apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an input variable selection support apparatus for carrying out support for input variable selection by presenting an index for narrowing down the input variables from input candidate variables by a simple method. <P>SOLUTION: The input variable is selectively presented based on the sensitivity of each input output model by generating a plurality of input output models [j] (j=(1 to J), and J is a natural number of 2 or above) that show the relationship between all input candidate variables and output variables in numerous formats with different model principles by using model information data standardized so that an average value is 0 and a standard differential is 1 and then respectively carrying out sensitivity generation for generating a sensitivity which is an absolute value for an output variable for each input candidate variable of each input output model [j] with respect to each input output models [j]. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、入出力モデルの複数の入力候補変数から好ましい入力候補変数を判定して入力変数とするような入力変数選択を支援する入力変数選択支援装置に関する。   The present invention relates to an input variable selection support device that supports input variable selection that determines a preferred input candidate variable from a plurality of input candidate variables of an input / output model and uses it as an input variable.

入出力モデルは、複数の入力変数(説明変数)から出力変数(目的変数)を算出する機能を有している。このような入出力モデルの複数の入力変数に入力値を代入し、出力変数として予測値・目算値を得る。このような入出力モデルの利用例であるが、例えば、電力・水道・一般消費財などの各種需要予測、流量・圧力・河川流量などの制御用予測、原料濃度・製品濃度・微生物数・強度などの品質特定、などを出力変数(予測対象)とするモデルが挙げられる。   The input / output model has a function of calculating an output variable (object variable) from a plurality of input variables (explanatory variables). Input values are substituted into a plurality of input variables of such an input / output model, and predicted values and estimated values are obtained as output variables. Examples of use of such input / output models include, for example, various demand forecasts for electricity, water, general consumer goods, forecasts for control of flow rate, pressure, river flow rate, etc., raw material concentration, product concentration, microbial count, strength For example, a model in which quality identification such as is used as an output variable (prediction target).

これら入出力モデルは、多くの入力変数および出力変数を有し、多くの入力値を代入して出力値を得るモデルである。このような入出力モデルを作成する上では多くの入力候補変数から必要最低限の入力変数とする絞り込みが行われることが多く、この入力変数の絞込みはモデル作成において重要なステップの1つである。   These input / output models are models that have many input variables and output variables, and obtain output values by substituting many input values. In creating such an input / output model, it is often performed to narrow down from a large number of input candidate variables to the minimum necessary input variable, and this narrowing of the input variable is one of important steps in model creation. .

このような変数の絞込みに関する従来技術として、例えば、特許文献1(特開2002−268703号公報、発明の名称「末端圧力制御用支援装置」)が開示されている。特許文献1に記載の末端圧力制御用支援装置は、相関係数でまず使用する変数をユーザが大まかに定め(絞り込み)、その上で変数増減法等により詳細な変数設定を行う、というものである。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-268703, title of invention “terminal pressure control support device”) is disclosed as a conventional technique relating to such a narrowing of variables. The terminal pressure control support device described in Patent Document 1 is a method in which a user roughly determines (narrows down) a variable to be used first based on a correlation coefficient, and then performs detailed variable setting by a variable increase / decrease method or the like. is there.

ここで相関係数は一般に2つの変数の間の相互関係の大きさを示すもので−1と1の間の値になる、というものである。相関係数は1に近いほど正の強い相関、−1に近いほど負の強い相関を持つとされる。したがって、相関係数の絶対値が1に近いほど2つの変数には強い相関があることになる。特許文献1に記載の末端圧力制御用支援装置はこの関係を利用して変数の絞込みを行う。   Here, the correlation coefficient generally indicates the magnitude of the correlation between two variables, and is a value between -1 and 1. The closer the correlation coefficient is to 1, the stronger the positive correlation, and the closer to -1, the stronger the negative correlation. Therefore, the closer the absolute value of the correlation coefficient is to 1, the stronger the correlation between the two variables. The terminal pressure control support device described in Patent Document 1 uses this relationship to narrow down variables.

特開2002−268703号公報([0031]〜[0033])JP 2002-268703 A ([0031] to [0033])

特許文献1に記載の末端圧力制御用支援装置では、相関関係を利用して変数の絞込みを行うが、これは2変数の線形の関係を見ているだけであり、また、散発的にしか変化しない変数などにおいては影響が大きくても相関係数としては小さくなる場合もあり、これにより重要な入力候補変数を見落とすおそれがあるという問題があった。また、入力候補変数同士に強い相関がある場合、その両方が出力と相関が強ければ両方とも入力変数として採用されることになるが、両方の変数が含まれることは冗長であるという問題もあった。   In the terminal pressure control support device described in Patent Document 1, the variables are narrowed down by utilizing the correlation, but this only looks at the linear relationship between the two variables and changes only sporadically. There is a possibility that the correlation coefficient may be small even if the influence is large in a variable that is not performed, which may cause an important input candidate variable to be overlooked. In addition, when there is a strong correlation between input candidate variables, if both of them are strongly correlated with the output, both will be adopted as input variables. However, the inclusion of both variables is redundant. It was.

さらに特許文献1に記載の末端圧力制御用支援装置が採用する変数増減法は、入力候補変数を追加した場合の予測誤差(バラツキ)の減少、また入力候補変数を削除した場合の予測誤差(バラツキ)の増加のしかたにより入力候補変数の選択を行うものであるが、一般に計算は複雑で時間を要するという問題もあった。   Furthermore, the variable increase / decrease method employed by the terminal pressure control support device described in Patent Document 1 is a method of reducing prediction error (variation) when an input candidate variable is added, and predicting error (variation) when an input candidate variable is deleted. ) Increases the number of input candidate variables. However, in general, the calculation is complicated and takes time.

そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法により入力候補変数から入力変数を絞り込むための指標を提示し、入力変数選択の支援を行う入力変数選択支援装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an index for narrowing down input variables from input candidate variables by a simple method and to support input variable selection. It is to provide a support device.

本発明の請求項1に係る入力変数選択支援装置は、
データ処理部と、
複数の入力候補変数と出力変数とについての実績値であるモデル情報データが登録されるモデル情報データベースが構築されており、前記データ処理部によりデータの読み書きが行なわれる記憶部と、
前記データ処理部へ入力がなされる入力部と、
前記データ処理部から出力がなされる出力部と、
を有し、予測装置における入出力モデルの作成に用いる入力変数を選択する入力変数選択支援装置であって、前記データ処理部は、
前記モデル情報データを前記出力変数および前記入力候補変数ごとに平均値が0であり標準偏差が1となるように標準化する標準化手段と、
前記標準化されたモデル情報データを用いて、全入力候補変数と出力変数の関係を表す複数の入出力モデル[j](j=1,・・・,JであってJは2以上の自然数)を、モデル原理を異ならせて多形式にわたり生成する多形式入出力モデル作成手段と、
前記入出力モデル[j]の各入力候補変数の変化量に対する出力変数の変化量を、その入力候補の変化量で除した値の絶対値である感度を入力候補変数ごとに生成する感度生成を入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う感度生成手段と、
前記各入出力モデルの感度が大きい入力変数を選択する入力変数選択手段と、
選択された入力変数を出力部を通じて提示する提示手段と、
を備えることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 1 of the present invention is provided.
A data processing unit;
A model information database in which model information data that is actual values for a plurality of input candidate variables and output variables is registered is constructed, and a storage unit in which data is read and written by the data processing unit,
An input unit for inputting to the data processing unit;
An output unit for outputting from the data processing unit;
And an input variable selection support device for selecting an input variable used for creating an input / output model in the prediction device, wherein the data processing unit is
Standardization means for standardizing the model information data so that an average value is 0 and a standard deviation is 1 for each of the output variables and the input candidate variables;
Using the standardized model information data, a plurality of input / output models [j] (j = 1,..., J, where J is a natural number of 2 or more) representing the relationship between all input candidate variables and output variables Is a multi-format input / output model creation means that generates multiple formats with different model principles,
Sensitivity generation for generating for each input candidate variable a sensitivity that is an absolute value of a value obtained by dividing the change amount of the output variable with respect to the change amount of each input candidate variable of the input / output model [j] by the change amount of the input candidate. Sensitivity generating means for each of the input / output model [1],..., The input / output model [j],.
Input variable selection means for selecting an input variable having a high sensitivity of each of the input / output models;
Presenting means for presenting the selected input variable through the output unit;
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項2に係る入力変数選択支援装置は、
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]の何れか1つの入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを行う並べ替え手段と、
感度が大きい順に並び替えられた入力候補変数を、予め設定された個数で感度が大きい側から選択する変数選択を行う入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 2 of the present invention is
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
Input candidates in the input / output model [j] of any one of the input / output model [1],..., Input / output model [j],. A sorting means for sorting to sort variables,
Input variable selection means for performing variable selection for selecting input candidate variables rearranged in descending order of sensitivity from a side having a higher sensitivity in a preset number;
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項3に係る入力変数選択支援装置は、
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う並べ替え手段と、
感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で感度が大きい側から選択する変数選択を全ての入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 3 of the present invention is
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
For the input candidate variables in the input / output model [j], the rearrangement for sorting the input candidate variables in descending order of sensitivity is the input / output model [1],..., The input / output model [j],. J] for each sorting means,
All the input / output models [1],..., Input / output models [j], and so on are selected for selecting the input variables rearranged in descending order of sensitivity from the side with the highest sensitivity in a preset number. ..Input variable selection means for each of the input / output model [J],
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項4に係る入力変数選択支援装置は、
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う並べ替え手段と、
入出力モデル[j]を第1のグループおよび第2のグループに分ける選別手段と、
第1のグループの入出力モデルのすべてについて、感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で大きい側から選択する変数選択を行う第1入力変数選択手段と、
第2のグループの入出力モデルのいずれかについて、感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で大きい側から選択する変数選択を行う第2入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 4 of the present invention is
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
For the input candidate variables in the input / output model [j], the rearrangement for sorting the input candidate variables in descending order of sensitivity is the input / output model [1],..., The input / output model [j],. J] for each sorting means,
Sorting means for dividing the input / output model [j] into a first group and a second group;
First input variable selection means for performing variable selection for selecting input variables rearranged in descending order of sensitivity for all of the input / output models of the first group from a large number in a preset number;
A second input variable selection means for performing variable selection for selecting one of the input variables rearranged in descending order of the sensitivity of any of the input / output models of the second group from a large number in a preset number;
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項5に係る入力変数選択支援装置は、
請求項3または請求項4に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
各入出力モデル[j]について選択した入力変数のAND集合またはOR集合により最終的に選択される入力変数を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 5 of the present invention is
In the input variable selection support device according to claim 3 or 4,
The input variable selection means includes
Determining means for determining an input variable finally selected by an AND set or an OR set of input variables selected for each input / output model [j];
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項6に係る入力変数選択支援装置は、
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデルは重回帰モデル、ニューラルネットワークモデル、主成分回帰モデル、または、部分的最小二乗法モデルの少なくとも一個を含む組合せであることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 6 of the present invention provides:
In the input variable selection support device according to any one of claims 1 to 5,
The input / output model is a combination including at least one of a multiple regression model, a neural network model, a principal component regression model, or a partial least squares model.

また、本発明の請求項7に係る入力変数選択支援装置は、
請求項6に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデルは、重回帰モデルによる入出力モデル[1]、および、ニューラルネットモデルによる入出力モデル[2]であることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 7 of the present invention is
The input variable selection support device according to claim 6,
The input / output model is an input / output model [1] based on a multiple regression model and an input / output model [2] based on a neural network model.

また、本発明の請求項8に係る入力変数選択支援装置は、
請求項7に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデル[1]での重回帰モデルは、
部分的最小二乗法モデルまたは主成分回帰モデルに重回帰モデルを変換して生成されることを特徴とする。
An input variable selection support device according to claim 8 of the present invention provides:
In the input variable selection support device according to claim 7,
The multiple regression model in the input / output model [1] is
It is generated by converting a multiple regression model into a partial least squares model or a principal component regression model.

本発明によれば、簡便な方法により入力候補変数から入力変数を絞り込むための指標を提示し、入力変数選択の支援を行う入力変数選択支援装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the parameter | index for narrowing down an input variable from an input candidate variable with a simple method can be shown, and the input variable selection assistance apparatus which assists an input variable selection can be provided.

本発明を実施するための形態の入力変数選択支援装置の構成図である。It is a block diagram of the input variable selection assistance apparatus of the form for implementing this invention. モデル情報データベースの構造図である。It is a structure figure of a model information database. モデル情報データベースの構造図である。It is a structure figure of a model information database. 入力候補変数の選択を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining selection of an input candidate variable. 入力候補変数の提示を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining presentation of an input candidate variable.

続いて、本発明を実施するための形態について図を参照しつつ以下に説明する。まず、入力変数選択支援装置100の全体構造について図1を参照しつつ説明する。入力変数選択支援装置100は、図1に示すように、データ管理用コンピュータ1、入力部2、出力部3を少なくとも備えている。本形態の入力変数選択支援装置100は、例えば、一台のコンピュータを想定している。   Then, the form for implementing this invention is demonstrated below, referring a figure. First, the overall structure of the input variable selection support device 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the input variable selection support apparatus 100 includes at least a data management computer 1, an input unit 2, and an output unit 3. The input variable selection support apparatus 100 of this embodiment is assumed to be a single computer, for example.

データ管理用コンピュータ1は、さらにデータ処理部10、記憶部20を備えている。データ処理部10は、MPUやCPUであり、後述するような各手段として機能する。記憶部20は、例えばハードディスク等の大容量記憶装置であり、後述するようなデータベースが構築されている。なお、データ処理部10と記憶部20との間、データ処理部10と入力部2との間、データ処理部10と出力部3との間には通常はメモリが介在して読み書きがなされるが当然にメモリを介して読み書きが行われるものとしてメモリについては省略しつつ以下の説明を進める。   The data management computer 1 further includes a data processing unit 10 and a storage unit 20. The data processing unit 10 is an MPU or a CPU and functions as each unit as will be described later. The storage unit 20 is a large-capacity storage device such as a hard disk, for example, and a database as will be described later is constructed. Note that reading / writing is normally performed between the data processing unit 10 and the storage unit 20, between the data processing unit 10 and the input unit 2, and between the data processing unit 10 and the output unit 3. However, the following explanation will be made while omitting the memory assuming that reading and writing are performed via the memory.

入力部2は、例えばキーボードや、ファイル送信可能な外付けハードディスク・USBメモリなどであり、入力部2から入力されたデータがデータ処理部10にて処理される。
出力部3は、ディスプレイ装置、プリンタ装置などであり、データ処理部10から出力されたデータにより画面表示・印刷というデータ出力がなされる。
The input unit 2 is, for example, a keyboard or an external hard disk / USB memory capable of transmitting files, and data input from the input unit 2 is processed by the data processing unit 10.
The output unit 3 is a display device, a printer device, or the like, and data output such as screen display / printing is performed by data output from the data processing unit 10.

続いて、入力変数選択支援装置100の実際の運用について図を参照しつつ説明する。図1で示すように、入力変数選択支援装置100のデータ処理部10は、モデル情報収集手段101、標準化手段102、多形式入出力モデル作成手段103、感度生成手段104、入力変数選択手段105、提示手段106を備える。以下順に説明する。   Next, actual operation of the input variable selection support device 100 will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the data processing unit 10 of the input variable selection support apparatus 100 includes a model information collection unit 101, a standardization unit 102, a multi-format input / output model creation unit 103, a sensitivity generation unit 104, an input variable selection unit 105, Presenting means 106 is provided. This will be described in order below.

まず、データ処理部10は、入力部2から入力された過去の実績に係る複数のモデル情報データをモデル情報データベース21に登録するモデル情報収集手段101として機能する。
まず、システムの管理者が、予め必要となるモデル情報データベース21を設計し、モデル情報データベース21に対して入力部2からデータベースの構造を登録しておくものとする。続いて、システムの管理者が、モデル情報データを登録する。モデル情報データの入力方法は、専用画面を通じての入力でもよいし、CSV(Comma Separated Value)形式によるファイル入力でもよい。
First, the data processing unit 10 functions as a model information collecting unit 101 that registers a plurality of model information data related to past results input from the input unit 2 in the model information database 21.
First, it is assumed that a system administrator designs a required model information database 21 and registers the database structure from the input unit 2 in the model information database 21. Subsequently, the system administrator registers model information data. The model information data may be input through a dedicated screen or a file input in CSV (Comma Separated Value) format.

そして、このモデル情報データは、図1で示すように、記憶部20のモデル情報データベース21の実測データテーブルに蓄積される。モデル情報データベース21の実測データテーブルのテーブル構造は、例えば、図2で示すように構成される。図2ではある事象について表す番号、複数の入力候補変数についての実績値である入力候補変数データ、出力変数についての実績値である出力変数データが記録される。番号は例えば時間別に付与される。このようにモデル情報データベース21では、あるときの複数の入力候補変数についての実績値である入力候補変数データ、出力変数についての実績値である出力変数データとを連関させて登録しており、直ちにアクセス可能な状態へ整理されている。   The model information data is accumulated in an actual measurement data table of the model information database 21 of the storage unit 20 as shown in FIG. The table structure of the actual measurement data table of the model information database 21 is configured as shown in FIG. 2, for example. In FIG. 2, a number representing an event, input candidate variable data that is a result value for a plurality of input candidate variables, and output variable data that is a result value for an output variable are recorded. For example, the number is given by time. In this way, in the model information database 21, input candidate variable data that is actual values for a plurality of input candidate variables at a given time and output variable data that is actual values for output variables are registered in association with each other, immediately. It is arranged in an accessible state.

また、図3に示すように、モデル情報データベース21の変数テーブルには、入力候補変数や、後述する提示時に理解しやすくするための変数のタグ名や後述する感度も併せて登録されている。タグ名はモデル別・入力候補変数別に登録されている。図3では入出力モデル[j]についての変数テーブルが登録されている点が図示されているが、入出力モデル[1]〜入出力モデル[J]の全てについてそれぞれ変数テーブルが設定されている。   As shown in FIG. 3, the variable table of the model information database 21 also registers input candidate variables, tag names of variables for easy understanding at the time of presentation to be described later, and sensitivity to be described later. Tag names are registered by model and input candidate variable. FIG. 3 illustrates that variable tables for the input / output model [j] are registered. However, variable tables are set for all of the input / output models [1] to [J]. .

入力候補変数はx、x、・・・、x、・・・、x(m=1、・・・M)である。また、出力変数はyである。そして、番号がiのときはある時点iのデータであることを表す。この番号がiの場合の入力候補変数データはx(i)、x(i)、・・・xm(i)、・・・、xM(i)(i=1、・・・、I)である。また、出力変数データは、y(i)(i=1、・・・、I)である。ここに括弧の数字は番号を表す、つまり番号がiのときはある時点iのデータであることを表す。そして番号Iまでのデータが蓄積されている。
モデル情報データベース21に登録されているモデル情報や変数について情報はこのようなものである。
Input candidate variables are x 1 , x 2 ,..., X m ,..., X M (m = 1,... M). The output variable is y. When the number is i, it represents data at a certain time point i. When this number is i, the input candidate variable data is x 1 (i), x 2 (i), ... x m (i), ..., x M (i) (i = 1, ... , I). The output variable data is y (i) (i = 1,..., I). Here, the number in parentheses represents a number, that is, when the number is i, it represents data at a certain time point i. Data up to number I is accumulated.
Information on model information and variables registered in the model information database 21 is such.

続いて、データ処理部10は、出力変数および入力候補変数ごとに平均値が0であり標準偏差が1となるようにモデル情報データを標準化する標準化手段102として機能する。標準化したモデル情報データは、図2で示したモデル情報データベース21のテーブル構造と同じ構造である他の標準化データテーブルに登録される。この場合も入力候補変数はx、x、・・・、x、・・・、x(m=1、・・・M)で表される。また、出力変数はyで表される。入力候補変数データはx(i)、x(i)、・・・xm(i)、・・・、xM(i)(i=1、・・・、I)で表される。また、出力変数データは、y(i)(i=1、・・・、I)で表される。ここに括弧の数字は番号を表す、つまり番号がiのときはある時点iのデータであることを表す。そして番号Iまでのデータが蓄積されている。以下、この標準化されたデータを用いる。 Subsequently, the data processing unit 10 functions as a standardization unit 102 that standardizes model information data so that the average value is 0 and the standard deviation is 1 for each output variable and input candidate variable. The standardized model information data is registered in another standardized data table having the same structure as the table structure of the model information database 21 shown in FIG. Also in this case, the input candidate variables are represented by x 1 , x 2 ,..., X m ,..., X M (m = 1,... M). The output variable is represented by y. Input candidate variable data is represented by x 1 (i), x 2 (i),... X m (i),..., X M (i) (i = 1,..., I). . The output variable data is represented by y (i) (i = 1,..., I). Here, the number in parentheses represents a number, that is, when the number is i, it represents data at a certain time point i. Data up to number I is accumulated. Hereinafter, this standardized data is used.

続いて、データ処理部10は、標準化されたモデル情報データを用いて、上記した全入力候補変数と出力変数の関係を表す複数の入出力モデル[j](j=1、・・・、JであってJは2以上の自然数)を、それぞれのモデル原理を異ならせて多形式にわたり生成する多形式入出力モデル作成手段103として機能する。先に標準化された入力候補変数データおよび出力変数データ全体を用いて入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[j]、・・・、入出力モデル[J]が作成される。これら複数の入出力モデルは、それぞれ原理が異なっている。例えば、入出力モデル[1]がニューラルネットワークによる入出力モデル、入出力モデル[2]が重回帰モデルによる入出力モデル、・・・、入出力モデル[J]が部分最小二乗法モデルによる入出力モデルというものである。これら入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[j]、・・・、入出力モデル[J]の作成は、後述する学習や設定により決定される。   Subsequently, the data processing unit 10 uses the standardized model information data, and outputs a plurality of input / output models [j] (j = 1,..., J) representing the relationship between all the input candidate variables and the output variables. (Where J is a natural number of 2 or more) functions as the multi-format input / output model creation means 103 that generates various forms with different model principles. An input / output model [1],..., An input / output model [j],..., An input / output model [J] are created using the input standardized variable data and the entire output variable data previously standardized. The plurality of input / output models have different principles. For example, the input / output model [1] is an input / output model based on a neural network, the input / output model [2] is an input / output model based on a multiple regression model,..., And the input / output model [J] is input / output based on a partial least squares model. It is a model. Creation of these input / output models [1],..., Input / output models [j],..., And input / output models [J] is determined by learning and setting described later.

作成された入出力モデル[1]は入力候補変数Xに対する出力変数Yの関数として定義でき、次式のように表される。   The created input / output model [1] can be defined as a function of the output variable Y with respect to the input candidate variable X, and is expressed as the following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

ここにXはM個の入力候補変数、Yは1個の出力変数である。Xは次式のように表される。   Here, X is M input candidate variables, and Y is one output variable. X is represented by the following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

また、入出力モデル[j]は入力候補変数Xに対する出力変数Yの関数として定義でき、次式のように表される。XはM個の入力候補変数、Yは1個の出力変数である点は上記と同様である。   Further, the input / output model [j] can be defined as a function of the output variable Y with respect to the input candidate variable X, and is expressed as the following equation. X is M input candidate variables, and Y is one output variable.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

また、入出力モデル[J]は入力候補変数Xに対する出力変数Yの関数として定義でき、次式のように表される。XはM個の入力候補変数、Yは1個の出力変数である点は上記と同様である。   The input / output model [J] can be defined as a function of the output variable Y with respect to the input candidate variable X, and is expressed as the following equation. X is M input candidate variables, and Y is one output variable.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

続いて、データ処理部10は、入出力モデル[j]の各入力候補変数の変化量に対する出力の変化量を、その入力候補の変化量で除した値の絶対値である感度(入力を微小な変化量により変化させた場合の出力の変化量を、入力の変化量で除した比の絶対値)を入力候補変数ごとに生成する感度生成を入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[J]についてそれぞれ行う感度生成手段104として機能する。この感度生成では、ある入力候補変数へ所定の入力値を代入して出力変数から出力値を得て、続いて同じ入力候補変数へ所定の入力値から微小な変化量で変化させた入力値を代入して出力変数からの新たな出力値を得てこれら出力値の差分値である変化量を得る。そしてこの出力値の変化量を、入力値の変化量で除して算出した比の絶対値を得ることで当該入力候補変数の出力変数に対する感度が計算される。   Subsequently, the data processing unit 10 determines the sensitivity (input is very small) as an absolute value of a value obtained by dividing the output change amount with respect to the change amount of each input candidate variable of the input / output model [j] by the change amount of the input candidate. The input / output model [1],..., Input sensitivity is generated for each input candidate variable (the absolute value of the ratio obtained by dividing the output change amount by the input change amount). It functions as sensitivity generation means 104 for each of the output models [J]. In this sensitivity generation, a predetermined input value is assigned to a certain input candidate variable, an output value is obtained from the output variable, and subsequently, the input value changed from the predetermined input value to the same input candidate variable with a minute change amount is obtained. Substitution is performed to obtain a new output value from the output variable, and a change amount which is a difference value between these output values is obtained. Then, the sensitivity of the input candidate variable to the output variable is calculated by obtaining the absolute value of the ratio calculated by dividing the change amount of the output value by the change amount of the input value.

この感度生成は全ての入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[J]について行われる。さらに、各入出力モデルにおける全ての入力候補変数に対して行われる。まず、入出力モデル[1]のある変数xについての比s1mは次式のように表される。 This sensitivity generation is performed for all input / output models [1],..., Input / output models [J]. Further, it is performed for all input candidate variables in each input / output model. First, the ratio s 1m for a variable x m of the input / output model [1] is expressed as the following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

ここで、入力候補変数をx(m=1、・・・、M)、X=[x、・・・、xとし、入力候補変数xの微小変化をΔxとしている。
このような入出力モデル[1]の入力候補変数であるx、・・・、x、・・・、xについての比s11 、・・・、s1m 、・・・、s1M が算出され、絶対値を取って感度|s11 、・・・、|s1m|、・・・、|s1M がM個算出される。
Here, the input candidate variable is x m (m = 1,..., M), X = [x 1 ,..., X M ] T, and the minute change of the input candidate variable x m is Δx m . .
X 1 Such an input candidate variables input-output model [1], ···, x m , ···, the ratio s 11 for x M, ···, s 1m, ···, s 1M Is calculated, the absolute value is taken, and the sensitivity | s 11 | , ..., | s 1m |, ..., | s 1M | M are calculated.

また、入出力モデル[j]のある変数xについて感度sjm次式のように表される。 Further, the sensitivity s jm is expressed as follows for a variable x m having the input / output model [j].

Figure 2010282547
Figure 2010282547

このような入出力モデル[j]の入力候補変数であるx、・・・、x、・・・、xについての比sj1 、・・・、sjm 、・・・、sjM がM個算出されされ、絶対値を取って感度|sj1 、・・・、|sjm|、・・・、|sjM がM個算出される。
また、入出力モデル[J]のある変数xについて感度sJm次式のように表される。
X 1 is the input candidate variables such output model [j], ···, x m , ···, the ratio s j1 for x M, ···, s jm, ···, s jM M are calculated, the absolute value is taken, and the sensitivity | s j1 | , ..., | s jm |, ..., | s jM | M are calculated.
Further, a variable x m having an input / output model [J] is expressed as a sensitivity s Jm following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

このような入出力モデル[J]の入力候補変数であるx、・・・、x、・・・、xについての比sJ1 、・・・、sJm 、・・・、sJM がM個算出され、絶対値を取って感度|sJ1 、・・・、|sJm|、・・・、|sJM がM個算出される。 X 1 is the input candidate variables such output model [J], ···, x m , ···, the ratio s J1 for x M, ···, s Jm, ···, s JM M are calculated, the absolute value is taken, and the sensitivity | s J1 | , ..., | s Jm |, ..., | s JM | M are calculated.

このようにして入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[j]、・・・、入出力モデル[J]において、それぞれの入力候補変数であるx、・・・、x、・・・、xについての比s11 、・・・、sJM が算出され、絶対値を取って感度|s11 、・・・、|sJM がJ×M個算出される。これら感度が指標として用いられる。これらは図3で示したモデル別に設定された変数テーブルに登録される。 Thus, in the input / output model [1],..., The input / output model [j],..., The input / output model [J], x 1 ,. ,..., X M ratios s 11 ,..., S JM are calculated, and absolute values are taken to determine the sensitivity | s 11 | , ..., | s JM | Are calculated as J × M. These sensitivities are used as indicators. These are registered in the variable table set for each model shown in FIG.

このようにして計算される「感度」は、入力候補変数が単位量変化したときの出力の変化分を表すもので、正の方向、または負の方向にその影響度の分だけの変化を及ぼすものである。   The “sensitivity” calculated in this way represents the change in the output when the input candidate variable changes by a unit amount, and changes in the positive or negative direction by the amount of its influence. Is.

続いて、データ処理部10は、各入出力モデルの感度が大きい入力変数を選択する入力変数選択手段105として機能する。選択方法は各種あるが、例えば、複数の入出力モデルから予め選択された入出力モデル[j]のみにおける感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを行う並べ替え手段として機能し、続いて並び替えられた順に予め設定された個数p個の入力候補変数を入力変数として選択する入力変数選択確定手段として機能することで、選択するようにしても良い。例えば、図4で示す中から、予め選択された入出力モデル[j]の感度の降順の入力候補変数の順位について、ユーザが指定した入力変数の個数分(例えば入力変数をp個づつ)をとった変数群(入力変数または入力変数のタグ名の集合)について個々に表示する。
なお、複数ある入出力モデルの中から入出力モデル[j]を一個選択する際の選択基準として、例えば、最も大きい感度を有する入出力モデルとしたり、感度の総和が大きい入出力モデルとすることができる。いずれも感度が高い入出力モデルを採用しているため、有効な入出力モデルを選択することができる。
Subsequently, the data processing unit 10 functions as an input variable selection unit 105 that selects an input variable having a high sensitivity of each input / output model. Although there are various selection methods, for example, it functions as a rearranging means for rearranging input candidate variables in descending order of sensitivity in only the input / output model [j] selected in advance from a plurality of input / output models. Selection may be made by functioning as input variable selection confirmation means for selecting a preset number p of input candidate variables as input variables in the rearranged order. For example, among the input candidate variables in descending order of sensitivity of the input / output model [j] selected in advance as shown in FIG. 4, the number of input variables specified by the user (for example, p input variables). Each variable group (input variable or set of tag names of input variables) is displayed individually.
As a selection criterion for selecting one input / output model [j] from among a plurality of input / output models, for example, an input / output model having the highest sensitivity or an input / output model having a large sum of sensitivities is used. Can do. Since both adopt an input / output model with high sensitivity, an effective input / output model can be selected.

また、他の選択手法として、データ処理部10は、入出力モデル[j]における感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[J]についてそれぞれ行う並べ替え手段として機能し、続いて全ての入出力モデルについて並び替えられた順に予め設定された数の入力候補変数を入力変数として選択する入力変数選択確定手段として機能することで、選択するようにしても良い。例えば、図4で示すように、入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[J]のそれぞれ感度の降順の入力候補変数の順位について、それぞれユーザが指定した入力変数の個数分(例えば入力変数をp個づつ)をとった変数群(入力変数または入力変数のタグ名の集合)について、それぞれ個々に表示する。また、図示しないが、これらp個ずつ選択した入力変数についてさらに積集合(AND集合)や和集合(OR集合)とするというものである。このようにして選択しても良い。   As another selection method, the data processing unit 10 performs rearrangement for sorting input candidate variables in descending order of sensitivity in the input / output model [j]. The input / output model [1],. ], Each functioning as an input variable selection confirmation means for selecting a preset number of input candidate variables as input variables in the order of rearrangement for all input / output models, You may make it select. For example, as shown in FIG. 4, the input candidate variables in descending order of sensitivity of the input / output model [1],... For example, variable groups (input variables or sets of tag names of input variables) taking p input variables) are individually displayed. Although not shown, these p input variables are further set as a product set (AND set) or a sum set (OR set). You may select in this way.

また、他の選択手法として、データ処理部10は、入出力モデル[1]、・・・、入出力モデル[J]を第1グループと第2のグループとに分けるグループ選別手段として機能し、第1のグループについてその入出力モデルのすべてについて感度が上位p個以内に入る入力候補変数を入力変数として選択する第1変数選択手段として機能し、第2のグループについてその入出力モデルのいずれかについて感度が上位p個以内に入る入力候補変数を入力変数として選択する第2変数選択手段として機能し、第1変数選択手段および第2変数選択手段について算出された感度の大きい順に予め設定された数だけ入力変数を選択する変数選択手段として機能することで、選択するようにしても良い。
なお、第1グループの選択基準として、例えば、感度が所定値よりも大きい入出力モデルとしたり、感度の総和が所定値よりも大きい入出力モデルとすることができる。第2グループの選択基準として、例えば、感度が所定値よりも小さい入出力モデルとしたり、感度の総和が所定値よりも小さい入出力モデルとすることができる。
As another selection method, the data processing unit 10 functions as a group selection unit that divides the input / output model [1],..., The input / output model [J] into a first group and a second group, For the first group, it functions as a first variable selection means for selecting, as an input variable, an input candidate variable whose sensitivity falls within the top p for all of its input / output models, and for any of the input / output models for the second group Functions as second variable selection means for selecting input candidate variables that fall within the top p sensitivities as input variables, and are preset in descending order of sensitivity calculated for the first variable selection means and the second variable selection means. Selection may be made by functioning as variable selection means for selecting input variables by the number.
As a selection criterion for the first group, for example, an input / output model with sensitivity larger than a predetermined value or an input / output model with a sum of sensitivities larger than a predetermined value can be used. As a selection criterion for the second group, for example, an input / output model whose sensitivity is smaller than a predetermined value or an input / output model whose sum of sensitivities is smaller than a predetermined value can be used.

そして、第1グループおよび第2グループの入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[J]での感度が降順の上位p個の入力変数のいずれか、または選択された入力変数の積集合(AND)や和集合(OR)として選択された入力変数が選択される。このようにして最終的な入力変数が決定される。
これら何れかの手法により入力変数が選択される。
The input / output model [1],..., The input / output model [J] of the first group and the second group is one of the top p input variables in descending order of sensitivity, or the selected input variable An input variable selected as a product set (AND) or union set (OR) is selected. In this way, the final input variable is determined.
An input variable is selected by any one of these methods.

これらのように入力候補変数の出力への影響度を端的に表す感度に基づいて、入力候補変数から入力変数を選択している。入力候補変数の中で、実際にモデルの入力として選択を行う場合に、出力への影響度の大きい変数を抽出するのは至極妥当であるが、この場合選択される変数はモデルに依存することになるため、1つのモデルでの感度だけに基づく場合には偏りが生じる恐れがある。そこでこれを複数の形式のモデルに基づいて行うことにより、選ばれる入力候補変数は入力候補変数の絞込み方法として大変妥当な方法であると言える。   As described above, the input variable is selected from the input candidate variables based on the sensitivity that directly represents the degree of influence of the input candidate variables on the output. Of the input candidate variables, when actually selecting as the model input, it is extremely reasonable to extract variables that have a large influence on the output. In this case, however, the selected variable depends on the model. Therefore, when it is based only on the sensitivity of one model, there is a risk of bias. Therefore, by performing this based on a plurality of models, it can be said that the selected input candidate variable is a very appropriate method as a method for narrowing down the input candidate variables.

続いて、データ処理部10は、選択された入力候補変数を出力部3を通じて提示する提示手段106として機能する。データ処理部10が、感度に基づいて選択された入力変数を出力部3に出力させる(ディスプレイ装置などに画面表示させるように制御したり、プリンタに印刷印字させたりする)ことであり、例えば、図5で示すように表示や印刷がされる。この際、入力選択変数を表すタグに加えて、感度を表示するようにすれば選択理由も分かるため、使用者の経験等により入力変数を変更して選択するなどの利用も可能となる。
入力変数選択支援装置100はこのようなものである。
Subsequently, the data processing unit 10 functions as a presentation unit 106 that presents the selected input candidate variable through the output unit 3. For example, the data processing unit 10 causes the output unit 3 to output an input variable selected based on the sensitivity (controls the display device to display the image on a screen or causes the printer to print and print). Display and printing are performed as shown in FIG. At this time, if the sensitivity is displayed in addition to the tag representing the input selection variable, the reason for the selection can be understood. Therefore, the input variable can be selected by changing the user's experience or the like.
The input variable selection support apparatus 100 is like this.

続いて入出力モデルの詳細について説明する。ここでは多形式入出力モデル作成手段の詳細に関するものとなる。例えば、入出力モデルとして重回帰モデルが選択される。重回帰モデルは線形であり、入出力モデルも線形となる。
この重回帰モデルは、以下のように表される。
Next, details of the input / output model will be described. Here, it relates to the details of the multi-format input / output model creation means. For example, a multiple regression model is selected as the input / output model. The multiple regression model is linear, and the input / output model is also linear.
This multiple regression model is expressed as follows.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

ここにAは係数ベクトルであり、次式のように表される。   Here, A is a coefficient vector, and is expressed as follows.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

続いて重回帰モデルの作成(Aの学習)について説明する。
データ処理部10は、モデル作成(Aの学習)用のモデル情報データをモデル情報データベース21の標準化データテーブルから読み出す手段として機能する。このモデル情報データは入力候補変数(x)、出力変数(y)の過去の多数のサンプルからなるデータである。具体的には、xは一般にM変数とし、サンプル数をIとする。このモデル情報データを行列の形で並べると以下のようになり、各行が各サンプル、各列が各変数を表す。
Next, creation of a multiple regression model (learning A) will be described.
The data processing unit 10 functions as means for reading model information data for model creation (learning A) from the standardized data table of the model information database 21. This model information data is data composed of many past samples of the input candidate variable (x) and the output variable (y). Specifically, x is generally an M variable and the number of samples is I. When this model information data is arranged in the form of a matrix, it becomes as follows. Each row represents each sample and each column represents each variable.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

yは、一般に1変数とし、I行×1列の縦ベクトルとするとこのモデル情報データは以下のように表わされる。   In general, y is a variable, and the model information data is expressed as follows, assuming a vertical vector of I rows × 1 columns.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

データ処理部10は、入力されたモデル情報データ全体を用いて入出力モデル1(重回帰モデル)を作成する重回帰モデル作成手段として機能する。具体的には、重回帰モデルは、以下のように表される。   The data processing unit 10 functions as a multiple regression model creating unit that creates the input / output model 1 (multiple regression model) using the entire input model information data. Specifically, the multiple regression model is expressed as follows.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

この場合にxからyを予測する重回帰モデルの係数Aは、最小二乗法により、以下のようにして求められる。なお、重回帰モデルの係数Aの詳細な導出方法は、例えば次の文献(ケモメトリックス―化学パターン認識と多変量解析,宮下 芳勝・ 佐々木 慎一著,共立出版,1995年)を参照することができる。   In this case, the coefficient A of the multiple regression model that predicts y from x is obtained by the least square method as follows. For details on how to derive the coefficient A of the multiple regression model, refer to the following document (Chemometrics-Chemical pattern recognition and multivariate analysis, Yoshikatsu Miyashita, Shinichi Sasaki, Kyoritsu Shuppan, 1995). .

Figure 2010282547
Figure 2010282547

このAを決定することで重回帰モデルが決定される。   By determining this A, a multiple regression model is determined.

このような重回帰モデルの感度について、上記の数6のようにm番目の入力候補変数xをΔxだけ変化させると、出力はaΔxだけ変化する。したがってその感度は|a|となり、各入力候補変数の感度は係数ベクトルAの係数の絶対値に一致する。したがってこの重回帰係数自体の絶対値の順の優先順位で入力候補変数を入力変数として選択することとなる。 Regarding the sensitivity of such a multiple regression model, when the m-th input candidate variable x m is changed by Δx m as shown in the above equation 6, the output changes by a m Δx m . Therefore, the sensitivity is | a m |, and the sensitivity of each input candidate variable matches the absolute value of the coefficient of the coefficient vector A. Therefore, the input candidate variable is selected as the input variable in the priority order of the absolute values of the multiple regression coefficients themselves.

続いて他の入出力モデルとしてニューラルネットワークモデルが選択される。ニューラルネットワークモデルは、一般に入力層、中間層、出力層からなる3階層ニューラルネットワーク構造を有しており、さらに、入力層と中間層との素子間、中間層と出力層との素子間に結合を持つ。入力層には入力変数の数分の素子、出力層には出力変数の数分の素子があり、中間層は任意に指定された素子からなる。   Subsequently, a neural network model is selected as another input / output model. The neural network model generally has a three-layer neural network structure including an input layer, an intermediate layer, and an output layer. Further, the neural network model is coupled between elements of the input layer and the intermediate layer and between elements of the intermediate layer and the output layer. have. There are as many elements as the number of input variables in the input layer, as many elements as the number of output variables in the output layer, and the intermediate layer is composed of arbitrarily designated elements.

このニューラルネットワークでは入力層における素子が入力因子に、また、出力層における素子が出力因子に、それぞれ相当する。そしてニューロン間では結合の度合いを結合係数で表しており、この結合係数は、ニューラルネットワークの素子間の結合の重みを表すための係数である。結合係数が大きければ、結合が重みを有している、つまり、必要な結合であるとされ、結合係数が小さければ、結合が重みを有していない、つまり、不要な結合であるとされる。結合係数wの大きさを更新することで、入出力間の非線形関係を学習することができる。   In this neural network, elements in the input layer correspond to input factors, and elements in the output layer correspond to output factors. The degree of coupling between neurons is represented by a coupling coefficient, and this coupling coefficient is a coefficient for representing the weight of coupling between elements of the neural network. If the coupling coefficient is large, the coupling has a weight, that is, a necessary coupling, and if the coupling coefficient is small, the coupling has no weight, that is, an unnecessary coupling. . By updating the magnitude of the coupling coefficient w, it is possible to learn a nonlinear relationship between input and output.

このようにニューラルネットワークモデルは線形・非線形を問わずデータからのモデル化が可能であるため、これを「入出力モデル」として扱う。ニューラルネットワークは、「学習フェーズ」において学習させるべき入出力データを「教師データ」としてその入出力特性を学習させ、学習フェーズが完了したニューラルネットワークを「モデル」としてこれにより予測や感度解析などを行う。ここでのデータを用いると、教師データの入力変数としてXの各行を、出力変数として入力変数の各行に対応するyの各行を与え、Xの各行によるニューラルネットワークの出力がyの対応する行にできるだけ合致するようにニューラルネットワークの学習が行われる。   As described above, since the neural network model can be modeled from data regardless of linear or non-linear, it is treated as an “input / output model”. The neural network trains the input / output data to be learned in the “learning phase” as “teacher data” and learns its input / output characteristics, and uses the neural network that has completed the learning phase as a “model” for prediction and sensitivity analysis. . Using the data here, each row of X is given as an input variable of teacher data, each row of y corresponding to each row of the input variable is given as an output variable, and the output of the neural network by each row of X becomes a row corresponding to y. The neural network is learned so as to match as much as possible.

続いて学習について説明する。
データ処理部10は、モデル作成(モデルの学習)用のモデル情報データを入力する手段として機能する。このモデル情報データは一般に入力候補変数(x)、出力変数(y)の過去の多数のサンプルからなるデータである。具体的には、xは一般にM変数とし、過去のサンプル数をIとする。このデータを行列の形で並べると上記の数10,数11のようになり、各行が各サンプル、各列が各変数を表す。
Next, learning will be described.
The data processing unit 10 functions as means for inputting model information data for model creation (model learning). This model information data is generally data composed of a large number of past samples of input candidate variables (x) and output variables (y). Specifically, x is generally an M variable, and the past number of samples is I. When this data is arranged in the form of a matrix, Equations 10 and 11 are obtained. Each row represents each sample and each column represents each variable.

このようなニューラルネットワークモデルでは、モデル構造や結合係数を変更することで非線形の入出力関係を処理することができる。このようなニューラルネットワークの入出力モデル構築とは、複数の入力層素子(入力因子)に入力された入力値に対し、出力層素子(出力因子)から所望の出力値が得られるように入力層と中間層、また、中間層と出力層との結合係数を変更することをいう。これにより結合係数が確定するものとする。データ処理部10は、入力と出力とに実測に係るデータをI通り代入し結合係数を確定していく。ニューラルネットワークの入出力モデルはこのようにして決定される。   In such a neural network model, nonlinear input / output relationships can be processed by changing the model structure and coupling coefficient. Such an input / output model construction of a neural network is an input layer so that a desired output value can be obtained from an output layer element (output factor) with respect to input values input to a plurality of input layer elements (input factors). And changing the coupling coefficient between the intermediate layer and the intermediate layer and the output layer. As a result, the coupling coefficient is determined. The data processing unit 10 determines the coupling coefficient by substituting the data relating to the actual measurement for the input and the output in I ways. The input / output model of the neural network is determined in this way.

このようなニューラルネットワークモデルの感度について、実際にはニューラルネットワークでは単純な式としては表わせないが、これを仮にG(x)として表し、このニューラルネットワークモデルが入出力モデル[j]であるとする。この場合、変数xについての比sjmは次式のように表される。 The sensitivity of such a neural network model cannot actually be expressed as a simple expression in a neural network, but is expressed as G (x), and this neural network model is an input / output model [j]. . In this case, the ratio s jm with respect to the variable x m is expressed as follows.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

ここで、入力候補変数をx(m=1、・・・、M)、X=[x、・・・、xとし、入力候補変数xの微小変化をΔxとしている。
このような入出力モデル[1]の入力候補変数であるx、・・・、x、・・・、xについての比sj1 、・・・、sjm 、・・・、sjM が算出され、絶対値を取って感度|sj1 、・・・、|sjm|、・・・、|sjM がM個算出される。このような感度はG(x)、・・・、G(x)について算出される。
Here, the input candidate variable is x m (m = 1,..., M), X = [x 1 ,..., X M ] T, and the minute change of the input candidate variable x m is Δx m . .
X 1 is the input candidate variables such output model [1], ···, x m , ···, the ratio s j1 for x M, ···, s jm, ···, s jM Is calculated, the absolute value is taken, and the sensitivity | s j1 | , ..., | s jm |, ..., | s jM | M are calculated. Such sensitivity is calculated for G 1 (x),..., G J (x).

このようなニューラルネットワークモデルの感度についても予測困難であるが、上記のようにして求めた感度の順の優先順位で入力候補変数を選択して入力変数として用いることとなる。   Although it is difficult to predict the sensitivity of such a neural network model, input candidate variables are selected and used as input variables in the order of priority in the order of sensitivity obtained as described above.

また、入出力モデルとして主成分回帰モデルが選択される。主成分回帰モデルは上記の重回帰モデルを改良することで得られる線形モデルであり、これを「入出力モデル」として扱う。重回帰モデルにおいて、入力候補変数が多い場合には、モデル作成用データから直接重回帰モデルを作成することは難しくなる。これは具体的には、モデル作成用データからモデルを作成する際に、一般には最小二乗法により重回帰係数を算出するが、入力候補変数間に線形従属またはそれに近い関係(多重共線性)がある場合には最小二乗法の中の行列計算が不安定になるためである(具体的には最小二乗法の計算過程に逆行列計算に対応する計算が含まれ、この逆行列計算が不安定になるためである)。   A principal component regression model is selected as the input / output model. The principal component regression model is a linear model obtained by improving the multiple regression model, and is treated as an “input / output model”. In a multiple regression model, when there are many input candidate variables, it is difficult to create a multiple regression model directly from model creation data. Specifically, when a model is created from data for model creation, a multiple regression coefficient is generally calculated by the least square method, but there is a linear dependency or a close relationship (multicollinearity) between input candidate variables. This is because the matrix calculation in the least squares method becomes unstable in some cases (specifically, the calculation process of the least square method includes a calculation corresponding to the inverse matrix calculation, and this inverse matrix calculation is unstable. To become).

これに対して、主成分回帰法を適用した場合、入力候補変数を、数が少なく互いに相関の無い中間変数(主成分)に集約し、この中間変数から出力への重回帰モデルが作成される。元の入力候補変数から中間変数への関係は線形であり、定数係数行列として得られるため、この係数行列と、中間変数から出力への関係を表す重回帰係数とを組み合わせる(行列の積をとる)ことで入力候補変数から出力変数への重回帰係数に対応する係数が計算される。このように多重共線性がある入力変数を除去することで入力変数を低減させるため、計算の不安定性が発生しないようになり、安定にモデル作成計算を行うことができる。なお、入力変数それぞれに多重共線性がない場合には、入力変数の数は減少しないこともある。   On the other hand, when the principal component regression method is applied, input candidate variables are aggregated into intermediate variables (principal components) that are small in number and uncorrelated with each other, and a multiple regression model from this intermediate variable to the output is created. . Since the relation from the original input candidate variable to the intermediate variable is linear and is obtained as a constant coefficient matrix, this coefficient matrix is combined with a multiple regression coefficient representing the relation from the intermediate variable to the output (matrix product is taken) Thus, a coefficient corresponding to the multiple regression coefficient from the input candidate variable to the output variable is calculated. Since input variables are reduced by removing input variables having multicollinearity in this way, calculation instability does not occur, and model creation calculation can be performed stably. In addition, when each input variable does not have multicollinearity, the number of input variables may not decrease.

続いて、主成分回帰モデルの学習について説明する。データ処理部10は、モデル作成(学習)用のモデル情報データが入力される。このモデル情報データは一般に入力候補変数(x)、出力変数(y)の過去の多数のサンプルからなるデータであり、上記数10,数11で表されるものである。この主成分回帰モデルの場合にはP、Qの2つの行列でモデルが表される。ここでPは入力変数に対するローディング行列(入力変数から集約された主成分への影響を表す係数行列)、Qは主成分から出力変数への重回帰係数である。入力は次式のように表される。   Subsequently, learning of the principal component regression model will be described. The data processing unit 10 receives model information data for model creation (learning). This model information data is generally data composed of a large number of past samples of the input candidate variable (x) and the output variable (y), and is expressed by the above formulas 10 and 11. In the case of this principal component regression model, the model is represented by two matrices P and Q. Here, P is a loading matrix for the input variable (coefficient matrix representing the influence on the principal component aggregated from the input variable), and Q is a multiple regression coefficient from the principal component to the output variable. The input is expressed as:

Figure 2010282547
Figure 2010282547

また、出力は次式のように表される。   The output is expressed as follows:

Figure 2010282547
Figure 2010282547

従って、入力と出力の関係は次式のように表される。   Therefore, the relationship between the input and the output is expressed as follows:

Figure 2010282547
Figure 2010282547

主成分回帰の場合にはモデルの行列P、Qを用いて入力変数から出力変数を直接表す重回帰係数に次の式のように変換できる。   In the case of principal component regression, the matrix P, Q of the model can be used to convert the input variable to the multiple regression coefficient that directly represents the output variable as in the following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

この主成分回帰で計算された重回帰係数Aの各要素が主成分回帰それぞれの感度を表す。絶対値を取って感度|sj1 、・・・、|sjm|、・・・、|sjM がM個算出される。感度のベクトルAを絶対値の降順に入力候補変数(例えばp個)を並べて表示する。絶対値の降順に並べた上位から指定した個数だけ、入力変数として採用する。なお、主成分回帰法についての詳細は、例えば次の文献(ケモメトリックス―化学パターン認識と多変量解析,宮下 芳勝・ 佐々木 慎一著,共立出版,1995年)を参照することができる。 Each element of the multiple regression coefficient A calculated by this principal component regression represents the sensitivity of each principal component regression. Take absolute value and sensitivity | s j1 | , ..., | s jm |, ..., | s jM | M are calculated. The sensitivity vector A is displayed with input candidate variables (for example, p) arranged in descending order of absolute values. Only the number specified from the top in descending order of absolute value is adopted as the input variable. For details of the principal component regression method, refer to the following literature (Chemometrics-Chemical pattern recognition and multivariate analysis, Yoshikatsu Miyashita and Shinichi Sasaki, Kyoritsu Shuppan, 1995).

また、入出力モデルとして部分的最小二乗法モデルが選択される。部分的最小二乗法モデルは重回帰モデルを改良する線形モデルであるため、これを「入出力モデル」として扱う。重回帰モデルにおいて、入力候補変数が多い場合には、先に説明したように入力候補変数間に線形従属またはそれに近い関係(多重共線性)がある場合には最小二乗法の中の行列計算が不安定になる(具体的には最小二乗法の計算過程に逆行列計算に対応する計算が含まれ、この逆行列計算が不安定になるためである)。   Also, a partial least squares model is selected as the input / output model. Since the partial least squares model is a linear model that improves the multiple regression model, it is treated as an “input / output model”. In the multiple regression model, when there are many input candidate variables, the matrix calculation in the least squares method is performed when there is a linear dependency or a close relationship (multicollinearity) between the input candidate variables as described above. It becomes unstable (specifically, the calculation process corresponding to the inverse matrix calculation is included in the calculation process of the least square method, and this inverse matrix calculation becomes unstable).

これに対して、部分的最小二乗法を適用した場合は、入力候補変数をいったん数が少なく互いに相関の無い中間変数(潜在変数)に集約し、この中間変数から出力への重回帰モデルが作成される。元の入力候補変数から中間変数への関係は線形であり、定数係数行列として得られるため、この係数行列と、中間変数から出力への関係を表す重回帰係数とを組み合わせる(行列の積をとる)ことで入力候補変数から出力変数への重回帰係数に対応する係数が計算される。部分的最小二乗法というモデルの作成においては計算の不安定性が発生しないため、安定にモデル作成計算を行うことができる。   In contrast, when the partial least squares method is applied, the input candidate variables are aggregated into intermediate variables (latent variables) that are small in number and uncorrelated with each other, and a multiple regression model from this intermediate variable to the output is created. Is done. Since the relation from the original input candidate variable to the intermediate variable is linear and is obtained as a constant coefficient matrix, this coefficient matrix is combined with a multiple regression coefficient representing the relation from the intermediate variable to the output (matrix product is taken) Thus, a coefficient corresponding to the multiple regression coefficient from the input candidate variable to the output variable is calculated. Instability of calculation does not occur in the creation of a model called the partial least square method, so that the model creation calculation can be performed stably.

続いて、部分的最小二乗法モデルの学習について説明する。データ処理部10は、モデル作成(学習)用のモデル情報データが入力される。このモデル情報データは一般に入力候補変数(x)、出力変数(y)の過去の多数(本形態ではI個)のサンプルからなるモデル情報データであり、上記数10,数11で表されるものである。部分的最小二乗法の場合にはP、Q、Wの3つの行列でモデルが表される。Pは入力変数に対するローディング係数行列(入力から潜在変数という入力変数を集約した中間変数への影響度合いを表す係数行列)、Qは出力変数に対するローディング係数行列(潜在変数から出力変数への影響度合いを表す係数行列)、Wは重み行列である。入力は次式のように表される。   Subsequently, learning of the partial least square method model will be described. The data processing unit 10 receives model information data for model creation (learning). This model information data is generally model information data composed of a large number of past samples (I in this embodiment) of the input candidate variable (x) and the output variable (y), and is represented by the above formulas (10) and (11). It is. In the case of the partial least square method, the model is represented by three matrices of P, Q, and W. P is a loading coefficient matrix for the input variable (coefficient matrix representing the degree of influence on the intermediate variable that aggregates the input variables from the input to the latent variable), and Q is a loading coefficient matrix for the output variable (the degree of influence from the latent variable to the output variable). A coefficient matrix), W is a weight matrix. The input is expressed as:

Figure 2010282547
Figure 2010282547

また、出力は次式のように表される。   The output is expressed as follows:

Figure 2010282547
Figure 2010282547

また、TとXには以下のような関係がある。   T and X have the following relationship.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

部分的最小二乗法の場合にはモデルの行列P、Q、Wから、入力変数から出力変数を直接表す。重回帰係数に次の式により表される。   In the case of the partial least square method, the output variables are directly represented from the input matrix and the matrix P, Q, W of the model. The multiple regression coefficient is expressed by the following equation.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

ここにAは次式のようになる。   Here, A is as follows.

Figure 2010282547
Figure 2010282547

この部分的最小二乗法で計算された重回帰係数Aの各要素が入力候補変数それぞれの感度を表す。絶対値を取って感度|sj1 、・・・、|sjm|、・・・、|sjM がM個算出される。感度のベクトルAを絶対値の降順に入力候補変数を並べて表示する。絶対値の降順に並べた上位から指定した個数だけ、入力変数として採用する。部分的最小二乗法についての詳細は、例えば次の文献(ケモメトリックス―化学パターン認識と多変量解析,宮下 芳勝・ 佐々木 慎一著,共立出版,1995年)を参照することができる。なお、入力変数それぞれに多重共線性がない場合には、入力変数の数は減少しないこともある。 Each element of the multiple regression coefficient A calculated by the partial least square method represents the sensitivity of each input candidate variable. Take absolute value and sensitivity | s j1 | , ..., | s jm |, ..., | s jM | M are calculated. The sensitivity vector A is displayed with input candidate variables arranged in descending order of absolute values. Only the number specified from the top in descending order of absolute value is adopted as the input variable. For details on the partial least square method, refer to the following literature (Chemometrics-Chemical pattern recognition and multivariate analysis, Yoshikatsu Miyashita and Shinichi Sasaki, Kyoritsu Shuppan, 1995). In addition, when each input variable does not have multicollinearity, the number of input variables may not decrease.

続いて他の形態について説明する。
本形態では、特に線形の入出力モデルと非線形の入出力モデルとを組み合わせるようにして、選択される入出力変数が異なる傾向を有するようにして、有効な入出力変数が漏れなく選択されるようにするというものである。例えば、J=2でモデルが2種類とした場合、入出力モデル[1]は重回帰モデル、入出力モデル[2]はニューラルネットワークモデルとすると良い。重回帰モデルが線形でニューラルネットワークモデルが非線形であるため、多面的な観点から変数選択がなされて、有効な入出力変数が選択される。また、入出力モデル[1]が主成分回帰モデル、入出力モデル[2]がニューラルネットワークモデルとしたり、入出力モデル[1]が部分的最小二乗法モデル、入出力モデル[2]がニューラルネットワークモデルとしても良い。
Next, another embodiment will be described.
In this embodiment, in particular, a linear input / output model and a nonlinear input / output model are combined so that selected input / output variables have different tendencies, and effective input / output variables are selected without omission. It is to make. For example, when J = 2 and two types of models are used, the input / output model [1] may be a multiple regression model and the input / output model [2] may be a neural network model. Since the multiple regression model is linear and the neural network model is non-linear, variable selection is performed from various viewpoints, and effective input / output variables are selected. The input / output model [1] is a principal component regression model, the input / output model [2] is a neural network model, the input / output model [1] is a partial least squares model, and the input / output model [2] is a neural network. It is good as a model.

続いて、入力変数を決定後の予測装置としての処理について説明する。
感度を計算する際に用いた複数のモデルから、予測を行うための1のモデルを選択する。具体的には、登録されている複数のモデルから予めユーザが予測を行うモデルを決定して登録しておく。次に、上記で決定された入力変数を用いて、改めて予測モデルを生成する。予測モデルの生成方法は、前記の感度を計算するためにモデルを生成した時と同じ手順となる。生成された予測モデルを用い、与えられる入力に基づいて予測値を出力する。このようにして予測がなされる。選択した入力変数から複数のモデルを作成し、その(加重)平均を予測値とすることもできる。
Next, processing as a prediction device after determining an input variable will be described.
One model for prediction is selected from a plurality of models used when calculating the sensitivity. Specifically, a model to be predicted by the user is determined and registered in advance from a plurality of registered models. Next, using the input variable determined above, a prediction model is generated again. The method for generating the prediction model is the same as that when the model is generated to calculate the sensitivity. A prediction value is output based on a given input using the generated prediction model. In this way, a prediction is made. It is also possible to create a plurality of models from the selected input variables and use the (weighted) average as a predicted value.

以上、本発明の入力変数選択支援装置100について説明した。本発明の感度を用いて変数を選択する処理は、特に、予測装置の立ち上げ時や、予測対象の変化(経時変化、物理的変化等)により予測精度が悪化した時等、に行われる場合により効果を発揮する。   The input variable selection support device 100 of the present invention has been described above. The process of selecting a variable using the sensitivity of the present invention is performed particularly when the prediction apparatus is started up or when the prediction accuracy deteriorates due to a change in the prediction target (a change over time, a physical change, etc.) Is more effective.

特に、入力候補変数と出力変数のデータがあればこれら全体から作成される複数のモデルを用いて入力候補変数から出力変数への感度の評価により影響度を評価することができ、モデルの入力変数として採用する指標として用いることで、1つのモデルだけから入力変数を選択した場合と比較し、より信頼度の高い入力変数の選択が可能となる。   In particular, if there is input candidate variable and output variable data, the impact can be evaluated by evaluating the sensitivity from the input candidate variable to the output variable using multiple models created from all of them. By using it as an index to be adopted, it is possible to select an input variable with higher reliability than when an input variable is selected from only one model.

本発明の入力変数選択支援装置は、特に入出力モデルの入力変数の決定に適用することができる。   The input variable selection support apparatus of the present invention can be applied particularly to the determination of input variables of an input / output model.

100:入力変数選択支援装置
1:データ管理用コンピュータ
10:データ処理部
101:モデル情報収集手段
102:標準化手段
103:多形式入出力モデル作成手段
104:感度生成手段
105:入力変数選択手段
106:提示手段
20:記憶部
2:入力部
3:出力部
100: input variable selection support device 1: data management computer 10: data processing unit 101: model information collection unit 102: standardization unit 103: multi-format input / output model creation unit 104: sensitivity generation unit 105: input variable selection unit 106: Presenting means 20: storage unit 2: input unit 3: output unit

Claims (8)

データ処理部と、
複数の入力候補変数と出力変数とについての実績値であるモデル情報データが登録されるモデル情報データベースが構築されており、前記データ処理部によりデータの読み書きが行なわれる記憶部と、
前記データ処理部へ入力がなされる入力部と、
前記データ処理部から出力がなされる出力部と、
を有し、予測装置における入出力モデルの作成に用いる入力変数を選択する入力変数選択支援装置であって、前記データ処理部は、
前記モデル情報データを前記出力変数および前記入力候補変数ごとに平均値が0であり標準偏差が1となるように標準化する標準化手段と、
前記標準化されたモデル情報データを用いて、全入力候補変数と出力変数の関係を表す複数の入出力モデル[j](j=1,・・・,JであってJは2以上の自然数)を、モデル原理を異ならせて多形式にわたり生成する多形式入出力モデル作成手段と、
前記入出力モデル[j]の各入力候補変数の変化量に対する出力変数の変化量を、その入力候補の変化量で除した値の絶対値である感度を入力候補変数ごとに生成する感度生成を入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う感度生成手段と、
前記各入出力モデルの感度が大きい入力変数を選択する入力変数選択手段と、
選択された入力変数を出力部を通じて提示する提示手段と、
を備えることを特徴とする入力変数選択支援装置。
A data processing unit;
A model information database in which model information data that is actual values for a plurality of input candidate variables and output variables is registered is constructed, and a storage unit in which data is read and written by the data processing unit,
An input unit for inputting to the data processing unit;
An output unit for outputting from the data processing unit;
And an input variable selection support device for selecting an input variable used for creating an input / output model in the prediction device, wherein the data processing unit is
Standardization means for standardizing the model information data so that an average value is 0 and a standard deviation is 1 for each of the output variables and the input candidate variables;
Using the standardized model information data, a plurality of input / output models [j] (j = 1,..., J, where J is a natural number of 2 or more) representing the relationship between all input candidate variables and output variables Is a multi-format input / output model creation means that generates multiple formats with different model principles,
Sensitivity generation for generating for each input candidate variable a sensitivity that is an absolute value of a value obtained by dividing the change amount of the output variable with respect to the change amount of each input candidate variable of the input / output model [j] by the change amount of the input candidate. Sensitivity generating means for each of the input / output model [1],..., The input / output model [j],.
Input variable selection means for selecting an input variable having a high sensitivity of each of the input / output models;
Presenting means for presenting the selected input variable through the output unit;
An input variable selection support device comprising:
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]の何れか1つの入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを行う並べ替え手段と、
感度が大きい順に並び替えられた入力候補変数を、予め設定された個数で感度が大きい側から選択する変数選択を行う入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
Input candidates in the input / output model [j] of any one of the input / output model [1],..., Input / output model [j],. A sorting means for sorting to sort variables,
Input variable selection means for performing variable selection for selecting input candidate variables rearranged in descending order of sensitivity from a side having a higher sensitivity in a preset number;
An input variable selection support device comprising:
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う並べ替え手段と、
感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で感度が大きい側から選択する変数選択を全ての入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
For the input candidate variables in the input / output model [j], the rearrangement for sorting the input candidate variables in descending order of sensitivity is the input / output model [1],..., The input / output model [j],. J] for each sorting means,
All the input / output models [1],..., Input / output models [j], and so on are selected for selecting the input variables rearranged in descending order of sensitivity from the side with the highest sensitivity in a preset number. ..Input variable selection means for each of the input / output model [J],
An input variable selection support device comprising:
請求項1に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
入出力モデル[j]における入力候補変数について感度の大きい順に入力候補変数をソートする並べ替えを入出力モデル[1],・・・,入出力モデル[j],・・・,入出力モデル[J]についてそれぞれ行う並べ替え手段と、
入出力モデル[j]を第1のグループおよび第2のグループに分ける選別手段と、
第1のグループの入出力モデルのすべてについて、感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で大きい側から選択する変数選択を行う第1入力変数選択手段と、
第2のグループの入出力モデルのいずれかについて、感度が大きい順に並び替えられた入力変数を、予め設定された個数で大きい側から選択する変数選択を行う第2入力変数選択手段と、
を備えることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to claim 1,
The input variable selection means includes
For the input candidate variables in the input / output model [j], the rearrangement for sorting the input candidate variables in descending order of sensitivity is the input / output model [1],..., The input / output model [j],. J] for each sorting means,
Sorting means for dividing the input / output model [j] into a first group and a second group;
First input variable selection means for performing variable selection for selecting input variables rearranged in descending order of sensitivity for all of the input / output models of the first group from a large number in a preset number;
A second input variable selection means for performing variable selection for selecting one of the input variables rearranged in descending order of the sensitivity of any of the input / output models of the second group from a large number in a preset number;
An input variable selection support device comprising:
請求項3または請求項4に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入力変数選択手段は、
各入出力モデル[j]について選択した入力変数のAND集合またはOR集合により最終的に選択される入力変数を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to claim 3 or 4,
The input variable selection means includes
Determining means for determining an input variable finally selected by an AND set or an OR set of input variables selected for each input / output model [j];
An input variable selection support device comprising:
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデルは重回帰モデル、ニューラルネットワークモデル、主成分回帰モデル、または、部分的最小二乗法モデルの少なくとも一個を含む組合せであることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to any one of claims 1 to 5,
The input / output model is a combination including at least one of a multiple regression model, a neural network model, a principal component regression model, or a partial least squares model.
請求項6に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデルは、重回帰モデルによる入出力モデル[1]、および、ニューラルネットモデルによる入出力モデル[2]であることを特徴とする入力変数選択支援装置。
The input variable selection support device according to claim 6,
The input / output model is an input / output model [1] based on a multiple regression model and an input / output model [2] based on a neural network model.
請求項7に記載の入力変数選択支援装置において、
前記入出力モデル[1]での重回帰モデルは、
部分的最小二乗法モデルまたは主成分回帰モデルに重回帰モデルを変換して生成されることを特徴とする入力変数選択支援装置。
In the input variable selection support device according to claim 7,
The multiple regression model in the input / output model [1] is
An input variable selection support device generated by converting a multiple regression model into a partial least square method model or a principal component regression model.
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