JP2014160423A - Experiment support system, experiment support method, and experiment support program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、実験支援システム、実験支援方法、および実験支援プログラムに関するものであり、具体的には、実験結果として目標性能を満たすデータが存在せず、しかも目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件を予測可能とする技術に関する。 The present invention relates to an experiment support system, an experiment support method, and an experiment support program. Specifically, there is no data that satisfies a target performance as an experiment result, and parameters are unknown to satisfy the target performance. In this case, the present invention relates to a technology that makes it possible to predict parameter conditions that satisfy target performance.
所望の実験結果を最終的に得るためには、該当実験結果に影響する種々のパラメータを適切に設定する必要がある。特に、化学反応を利用して、原料から所望の性能を満たす化合物を効率よく生成するには、化合物を生成する原料の濃度、流量、温度などの、数多くの反応条件に関連したパラメータを実験毎に変化させるといった試行錯誤を繰り返し行うことにより、適切なパラメータの値を求めることが一般的である。この場合、起こりうるすべてのパラメータの値を実験で網羅することは現実的に不可能であるため、適宜な解析、推論手法を採用し、未試行のパラメータ値に着目して効率的な実験計画を立案する技術が提案されている。 In order to finally obtain a desired experimental result, it is necessary to appropriately set various parameters that affect the experimental result. In particular, in order to efficiently generate a compound that satisfies a desired performance from a raw material by using a chemical reaction, parameters related to a large number of reaction conditions such as the concentration, flow rate, and temperature of the raw material for generating the compound are measured for each experiment. It is general to obtain an appropriate parameter value by repeatedly performing trial and error such as changing to. In this case, it is practically impossible to cover all possible parameter values by experiment, so appropriate analysis and inference methods are adopted, and an efficient experimental plan is focused on untrialized parameter values. Techniques for planning are proposed.
このように効率的な実験計画を行うための技術としては、例えば、ロジスチック回帰樹分析により、既に決定された許容される化合物及び許容されない化合物のデータベース中における統計的に有意な特徴と、対象化合物の特徴との比較により、実験的な試験によらず医薬候補のふるい出しを行う技術(特許文献1参照)などが提案されている。 Techniques for performing such an efficient experimental design include, for example, statistically significant characteristics in a database of acceptable and unacceptable compounds already determined by logistic regression tree analysis, and target compounds In comparison with the above feature, a technique (see Patent Document 1) that sifts out drug candidates without depending on an experimental test has been proposed.
ところで、実験結果として既に目標性能を得られたデータが存在する場合、そのデータを利用した帰納学習手法を適用すれば、目標性能を得るためのパラメータのルール抽出が可能である。また、そうした条件下であれば、回帰分析によって目標性能とパラメータとの関係式を求めることが可能であるが、パラメータのどの値が目標性能を満たす条件であるかを特定することはできない。或いは、ニューラルネット技術により、既に得られている目標性能とパラメータとの関係を学習することは可能だが、やはり、パラメータのどの値が目標性能を満たす条件となっているか特定することはできない。してみれば、目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件を予測可能とする技術は提案されていなかった。 By the way, when there is data that has already obtained the target performance as an experimental result, it is possible to extract the rule of the parameter for obtaining the target performance by applying an inductive learning method using the data. Under such conditions, a relational expression between the target performance and the parameter can be obtained by regression analysis, but it is impossible to specify which value of the parameter satisfies the target performance. Alternatively, it is possible to learn the relationship between the target performance and the parameter already obtained by the neural network technique, but it is still impossible to specify which value of the parameter satisfies the target performance. In other words, no technology has been proposed that makes it possible to predict the condition of a parameter that satisfies the target performance when the parameter is unknown to satisfy the target performance.
そこで本発明の目的は、実験結果として目標性能を満たすデータが存在せず、しかも目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件を予測可能とする技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that makes it possible to predict the condition of a parameter that satisfies the target performance when there is no data that satisfies the target performance as an experimental result and the parameter is unknown to satisfy the target performance. There is.
上記課題を解決する本発明の実験支援システムは、データを格納する記憶装置と、入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理を実行する演算装置と、を備えることを特徴とする。この発明によれば、実験結果として目標性能を満たすデータが存在せず、しかも目標性能を満たすためパラメータが未知である場合であっても、目標性能を満たすパラメータの条件が予測可能となる。 The experiment support system of the present invention that solves the above problems includes a storage device that stores data, an existing experiment result that is not achieved by a predetermined target, and a parameter of an experiment condition in the experiment result that is input from the input device. A first process for storing a set of existing data in the storage device, and reading each set of the existing data from the storage device, calculating difference data between all combinations of the read existing data, and calculating the calculation Second data for synthesizing new data by adding the difference data to each existing data, positive data satisfying a predetermined target among the new data combined, and negative not satisfying the predetermined target From the example data and the set of predicates that represent the parameters in each new piece of data, a positive example is satisfied and a negative example is satisfied by induction logic programming. An arithmetic unit that executes a third process of displaying are in the extracted output device rule parameters, characterized in that it comprises a. According to the present invention, even if there is no data satisfying the target performance as an experimental result and the parameter is unknown to satisfy the target performance, the condition of the parameter satisfying the target performance can be predicted.
ここで、上述した実験支援システムにおいて、演算装置は、前記第2処理において、前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した各既存データに所定ノイズを付与して、更に新たなデータを合成し、前記第3処理において、前記負例のデータとして、前記所定ノイズを付与した新たなデータを更に含めて、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示するものとしてもよい。この発明によれば、既存データとほぼ同じデータに基づくルール抽出を回避することが可能となる。 Here, in the experiment support system described above, in the second process, the arithmetic device reads each set of the existing data from the storage device, adds predetermined noise to the read existing data, and further adds a new noise. Combining data, and in the third process, the negative example data further includes the new data to which the predetermined noise is added, and the rule of the parameter that satisfies the positive example and does not satisfy the negative example by induction logic programming. It may be extracted and displayed on the output device. According to the present invention, it is possible to avoid rule extraction based on substantially the same data as existing data.
また、上述の実験支援システムにおいて、演算装置は、前記第3処理において、前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータとからMaxSAT問題を生成し、当該MaxSAT問題と、まだルールに含まれていない正例が成り立つとする仮説変数をTrueとする仮説をMaxSATソルバに与えて解を算定し、前記MaxSATソルバで算定した解において、Trueとなるルールの上での値に対応した変数を得る処理を、Trueとする仮説変数を切り替えながら繰り返し実行することによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示するものであるとしてもよい。これによれば、帰納論理プログラミングを用いた場合と同様に、実験結果として目標性能を満たすデータが存在しない、かつ、目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件が予測可能となる。 In the above-described experiment support system, in the third process, the arithmetic device may include positive data that satisfies a predetermined target and negative data that does not satisfy the predetermined target among the synthesized new data. The MaxSAT problem is generated from the above, and the MaxSAT solver is calculated by giving the MaxSAT solver a hypothesis variable that assumes that the MaxSAT problem and a positive example that is not yet included in the rule is true, and the MaxSAT solver calculates the solution. In the solution, the process of obtaining the variable corresponding to the value on the rule that is true is repeatedly executed while switching the hypothesis variable that is true, thereby extracting the rule of the parameter that satisfies the positive example and does not satisfy the negative example. It may be displayed on the output device. According to this, as in the case of using inductive logic programming, if there is no data that satisfies the target performance as an experimental result and the parameter is unknown to satisfy the target performance, the condition of the parameter that satisfies the target performance Becomes predictable.
また、本発明の実験支援方法は、情報処理装置が、入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理と、を実行することを特徴とする。 Further, in the experiment support method of the present invention, the information processing apparatus includes a set of existing data including an existing experiment result that the predetermined target is not achieved and an experimental condition parameter in the corresponding experiment result, which are input from the input device Is stored in the storage device, each set of the existing data is read from the storage device, difference data is calculated between all combinations of the read existing data, and the calculated difference data is stored in each existing data A second process for synthesizing new data by adding to the data, a positive example data in which the experimental result satisfies the predetermined target, a negative example data not satisfying the predetermined target, and a new one of the synthesized new data From the set of predicates that express parameters in each data, the rule of parameters that satisfy positive examples and not negative examples is extracted by induction logic programming And executes a third process of displaying on the output device.
さらに、本発明の実験支援プログラムは、情報処理装置に、入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理と、を実行させることを特徴とする。 Furthermore, the experiment support program of the present invention includes a set of existing data including an existing experiment result that has not been achieved by a predetermined target and an experiment condition parameter in the experiment result, which are input from the input device to the information processing apparatus. Is stored in the storage device, each set of the existing data is read from the storage device, difference data is calculated between all combinations of the read existing data, and the calculated difference data is stored in each existing data A second process for synthesizing new data by adding to the data, a positive example data in which the experimental result satisfies the predetermined target, a negative example data not satisfying the predetermined target, and a new one of the synthesized new data From the set of predicates that represent the parameters in each of the data sets, the inductive logic programming is used to create a parameter loop that satisfies the positive examples and does not satisfy the negative examples. A third process of displaying the extracted output device, characterized in that for the execution.
本発明によれば、実験結果として目標性能を満たすデータが存在しない、かつ、目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件が予測可能となる。 According to the present invention, when there is no data satisfying the target performance as an experimental result and the parameter is unknown to satisfy the target performance, the condition of the parameter satisfying the target performance can be predicted.
−−−システム構成例−−−
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態の実験支援システム100に係る構成図である。図1に示す実験支援システム100は、化学反応実験における実験結果として目標性能を満たすデータが存在せず、しかも目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件を予測可能とするコンピュータシステムである。
--- System configuration example ---
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram according to the
こうした実験支援システム100のハードウェア構成は、以下の如くなっている。実験支援システム100は、ハードディスクドライブなどの適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置101、RAMなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ103、記憶装置101に保持されるプログラム102をメモリ103に読み出すことなどを実行して装置自体の統括制御を行なうとともに各種演算及び制御処理を行なうCPUなどの演算装置104、ユーザからのキー入力や音声入力を受け付ける入力装置105、処理データの表示を行うディスプレイ等の出力装置106を備える。また、当然ながら、プログラム102には、帰納論理プログラミング機能110を実装するプログラムが含まれている。
The hardware configuration of the
続いて、本実施形態の実験支援システム100が備える機能について説明する。上述したように、以下に説明する機能は、実験支援システム100が備えるプログラム102を実行することでなされる。
Then, the function with which the
本実施形態の実験支援システム100は、入力装置105から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを記憶装置101に格納する機能を備えている。
また、実験支援システム100は、記憶装置101から上述した既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データのすべての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する機能を備えている。
The
In addition, the
さらに、実験支援システム100は、上述のように合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置106に表示する機能を備えている。
Furthermore, the
なお、本実施形態の実験支援システム100は、上述した新たなデータを合成する処理に際し、記憶装置101から既存データの各集合を読み出し、当該読み出した各既存データに所定ノイズを付与して、更に新たなデータを合成し、これを上述の負例のデータとして更に含め、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置106に表示する機能を備えているとしてもよい。
Note that the
−−−実験支援方法の概念−−−
ここで、本実施形態の実験支援方法の概念を説明すべく、実際の化学実験データ(表1)から、従来手法および本実施形態のそれぞれの考え方で帰納論理プログラミングを用い、パラメータの定性的な性質の抽出を試みた際の具体例を示しておく。化学実験データのうち、目標の性能を満たす実験データ(正例)を説明し、性能を満たさない実験データ(負例)は説明しないルールを、帰納論理プログラミングによって抽出することとした。
この表1は、実際の化学実験データである96個の既存データから適宜抜粋したものをまとめた表であり、A、B、C、Dが反応物(すなわちパラメータ)、E、Fが生成物(すなわち実験結果)の各データを示している(各数値は対応成分の量を正規化したもの)。また、1レコードが1つの既存データに対応している。このような既存データの集合に対し、従来手法のまま帰納論理プログラミングを適用したとすれば、下に示すルールを抽出することができる。なお、正例となるデータは、E成分とF成分とが共に0.6以上、と指定した。
[Rule1][Poscover=6Negcover=0]
example(X):−b(X,0.25),d(X,0.8).
[Rule2][Poscover=4Negcover=0]
--- Concept of experiment support method ---
Here, in order to explain the concept of the experiment support method of the present embodiment, qualitative parameters are obtained from the actual chemical experiment data (Table 1) using inductive logic programming according to the conventional method and the respective ideas of the present embodiment. A specific example when trying to extract properties will be shown. Among the chemical experiment data, the experiment data (positive example) that satisfies the target performance is explained, and the rule that does not explain the experiment data (negative example) that does not satisfy the performance is extracted by induction logic programming.
This Table 1 is a table summarizing appropriately extracted data from 96 existing data that are actual chemical experiment data. A, B, C, and D are reactants (that is, parameters), and E and F are products. (I.e., experimental results) are shown (each value is a normalized value of the corresponding component). One record corresponds to one existing data. If inductive logic programming is applied to such a set of existing data in the conventional manner, the following rules can be extracted. In addition, the data which becomes a positive example specified that E component and F component were both 0.6 or more.
[Rule1] [Poscover = 6Negcover = 0]
example (X): -b (X, 0.25), d (X, 0.8).
[Rule2] [Poscover = 4Negcover = 0]
上述の最初のルール“Rule 1”は、B成分が0.25でD成分が0.8であれば、目標の性能を満たすことを示し、次のルール“Rule 2”は、C成分が0.7でD成分が1で、かつB成分が0.25以下であれば、目標の性能を満たすことを示している。このように、正例の実験結果が存在する場合には、従来手法のままであっても、望ましい性能を得るパラメータの条件抽出が可能であり、実際に実験室で実現しうる適切なルールを得ることができる。
The above first rule “
一方、本実施形態の実験支援手法が前提とする「正例のない化学実験データ」に、上述した如き従来手法を適用しても、所望性能を得るためのパラメータの条件抽出はできない。そこで、化学実験データの近傍において、パラメータと性能目標との間に線形性を仮定し、本実施形態の実験支援方法を適用して仮想的に化学実験データを合成し、新たなデータを成すこととした。 On the other hand, even if the conventional method as described above is applied to “chemical experiment data without a normal example” premised on the experiment support method of the present embodiment, it is not possible to extract parameter conditions for obtaining desired performance. Therefore, in the vicinity of the chemical experiment data, linearity is assumed between the parameter and the performance target, and the experiment support method of this embodiment is applied to virtually synthesize the chemical experiment data to form new data. It was.
図2に、負例のみの化学実験データ(既存データ)から新たなデータを生成する際の合成例を示す。ここでは、化学実験データ群のうち各2つのデータ間での差分を算定し、ここで得た差分データ(b)を他の化学実験データ(a)に加え、新たなデータ(c)を合成している。こうして得られる新たなデータとしての仮想実験データ(この中には目標条件を満たすものもあれば、満たさないものもある)と、元の化学実験データ群とを合わせたうえで、帰納論理プログラミングを適用してルール抽出を行う。こうして得られたルールは、実験化学者が概ね妥当であると評価するものであった。 FIG. 2 shows a synthesis example when new data is generated from chemical experiment data (existing data) of only negative examples. Here, the difference between each two data in the chemical experiment data group is calculated, the difference data (b) obtained here is added to the other chemical experiment data (a), and new data (c) is synthesized. doing. Virtual logic data as new data obtained in this way (some of which satisfy the target condition, some of which do not satisfy the target) and the original chemical experiment data group are combined, and inductive logic programming is performed. Apply and rule extraction. The rules thus obtained were evaluated by experimental chemists as being generally valid.
−−−実験支援方法の処理例−−−
以下、本実施形態における実験支援方法の実際手順について、図に基づき説明する。以下で説明する実験支援方法に対応する各種の動作は、実験支援システム100がメモリ103に読み出して実行するプログラム102によって実現される。そして、このプログラム102は、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。
--- Processing example of experiment support method ---
Hereinafter, the actual procedure of the experiment support method in the present embodiment will be described with reference to the drawings. Various operations corresponding to the experiment support method described below are realized by a
図3は、本実施形態における実験支援方法の処理手順例1を示すフロー図である。ここではまず、実験支援システム100の演算装置104は、既に行った実験から得られた実験結果およびその際のパラメータを含む既存データ群を記憶装置101から読み出し、読み出した既存データ群に基づいて、既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定する処理を実行する(s100)。既に示した、図2の差分データ(b)に関する算定手順の部分が、当該ステップs100に対応している。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure example 1 of the experiment support method in the present embodiment. Here, first, the
続いて実験支援システム100の演算装置104は、上述のステップs100で算定した差分データを、ステップs100で記憶装置101から読み出してある各既存データに加えることで新たなデータを合成する(s101)。ここで合成した新たなデータを、以降では合成データと称する。既に示した、図2の新たなデータ(c)に関する算定手順の部分が、当該ステップs101に対応している。
Subsequently, the
なお、実験支援システム100の演算装置104は、当該ステップs101において、上述の各既存データに所定ノイズを付与して、更に合成データを生成するとすれば好適である。このようにノイズを付与して合成データを生成することは、既存データと類似するデータらを処理対象から排除する意図がある。既存データに近似するデータでは、既存データと類似の結果が得られると考えられるが、帰納論理プログラミングでは、データの値がいくら近くとも異なってさえいれば、全く別のデータとして扱われる。そのため、実験支援システム100の処理負荷を徒に増大させるだけで無意味なデータ、すなわち、既存データに近い値のデータが生成されることを防ぐことは処理効率向上の効果につながる。
Note that it is preferable that the
上述のノイズの具体的な範囲については、予めパラメータごとに定義されているものとする。例えば、該当パラメータに関して存在する2つの値がほぼ同じ値とみなすことができる場合のその2値の差分は除外して、それ以外の2値の組み合わせの差分値で最小のものに着目し、この差分値の絶対値をノイズの絶対値の上限値にする。また、ノイズのステップ値については、該当パラメータにおける2値の組み合わせの差分の絶対値で最小のものを用いる。各パラメータで−上限値〜+上限値の区間でステップ値ずつ値をずらしてノイズを生成し、上述のノイズ付与の処理に用いる。 The specific range of the noise described above is defined in advance for each parameter. For example, when the two values existing for the parameter can be regarded as almost the same value, the difference between the two values is excluded, and the minimum difference value of the other binary combinations is noted. The absolute value of the difference value is set to the upper limit value of the absolute value of noise. As the noise step value, the smallest absolute value of the difference between the binary combinations of the corresponding parameters is used. In each parameter, a value is shifted by a step value in a section of −upper limit value to + upper limit value, and noise is generated and used for the above-described noise applying process.
ここで、図3のフローの説明に戻る。次に、実験支援システム100の演算装置104は、上述のステップs101までで得ている合成データのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータとを特定し、また、ここで特定した正負各例の合成データに関して述語論理形式で記載した各パラメータ値を記憶装置101に格納する(s102)。ここで演算装置104は、正例となる各合成データは記憶装置101に設けた正例ファイルに格納し、負例となる各合成データは記憶装置101に設けた負例ファイルに格納する。また、上述の述語論理形式で記載した各パラメータ値は、記憶装置101における背景知識ファイルに格納される。
Now, the description returns to the flow of FIG. Next, the
上述の正例ファイルの例としては、次のように、正例の各データを格納した形式のもののとなる。
example(no_0_0).
example(no_1_0).
example(no_2_0).
・・・
As an example of the above-described positive example file, a file in which each data of the positive example is stored is as follows.
example (no_0_0).
example (no_1_0).
example (no_2_0).
...
また、上述の負例ファイルの例としては、次のように、負例の各データを格納した形式のものとなる。
example(no_34_0).
example(no_35_0).
example(no_36_0).
・・・
Moreover, as an example of the above-mentioned negative example file, it becomes a format which stored each data of the negative example as follows.
example (no_34_0).
example (no_35_0).
example (no_36_0).
...
同様に、上述の背景知識ファイルの例としては、次のように、各パラメータ値を格納した形式のものとなる。
a(no_0_0,a_51_0).
b(no_0_0,b_3_5).
c(no_0_0,c_20_5).
d(no_0_0,d_4_0).
e(no_0_0,e_7_0).
f(no_0_0,f_5_0).
g(no_0_0,g_0_0).
・・・
Similarly, an example of the above-described background knowledge file has a format in which each parameter value is stored as follows.
a (no_0_0, a_51_0).
b (no_0_0, b_3_5).
c (no_0_0, c_20_5).
d (no_0_0, d_4_0).
e (no_0_0, e_7_0).
f (no_0_0, f_5_0).
g (no_0_0, g_0_0).
...
続いて実験支援システム100の演算装置104は、上述の正例ファイル、負例ファイル、および背景知識ファイルを入力として、帰納論理プログラミング機能110に実行させ、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置106に表示する(s103)。このステップs103によって得られたルールの例を下に示す。
[Rule1][Poscover=6Negcover=0]
example(X):−b(X,0.25),d(X,0.8).
ここで得られたルール“Rule 1”は、B成分が0.25でD成分が0.8であれば、目標の性能を満たすことを示している。
Subsequently, the
[Rule1] [Poscover = 6Negcover = 0]
example (X): -b (X, 0.25), d (X, 0.8).
The rule “
なお、上述のステップs103における帰納論理プログラミング機能110を用いてルール抽出を行う処理については、実験支援システム100において、MaxSATの問題をMaxSATソルバで解くことで代用できる。以下、その場合の処理内容について説明する。図4のフローに、帰納論理プログラミングの代わりにMaxSATを用いてルール抽出を行う手順を示す。ここで、実験支援システム100は、MaxSATソルバの機能を実装するプログラムと、関係する処理に必要なデータ類については記憶装置101にて予め保持しているものとする。
Note that the process of performing rule extraction using the inductive
この場合、実験支援システム100において、上述の既存データを用いてMaxSAT問題を生成し、このMaxSAT問題と、まだルールに含まれていない正例が成り立つとする正例変数をTrueとする仮説を、MaxSATソルバに与えて、解を得る(s200〜s202)。
In this case, in the
そして、MaxSATソルバで得られた解において、Trueとなるルールの上での値に対応した変数を得る。この場合、実験支援システム100は、MaxSAT問題の解でTrueであるp(x)の数をカウントして、そのカウントした値をルールに当てはまる正例の数とし、Trueであるp(x)の数が2以上の場合は、出力するルールを生成する(s203)。例えば、MaxSAT問題の解において、r(i(b)、j(0.25))=True、r(i(d)、j(0.8))=Trueであり、それ以外のr(i、j)がFalseのとき、図8の2行目のルールが導かれる。
Then, in the solution obtained by the MaxSAT solver, a variable corresponding to the value on the rule that becomes True is obtained. In this case, the
こうして実験支援システム100は、仮説としてTrueとする正例変数を切り替えながらMaxSATソルバで解を得ることを繰り返すことで、帰納論理プログラミングを実行した際と同様の結果を得る。
In this way, the
なお、上述のMaxSAT問題を生成する方法は以下の通りとなる。ここでは、5種類のハード節と1種類のソフト節からなるMaxSAT問題を生成する。そのうちハード節については下記の通りの考え方となる。
1.i番目のパラメータはルールの上で2つの値を同時に持たない.したがって、次の式(1)が成り立つ。
1. The i-th parameter does not have two values on the rule at the same time. Therefore, the following expression (1) is established.
2.正例データのパラメータ値がルールで成立すれば、その正例を満たしたとする。したがって、次の式(2)、(3)が成り立つ。
3.i番目のパラメータが無条件であることf(i)で表す。f(i)には、次の式(4)、(5)が成り立つ。
4.負例データのパラメータ値がルールで成立すれば、その負例を満たしたとする。した
がって、次の式(6)が成り立つ。
5.負例が成立することはできない.したがって、次の式(7)が成り立つ。
続いて、ソフト節については下記の通りの考え方となる。
次の式が、正例が成立することを表わす。
p(x)
この式が(1≦x≦k(p))を満たす全てのxについて存在する。ここでp(x)はx番目の正例をルールが満たすことを示す変数である。また、k(p)は正例の総数である。
Next, the concept of the soft section is as follows.
The following formula represents that the positive example is established.
p (x)
This equation exists for all x satisfying (1 ≦ x ≦ k (p)). Here, p (x) is a variable indicating that the rule satisfies the xth positive example. K (p) is the total number of positive examples.
−−−具体的な適用結果−−−
次に、実際に実験を行ってデータを得、このデータに基づいて、本実施形態の実験支援システム100によりルール抽出を行ったパラメータを、以降の実験にて試した際の具体例について説明する。ここで説明する実験は、該当ポリエステル樹脂を含有する水系塗料が、水分散安定性に優れた特性を示し、かつ、その塗膜が優れた耐食性を示すべく、ポリエステル樹脂組成を検討した実験である。このようなポリエステル樹脂は、家電用プレコートメタル鋼板や自動車用塗装鋼板の塗料に求められる主剤樹脂で、有機溶剤レスによるVOC低減と、高度な加工時の耐食性を求められている。
目標性能に対応する評価、およびパラメータに対応する測定項目と、その処理手法に関しては、以下の考え方と手法に従った。なお、以降の記載で「部」とあるものは重量部を示すものとする。
--- Specific application results ---
Next, an actual experiment is performed to obtain data, and based on this data, a specific example will be described in which a parameter extracted by the
Regarding the evaluation corresponding to the target performance, the measurement item corresponding to the parameter, and the processing method, the following concept and method were followed. In the following description, “parts” means parts by weight.
(1)還元粘度ηsp/c(dl/g)
充分乾燥したポリエステル樹脂0.10gをフェノール/テトラクロロエタン(重量比6/4)の混合溶媒25mlに溶解し、30℃で測定した。この還元粘度はポリエステルの分子量を表すメジャーの一つである。
(1) Reduced viscosity ηsp / c (dl / g)
A sufficiently dried polyester resin (0.10 g) was dissolved in 25 ml of a mixed solvent of phenol / tetrachloroethane (
(2)ポリエステル樹脂の組成分析
400MHzのプロトンNMR(核磁気共鳴法)により分析した。
(2) Composition analysis of polyester resin The analysis was performed by 400 MHz proton NMR (nuclear magnetic resonance method).
(3)ポリエステル樹脂の合成例
ポリエステル樹脂(S1)の合成においては、撹拌機及び温度計・コンデンサーを具備した反応容器に、ジメチルテレフタレート100部及びジメチルイソフタレート100部、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物176部、エチレングリコール100部、触媒としてテトラブチルチタネート0.1部を仕込み、180〜230℃で生成するメタノールを系外に留去しながら、5時間エステル交換反応を実施した。ついで、系内を徐々に減圧雰囲気とし、0.3mmHg、255℃で重縮合反応を40分間行った。ついで、常圧、窒素雰囲気下で200℃まで冷却し、トリメリット酸無水物4部を添加し、徐々に220℃まで加熱しトリメリット酸を付加させて、ポリエステル樹脂(S1)を得た。
得られたポリエステル樹脂は、NMRなどの分析の結果、テレフタル酸/イソフタル酸//ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物/エチレングリコール//トリメリット酸(後付加)=50/50//55/45//2(モル比)であり、還元粘度0.43dl/gの淡黄色透明の樹脂であった。
(3) Polyester resin synthesis example In the synthesis of the polyester resin (S1), 100 parts of dimethyl terephthalate, 100 parts of dimethyl isophthalate, and an ethylene oxide adduct of bisphenol A were added to a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser. 176 parts, 100 parts of ethylene glycol, and 0.1 part of tetrabutyl titanate as a catalyst were charged, and a transesterification reaction was carried out for 5 hours while distilling methanol generated at 180 to 230 ° C. out of the system. Subsequently, the inside of the system was gradually brought into a reduced-pressure atmosphere, and a polycondensation reaction was performed at 0.3 mmHg and 255 ° C. for 40 minutes. Subsequently, it cooled to 200 degreeC under normal pressure and nitrogen atmosphere, 4 parts of trimellitic anhydride was added, it heated gradually to 220 degreeC, and trimellitic acid was added, and polyester resin (S1) was obtained.
As a result of analysis such as NMR, the obtained polyester resin was terephthalic acid / isophthalic acid // ethylene oxide adduct of bisphenol A / ethylene glycol // trimellitic acid (post-addition) = 50/50 // 55/45 / / 2 (molar ratio) and a pale yellow transparent resin having a reduced viscosity of 0.43 dl / g.
(4)ポリエステル樹脂(S2)〜(S13)の合成
ポリエステル樹脂(S1)の合成例と同様にして、組成が表2に示されるポリエステル樹脂(S2)〜(S13)を合成した。また、ポリエステル樹脂(S1)と同様に組成分析および樹脂特性の測定を行った。表2に以下に示す。
(5)水系塗料の作製
撹拌機及び温度計・コンデンサーを具備した4つ口フラスコに、ポリエステル樹脂を15部、テトラヒドロフラン85部を仕込み、45℃にて樹脂を撹拌・溶解した後、水135部と、必要によりカルボン酸基中和用のトリエチルアミンを所定量加える。蛇型冷却管をヴィグリュー分留管に切り替えた後、この溶液を100℃まで加熱し、所定量のテトラヒドロフランを系外へ排出する。以上により作製したポリエステル樹脂水分散体150部に対して、水分散体を冷却後、水分散コロイダルシリカ(日産化学(株)製「OUP−ST」鎖状コロイダルシリカ、粒径40〜300nm、固形分濃度10%)を45部、混合・分散して水系塗料を作製した。
(5) Preparation of water-based paint A four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser was charged with 15 parts of a polyester resin and 85 parts of tetrahydrofuran. After stirring and dissolving the resin at 45 ° C., 135 parts of water If necessary, a predetermined amount of triethylamine for neutralizing carboxylic acid groups is added. After switching the serpentine cooling pipe to the Vigreux fractionating pipe, the solution is heated to 100 ° C., and a predetermined amount of tetrahydrofuran is discharged out of the system. For 150 parts of the polyester resin aqueous dispersion prepared as described above, after cooling the aqueous dispersion, water-dispersed colloidal silica (“OUP-ST” chain colloidal silica manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., particle size of 40 to 300 nm, solid A water-based paint was prepared by mixing and dispersing 45 parts of a 10% component concentration).
(6)塗装鋼板の作製及び深絞り加工
あらかじめ、脱脂剤のサーフクリーナー75Nの3%水溶液(日本ペイント(株)製)で脱脂し、2%H2SO4水溶液で酸洗した、亜鉛・ニッケルめっき鋼板(ZL材、亜鉛目付量30g/m2)に、クロム換算で40〜60mg/m2となるようにクロメート処理を施して塗装鋼板の基材とした。ついで、前述した水系塗料を、乾燥膜厚が1.5〜2μmになるようにバーコーターで塗布し、鋼板温度120℃で20秒間焼き付けて塗装鋼板を作製した。この鋼板を冷却後、深絞り機にて外径33mm、高さ28mmのカップ材となるよう円筒加工した。なお、塗膜厚は塗布乾燥前後の鋼板の重量変化とポリエステル樹脂及びシリカゲルの比重から算出した。
(6) Preparation and deep drawing of coated steel sheet Zinc / nickel-plated steel sheet previously degreased with 75% degreasing agent Surf Cleaner 75N (made by Nippon Paint Co., Ltd.) and pickled with 2% H2SO4 aqueous solution ( ZL material, zinc basis weight 30 g / m 2) was subjected to chromate treatment so as to be 40 to 60 mg /
以上、作製した水系塗料及び深絞り加工済塗装鋼板を以下の様に評価した。
(7)水分散安定性
水系塗料組成物を常温で一ヶ月から三ヶ月貯蔵後、目視判定した。判定基準は以下の通りである。
5:三ヶ月貯蔵において良好
4:一ヶ月貯蔵において良好、三ヶ月貯蔵において、少量の沈澱またはゲル状物が発生する。
3:一ヶ月貯蔵において少量の沈澱またはゲル状物が発生する。
2:一ヶ月貯蔵において分離、ゲル化。
1:作製初期において良好な水分散体が得られない。
As described above, the produced water-based paint and deep-drawn painted steel sheet were evaluated as follows.
(7) Water dispersion stability The water-based coating composition was visually judged after storage at room temperature for 1 to 3 months. Judgment criteria are as follows.
5: Good in storage for 3 months 4: Good in storage for 1 month, Small amount of precipitate or gel is generated in storage for 3 months.
3: A small amount of precipitate or gel is generated during storage for one month.
2: Separation and gelation after 1 month storage.
1: A good aqueous dispersion cannot be obtained in the initial stage of production.
(8)加工後耐食性
深絞り加工済の塗装鋼板を塩水噴霧試験用のSST試験槽内に設置し、1500時間経過後の加工部の表面状態を観察した。判定基準は以下の通りである。
5:白錆無し。
4:白錆5%未満
3:白錆5%以上20%未満。
2:白錆20%以上50%未満、赤錆5%未満。
1:白錆50%以上、赤錆5%以上
(8) Corrosion resistance after processing The deep-drawn coated steel sheet was placed in an SST test tank for a salt spray test, and the surface state of the processed part after 1500 hours was observed. Judgment criteria are as follows.
5: No white rust.
4: Less than 5% white rust 3: 5% or more and less than 20% white rust.
2:
1: White rust 50% or more,
以上の判定基準に基づく評価結果を、上述の表2の最下段にて評価点合計として示している。性能目標は評価点合計9点以上であり、各サンプルとも目標未達であった。 The evaluation results based on the above determination criteria are shown as the total evaluation score at the bottom of Table 2 above. The performance target was a total of 9 or more evaluation points, and each sample did not reach the target.
そこで、上述の実験結果(表2)に基づいて、本実施形態の実験支援方法における帰納論理プログラミングを適用して、正例を満たし負例を満たさないパラメータの20のルールを抽出した。その中から、作製上問題のある組成や、重複例を排除して、数多く正例を導き出したルールより、以下の表3に示す実験計画、(T1)〜(T3)を立て、実験を実施した所、目標評価点合計9点に到達した。
一方、上記ポリエステル樹脂(S1)〜(S13)の評価を実施した上で、上述の帰納論理プログラミングの結果を全く認知していない条件で、目標に到達すべく、これまでの知見等を鑑み、引き続き異なる組成実験を行った。ここでは、上記ポリエステル樹脂(S1)〜(S13)とは別に、ポリエステル樹脂(S14)〜(S28)を作製し、上述同様の評価を行った。その結果を表4に示す。評価点合計の最高点が7点から8点に上り、目標の評価点合計9点以上に近づいたが、それでも、目標に到達しなかった。
上述のポリエステル樹脂(S1)〜(S28)の計28件の実験例を元に、MaxSATソルバを組み合わせた帰納論理プログラミングにより、正例を導き出す7のルールを算出した。その中から、作製上問題のある組成や、重複例を排除して、数多く正例を導き出したルールより、下記の表5に示す実験計画、ポリエステル樹脂(T4)〜(T5)の実験計画を立て、実験を実施した所、目標評価点合計9点に対し、目標に到達する水準を示した。
従って、こうした本実施形態によれば、実験結果として目標性能を満たすデータが存在しない、かつ、目標性能を満たすためパラメータが未知である場合に、目標性能を満たすパラメータの条件が予測可能となる。
以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
Therefore, according to the present embodiment, when there is no data that satisfies the target performance as an experimental result and the parameter is unknown to satisfy the target performance, the condition of the parameter that satisfies the target performance can be predicted.
Although the best mode for carrying out the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
100 実験支援システム
101 記憶装置
102 プログラム
103 メモリ
104 演算装置
105 入力装置
106 出力装置
110 帰納論理プログラミング機能
125 正例ファイル
126 負例ファイル
127 背景知識ファイル
100
Claims (5)
入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、
前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、
前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理を実行する演算装置と、
を備えることを特徴とする実験支援システム。 A storage device for storing data;
A first process of storing, in the storage device, a set of existing data that is input from an input device and that includes an existing experimental result that does not achieve a predetermined target and a parameter of an experimental condition in the corresponding experimental result;
Read each set of existing data from the storage device, calculate difference data between all combinations of the read existing data, and synthesize new data by adding the calculated difference data to each existing data Two treatments,
Among the synthesized new data, an inductive logic is obtained from positive example data in which the experimental result satisfies a predetermined target, negative example data that does not satisfy the predetermined target, and a set of predicates expressing parameters in each of the new data. An arithmetic device that executes a third process of extracting a rule of a parameter that satisfies a positive example and does not satisfy a negative example by programming and displays the rule on an output device;
An experiment support system comprising:
前記第2処理において、前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した各既存データに所定ノイズを付与して、更に新たなデータを合成し、
前記第3処理において、前記負例のデータとして、前記所定ノイズを付与した新たなデータを更に含めて、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載の実験支援システム。 The arithmetic unit is:
In the second process, each set of the existing data is read from the storage device, a predetermined noise is given to the read existing data, and further new data is synthesized,
In the third process, as the negative example data, the new data added with the predetermined noise is further included, and the rules of parameters that satisfy the positive example and do not satisfy the negative example are extracted by induction logic programming to the output device. Is to display,
The experiment support system according to claim 1.
前記第3処理において、前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータとからMaxSAT問題を生成し、当該MaxSAT問題と、まだルールに含まれていない正例が成り立つとする仮説変数をTrueとする仮説をMaxSATソルバに与えて解を算定し、前記MaxSATソルバで算定した解において、Trueとなるルールの上での値に対応した変数を得る処理を、Trueとする仮説変数を切り替えながら繰り返し実行することによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示するものである、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の実験支援システム。 The arithmetic unit is:
In the third process, among the synthesized new data, a MaxSAT problem is generated from positive example data in which an experimental result satisfies a predetermined target and negative example data that does not satisfy a predetermined target, and the MaxSAT problem, In the solution calculated by the MaxSAT solver, a hypothesis that a true example not yet included in the rule holds is assumed to be True, and a solution is calculated. In the solution calculated by the MaxSAT solver, the value on the rule that becomes True is obtained. By repeatedly executing the process of obtaining the corresponding variable while switching the hypothesis variable as True, the rule of the parameter that satisfies the positive example and does not satisfy the negative example is extracted and displayed on the output device.
The experiment support system according to claim 1, wherein the system is an experiment support system.
入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、
前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、
前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理と、
を実行することを特徴とする実験支援方法。 Information processing device
A first process of storing, in the storage device, a set of existing data that is input from an input device and that includes an existing experimental result that does not achieve a predetermined target and a parameter of an experimental condition in the corresponding experimental result;
Read each set of existing data from the storage device, calculate difference data between all combinations of the read existing data, and synthesize new data by adding the calculated difference data to each existing data Two treatments,
Among the synthesized new data, an inductive logic is obtained from positive example data in which the experimental result satisfies a predetermined target, negative example data that does not satisfy the predetermined target, and a set of predicates expressing parameters in each of the new data. A third process for extracting a rule of a parameter that satisfies a positive example and does not satisfy a negative example by programming and displays the rule on an output device;
An experiment support method characterized by executing
入力装置から入力された、所定目標が未達成である既存の実験結果と該当実験結果における実験条件のパラメータとを含む既存データの集合とを前記記憶装置に格納する第1処理と、
前記記憶装置から前記既存データの各集合を読み出し、当該読み出した既存データの全ての組み合わせ間で差分データを算定し、当該算定した差分データを各既存データに加えることで新たなデータを合成する第2処理と、
前記合成した新たなデータのうち、実験結果が所定目標を満たす正例のデータと、所定目標を満たさない負例のデータと、新たなデータ各々におけるパラメータを表現する述語の集合とから、帰納論理プログラミングによって、正例を満たし負例を満たさないパラメータのルールを抽出し出力装置に表示する第3処理と、
を実行させることを特徴とする実験支援プログラム。 In the information processing device,
A first process of storing, in the storage device, a set of existing data that is input from an input device and that includes an existing experimental result that does not achieve a predetermined target and a parameter of an experimental condition in the corresponding experimental result;
Read each set of existing data from the storage device, calculate difference data between all combinations of the read existing data, and synthesize new data by adding the calculated difference data to each existing data Two treatments,
Among the synthesized new data, an inductive logic is obtained from positive example data in which the experimental result satisfies a predetermined target, negative example data that does not satisfy the predetermined target, and a set of predicates expressing parameters in each of the new data. A third process for extracting a rule of a parameter that satisfies a positive example and does not satisfy a negative example by programming and displays the rule on an output device;
An experiment support program characterized by causing
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