JP2018097418A - Information processing apparatus - Google Patents

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裕也 海野
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昌昭 福田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform accurate prediction using data obtained at different sampling rates.SOLUTION: An acquisition part 102 acquires a plurality of sensor values xdetected at different periods, and a recurrent neural network processing part 103 calculates a forward propagation value Xby performing forward propagation processing on the acquired sensor values. A queue management part 102a stores the calculated forward propagation value for each sampling rate in a queue of a memory 104 distinguished at different sampling rates. Then, the queue management part 102a fetches the forward propagation value Xstored for each queue of the memory 104 for the recurrent neural network processing part 103, and the recurrent neural network processing part 103 calculates a predicted value Y (S).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ニューラルネットワークを用いて予測を行なう情報処理装置に関する。   The present invention relates to an information processing apparatus that performs prediction using a neural network.

プロセスの状態を表す変量を所定時間間隔でサンプリングした値を用いて、ニューラルネットワークで処理することにより、プロセスの出力値の変動パターンを予測することが、特許文献1に記載されている。   Patent Document 1 describes that a variation pattern of a process output value is predicted by using a value obtained by sampling a variable representing a state of a process at a predetermined time interval, and processing it with a neural network.

特開平5−204407号公報JP-A-5-204407

上記特許文献1に記載の技術では、実時間で出現する複数の異なる種類の情報を処理しようとすると、データごとにサンプリングレートが異なるため、適切な予測を行なうことができないという問題がある。   The technique described in Patent Document 1 has a problem that when a plurality of different types of information appearing in real time are to be processed, the data cannot be properly predicted because the sampling rate differs for each data.

また、情報の発生の遅延に伴って情報ごとに遅延の度合いが異なる。よって、サンプリングレートごとに予測を行なおうとすると、必要な計算時間が異なるため、その遅延を助長させてしまう、という問題がある。   In addition, the degree of delay differs for each piece of information as the information generation is delayed. Therefore, there is a problem that if the prediction is performed for each sampling rate, the necessary calculation time is different, and this delay is promoted.

そこで、上述の課題を解決するために、本発明は、異なるサンプリングレートで得られたデータを用いて正確な予測を行なうことのできる情報処理装置を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an information processing apparatus capable of performing accurate prediction using data obtained at different sampling rates.

上述の課題を解決するために、本発明の情報処理装置は、センサにより検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理手段と、前記順伝播処理手段により算出された順伝播値を、異なるサンプリングレートで区別したキューごとに記憶するキュー記憶手段と、前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理手段と、前記キュー管理手段により取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出手段と、を備える。   In order to solve the above-described problem, the information processing apparatus of the present invention calculates a forward propagation value by performing forward propagation processing on a sensor value detected by a sensor, and calculates by the forward propagation processing unit. Queue storage means for storing the forward propagation values that have been performed for each queue distinguished at different sampling rates, queue management means for retrieving the forward propagation values at one time stored for each queue of the queue storage means, Prediction value calculation means for calculating a predicted value of a state at the next time of the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue management means.

また、本発明の情報処理方法は、情報処理装置の情報処理方法において、センサにより、異なるサンプリングレートで検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理ステップと、前記順伝播処理ステップにより算出された順伝播値を、前記異なるサンプリングレートで区別したキューごとにキュー記憶手段に記憶するキュー記憶ステップと、前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理ステップと、前記キュー管理ステップにより取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出ステップと、を備える。   Further, the information processing method of the present invention is a forward propagation processing step for calculating a forward propagation value by forward propagation processing of sensor values detected at different sampling rates by a sensor in the information processing method of the information processing apparatus; A queue storage step for storing the forward propagation value calculated in the forward propagation processing step in a queue storage unit for each queue distinguished at the different sampling rates; A queue management step for extracting a forward propagation value at a time, and a predicted value for calculating a predicted value of a state at the next time of the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue management step A calculation step.

また、本発明の情報処理プログラムは、コンピュータを、センサにより、異なるサンプリングレートで検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理手段と、前記順伝播処理手段により算出された順伝播値を、前記異なるサンプリングレートで区別したキューごとに記憶するキュー記憶手段と、前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理手段と、前記キュー管理手段により取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出手段、として実行させる。   Further, the information processing program of the present invention includes a forward propagation processing means for calculating a forward propagation value by forward propagation processing of sensor values detected at different sampling rates by a sensor, and the forward propagation processing means. Queue storage means for storing the calculated forward propagation value for each queue distinguished at the different sampling rates, and queue management means for extracting the forward propagation value at one time stored for each queue of the queue storage means And a predicted value calculating means for calculating a predicted value of a state at the next time of the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue management means.

この発明によれば、センサ値を順伝播処理した順伝播値を異なるサンプリングレートで区別したキューごとに記憶しておき、これを用いた順伝播処理して予測処理を行なう。これにより異なるサンプリングレートにより取得された各センサ値を用いた正確な予測処理を行なうことができる。   According to the present invention, forward propagation values obtained by forward propagation processing of sensor values are stored for each queue distinguished at different sampling rates, and prediction processing is performed by forward propagation processing using the queues. Thus, accurate prediction processing using each sensor value acquired at different sampling rates can be performed.

また、本発明は、前記予測値算出手段により算出された予測値を用いてニューラルネットワークによる逆伝播処理を行なうことで、ニューラルネットワークのパラメータを更新する更新手段と、前記更新されたパラメータに基づいて、前記キュー記憶手段に記憶されている順伝播値が重要であるか否かを判断する判断手段、をさらに備える。   Further, the present invention is based on the updating means for updating the parameters of the neural network by performing the back propagation process by the neural network using the prediction value calculated by the prediction value calculating means, and the updated parameter. And determining means for determining whether or not the forward propagation value stored in the queue storage means is important.

この発明によれば、ニューラルネットワークによるパラメータを更新し、異なるサンプリングレートで取得されたセンサ値のうち、どのサンプリングレートのセンサ値が重要であるか、またどのセンサ値が重要であるかを判断することができる。   According to the present invention, the parameters of the neural network are updated to determine which sampling rate sensor value is important and which sensor value is important among the sensor values acquired at different sampling rates. be able to.

本発明によれば、サンプリングレートの異なる複数の入力に対する予測を正確かつ迅速に行なうことができる。   According to the present invention, prediction for a plurality of inputs having different sampling rates can be performed accurately and quickly.

情報処理装置100の機能を示す機能ブロック図である。3 is a functional block diagram illustrating functions of the information processing apparatus 100. FIG. 情報処理装置100のハードウェア構成図である。2 is a hardware configuration diagram of the information processing apparatus 100. FIG. サンプリングレートごとに形成されたキューごとに記憶されている情報の説明図である。It is explanatory drawing of the information memorize | stored for every cue | queue formed for every sampling rate. 情報処理装置100の処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing processing of the information processing apparatus 100. 各モジュールごとに配置されたプロセッサを用いたリカレントニューラルネットワーク処理を行う模式図である。It is a schematic diagram which performs the recurrent neural network process using the processor arrange | positioned for every module.

添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態の情報処理装置100の機能を示す機能ブロック図である。この情報処理装置100は、取得部102、キュー管理部102a(キュー管理手段)、リカレントニューラルネットワーク処理部103(順伝播処理手段、予測値算出手段、更新手段)、メモリ104(キュー記憶手段)、および出力部105を含んで構成されている。   FIG. 1 is a functional block diagram illustrating functions of the information processing apparatus 100 according to the present embodiment. The information processing apparatus 100 includes an acquisition unit 102, a queue management unit 102a (queue management unit), a recurrent neural network processing unit 103 (forward propagation processing unit, predicted value calculation unit, update unit), a memory 104 (queue storage unit), And an output unit 105.

図2は、情報処理装置100のハードウェア構成図である。図1に示される情報処理装置100は、物理的には、図2に示すように、一または複数のCPU11、主記憶装置であるRAM12及びROM13、入力デバイスであるキーボード及びマウス等の入力装置14、ディスプレイ等の出力装置15、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである通信モジュール16、ハードディスクまたは半導体メモリ等の補助記憶装置17などを含むコンピュータシステムとして構成されている。図1における各機能は、図2に示すCPU11、RAM12等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPU11の制御のもとで入力装置14、出力装置15、通信モジュール16を動作させるとともに、RAM12や補助記憶装置17におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。以下、図1に示す機能ブロックに基づいて、各機能ブロックを説明する。   FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the information processing apparatus 100. As shown in FIG. 2, the information processing apparatus 100 shown in FIG. 1 physically includes one or more CPUs 11, RAMs 12 and ROMs 13 as main storage devices, and input devices 14 such as keyboards and mice as input devices. The computer system includes an output device 15 such as a display, a communication module 16 that is a data transmission / reception device such as a network card, and an auxiliary storage device 17 such as a hard disk or a semiconductor memory. Each function in FIG. 1 operates the input device 14, the output device 15, and the communication module 16 under the control of the CPU 11 by loading predetermined computer software on the hardware such as the CPU 11 and the RAM 12 shown in FIG. 2. In addition, it is realized by reading and writing data in the RAM 12 and the auxiliary storage device 17. Hereinafter, each functional block will be described based on the functional blocks shown in FIG.

取得部102は、センサ101により検出されたセンサ値を取得する部分である。センサ101は、例えばマイクやビデオカメラなど時系列に変遷する外部環境の状態を検出するものである。取得部102は、センサ101から入力されたセンサ値を、リカレントニューラルネットワーク処理部103に出力し、順伝播処理された順伝播値を取得する。取得した順伝播値を、その取得した時刻とともにキュー管理部102aに出力する。   The acquisition unit 102 is a part that acquires the sensor value detected by the sensor 101. The sensor 101 detects the state of the external environment that changes in time series, such as a microphone or a video camera. The acquisition unit 102 outputs the sensor value input from the sensor 101 to the recurrent neural network processing unit 103, and acquires the forward propagation value subjected to forward propagation processing. The acquired forward propagation value is output to the queue management unit 102a together with the acquired time.

キュー管理部102aは、取得部102から出力された時刻と順伝播値とを、メモリ104のどのキューに記憶させるか判断して、そのキューに順伝播値を記憶させる。すなわち、キュー管理部102aは、その時刻が、キューの離散化幅から求められる、キューに保持すべき最小時刻(すなわちサンプリングレートに相当)より前であるか否かを判断する。出力された時刻が、キューの離散化幅から求められる最小時刻より前であれば、その順伝播値は破棄され、メモリ104に記憶しない。出力された時刻が、キューの幅から求められる最小時刻以降であれば、その時刻に対応するキューに順伝播値を記憶する。   The queue management unit 102a determines which queue in the memory 104 stores the time and the forward propagation value output from the acquisition unit 102, and stores the forward propagation value in the queue. That is, the queue management unit 102a determines whether or not the time is before the minimum time (that is, corresponding to the sampling rate) to be held in the queue, which is obtained from the discretization width. If the output time is before the minimum time obtained from the discretization width, the forward propagation value is discarded and not stored in the memory 104. If the output time is after the minimum time obtained from the queue width, the forward propagation value is stored in the queue corresponding to that time.

その結果、キュー管理部102aは、予め定められた複数の異なるサンプリングレートで順伝播値をメモリ104に記憶することができる。なお、キュー管理部102aは、順伝播値とともにその算出過程を示す関数を対応付けてメモリ104に記憶させる。   As a result, the queue management unit 102a can store the forward propagation values in the memory 104 at a plurality of different predetermined sampling rates. Note that the queue management unit 102a stores the forward propagation value and a function indicating the calculation process in the memory 104 in association with each other.

なお、以下に説明する処理においては、センサ101aにおいて検出されたセンサ値をキュー管理部102aがサンプリングレートごとに区別したキューに記憶するようにしているが、さらに異なる種類のセンサ値を検出するセンサ101bおよび101cからのセンサ値についても、キューを分けて記憶するようにしてもよい。その場合、センサ種別を示す情報を取得部102およびキュー管理部102aが管理しておき、そのセンサ種別に応じたキューをメモリ104に用意しておく必要がある。   In the process described below, the sensor value detected by the sensor 101a is stored in a queue that the queue management unit 102a distinguishes for each sampling rate. However, a sensor that detects a different type of sensor value. The sensor values from 101b and 101c may also be stored separately in queues. In that case, it is necessary that the acquisition unit 102 and the queue management unit 102a manage information indicating the sensor type, and a queue corresponding to the sensor type is prepared in the memory 104.

リカレントニューラルネットワーク(RNN)処理部103は、キュー管理部102aによる処理の前に、取得部102により取得された異なるサンプリングレートのセンサ値を各センサ源ごとに用意されたニューラルネットワークによって順伝播処理して、順伝播値を算出する。例えば以下の処理を行なう。   A recurrent neural network (RNN) processing unit 103 performs forward propagation processing on sensor values of different sampling rates acquired by the acquisition unit 102 by a neural network prepared for each sensor source before processing by the queue management unit 102a. Then, the forward propagation value is calculated. For example, the following processing is performed.

順伝播値X=g(f(x,w),w) ・・・(1) Forward propagation value X t = g (f (x t , w f ), w g ) (1)

ここでtは時刻、xは時刻tのときのセンサ値、wおよびwは、それぞれ各センサ源ごとに用意されたニューラルネットワークにおけるパラメータである。 Here, t is time, x t is a sensor value at time t, and w f and w g are parameters in a neural network prepared for each sensor source.

リカレントニューラルネットワーク処理部103は、算出した順伝播値Xを、キュー管理部102aに出力し、キュー管理部102aは、上述したとおり、サンプリングレートごとに用意されたメモリ104の各キューに記憶する。 The recurrent neural network processing unit 103 outputs the calculated forward propagation value Xt to the queue management unit 102a, and the queue management unit 102a stores it in each queue of the memory 104 prepared for each sampling rate as described above. .

メモリ104は、サンプリングレートごとにキューを形成して、キューごとに、順伝播値Xを時刻tに対応付けて記憶する。この時刻tは、順伝播値Xがリカレントニューラルネットワーク処理部103において算出された時刻である。図3は、その具体例を示す。図3に示されるように、メモリ104には、キュー1〜キュー3が形成されており、キューごとに時刻に対応付けて、順伝播値およびその算出過程を示す順伝播の関数が記憶されている。本実施形態においては、キュー1はサンプリングレートが一番密にして順伝播値を記憶し、キュー2は、キュー1の半分のサンプリングレートで取得した順伝播値を記憶し、キュー3は、さらにその半分のサンプリングレートで取得した順伝播値を記憶している。すなわち、キューごとにサンプリングレートを変えて順伝播値を記憶している。 Memory 104, to form a queue for each sampling rate, per queue, in association forward propagation value X t at time t. This time t is the time when the forward propagation value X t is calculated by the recurrent neural network processing unit 103. FIG. 3 shows a specific example thereof. As shown in FIG. 3, queues 1 to 3 are formed in the memory 104, and a forward propagation value and a forward propagation function indicating a calculation process thereof are stored in association with time for each queue. Yes. In this embodiment, the queue 1 stores the forward propagation value with the sampling rate being the densest, the queue 2 stores the forward propagation value acquired at a sampling rate that is half that of the queue 1, and the queue 3 further includes The forward propagation value acquired at half the sampling rate is stored. That is, the forward propagation value is stored by changing the sampling rate for each queue.

キュー管理部102aは、許容遅延時間T(サンプリングレートの離散化幅より大きい)が経過した順伝播値Xを、メモリ104の各キューから取り出し、リカレントニューラルネットワーク処理部103に処理させる。リカレントニューラルネットワーク処理部103は、その順伝播値Xを順伝播処理して時刻tにおける状態値Sを算出し、この状態値S用いて、時刻t+1における予測値Y=Y(S)を算出する。例えば、以下の処理を行なう。 The queue management unit 102 a takes out the forward propagation value X t for which the allowable delay time T (greater than the discretization width of the sampling rate) has elapsed from each queue of the memory 104 and causes the recurrent neural network processing unit 103 to process it. Recurrent neural network processing unit 103 calculates the state value S t at time t and the forward propagation values X 1 and forward propagation process using the state values S t, the predicted value at time t + 1 Y t = Y ( S t ) is calculated. For example, the following processing is performed.

=F(w,w,w,St−1,X(1) ,X(2) ,X(3) )・・・(2) S t = F (w 1 , w 2 , w 3 , S t−1 , X (1) t , X (2) t , X (3) t ) (2)

=Y(S)・・・(3)
ここで、w,w,wは、リカレントニューラルネットワークにおけるキューごとのパラメータである。Fは、時刻tにおける状態を算出するための関数であり、所定の順伝播処理のためのものである。X(1) は、キュー1の時刻tに記憶されている順伝播値、X(2) は、キュー2の時刻tに記憶されている順伝播値、X(3) は、キュー1の時刻tに記憶されている順伝播値である。また、Yは、時刻tにおける状態値Sに基づいた予測値を算出するための関数である。
Y t = Y (S t ) (3)
Here, w 1 , w 2 , and w 3 are parameters for each queue in the recurrent neural network. F is a function for calculating the state at time t, and is for a predetermined forward propagation process. X (1) t is the forward propagation value stored at time t in queue 1, X (2) t is the forward propagation value stored at time t in queue 2, and X (3) t is the queue 1 is a forward propagation value stored at time t. Further, Y t is a function for calculating the predicted value based on the state value S t at time t.

なお、式(2)は、時刻tにおいてキューに順伝播値が記憶されているときの状態値Sを算出するためのものである。サンプリングレートによっては、キュー2またはキュー3には、時刻tに対応する順伝播値がない場合がある。その場合には、式(4)および(5)のとおりに表現することもできる。   Equation (2) is for calculating the state value S when the forward propagation value is stored in the queue at time t. Depending on the sampling rate, queue 2 or queue 3 may not have a forward propagation value corresponding to time t. In that case, it can also be expressed as in equations (4) and (5).

t+1=F(w,S,X(1) ) ・・・(4) S t + 1 = F (w 1 , S t , X (1) t ) (4)

t+2=F(w,w,St+1,X(1) ,X(2) ) ・・・(5) S t + 2 = F (w 1 , w 2 , S t + 1 , X (1) t , X (2) t ) (5)

リカレントニューラルネットワーク処理部103は、さらに予測値Y(St-1)を用いて、リカレントニューラルネットワークの誤差逆伝播処理を行なうことで、学習処理を行なう。例えば、以下の処理を行なう。 The recurrent neural network processing unit 103 further performs learning processing by performing error back propagation processing of the recurrent neural network using the predicted value Y (S t-1 ). For example, the following processing is performed.

時刻tにおける観測値yが取得される。これは、センサ101により得られたものである。そして、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、時刻tにおける観測値yと、予測値Y(St-1)とから損失(例えば二乗誤差)を計算し、パラメータw、w,wに対する勾配を算出して、各パラメータw、w,wを勾配降下法などによって更新する。 An observation value y at time t is acquired. This is obtained by the sensor 101. Then, the recurrent neural network processing unit 103 calculates a loss (for example, a square error) from the observed value y at the time t and the predicted value Y (S t-1 ), and the gradient with respect to the parameters w 1 , w 2 , and w 3 . And the parameters w 1 , w 2 , and w 3 are updated by a gradient descent method or the like.

さらに、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、式(2)に示される関数に対して、Sを誤差逆伝播することで(BPTT)、X(1) 、X(2) 、X(3) を算出し、さらに、Xを誤差逆伝播することにより、リカレントニューラルネットワークにおけるパラメータwおよびwの勾配を算出して、勾配降下法などによってパラメータwおよびwを更新する。 Furthermore, recurrent neural network processing unit 103, to the function shown in equation (2), by backpropagation of S t (BPTT), X ( 1) t, X (2) t, X (3 ) calculates t, further, by backpropagation to X t, and calculates the gradient of the parameter w f and w g in recurrent neural network, and updates the parameters w f and w g the like gradient descent.

このようにリカレントニューラルネットワークのパラメータw、w、w,w、wを更新していくことによって、重要ではないキュー(サンプリングレートのセンサ値)や、そのセンサ値の入力に対する重みが小さくなり、正確な予測値を算出することができる。なお、複数種類のセンサのセンサ値を扱う場合には、それぞれのセンサのためのリカレントニューラルネットワーク処理のパラメータwを用いる必要がある。 By updating the parameters w 1 , w 2 , w 3 , w f , and w g of the recurrent neural network in this way, an unimportant cue (sampling rate sensor value) and a weight for the input of the sensor value Becomes smaller, and an accurate predicted value can be calculated. When handling sensor values of a plurality of types of sensors, it is necessary to use the recurrent neural network processing parameter w for each sensor.

出力部105は、リカレントニューラルネットワーク処理部103により算出された予測値Y(St+1)を出力する。 The output unit 105 outputs the predicted value Y (S t + 1 ) calculated by the recurrent neural network processing unit 103.

つぎに、このように構成された情報処理装置100の処理フローについて説明する。図4は、情報処理装置100のフローチャートである。取得部102により、センサ101により検出されたセンサ値が取得され(S101)、キュー管理部102aによるキュー管理に従ってリカレントニューラルネットワーク処理部103により順伝播処理される(S102)。   Next, a processing flow of the information processing apparatus 100 configured as described above will be described. FIG. 4 is a flowchart of the information processing apparatus 100. The sensor value detected by the sensor 101 is acquired by the acquisition unit 102 (S101), and forward propagation processing is performed by the recurrent neural network processing unit 103 according to queue management by the queue management unit 102a (S102).

順伝播処理されて得られた順伝播値は、メモリ104においてサンプリングレートごとに形成されたキューに、記憶される(S103)。   The forward propagation value obtained by the forward propagation process is stored in a queue formed for each sampling rate in the memory 104 (S103).

キュー管理部102aにより、許容遅延時間Tが経過した順伝播値Xがメモリ104から取り出され、この順伝播値Xは、リカレントニューラルネットワーク処理部103により順伝播処理され、状態値Sが算出され、予測値Y(S)が算出される(S104)。 The queue management unit 102a, is taken forward propagation value X t has elapsed allowable delay time T from the memory 104, the forward propagation value X t is forward propagation process by recurrent neural network processing unit 103, the state value S t The predicted value Y (S t ) is calculated (S104).

そして、時刻tにおける観測値yと、予測値Y(S)との差分(ロス)に基づいて、リカレントニューラルネットワークのパラメータw、w,wが更新される(S105)。 Then, based on the difference (loss) between the observed value y at time t and the predicted value Y (S t ), the parameters w 1 , w 2 , and w 3 of the recurrent neural network are updated (S 105).

一方で、時刻tにおける状態値Sが誤差逆伝播されて、Xの誤差が算出され(S106)、さらにXの誤差が誤差逆伝播されることで、リカレントニューラルネットワークのパラメータwおよびwが更新される(S107)。S105からS107の処理によりリカレントニューラルネットワークによる学習処理がなされる。これら処理は、公知のリカレントニューラルネットワークにおける学習処理である。 Meanwhile, the state value S t at time t is backpropagation, the error of X t is calculated (S106), that the error of the further X t is backpropagation, and parameters w f of recurrent neural network w g is updated (S107). A learning process by a recurrent neural network is performed by the processes of S105 to S107. These processes are learning processes in a known recurrent neural network.

なお、S105およびS107において、リカレントニューラルネットワークにおけるパラメータw、w、w、w、wが更新されている。一般に、これらパラメータは各観測における実測値と予測値による損失が十分に低下し、収束することにより、正確な予測値を算出することができるようになる。一方で、これらパラメータが0または0に近い値になる場合には、その順伝播値やキューに記憶されている順伝播値全体は、重要ではないと判断することができる。よって、判断部(図示せず)は、時刻tの処理において、このようなパラメータが0または0に近似するか否かの判断を行なうことにより、時刻tにおけるセンサ値xまたはそのサンプリングレートの重要性を判断するようにしてもよい。 In S105 and S107, the parameters w 1 , w 2 , w 3 , w f , and w g in the recurrent neural network are updated. In general, for these parameters, the loss due to the actually measured value and the predicted value in each observation is sufficiently reduced and converged, so that an accurate predicted value can be calculated. On the other hand, when these parameters are 0 or a value close to 0, it can be determined that the forward propagation value and the entire forward propagation value stored in the queue are not important. Therefore, in the process at time t, the determination unit (not shown) determines whether or not such a parameter is 0 or close to 0, thereby determining the sensor value x t at time t or the sampling rate thereof. You may make it judge importance.

つぎに、本実施形態の情報処理装置100の作用効果について説明する。本実施形態の情報処理装置100において、取得部102は、センサ101a等において検出された複数のセンサ値xを取得し、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、取得されたセンサ値xを順伝播処理することで順伝播値Xを算出する。キュー管理部102aは、算出された順伝播値Xを、異なるサンプリングレートで区別したキューが形成されたメモリ104に記憶する。そして、キュー管理部102aは、メモリ104のキューごとに記憶されている順伝播値Xを取り出し、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、時刻tにおけるセンサ値全体の状態を示す状態値Sを算出する。そして、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、状態値Sに基づいて、時刻t+1における予測値Y(S)を算出する。 Next, operational effects of the information processing apparatus 100 according to the present embodiment will be described. In the information processing apparatus 100 of the present embodiment, the acquisition unit 102 acquires a plurality of sensor values x t detected at the sensor 101a and the like, recurrent neural network processing unit 103 sequentially propagates the acquired sensor value x t The forward propagation value Xt is calculated by processing. Queue manager 102a stores the calculated forward propagation value X t, the memory 104 distinguished queue is formed at different sampling rates. The queue management unit 102a takes out a forward propagation value X t stored in each queue of the memory 104, recurrent neural network processing unit 103 calculates the state value S t indicating the status of the entire sensor value at time t To do. Then, the recurrent neural network processing unit 103 calculates a predicted value Y (S t ) at time t + 1 based on the state value S t .

これにより異なるサンプリングレートで得られたセンサ値を得た場合であっても、これらをまとめて予測処理を行なうことができる。   Thus, even when sensor values obtained at different sampling rates are obtained, the prediction processing can be performed collectively.

なお、異なるサンプリングレートで得られたセンサ値を取得することの意義は、以下の通りである。情報源となるセンサが同じでも、どのサンプリングレートによる情報が重要であるかは一般的に異なるものである。たとえばマイクから人の声を収集した場合、単純に一番粒度の細かい情報は1kHz前後の波形情報(音圧の情報)となるが。このレベルの波形の変化自体からは声(音素)はわからない。声の情報は、もっと粒度の荒い10Hz前後で発生する。また、単語は音素の連なりの1Hz前後の粒度で発生し、文レベルでは1文に数秒かかる。同じように、センサの情報やカメラの情報でも何の情報が重要かによって捉えるべき情報のサンプリングレートは変わってくる。   The significance of acquiring sensor values obtained at different sampling rates is as follows. Even if the sensors serving as the information sources are the same, it is generally different from which sampling rate information is important. For example, when collecting human voice from a microphone, the finest granular information is simply waveform information (sound pressure information) around 1 kHz. The voice (phoneme) is not known from the waveform change itself at this level. Voice information is generated at a coarser granularity around 10 Hz. A word is generated with a granularity of about 1 Hz, which is a series of phonemes, and takes a few seconds per sentence at the sentence level. Similarly, the sampling rate of information to be captured varies depending on what information is important in sensor information and camera information.

また、この情報処理装置100において、リカレントニューラルネットワーク処理部103は、算出された予測値Y(S)を用いてリカレントニューラルネットワークによる処理を行なうことで、リカレントニューラルネットワークのパラメータを更新する。これにより、リカレントニューラルネットワークによる学習処理を行なうことができ、正確な予測値を算出することができる。 In the information processing apparatus 100, the recurrent neural network processing unit 103 performs processing by the recurrent neural network using the calculated predicted value Y (S t ), thereby updating the parameters of the recurrent neural network. Thereby, the learning process by a recurrent neural network can be performed, and an accurate predicted value can be calculated.

さらに、この情報処理装置100において、更新されたパラメータに基づいて、メモリ104の各キューに記憶されている順伝播値が重要であるか否かを判断する。これにより、どのキューが重要であるか否か、またどの第1順伝播値が重要であるか否かを判断することができ、その結果、どのサンプリングレートで得たセンサ値が重要であるかを判断することができる。   Further, in the information processing apparatus 100, it is determined whether or not the forward propagation value stored in each queue of the memory 104 is important based on the updated parameter. As a result, it is possible to determine which queue is important and which first forward propagation value is important, and as a result, the sensor value obtained at which sampling rate is important. Can be judged.

ここで変形例について説明する。上述実施形態においては単一のプロセッサが、ニューラルネットワークによる順伝播処理、リカレントニューラルネットワークによる順伝播処理について説明した。単一のプロセッサによることなく、各モジュールごとに、例えば、センサごとに配置されたプロセッサや、リカレントニューラルネットワーク処理を行うプロセッサがそれぞれの処理を行うようにしてもよい。より具体的には、図5に示されるような各プロセッサは、以下の処理を行うことになる。   Here, a modified example will be described. In the above-described embodiment, the single processor explained the forward propagation process by the neural network and the forward propagation process by the recurrent neural network. For example, a processor arranged for each sensor or a processor for performing a recurrent neural network process may perform each process without using a single processor. More specifically, each processor as shown in FIG. 5 performs the following processing.

図5に示されるとおり、センサsの入力を処理するプロセッサpと、センサtの入力を処理するプロセッサpと、リカレントニューラルネットワークの処理を行うプロセッサpがあるとする。プロセッサp、プロセッサp、およびプロセッサpは、上述したリカレントニューラルネットワーク処理部103に相当する機能を有する。 As shown in FIG. 5, to a processor p S for processing the input sensor s, a processor p T for processing the input sensor t, and there is a processor p R for processing recurrent neural network. The processor p S , the processor p T , and the processor p R have a function corresponding to the recurrent neural network processing unit 103 described above.

プロセッサpは、センサsの入力から構成されるニューラルネットワークの順伝播処理を行い、その結果rを出力する。プロセッサpは、この結果rにユニークなIDを付与し、そのIDとともに結果rを通信手段を持ってプロセッサpに送信する。プロセッサpはこのときのネットワークの情報をIDと紐付けて保持する。プロセッサpも同様の処理を行う。プロセッサpは、プロセッサpとプロセッサpとから情報を受け取ると、上述と同様にデータの発生時刻に応じてキューに情報を格納し、リカレントネットワークの順伝播処理を行う。なお、データの発生時刻は、プロセッサpとプロセッサpから出力される。 Processor p S performs forward propagation process composed neural network from the input of the sensor s, and outputs the result r S. Processor p S is the result impart unique ID to r S, is sent to the processor p R with communication means results r S along with its ID. Processor p R holds put ID and string information of the network at this time. Processor p T also performs the same processing. Processor p R receives information from the processor p T and the processor p S, and stores the information in a queue in response to the occurrence time of the data in the same manner as described above, it performs the forward propagation process recurrent network. Incidentally, the time of occurrence of data is output from the processor p T and the processor p S.

逆伝播処理はプロセッサpが損失を計算することで始まるが、プロセッサpが逆伝播をすすめてプロセッサpとプロセッサpからの入力を受け取る箇所まで伝播が進んだら、入力時に受け取ったユニークIDとともに伝播された情報に対する勾配情報を、それぞれのプロセッサpとプロセッサpに転送する。各プロセッサp、pはユニークIDと逆伝播用の情報を受け取ったら、対応する順伝播の計算グラフを利用して逆伝播処理を行い、パラメータ(上述のw等)を更新する。この過程を繰り返すと、徐々に逆伝播用の計算グラフの情報が増えていき、逆伝播に時間がかかるため、決められた時間か、あるいは決められた上限数にもとづいて、逆伝播用の計算グラフの情報を破棄する。 Unique back propagation processing processor p R is but begins by calculating the loss, When you reach the propagation to the point of receiving input from the processor p S a processor p T processor p R is recommended backpropagation, received on input The gradient information for the information propagated along with the ID is transferred to the respective processors p S and p T. When each of the processors p S and p T receives the unique ID and the information for back propagation, the processors p S and p T perform back propagation using the corresponding forward propagation calculation graph and update the parameters (such as w described above). If this process is repeated, the information in the backpropagation calculation graph will gradually increase, and it will take time for backpropagation, so the backpropagation calculation will be based on the determined time or the determined maximum number. Discards the graph information.

また、許容遅延時間および離散化幅の異なる複数の時系列処理を用いることで反応速度を調整することができる。時系列処理によって判断を行うリカレントニューラルネットワークは、事前に定めた許容遅延時間後に処理を行う。そのため、この許容遅延時間よりも偶発的にデータのセンシングに時間がかかったり、順伝播処理に時間がかかると、ここで得られた情報は一切使われなくなってしまう。許容遅延時間を伸ばすと、こうした自体を防ぎやすくなる一方で、反応速度が遅くなる。離散化幅を短くすると、周波数の高い情報を扱えるようになる一方で、リカレントニューラルネットワークの段数が深くなり、長い依存関係を学習しづらくなる。したがって、これらのパラメータである許容遅延時間や離散化幅に応じた異なるキューを複数用意することで、反応遅延、情報の欠損、情報の周波数、長時間依存のそれぞれに対して、よく目的関数を説明するパラメータを選択できるようになる。   Further, the reaction rate can be adjusted by using a plurality of time series processes having different allowable delay times and discretization widths. The recurrent neural network that performs the determination by time series processing performs processing after a predetermined allowable delay time. For this reason, if it takes more time to sense data accidentally than this allowable delay time, or if it takes time for forward propagation processing, the information obtained here will not be used at all. Increasing the allowable delay time makes it easier to prevent this, but slows the reaction rate. If the discretization width is shortened, information with a high frequency can be handled, while the number of stages of the recurrent neural network becomes deep and it becomes difficult to learn long dependency relationships. Therefore, by preparing multiple different queues according to the allowable delay time and discretization width that are these parameters, the objective function is often used for each of reaction delay, information loss, information frequency, and long time dependence. You can select the parameters to explain.

100…情報処理装置、101…センサ、102…取得部、103…リカレントニューラルネットワーク処理部、104…メモリ、105…出力部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Information processing apparatus, 101 ... Sensor, 102 ... Acquisition part, 103 ... Recurrent neural network processing part, 104 ... Memory, 105 ... Output part.

Claims (5)

センサにより、異なるサンプリングレートで検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理手段と、
前記順伝播処理手段により算出された順伝播値を、前記異なるサンプリングレートで区別したキューごとに記憶するキュー記憶手段と、
前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理手段と、
前記キュー管理手段により取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出手段と、を備える
情報処理装置。
Forward propagation processing means for calculating forward propagation values by performing forward propagation processing of sensor values detected at different sampling rates by a sensor;
Queue storage means for storing the forward propagation value calculated by the forward propagation processing means for each queue distinguished at the different sampling rates;
Queue management means for retrieving a forward propagation value at one time stored for each queue of the queue storage means;
An information processing apparatus comprising: a predicted value calculation unit that calculates a predicted value of a state at a time next to the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue management unit.
前記キュー記憶手段は、
複数のセンサにより、それぞれ異なるサンプリングレートで検出されたそれぞれのセンサ値に基づいて算出された順伝播値を、センサの種別およびサンプリングレートごとに区別したキューごとに記憶する、ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
The queue storage means includes
A forward propagation value calculated based on each sensor value detected at a different sampling rate by a plurality of sensors is stored for each queue distinguished for each sensor type and sampling rate. Item 4. The information processing apparatus according to Item 1.
前記予測値算出手段により算出された予測値を用いてニューラルネットワークによる逆伝播処理を行なうことで、ニューラルネットワークのパラメータを更新する更新手段と、
前記更新されたパラメータに基づいて、前記キュー記憶手段に記憶されている順伝播値が重要であるか否かを判断する判断手段、
をさらに備える請求項1に記載の情報処理装置。
Update means for updating the parameters of the neural network by performing back propagation processing by the neural network using the predicted value calculated by the predicted value calculation means;
Determining means for determining whether or not the forward propagation value stored in the queue storage means is important based on the updated parameter;
The information processing apparatus according to claim 1, further comprising:
情報処理装置の情報処理方法において、
センサにより、異なるサンプリングレートで検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理ステップと、
前記順伝播処理ステップにより算出された順伝播値を、前記異なるサンプリングレートで区別したキューごとにキュー記憶手段に記憶するキュー記憶ステップと、
前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理ステップと、
前記キュー管理ステップにより取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出ステップと、を備える情報処理方法。
In the information processing method of the information processing apparatus,
A forward propagation processing step of calculating a forward propagation value by performing forward propagation processing of sensor values detected at different sampling rates by the sensor;
A queue storage step of storing the forward propagation value calculated by the forward propagation processing step in a queue storage means for each queue distinguished at the different sampling rate;
A queue management step for extracting a forward propagation value at one time stored for each queue of the queue storage means;
An information processing method comprising: a predicted value calculation step of calculating a predicted value of a state at a time next to the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue management step.
コンピュータを、
センサにより、異なるサンプリングレートで検出されたセンサ値を順伝播処理することで順伝播値を算出する順伝播処理手段と、
前記順伝播処理手段により算出された順伝播値を、前記異なるサンプリングレートで区別したキューごとに記憶するキュー記憶手段と、
前記キュー記憶手段のキューごとに記憶されている、一の時刻における順伝播値を取り出すキュー管理手段と、
前記キュー管理手段により取り出された前記一の時刻における順伝播値に基づいて、当該一の時刻のつぎの時刻における状態の予測値を算出する予測値算出手段、
として実行させるための情報処理プログラム。
Computer
Forward propagation processing means for calculating forward propagation values by performing forward propagation processing of sensor values detected at different sampling rates by a sensor;
Queue storage means for storing the forward propagation value calculated by the forward propagation processing means for each queue distinguished at the different sampling rates;
Queue management means for retrieving a forward propagation value at one time stored for each queue of the queue storage means;
A predicted value calculating means for calculating a predicted value of a state at the next time of the one time based on the forward propagation value at the one time taken out by the queue managing means;
Information processing program to be executed as
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020009410A (en) * 2018-07-09 2020-01-16 タタ コンサルタンシー サービシズ リミテッドTATA Consultancy Services Limited System and method for classifying multidimensional time series of parameter

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