JP2022013844A - 情報処理方法、情報処理装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑で非線形な、連続データ又は離散データの混合物である観測データから因果関係を正確、かつ、効果的に決定する情報処理方法、電子機器及びコンピュータ記憶媒体を提供する。
【解決手段】情報処理方法は、観測データである変数セットを取得し（２０２）、変数間の可能な因果関係を決定することができる因果モデルを取得し（２０４）、因果モデルを用いて、変数セットにおける変数のタイプに基づき、変数セットにおける変数の間の因果関係を決定する（２０６）。
【選択図】図２

Description

本開示の例示的実施形態は、因果関係決定の技術分野に関し、より具体的には、情報処理方法、電子機器及びコンピュータ記憶媒体に関する。

因果の発見は、困難ではあるものの強力なデータ分析ツールとして公に認識されている。この手法により、複雑なシステムの因果構造の解明を支援し、潜在的な生成メカニズムに明確な説明を与えることが可能になる。介入実験又はランダム化実験は、因果関係の発見に対し優れた基準を提供するが、多くの場合、このような方法は実行不可能である。あるいは、受動的に観測されたデータから因果関係を復元することができるが、これは適切な条件下ではすでに可能になっている。

観測データから因果関係を発見することは、基本的な課題である。長年にわたり、この目的のために数多くの手法が提案されてきたが、これらは通常、単一タイプのデータ、すなわち連続変数のみ、又は離散変数のみを扱うことができる。近年、混合データタイプについて因果構造発見法が数多く開発され、応用範囲が広がっている。しかし、その多くはグラフのマルコフ同値類を特定するだけなので、得られた因果関係グラフに無向性の辺が残り、したがって因果関係を正確かつ効果的に決定することができない。

本開示の例示的実施形態は、情報処理を行う技術的解決手段を提供する。

本開示の第１の態様では、情報処理方法が提供される。該方法は、変数セットを取得することと、因果モデルを取得することと、前記因果モデルを用いて、前記変数セットにおける変数のタイプに基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定することとを含む。

本開示の第２の態様では、情報処理装置が提供される。該装置は、少なくとも１つの処理ユニットと、該少なくとも１つの処理ユニットに結合され、該少なくとも１つの処理ユニットによって実行される命令を記憶する少なくとも１つのメモリとを備え、該命令は、該少なくとも１つの処理ユニットによって実行されると該デバイスに動作を実行させる。該動作は、変数セットを取得することと、因果モデルを取得することと、前記因果モデルを用いて、前記変数セットにおける変数のタイプに基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定することとを含む。

本開示の第３の態様では、コンピュータ可読記憶媒体が提供される。コンピュータ可読記憶媒体には、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令が記憶され、前記コンピュータが読み取り可能なプログラム命令は、第１の態様に記載の方法を実行するためのものである。

発明の概要部分は、概念に対する選択を簡略化して提示するためのものである。これらについては、以下の実施形態においてさらに説明を行う。発明の概要部分の記述は、本開示の重要又は必要な特徴を標記することを意図したものではなく、本開示の範囲を限定することも意図していない。

図面と結び付けて、本開示の例示的な実施形態をさらに詳細に説明することで、本開示の上記及び他の目的、特徴及び利点をさらに明らかにする。本開示の例示的な実施形態において、同一の参照符号は通常、同一部材を示す。

本開示の例示的実施形態の情報処理方法を実現可能な情報処理環境１００の模式図を示す。 本開示の例示的実施形態にかかる情報処理方法２００のフローチャートを示す。 本開示の例示的実施形態にかかる情報処理プロセス３００の模式図を示す。 本開示の例示的実施形態にかかる因果関係グラフ４００の模式図を示す。 本開示の例示的実施形態にかかる情報処理装置５００のブロック図を示す。 本開示内容の例示的実施形態を実施するための例示的デバイス６００の模式図を示す。

各図において、同一又は対応する図面符号は、同一又は対応する部材を示す。

以下、図面を参照しつつ、本開示の好ましい実施形態についてより詳細に説明する。図には本開示の好ましい実施形態が示されているが、理解すべき点として、本開示は様々な形式で実現することが可能であり、ここに記載された実施形態に限定されるべきではない。むしろ、これらの実施形態を提供するのは、本開示をより徹底した完全なものにし、本開示の範囲を当業者に全体的に伝えられるようにするためである。

本明細書で使用される用語「含む」及びその変形は、「…を含むが、これらに限定されない」という開放的な「含む」を表す。特に明記されていない限り、用語「又は」は、「及び／又は」を表す。用語「…に基づいて」は、「少なくとも部分的に基づく」ことを表す。用語「１つの例示的実施形態」及び「１つの実施形態」は、「少なくとも１つの実施形態」を表す。用語「他の実施形態」は、「少なくとも１つの他の実施形態」を表す。用語「第１」、「第２」等は、異なるか又は同一の対象を示すことができる。以下の文中ではさらに、その他の明確な定義及び暗黙の定義が含まれる可能性がある。

背景技術において述べたように、従来の因果関係の決定方法では、観測データから因果関係を正確且つ効果的に決定することができない。

具体的には、従来の因果関係の決定方法では、マルコフ条件及び忠実性を設定することにより、条件付き独立の方法に基づき、例えば、コンピュータによる統計的検定（条件付き独立性検定）を用いて結合分布から因果関係のフレームワークを特定し、一連のルールによって辺をマルコフ同値類に方向付けすることができる（例：Ｖ字構造（v-structure）又は合流点の特定、ループの回避等）。逆に、因果のメカニズムとデータ分布は特定のモデルタイプ（特定可能な機能モデル又は構造方程式モデリング（ＳＥＭ））によって説明され、データ生成プロセスがそのようなモデルタイプに属していれば、完全な因果グラフを特定することができる。

しかしながら、このような方法はほとんど、連続データタイプ又は離散データタイプといった単一データタイプに関わる限定的な条件に依存している。最近の研究では、データタイプに関するこのような条件を緩和し、混合データから因果構造を復元することに注目が集まっている。そのため、制約ベースの方法及びスコアベースの方法が提案されている。しかし、これらの方法の多くは、条件付き独立性検定を直接用いて、又は変数間の（条件付き）独立関係の特性に基づいて、スコア関数を導入しているため、グラフのマルコフ同値類のみを特定し、その結果、無向辺がいくつか残ってしまう。また、因果構造をコード化する有向非巡回グラフ（ＤＡＧ）を特定できる方法があるが、この方法は線形の因果メカニズムにしか使用されないため、適用範囲が限られている。

上述の問題及び他の潜在的な問題のうち１つ又は複数の問題を少なくとも部分的に解決するために、本開示の実施形態では、混合データタイプの変数を利用して、変数間の因果関係を決定するモデルを提供する。該モデルは変数及びそれらの親変数の集合を入力として取得し、変数間の因果順序を決定し、また、選択的に相関度を決定することができ、ひいては変数間の因果関係を決定し、その後、有向非巡回グラフの形式で、決定した因果関係を出力することができる。

図１は、本開示のいくつかの例示的実施形態における情報処理方法を実現可能な情報処理環境１００の模式図を示す。図１に示すように、情報処理環境１００は、コンピュータ装置１２０の入力データである観測データ１１０、コンピュータ装置１２０、及びコンピュータ装置１２０の出力データである因果関係１３０を備える。指摘すべき点として、情報処理環境１００は拡張可能である。情報処理環境１００は、入力データである観測データ１１０、出力データである因果関係１３０をそれぞれ、もっと多く含むことができる。さらには、観測データ１１０を並行して計算できるようサポートするために、もっと多くのコンピュータ装置１２０を備えることができる。図示を簡略化するために、図１では、１つの観測データ１１０、１つのコンピュータ装置１２０及び１つの因果関係１３０のみが示されている。

情報処理環境１００では、コンピュータ装置１２０は、混合タイプ変数についての機能モデルを確立し、それを用いることで、観測データ１１０による因果関係１３０の決定を実現することができる。具体的に、該モデルによって、因果メカニズムが非線形になり、その結果、実際の状況へのより幅広い応用がサポートされる。

図２は、本開示の例示的実施形態にかかる情報処理方法２００のフローチャートを示す。具体的に、方法２００は、コンピュータ装置１２０により実行することができる。理解すべき点として、方法２００はさらに、図示しない付加的操作を含むことができ、且つ／又は示された操作を省略することができる。本開示の範囲はこの面で限定されない。

ブロック２０２において、コンピュータ装置１２０は変数セットを取得する。本開示の例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０がブロック２０２で取得した変数セットは即ち、観測データ１１０である。該観測データ１１０は、連続データ及び離散データのうち少なくとも１つを含み、連続データ、離散データはそれぞれ、連続変数タイプ、離散変数タイプに対応する。連続データとは、そのデータに無限の値が存在することを指す。離散データとは、そのデータが取り得る値が有限であることを指す。例えば、人の身長は連続データであり、１．７ｍと１．８ｍとの間にはさらに１．７５ｍがあり、１．７ｍと１．７５ｍとの間にはさらに１．７２ｍがあり、１．７ｍと１．７１ｍとの間にはさらに１．７０５ｍがあり・・・等々、無限に続くため、無限の値が存在する。一方、通勤用に選択可能な交通手段の種類は、バス、地下鉄、自転車、自家用車、電車等、数が限られている。したがって、これは１つの離散データである。個人の居住地の選択、職業の選択も、候補対象の数が限られているので、これも１つの離散データである。

本開示の例示的実施形態によれば、連続変数及び離散変数は、例えば機械加工用の応用システムと関連付けて、応用システムの複数の属性に対応させることができる。例えば、異なる変数はそれぞれ、艶出し段階での品質ランク、部品のサイズ及び滑らかさ、部品の原材料、並びに製品の合否を表すことができる。

ブロック２０４において、コンピュータ装置１２０は因果モデルを取得する。本開示の例示的実施形態によれば、ブロック２０２で取得された変数セット及び前記変数セットと関連する情報、例えば、変数のタイプ、変数の他のサブセット、変数の数等を、因果モデルの入力とすることができる。本開示の例示的実施形態によれば、ブロック２０６で取得される因果モデルは、混合の非線形因果モデルであり、ここで線形とは、均一性及び重ね合わせ性を満たす必要があることを指す。ここで均一性とは、ｙとｘが線形の関係である場合、ａｙとａｘも線形の関係である（ａは任意の実数）ことを指し、重ね合わせ性とは、ｙ１とｘ１が線形の関係でｙ２とｘ２が線形の関係である場合、ｙ１＋ｙ２とｘ１＋ｘ２も線形の関係であることを指す。線形の関係を除く他の関係は、非線形の関係である。より一般的には、均一性と重ね合わせ性の組み合わせを線形と称する。本開示の例示的実施形態によれば、ブロック２０４で取得された因果モデルは、ブロック２０２で取得された変数セット及び該変数セットと関連する情報により、これらの変数間の可能な因果関係を決定することができる。また、さらなる操作により、決定された因果関係を選別することができ、その結果、最終的に正確な因果関係を得ることができる。

ブロック２０６において、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０４で取得した因果モデルを用いて、ブロック２０２で取得した変数セットにおける変数のタイプに基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定する。本開示の例示的実施形態によれば、ブロック２０４で取得した因果モデルは、異なるタイプの変数に対して異なる操作を行うことで、モデルへの入力に、異なるタイプの変数が含まれる状況において、これらの変数間の因果関係を出力することができる。

本開示の例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０２で取得された変数セットにおける各変数について、該変数の親変数の集合を決定し、変数のタイプ及び変数の親変数の集合に基づき、変数間の因果関係を決定することができる。本開示の例示的実施形態によれば、１つの変数の親変数の集合は、該変数の値が依存する変数の集合であり、即ち、該変数と、該変数の親変数の集合における変数との間には、因果関係が存在する。例えば、前述した機械加工の応用システムにおいて、艶出し段階での品質ランク、部品のサイズ及び滑らかさは、製品の合否を決定する原因であり得る。したがって、これらの変数間には因果関係が存在し、艶出し段階での品質ランク、部品のサイズ及び滑らかさといった変数は、変数である製品合否の親変数の集合を構成することができる。

本開示の例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、ブロック２０２で取得された変数セットにおける変数の間の因果順序を決定し、決定された因果順序に基づき、因果関係を決定することができる。本開示の１つの実施例によれば、２つの変数間に因果順序が存在する場合に限って、これら２つの変数が因果関係を有する可能性があるため、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、例えば欲張り探索の方法により、変数間の可能な因果順序を決定することができる。

本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０はまず、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、ブロック２０２で取得された変数セットにおける変数の間の初期的因果順序を決定することができる。その後、コンピュータ装置１２０は、初期的因果順序の適合度を決定することができる。ここで、適合度とは、初期的因果順序が変数間の因果順序の確率を正確に表していることを指す。最後に、コンピュータ装置１２０は、適合度及び初期的因果順序に基づき、変数間の因果順序を決定することができる。

本開示の別のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０はまず、ブロック２０２で取得された変数セットにおける変数について決定された各変数の親変数の集合に基づき、変数セットにおける各変数の親関係グラフを生成することができる。その後、コンピュータ装置１２０は、該親関係グラフに基づき、例えばグラフ理論の方法を用いて、変数間の因果順序を決定することができる。

本開示の例示的実施形態によれば、２つの変数間の相関度が低い場合、この２つの変数間に因果順序が存在すると認められたとしても、決定され得る因果関係がこの２つの変数間に存在しない可能性がある。したがって、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、例えば欲張り探索の方法により、変数間の相関度をさらに決定し、決定された因果順序及び相関度に基づき因果関係を決定することができる。

本開示の別のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０はまず、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、決定された変数間の因果順序に基づき、ブロック２０２で取得された変数セッにおける変数の間の初期的因果関係を決定することができる。その後、コンピュータ装置１２０は、初期的因果関係に対し、条件付き独立性検定を行う。最後に、コンピュータ装置１２０は、条件付き独立性検定の結果及び初期的因果関係に基づき、変数間の因果関係を決定することができる。この操作に追加して、コンピュータ装置１２０はまず、変数間の相関度を決定し、決定された変数間の因果順序及び決定された変数間の相関度に基づき、初期的因果関係を決定してもよい。因果順序及び相関度を同時に用いるため、このとき決定された初期的因果関係は、より正確なものになる。

本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０はまず、前記変数セットに関する因果情報を取得することができる。前記因果情報は、前記変数セットにおける一部の変数の間の部分的な因果関係を示し、前記因果情報は専門家知識の集積を含むことができる。その後、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０４で取得された因果モデルを用いて、決定された変数間の因果順序及び因果情報に基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定することができる。理解すべき点として、前記因果情報は、観測データ１１０である前記変数セットに関する。したがってブロック２０２、２０４又は２０６のいずれかのブロックに示す操作において取得される。追加で、この操作において、コンピュータ装置１２０はまず、変数間の相関度を決定し、決定された変数間の因果順序、相関度及び因果情報に基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定してもよい。その結果、因果関係をより正確に決定することができる。

本開示の別のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０は、制約ベースの方式及び探索ベースの方式のうち少なくとも１つにより、因果関係を決定することができる。制約ベースの典型的な技術方式は主に、ＰＣ（Peter-Clark）アルゴリズム及び帰納的因果（Inductive Causation）アルゴリズム等を含み、無向グラフ学習段階及び方向学習段階を含むことができる。探索ベースの方式は例えば、欲張り等価探索（ＧＥＳ：Greedy Equivalence Search）方式を含む。

本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、ブロック２０６で決定された前記変数セットにおける変数の間の因果関係は、有向非巡回グラフの形式を有することができる。該有向非巡回グラフはノード及び辺を含む。ノードは前記変数セットにおける変数を表し、辺はこれらの変数間の因果関係を表す。

本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、ブロック２０６で決定された因果関係に基づき、応用システムの性能を向上させることができる。具体的には、調整，モニタリング等の方法により、応用システムの因果関係において原因となる変数に影響を与えることで、前記応用システムの性能を向上させることができる。また、所定条件を満たすと、分析結果である因果関係を自動出力する方法により、前記応用システムの改良又は性能向上を促すことができる。例として、送電システムについて、各送電装置での中間電圧、送電システムの稼働状態及び電流と、電気エネルギー損失との因果関係を決定すると、探し出した因果関係に基づき、電気エネルギー損失に最も影響を及ぼす変数を優先して調整することができる。こうすることで、送電システムの性能を向上させることができる。

本開示の別のいくつかの例示的実施形態によれば、ブロック２０６で決定された因果関係に基づき、応用システムの稼働を調整することができる。例えば、因果関係に基づき、応用システムの障害を排除することができる。例えば機械加工システムでは、各属性と製品の合否との因果関係が決定された場合、探し出した因果関係に基づき、不合格製品に最も影響を及ぼす属性を優先的に調整することができる。

本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、コンピュータ装置１２０は、ブロック２０６で決定された因果関係を送信することができる。例えば、コンピュータ装置１２０は因果関係を前述の１つ又は複数の応用システムに送信することができ、因果関係に基づき応用システムの因果関係において原因となる変数を調整することができる。例えば、観測データを調整することができる。

図３は、本開示の例示的実施形態にかかる情報処理プロセス３００の模式図を示す。

情報処理プロセス３００により、本開示の実施形態では、混合データタイプに用いられる構造方程式モデリングを提案している。該モデルによって、因果メカニズムが非線形になり、その結果、実際の状況へのより幅広い応用がサポートされる。本開示の実施形態によれば、モデルに従ったデータ分布から因果構造を特定することができ、有向非巡回グラフにより、特定された因果構造を提示することができる。本開示のモデルに基づき、最尤推定手段がさらに提供される。該最尤推定手段は、変数間において、因果構造ではなく因果順序を選択するためのものであり、該最尤推定手段の結果は、順序の一致性を有する。この方法を採用した理由は以下のとおりである。即ち、順序の空間は、有向非巡回グラフの空間よりもはるかに小さいため、探索が容易であり、また、変数間の順序がわかれば、因果構造学習を変数選択に帰結させることができる。これは、スパース回帰又は（条件付き）独立性検定により解決することができ、その結果、計算のオーバーヘッドが小さい中で因果構造学習を行うことができる。したがって、本開示ではさらに、新規の順序空間分割法の恩恵を受けた効率的な順序探索法も提案される。該方法では、最尤推定手段を利用して因数最適化問題を構築し、その問題上で欲張り探索を用いて因果順序を復元する。順序探索をさらに加速化するために、本開示ではまず、カーネル（kernel）アライメント法を備えたグラフィカルラッソ（lasso）を用いて、変数間のスパース性フレームワークを学習し、その後、該フレームワークを、一連のトポロジカルソートの制約に投影して探索空間を縮小する。上述の方法を用いて、変数間の因果関係を正確に確定することができる。

情報処理プロセス３００では、観測データ１１０の入力に伴い、初期モデリング段階３１０に入る。本開示の例示的実施形態によれば、初期モデリング段階３１０において、混合の非線形因果モデルを構築する。該モデルでは、離散変数と連続変数の混合変数間の非線形関係が描かれる。また、さらなる内容によってこのモデルの同定性を証明することができる。

ここで、Ｓ_ｉはＤ個の方程式におけるｉ番目の方程式である。

上述の構築したモデルの同定性を証明する場合、まず以下の仮定を考慮し、その後、これらの仮定の下で混合の非線形因果モデルの同定性を証明する。

初期モデリング段階３１０の後、因果順序決定段階３２０に入る。

本開示の実施形態によれば、混合の非線形因果モデルに従う結合分布から、真の因果構造を特定することができるが、最適な因果グラフを探し出すために有向非巡回グラフ空間全体を探索するのは、依然として時間のかかる作業である。有向非巡回グラフの制約がある構造学習の問題は、変数間の最適な順序を学習する問題に変換することができ、順序空間は有向非巡回グラフ空間よりもはるかに小さいので、直感的により容易に思われる。順序が決まれば、変数の親を、該変数の前の変数のサブセットとして制約することで、非循環的な制約を強制することができ、因果構造の学習を変数の選択に帰結させることができる。こうすることでスパース回帰又は（条件付き）独立性検定による解決が可能になる。

本開示の例示的実施形態によれば、真の因果順序は、混合の非線形因果モデルに従った結合分布から特定することができ、混合非線形情報基準（ＭＮＩＣ）によりバイナリ変数及び連続変数の混合した順序の適合性を評価することができる。ここで、ＭＮＩＣスコアは順序が一致する。

本開示の例示的実施形態によれば、ＭＮＩＣ推定手段は、観測値の負の対数の尤度に基づく。

こうして、ＭＮＩＣ推定手段に基づき、因果順序決定段階３２０における操作をおこない、その結果、異なるタイプの変数を含むモデルの入力について、変数間の可能な因果順序を決定することができる。

本開示の例示的実施形態によれば、因果順序決定段階３２０に対し、付加的な順序決定方法３３０を適用することで、因果関係の推理を加速させる効果を奏することができる。付加的な順序決定方法３３０は、変数セットの序列の制約に基づく空間の切り取りを含むことできる。付加的な順序決定方法３３０は、因果情報３４０の入力を含むことができる。因果情報３４０は、前述した図２を参照して論じた因果情報に対応するため、ここでは詳細に説明しない。

因果順序決定段階３２０の後、因果構造学習段階３５０に入り、その後、出力として因果関係１３０を生成することができる。

アルゴリズム１ ＭＮＩＣに基づく因果構造学習

段階１：トポロジカルソートの制約の生成

段階２：因果順序を推定する（因果順序決定段階３２０に対応）

段階３：余分な辺を削除（因果構造学習段階３５０に対応）

本開示の例示的実施形態によれば、アルゴリズム１の段階３において、独立性判定の方法に基づき辺を除去するだけでなく、特徴選択の方法を用いて辺を除去してもよい。

本開示の例示的実施形態によれば、因果構造学習段階３５０において切り取りを含むことができる。切り取りでは、条件付き独立性検定を用いて、超有向非巡回グラフから疑似辺を切り取る。条件付き独立性検定では、超パラメータがいくつか存在する。これらは、カーネル行列のカーネル幅及び正則化パラメータを構築するためのものである。無条件独立性の検定では、連続変数が単位分散に正則化されているため、これらの点の一対の距離の中央値をカーネル幅として使用する。条件付き独立性検定では、条件の集合が比較的小さい（即ち≦２）場合、これらの点の一対の距離の中央値をカーネル幅として使用する。正則化パラメータには、良好な効果を表す経験値（１０^－３）を用いる。条件の集合が大きい場合、拡張された多出力のガウス過程回帰を用いて、総周辺尤度を最大化することで超パラメータを学習する。

本開示の例示的実施形態によれば、上述したように、因果関係が有向非巡回グラフの形式を有することができる。さらに図４を参照すれば、図４は、本開示の例示的実施形態にかかる因果関係グラフ４００の模式図を示す。

因果関係グラフ４００には１４の変数が含まれ、それぞれ、黒人の割合（Ｂ）４０２、地位が低い人の割合（ＬＳＴ）４０４、区画整理された住宅地の割合（ＺＮ）４０６、雇用中心地までの加重距離（ＤＩＳ）４０８、教師と生徒の比率（ＰＴＲ）４１０、全額の固定資産税率（ＴＡＸ）４１２、チャールズ川沿いの立地（ＣＨＡＳ）４１４、放射状の道路へのアクセス性指数（ＲＡＤ）４１６、平均部屋数（ＲＭ）４１８、住宅中央値（ＭＥＤ）４２０、１９４０年以前の建築の割合（ＡＧＥ）４２２、一酸化窒素濃度（ＮＯＸ）４２４、非小売業の比重（ＩＮＤＵＳ）４２６、犯罪率（ＣＲＩ）４２８であり、ここでチャールズ川沿いの立地４１４は離散変数である。因果関係グラフ４００は、ボストン住宅データ集から生成した因果グラフを具体的に示す。これは、本開示の例示的実施形態にかかる情報処理方法２００を用いて、５００超のサンプルを用いて決定された因果関係グラフである。

因果関係グラフ４００は、平均部屋数（ＲＭ）、地位が低い人の割合（ＬＳＴ）、１９４０年以前の建築の割合（ＡＧＥ）及び犯罪率（ＣＲＩ）が、住宅価格の中央値（ＭＥＤ）の直接原因であることを示いている。この他、因果関係図４００はさらに、例えば税率（ＴＡＸ）から、教師と生徒の比率（ＰＴＲ）、雇用中心地までの距離（ＤＩＳ）まで、さらには放射状の道路へのアクセス性指数（ＲＡＤ）までのリンクを示している。

このように、本開示の例示的実施形態による情報処理方法２００は、特に密なグラフや混合データ比率が高い場合に、因果構造の発見や順序の復元の面で良好な結果をもたらすことができることがわかる。

以上、図１～図４を参照し、本開示のいくつかの例示的実施形態における情報処理方法を実現可能な情報処理環境１００、本開示の例示的実施形態にかかる情報処理方法２００、本開示の例示的実施形態による情報処理プロセス３００、及び本開示の例示的実施形態にかかる因果関係グラフ４００の関連内容を説明した。理解すべき点として、上述の説明は、本開示に記載された内容をより適切に示すためのものであり、いかなる限定を行うものではない。

理解すべき点として、本開示の上述の各図で採用した各要素の数及び物理量のサイズはあくまでも例にすぎず、本開示の保護範囲を限定するものではない。上述の数及びサイズは、必要に応じて任意に設定することができ、本開示の実施形態の正常実施に影響を及ぼすことはない。

上記内容では、図１～図４を参照して本開示の実施形態にかかる情報処理方法の詳細を説明した。以下、図５を参照して情報処理装置における各モジュールを説明する。

図５は、本開示の例示的実施形態にかかる情報処理装置５００のブロック図を示す。図５に示すように、情報処理装置５００が提供され、情報処理装置５００は、変数セットを取得するように設定される変数取得モジュール５０２と、因果モデルを取得するように設定される因果モデル取得モジュール５０４と、前記因果モデルを用いて、前記変数セットにおける変数のタイプに基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定する因果関係決定モジュール５０６とを備える。本開示のいくつかの例示的実施形態によれば、情報処理装置５００は、上記した図２に示す情報処理方法２００にかかる具体的ステップを実行するように設定される。

いくつかの実施形態において、前記変数セットにおける変数のタイプは、連続変数タイプ及び離散変数タイプのうち少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、前記変数セットにおける各変数について、前記変数の値が依存する変数の集合である、前記変数の親変数の集合を決定するように設定される親変数集合決定モジュール（図示せず）と、前記タイプ及び前記親変数の集合に基づき前記因果関係を決定するように設定される第１因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、前記変数セットにおける前記変数の間の因果順序を決定するように設定される因果順序決定モジュール（図示せず）と、前記因果順序に基づき、前記因果関係を決定するように設定される第２因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果順序決定モジュールは、前記変数セットにおける変数の間の初期的因果順序を決定するように設定される初期的因果順序決定モジュール（図示せず）と、前記初期的因果順序が前記変数の間の因果順序を正確に表す確率を示す、前記初期的因果順序の適合度を決定するように設定される適合度決定モジュール（図示せず）と、前記適合度及び前記初期的因果順序に基づき前記因果順序を決定するように設定される第１因果順序決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果順序決定モジュールは、前記変数セットにおける各変数について、前記変数の値が依存する変数の集合である、前記変数の親変数の集合を決定するように設定される親変数集合決定モジュール（図示せず）と、前記親変数の集合に基づき、前記変数セットにおける各変数の親関係グラフを生成するように設定される親関係グラフ生成モジュール（図示せず）と、前記親関係グラフに基づき前記因果順序を決定するように設定される第２因果順序決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、前記タイプに基づき、前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定するように設定される相関度決定モジュール（図示せず）と、前記因果順序及び前記相関度に基づき、前記因果関係を決定するように設定される第３因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、前記因果順序に基づき、前記変数セットにおける変数の間の初期的因果関係を決定するように設定される初期的因果関係決定モジュール（図示せず）と、前記初期的因果関係に対し条件付き独立性検定を行うように設定される条件付き独立性検定モジュール（図示せず）と、前記条件付き独立性検定の結果及び前記初期的因果関係に基づき、前記因果関係を決定するように設定される第４因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、初期的因果関係決定モジュールは、前記タイプに基づき前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定するように設定される相関度決定モジュール（図示せず）と、前記因果順序及び前記相関度に基づき前記変数セットにおける変数の間の初期的因果関係を決定するように設定される第１初期的因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、前記変数セットにおける一部の変数の間の部分的な因果関係を示す、前記変数セットに関する因果情報を取得するように設定される因果情報取得モジュール（図示せず）と、前記因果順序及び前記因果情報に基づき、前記変数セットにおける変数の間の前記因果関係を決定するように設定される第５因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、第５因果関係決定モジュールは、前記タイプに基づき前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定するように設定される相関度決定モジュール（図示せず）と、前記因果順序、前記相関度及び前記因果情報に基づき前記変数セットにおける変数の間の前記因果関係を決定するように設定される第６因果関係決定モジュール（図示せず）とを備える。

いくつかの実施形態において、因果関係決定モジュール５０６は、制約ベースの方式及び探索ベースの方式のうち少なくとも１つにより前記因果関係を決定するように設定される第７因果関係決定モジュール（図示せず）を備える。

いくつかの実施形態において、前記因果関係は有向非巡回グラフの形式を有する。前記有向非巡回グラフはノード及び辺を含み、前記ノードは前記変数セットにおける変数を表し、前記辺は前記変数の間の因果関係を表す。

いくつかの実施形態において、前記変数セットは応用システムと関連し、前記応用システムの複数の属性を表す。

いくつかの実施形態において、情報処理装置５００はさらに、前記因果関係に基づき前記応用システムの性能を向上させるように設定される性能向上モジュール（図示せず）、及び前記因果関係に基づき前記応用システムの障害を排除するように設定される障害排除モジュール（図示せず）のうち、少なくともいずれか１つを備える。

図１から図５を参照して上述したように、本開示の実施形態による技術的解決手段は、従来の解決手段に比べて多くの利点がある。例えば、この技術的解決手段を用いれば、新しいモデルを用いて、複雑で非線形な、連続データ又は離散データの混合物を処理することができ、これらの観測データについて観測データ間の因果関係を決定することができる。この技術的解決手段は、複雑な混合観測データを処理できるだけでなく、より効率的かつ効果的な因果関係の決定を可能にし、製薬、製造、市場分析等の応用システムに応用することができ、こうした応用システムの性能向上や、障害排除に役立てることができる。

図６は、本開示の内容の例示的実施形態を実施可能な例示的デバイス６００の模式図を示す。例えば、図１に示すコンピュータ装置１２０は、デバイス６００によって実現することができる。図６に示すように、デバイス６００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）６０１を備える。ＣＰＵ６０１は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）６０２に記憶されたコンピュータプログラムの命令、又は記憶ユニット６０８からランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６０３にロードされたコンピュータプログラムの命令に基づき、各種の適切な動作及び処理を実行することができる。ＲＡＭ６０３にはさらに、デバイス６００の操作に必要な各種プログラム及びデータを記憶することができる。ＣＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２及びＲＡＭ６０３はバス６０４を介して互いに接続されている。入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート６０５もバス６０４に接続されている。

デバイス６００における複数の部材は、Ｉ／Ｏポート６０５に接続されている。複数の部材には、キーボード、マウス等の入力ユニット６０６、様々な種類のディスプレイ、スピーカ等の出力ユニット６０７、磁気ディスク、光ディスク等の記憶ユニット６０８、及びネットワークインタフェースカード、モデム、無線通信送受信機等の通信ユニット６０９が含まれる。通信ユニット６０９によって、デバイス６００は、インターネットのようなコンピュータネットワーク及び／又は各種電信ネットワークを介して、他のデバイスと情報／データを交換することができる。

上述した各プロセス及び処理、例えば方法２００は、処理ユニット６０１により実行することができる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、方法２００は、コンピュータソフトウェアプログラムとして実現可能であり、記憶ユニット６０８のようなデバイスが読み取り可能な媒体に、有形記憶されている。いくつかの実施形態において、コンピュータプログラムの一部又は全部は、ＲＯＭ６０２及び／又は通信ユニット６０９を経由してデバイス６００にロード及び／又はインストールすることができる。コンピュータプログラムがＲＡＭ６０３にロードされＣＰＵ６０１により実行されると、上述した方法２００の一つ又は複数の動作を実行することができる。

本開示の例示的実施形態では、情報処理装置が提供される。情報処理装置は、少なくとも１つのプロセッサユニットと、少なくとも１つのプロセッサユニットに結合され、少なくとも１つのプロセッサユニットによって実行される命令を記憶する少なくとも１つのメモリとを備え、命令は、前記少なくとも１つのプロセッサユニットによって実行されると、該機器に上述した方法２００を実行させる。

本開示は、方法、装置、システム及び／又はコンピュータプログラム製品であり得る。コンピュータプログラム製品は、本開示の各態様を実行するためのコンピュータが読み取り可能なプログラム命令が格納されたコンピュータ可読記憶媒体を備えることができる。

コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスにより使用される命令を保持し記憶することができる有形デバイスであり得る。コンピュータ可読記憶媒体は例えば、電気記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置、電磁気記憶装置、半導体記憶装置又は上述の任意の適切な組合せであり得るが、これらに限られない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例として（全てではない）、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去・書き込み可能なリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、スタティックＲＡＭ （ＳＲＡＭ：Static Random Access Memory）、携帯型コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリースティック、フロッピーディスク、機械的エンコーダディスク、例えば命令が記憶されているパンチカード又は溝内の突起構造、及び上述の任意の適切な組み合せが含まれる。ここで使用されるコンピュータ可読記憶媒体は、例えば無線電波若しくは他の自由伝播する電磁波、導波若しくは他の送信媒体を介して伝播する電磁波（例えば、光ケーブルを介する光パルス）、又は電線で送信される電気信号のような、瞬時の信号そのものであるとは解釈されない。

ここで説明されるコンピュータが読み取り可能なプログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体から各計算／処理デバイスにダウンロードすることができ、又は、ネットワーク、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク及び／若しくは無線ネットワークを介して外部のコンピュータ若しくは外部記憶装置にダウンロードすることができる。ネットワークは、銅線送信ケーブル，光ケーブル送信、無線送信、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ及び／又はエッジサーバを含むことができる。各計算／処理デバイスにおけるネットワークインタフェースカード又はネットワークインタフェースは、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令をネットワークから受信し、該コンピュータが読み取り可能なプログラム命令を転送し、各計算／処理デバイスのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されるようにする。

本開示の操作を実行するためのコンピュータプログラム命令は、アセンブラ指示文、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ：Instruction Set Architecture）、機械語命令、機械関連命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又は、一種類若しくは複数種類のプログラミング言語の任意の組合せで記述されたソースコード若しくはオブジェクトコードであり得る。前記プログラミング言語は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向のプログラミング言語、及び、「Ｃ」言語又は類似のプログラミング語言のような一般的なプロセス式プログラミング言語を含む。コンピュータが読み取り可能なプログラム命令は、全てユーザコンピュータ上で実行することができ、部分的にユーザコンピュータ上で実行することができ、１つの独立したソフトウェアパッケージとして実行することができ、ユーザコンピュータ上で部分的に実行するとともにリモートコンピュータ上で部分的に実行することができ、又は全てリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。リモートコンピュータにかかる状況において、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介して、ユーザコンピュータに接続することができるか、又は、外部のコンピュータに接続することができる（例えばインターネットサービスプロバイダを利用しインターネットを介して接続する）。いくつかの例示的実施形態では、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令のステータス情報を利用して、例えばプログラマブルロジック回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又はプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）のような電子回路をパーソナライズすることができる。該電子回路は、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令を実行することで、本開示の各態様を実現することができる。

ここでは、本開示の例示的実施形態にかかる方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して、本開示の各態様を説明した。理解すべき点として、フローチャート及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート及び／又はブロック図の各ブロックの組合せは、いずれも、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令により実現可能である。

これらのコンピュータが読み取り可能なプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は他のプログラミング可能なデータ処理装置のプロセッサユニットに提供されて、マシンを生成することができ、これらの命令がコンピュータ又は他のプログラミング可能なデータ処理装置のプロセッサユニットで実行されると、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで規定された機能／動作を実現する装置が生成される。これらのコンピュータが読み取り可能なプログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されてもよい。これらの命令によって、コンピュータ、プログラミング可能なデータ処理装置及び／又はその他のデバイスは特定の方法で動作を行う。したがって、命令が記憶されているコンピュータ可読媒体は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで規定された機能／動作を実現する各態様の命令が含まれている製品を含む。

コンピュータが読み取り可能なプログラム命令を、コンピュータ、他のプログラミング可能なデータ処理装置又は他のデバイスにロードして、コンピュータ、他のプログラミング可能なデータ処理装置又は他のデバイス上で一連の操作を実行させ、コンピュータが実現するプロセスを生成してもよい。こうすることで、コンピュータ、他のプログラミング可能なデータ処理装置又は他のデバイスで実行される命令に、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで規定された機能／動作を実現させる。

図中のフローチャート及びブロック図は、本開示の複数の例示的実施形態にかかるシステム、方法、コンピュータプログラム製品の実現可能なアーキテクチャ、機能及び操作を表している。この点において、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、１つのモジュール、プログラムセグメント又は命令の一部を示すことができ、前記モジュール、プログラムセグメント又は命令の一部は、規定されたロジック機能を実現するための１つ又は複数の実行可能な命令を含む。代替としてのいくつかの実現形態において、ブロック内に表記された機能は、図中の表記と異なる順序で発生してもよい。例えば、２つの連続するブロックは実際には基本的に並行して実行することができるが、場合によっては反対の順序で実行されてもよい。これは、関係する機能によって定められる。また、注意すべき点として、ブロック図及び／又はフローチャートの各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャートのブロックの組合せは、規定された機能又は動作を実行する、ハードウェアに基づく専用システムで実現することができ、又は、専用のハードウェアとコンピュータ命令との組合せにより実現することができる。

以上、本開示の各実施形態を説明したが、上述した説明は、例示的なもので、全て網羅したものではなく、開示された各実施形態に限定されない。説明した各実施形態の範囲及び精神から逸脱しない状況において、当業者が多数の修正及び変更を行うことができることは明らかである。ここで使用された用語は、各実施形態の原理、実際の応用又は市場での技術改良について最適な説明を行うこと、又は当業者に本明細書で開示された各実施形態を理解してもらうことを意図して、選択したものである。

Claims (17)

1. 変数セットを取得することと、
   因果モデルを取得することと、
   前記因果モデルを用いて、前記変数セットにおける変数のタイプに基づき、前記変数セットにおける変数の間の因果関係を決定することと
   を含む、情報処理方法。
2. 前記タイプは、連続変数タイプ及び離散変数タイプのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記因果関係を決定することは、
   前記変数セットにおける各変数について、前記変数の値が依存する変数の集合である、前記変数の親変数の集合を決定することと、
   前記タイプ及び前記親変数の集合に基づき前記因果関係を決定することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記因果関係を決定することは、
   前記変数セットにおける前記変数の間の因果順序を決定することと、
   前記因果順序に基づき、前記因果関係を決定することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記因果順序を決定することは、
   前記変数セットにおける前記変数の間の初期的因果順序を決定することと、
   前記初期的因果順序が前記変数の間の前記因果順序を正確に表す確率を示す、前記初期的因果順序の適合度を決定することと、
   前記適合度及び前記初期的因果順序に基づき前記因果順序を決定することと
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記因果順序を決定することは、
   前記変数セットにおける各変数について、前記変数の値が依存する変数の集合である、前記変数の親変数の集合を決定することと、
   前記親変数の集合に基づき、前記変数セットにおける各変数の親関係グラフを生成することと、
   前記親関係グラフに基づき前記因果順序を決定することと
   を含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記因果関係を決定することは、
   前記タイプに基づき前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定することと、
   前記因果順序及び前記相関度に基づき前記因果関係を決定することと
   を含む、請求項４に記載の方法。
8. 前記因果関係を決定することは、
   前記因果順序に基づき、前記変数セットにおける変数の間の初期的因果関係を決定することと、
   前記初期的因果関係に対し条件付き独立性検定を行うことと、
   前記条件付き独立性検定の結果及び前記初期的因果関係に基づき、前記因果関係を決定することと
   を含む、請求項４に記載の方法。
9. 前記初期的因果関係を決定することは、
   前記タイプに基づき前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定することと、
   前記因果順序及び前記相関度に基づき前記変数セットにおける変数の間の初期的因果関係を決定することと
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記因果関係を決定することは、
    前記変数セットにおける一部の変数の間の部分的な因果関係を示す、前記変数セットに関する因果情報を取得することと、
    前記因果順序及び前記因果情報に基づき、前記変数セットにおける変数の間の前記因果関係を決定することと
    を含む、請求項４に記載の方法。
11. 前記因果関係を決定することは、
    前記タイプに基づき前記変数セットにおける前記変数の間の相関度を決定することと、
    前記因果順序、前記相関度及び前記因果情報に基づき前記変数セットにおける変数の間の前記因果関係を決定することと
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記因果関係を決定することは、制約ベースの方式及び探索ベースの方式のうち、いずれか１つにより前記因果関係を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記因果関係は有向非巡回グラフの形式を有し、前記有向非巡回グラフはノード及び辺を含み、前記ノードは前記変数セットにおける変数を表し、前記辺は前記変数の間の因果関係を表す、請求項１に記載の方法。
14. 前記変数セットは応用システムと関連し、前記応用システムの複数の属性を表す、請求項１に記載の方法。
15. 前記因果関係に基づき前記応用システムの性能を高めること、及び
    前記因果関係に基づき前記応用システムの障害を排除することのうち、
    少なくともいずれか１つをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 少なくとも１つのプロセッサユニットと、
    前記少なくとも１つのプロセッサユニットに結合され、前記少なくとも１つのプロセッサユニットによって実行される命令を記憶する少なくとも１つのメモリと
    を備え、
    前記命令が前記少なくとも１つのプロセッサユニットによって実行される場合、前記命令により、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法を実行する情報処理装置。
17. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法を実行するための、コンピュータが読み取り可能なプログラム命令が記憶されているコンピュータ可読記憶媒体。

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