JP5198994B2 - Time required prediction system, method and program - Google Patents
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Description
この発明は、交通路において、ある経路を乗物などで走行する際の所要時間を予測するシステム、方法及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a system, a method, and a program for predicting a time required for traveling on a route on a traffic route with a vehicle or the like.
近年、交通量の予測が都市計画上重要な問題となってきている。いわゆる、高度道路交通システム(Intelligent Transportation System)が、特に1990年代後半以降、活発に研究されている。 In recent years, traffic prediction has become an important issue in urban planning. The so-called Intelligent Transportation System has been actively researched, especially since the late 1990s.
その際に1つの課題となるのは、ある経路に沿っての所要時間をシステム的に予測することである。なぜなら、保安上、利便性、その他の理由で、任意の経路間のおおよその所要時間を予測できるようにしておくことが望ましいからである。 In this case, one problem is to systematically estimate the required time along a certain route. This is because it is desirable to be able to predict the approximate required time between arbitrary routes for security, convenience, and other reasons.
従来技術として、特開平11−306480号公報に記載された技術は、高速道路の通行券データから対象区間の各単位区間の基準走行所要時間を作成する基準ファイルを作成し、この作成された基準走行所要時間の中から過去数日分の類似の基準走行所要時間を取り出し、統計モデルのパラメータを推定するとともに、この推定されたパラメータを用いて当日の走行所要時間を予測することを開示する。 As a conventional technique, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-306480 creates a reference file for creating a reference travel time for each unit section of a target section from expressway ticket data, and this created reference It is disclosed that similar reference travel times for the past several days are extracted from travel time, the parameters of a statistical model are estimated, and the travel time of the day is predicted using the estimated parameters.
一方、より最近の文献として、特開2003−272084号公報や、"T. Nakata and J. Takeuchi, Mining traffic data from probe-car system for travel time prediction. In Proc. ACM SIGKDD Intl. Conf. Knowledge Discovery and Data mining, pages 817-822, 2004"には、自己回帰モデルに立脚した時系列モデルに基づく所要時間予測システムが記述されている。 On the other hand, as more recent documents, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-272084, “T. Nakata and J. Takeuchi, Mining traffic data from probe-car system for travel time prediction. In Proc. ACM SIGKDD Intl. Conf. Knowledge Discovery and Data mining, pages 817-822, 2004 "describe a time prediction system based on a time series model based on an autoregressive model.
しかし、自己回帰モデルを精度よく推定するためには、十分多くのサンプルが必要であり、このため、所要時間予測の対象は、多くのサンプルが得やすい高速道路、幹線道路、及び大通りに限られていた。 However, in order to estimate the autoregressive model accurately, a sufficiently large number of samples are necessary. Therefore, the target of time required for prediction is limited to highways, highways, and avenues where many samples are easily obtained. It was.
一方で、カーナビゲーションシステムと連動した高精度の道路交通システムを実現しようとすると、所定の精度を得るために多くのサンプルを要する従来の技術だと、高速道路、幹線道路、及び大通りを外れて抜け道や脇道に車が入ってしまうと、そのような抜け道や脇道に関するサンプルまでも事前に多数集めるのは困難であるため、そのような過去の通行履歴の乏しい通りの所要時間を、所定の精度で予測することが困難であった。 On the other hand, when trying to realize a high-accuracy road traffic system linked to a car navigation system, the conventional technology that requires many samples to obtain a predetermined accuracy would deviate from highways, main roads, and main streets. If a car enters an exit or side street, it is difficult to collect a large number of samples related to such exits and side streets in advance. It was difficult to predict.
この発明の目的は、事前に記録した経路の所要時間のデータに基づき、過去の通行履歴の比較的乏しい通りでも、所要時間を精度よく予測できるようにする技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique that enables a required time to be accurately predicted even on a relatively poor street of past travel history based on data of a required time of a route recorded in advance.
上記を解決すべき課題として研究した結果、本願発明者は、次のような技法に想到した。 As a result of studying the above as a problem to be solved, the present inventor has come up with the following technique.
先ず、本発明の前提として、通行する可能性のある交差点及び道路の主要地点をノードとしてマークし、ノード間を結ぶリンクにラベルとして、文字列を付与する。ラベルとしての文字列は、好適にはリンク毎に一意的であるが、一意的でないラベルも使用することができる。例えば、「北向き」、「南向き」、「北北西」のような方向を、符合化したラベルを使用することができる。より一般的には、8バイトであらわされる整数で足りる。そうしておくと、過去に記録した学習用の経路は、文字列の並びとして表現される。 First, as a premise of the present invention, an intersection that may pass and a main point of the road are marked as nodes, and a character string is given as a label to a link connecting the nodes. The character string as a label is preferably unique for each link, but a non-unique label can also be used. For example, labels in which directions such as “north”, “south”, and “north-northwest” are encoded can be used. More generally, an integer represented by 8 bytes is sufficient. By doing so, the learning route recorded in the past is expressed as a sequence of character strings.
一方、所要時間を予測したい所与の経路もまた同様に、文字列の並びとして表現される。 On the other hand, a given route for which the required time is to be predicted is similarly expressed as a sequence of character strings.
こうして経路が文字列の並びで表されると、文字列カーネル法と呼ばれる類似度の尺度が使えるようになる。文字列カーネルはバイオインフォマティックス(計算生物学)の分野でDNA配列等を比較する目的で開発された類似度尺度であって、分類などのタスクにおいてその有効性が知られている。好適な文字列カーネル法は、p-スペクトルカーネル法である。 When a path is represented by a sequence of character strings in this way, a similarity measure called a character string kernel method can be used. The character string kernel is a similarity measure developed for the purpose of comparing DNA sequences and the like in the field of bioinformatics (computational biology), and its effectiveness is known for tasks such as classification. A preferred string kernel method is the p-spectrum kernel method.
本発明によれば、ガウス過程回帰という手法を用いたコンピュータの処理によって自動的に、その類似度を元に、過去に記録した経路情報が重み付けされる。そしてその重み付けの情報を用いて確率的に、上記所与の経路の所要時間が予測される。 According to the present invention, route information recorded in the past is automatically weighted based on the degree of similarity automatically by computer processing using a technique called Gaussian process regression. Then, the time required for the given route is predicted probabilistically using the weighting information.
以上のように、この発明によれば、経路に対して文字列カーネル法を適用した結果の値で重み付けすることによって、ガウス過程回帰により確率的に、所要時間を予測することができるので、ガウス過程回帰のパラメータ近接付けの性質により、サンプルの少ない付近の経路に対しても比較的精度のよい所要時間の予測を与えることができる。また、ガウス過程回帰を適用したことにより、自然に所要時間の予測の分散も提供される。 As described above, according to the present invention, it is possible to predict the required time stochastically by Gaussian process regression by weighting with a value obtained by applying the string kernel method to the path. Due to the parameter approaching nature of the process regression, it is possible to provide a relatively accurate prediction of the required time even for a nearby route with few samples. The application of Gaussian process regression also provides a natural variance of the required time prediction.
以下、図面に従って、本発明の実施例を説明する。これらの実施例は、本発明の好適な態様を説明するためのものであり、発明の範囲をここで示すものに限定する意図はないことを理解されたい。また、以下の図を通して、特に断わらない限り、同一符号は、同一の対象を指すものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be understood that these examples are for the purpose of illustrating preferred embodiments of the invention and are not intended to limit the scope of the invention to what is shown here. Further, throughout the following drawings, the same reference numerals denote the same objects unless otherwise specified.
図1を参照すると、本発明の一実施例に係るシステム構成及び処理を実現するためのコンピュータ・ハードウェアのブロック図が示されている。図1において、システム・バス102には、CPU104と、主記憶(RAM)106と、ハードディスク・ドライブ(HDD)108と、キーボード110と、マウス112と、ディスプレイ114が接続されている。CPU104は、好適には、32ビットまたは64ビットのアーキテクチャに基づくものであり、例えば、インテル社のPentium(商標)4、インテル社のCore(商標) 2 DUO、AMD社のAthlon(商標)などを使用することができる。主記憶104は、好適には、512KB以上の容量、より好ましくは、1GB以上の容量をもつものである。
Referring to FIG. 1, there is shown a block diagram of computer hardware for realizing a system configuration and processing according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
ハードディスク・ドライブ108には、個々に図示しないが、オペレーティング・システム及び本発明に係る処理プログラム、地図情報、地図表示プログラム、図2及び図3に関連して後で説明する、予め測定または用意された経路とその時間情報などが、格納されている。オペレーティング・システムは、Linux(商標)、マイクロソフト社のWindows Vista、Windows XP(商標)、Windows(商標)2000、アップルコンピュータのMac OS(商標)などの、CPU104に適合する任意のものでよい。
Although not shown individually, the
キーボード110及びマウス112は、オペレーティング・システムが提供するグラフィック・ユーザ・インターフェースに従い、ディスプレイ114に表示されたアイコン、タスクバー、ウインドウなどのグラフィック・オブジェクトを操作するために使用される。キーボード110及びマウス112はまた、後述する地図上の経路指示操作や、所要時間予測プログラムを開始または終了する操作を行うためにも使用される。
The
ディスプレイ114は、これには限定されないが、好適には、1024×768以上の解像度をもち、32ビットtrue colorのLCDモニタである。ディスプレイ114は、所要時間を予測する経路を含む地図などを表示するために使用される。
The
ハードディスク・ドライブ108にはさらに、後述する本発明に係る計算処理を行うプログラムが格納されている。このプログラムは、C++、C#、Java(商標)などの既存の任意のプログラム言語で書くことができる。オペレーティング・システムとして、Windows Vista、Windows XP(商標)、Windows(商標)2000などを使用する場合には、Win32 APIの機能を利用して、GUIも含むアプリケーション・プログラムとして実装することができる。
The
バス102にはさらに、USBインターフェース116を介して、ディスプレイ114上に表示されている上で、所要時間を予測すべき経路を入力するためのタブレット118が接続される。タブレット118は、それには限定されないが、例えば、特開2001−273089号公報に記載されたような技術を実装したものでよい。要するに、入力ペンでタブレットをなぞった軌跡が、座標としてコンピュータ本体に取り込まれるようなインターフェースをもつものである。
Furthermore, a
なお、図示しないが、図1のシステムは、TCP/IPなどのプロトコルにより、ネットワーク接続され、このネットワークを介して、地図情報、地図表示プログラム、予め測定または用意された経路とその時間情報などを取得するようにしてもよい。 Although not shown in the figure, the system of FIG. 1 is connected to a network by a protocol such as TCP / IP, and through this network, map information, a map display program, a previously measured or prepared route and its time information, etc. You may make it acquire.
図2は、特定の領域内で予め所要時間を測定した経路x(1), x(2), ..., x(i),...,x(N)を示す。便宜上、図2では、x(1)とx(i)とx(N)だけが図示されている。これらの経路は、予め、ドライバーが、可能な限り法定速度を維持しつつ、出発点から目的地まで、車で走行した経路である。その際、所要時間を測定し、例えば経路x(i)の所要時間を、y(i)として記録する。 Figure 2 is a path x of the measurement of the advance time required in a particular region (1), x (2) , ..., x (i), ..., indicate the x (N). For convenience, only x (1) , x (i), and x (N) are shown in FIG. These routes are routes in which the driver has traveled by car from the starting point to the destination while maintaining the legal speed as much as possible. At that time, to measure the time required, for example, the time required for the path x (i), is recorded as y (i).
これらの事前の走行経路と時間の情報は、多ければ多いほどよく、また、隈なく走っていればいるほど好ましいが、経路の組み合わせの多さに鑑みると、あまり稠密に経路を走って測定しておくことは限界がある。 It is better to have more information about the driving route and time in advance, and it is better to run without hesitation. There is a limit to keeping it.
実際の経路の測定は、走行する自動車に搭載されているGPSを使って、システム的に行うことができる。すなわち、GPSが、地図情報によりノードとして登録されている位置に自動車が差し掛かっていることを示すと、システムは、その位置を記録する。こうして記録した複数の位置を繋ぐと、経路が決まる。1つの位置から次の位置までのリンクに、適当なアルゴリズムにより、文字列が割り当てられることになる。 The actual route can be measured systematically using the GPS mounted on the traveling vehicle. That is, when the GPS indicates that the car is approaching the position registered as a node by the map information, the system records the position. When a plurality of positions recorded in this way are connected, a route is determined. A character string is assigned to a link from one position to the next by an appropriate algorithm.
あるいは、実際に車で走行する以外に、地図上の距離と法定速度その他の経験的な値を用いて、ある経路に沿った所要時間を見積もって記録しておくこともできる。 Alternatively, in addition to actually driving by car, it is also possible to estimate and record the required time along a certain route using distance on the map, legal speed, and other empirical values.
図3は、ある次元走行経路x(i)を拡大してその一部を示すものである。すなわち、本発明を適用するために、特定の領域に対応する地図内での道路の要所(交差点、T字路、その他の道路上の主要地点)に、ノードとしての記号Pj-1、Pj, Pj+1, ...を割り当てておく。このような地図上のノードの情報は、これには限定されないが、例えば、
http://www.gsi.go.jp/MAP/CD-ROM/2500/t2500.htm などに示されている電子地図を使用することにより取得することができる。
FIG. 3 shows an enlarged part of a certain dimension travel route x (i) . That is, in order to apply the present invention, a symbol P j-1 as a node at a key point (intersection, T-junction, or other main point on a road) in a map corresponding to a specific region, P j , P j + 1 , ... are assigned in advance. Such node information on the map is not limited to this, but for example,
It can be obtained by using the electronic map shown at http://www.gsi.go.jp/MAP/CD-ROM/2500/t2500.htm.
図3では、道路は模様付きの領域で示され、実際に走行した経路は、実線で示されている。 In FIG. 3, the road is indicated by a region with a pattern, and the route actually traveled is indicated by a solid line.
図3に示されているように、経路は、ノードとノードを結ぶ道路としてのリンクの集まりからなる。そこで、本発明によれば、そのような各々のリンクには、ラベルまたは文字列が割り当てられる。 As shown in FIG. 3, the route is composed of a collection of links as roads connecting the nodes. Thus, according to the present invention, a label or a character string is assigned to each such link.
ラベルまたは文字列は、好適には、long型の8バイトの整数である。例えば、10150600のような文字列である。しかし、これには限定されず、乱数的に生成した、A53wKz9sのようなアルファベットと数字交じりの文字列でもよい。 The label or character string is preferably a long 8-byte integer. For example, a character string such as 10150600. However, the present invention is not limited to this, and may be a random character string such as A53wKz9s that is a mixture of letters and numbers.
各ノードにIDが付与されるので、そのようなIDを使用して、リンクに割り当てる文字列を生成することもできる。 Since an ID is given to each node, a character string to be assigned to a link can be generated using such an ID.
あるいは、ランダムに生成した一意的な文字列を順次リンクに割り当ててもよい。 Alternatively, a randomly generated unique character string may be sequentially assigned to the link.
図3で、Pj-1,Pj,Pj+1,Pj+2,Pj+3などと示すのが地図上でのノードで、
Lm, Lm+1, Lm+2, Lm+3などで示すのが、それらのノードを間をつなぐリンクに付与された、ラベルとしての文字列である。このようなラベルを用いて、経路x(i) = (...,Lm, Lm+1, Lm+2, Lm+3, .. )のように、経路は、文字列の並びとしてあらわすことができる。そのような文字列は地図全体で一意的であるのが望ましいが、例えば、ノードを結ぶリンクの方向(南南西、北北西、緯線に対する角度など)を用いて文字列を決定することもでき、すると、文字列は地図全体で必ずしも一意的にならないが、それでも本発明に使用することができる。
In FIG. 3, nodes on the map indicate P j−1 , P j , P j + 1 , P j + 2 , P j + 3, etc.
L m , L m + 1 , L m + 2 , L m + 3, and the like are character strings as labels attached to links that connect these nodes. With such a label, the path is a string of strings, such as path x (i) = (..., L m , L m + 1 , L m + 2 , L m + 3 , ..) It can be expressed as a line. It is desirable that such a character string be unique throughout the map. For example, the character string can be determined by using the direction of the link connecting the nodes (eg, south-southwest, north-northwest, angle to latitude). The string is not necessarily unique throughout the map, but can still be used in the present invention.
図4は、図1に示すタブレット118で入力された、所要時間を予測すべき経路xである。この入力のために、例えば、ディスプレイ114上に地図を表示し、オペレータがタブレット118上で、入力ペンを操作するにつれて、ディスプレイ114に表示された地図上で、経路を所定の色の実線で示すなどのインターフェースが1つの例であるが、このようなインターフェースに限定されず、マウス112での操作など、当業者に知られている任意のインターフェースを使用し得ることを理解されたい。
FIG. 4 is a path x that is input from the
このようにして入力された経路xは、その通過地点のノードの列に従い、図3に関連したのと同じ方法で、文字列の並びに変換される。すなわち、入力された経路xが、図2で予め入力された経路x(1), x(2), ..., x(i),...,x(N)のどれかと部分的に一致するなら、その一致する部分では、同一の文字列を付与されることになる。 The route x input in this way is converted into a sequence of character strings in the same manner as in FIG. 3 according to the sequence of nodes at the passing point. That is, the input path x is previously inputted route x in FIG. 2 (1), x (2 ), ..., x (i), ..., partially with one of x (N) If they match, the same character string is given to the matching part.
次に、本発明に従う所要時間予測技術のアルゴリズムと、その実装について説明する。以下のアルゴリズムを実行するためのプログラムは、予め、C++、C#、Java(商標)などの既存の任意のプログラム言語で書かれてコンパイルされ、実行可能プログラムとしてハードディスク・ドライブ108に保存されている。そうして、キーボード110あるいはマウス112の操作に応答して、オペレーティング・システムがそのプログラムを主記憶108にロードして実行させる。実行結果は、ディスプレイ114に表示され、あるいは、ハードディスク・ドライブ108に保存される。
Next, an algorithm of a required time prediction technique according to the present invention and its implementation will be described. A program for executing the following algorithm is written and compiled in advance in an arbitrary program language such as C ++, C #, Java (trademark), etc., and stored in the
先ず、予め保存されている学習用の経路とその所要時間のデータを次のとおり、改めて定式化する。
データD ≡ {(x(n),y(n)|n = 1,2,...,N}
ここで、x(n)は、予め保存されているn番目の経路、y(n)はその所要時間である。
First, the learning route and the required time data stored in advance are formulated again as follows.
Data D ≡ {(x (n) , y (n) | n = 1,2, ..., N}
Here, x (n) is the nth route stored in advance, and y (n) is the required time.
ここで、先ず、本発明が利用するガウス過程回帰モデルについて説明する。本願発明者による考察によれば、経路とその所要時間yの間には、複雑な関数関係が存在し、それは到底、線形回帰や多項式回帰では想定し得ないものである。 First, the Gaussian process regression model used by the present invention will be described. According to the study by the present inventor, there is a complicated functional relationship between the path and the required time y, which cannot be assumed by linear regression or polynomial regression.
そこで、次のような確率モデルを仮定した。
p(y(n)|fn) = N(y(n)|fn,σ2)
Therefore, the following probability model was assumed.
p (y (n) | f n ) = N (y (n) | f n , σ 2 )
N(y(n)|fn,σ2)は、ガウス分布であり、具体的には次のように定義される。
すなわち、N(y(n)|fn,σ2)は、y(n)を確率分布とする正規分布を表し、その平均がfn、分散がσ2である。σはデータDから決めるのが望ましいが、ユーザーがその値を指定してもよい。また、fnは回帰モデルの潜在変数であり、データDから決める必要がある。この潜在変数は、観測値と同じ個数あるので、原理的には、任意の非線形関係を表現することができる。 That is, N (y (n) | f n , σ 2 ) represents a normal distribution with y (n) as a probability distribution, the average is f n , and the variance is σ 2 . σ is preferably determined from the data D, but the value may be designated by the user. Further, f n is a latent variable of the regression model and needs to be determined from the data D. Since there are the same number of latent variables as observed values, in principle, an arbitrary non-linear relationship can be expressed.
fnに関するここでの唯一の仮定は、それが、次のような平均ゼロの事前分布に従うということである。
p(fN) = N(fN|0,K)
The only assumption here about f n is that it follows a prior mean zero distribution as
p (f N ) = N (f N | 0, K)
ここでfN = (f1,f2,...,fN)Tであり、Kは、x(n)をもとに生成された、カーネル行列と呼ばれる共分散行列である。本発明で使用する具体的なKの計算法については、後で詳細に説明する。 Here, f N = (f 1 , f 2 ,..., F N ) T , and K is a covariance matrix called a kernel matrix generated based on x (n) . A specific method of calculating K used in the present invention will be described in detail later.
図5は、ガウス過程回帰の模式図である。この図から見て取れるように、各測定データx(n)に対して、y(n)を計算する際に、裏でパラメータfNが 考慮されている。各測定データx(n)は互いに独立であるが、fnは異なるn同士で関係がある。すなわち、類似しているx(n)同士は、fnも似ているはずである、という仮定がある。 FIG. 5 is a schematic diagram of Gaussian process regression. As can be seen from this figure, the parameter f N is taken into account when calculating y (n) for each measurement data x (n) . Each measurement data x (n) is independent from each other, but f n is related to different n. That is, there is an assumption that similar x (n) should be similar to f n .
すると今度は、x(n)同士の類似度をどう定義するか、という問題に行き着く。本発明によれば、x(n)は文字列の並びとしてあらわされ、その文字列の並び同士として、類似度が計算される。このことも、後で詳細に説明する。 This time, we come to the problem of how to define the similarity between x (n) . According to the present invention, x (n) is represented as a sequence of character strings, and the similarity is calculated as the sequence of character strings. This will also be described in detail later.
図6は、データDに基づき、本発明の一実施例に従い、カーネル行列、その他の必要なパラメータを計算するための処理のフローチャートである。本発明においては、分散の値σも事前に与えられるが、この実施例では、σは、ユーザーが手操作でシステムに入力するものとする。 FIG. 6 is a flowchart of a process for calculating a kernel matrix and other necessary parameters based on the data D according to one embodiment of the present invention. In the present invention, the variance value σ is also given in advance. In this embodiment, σ is manually input to the system by the user.
図5のステップ602では、n = 1,2,...,Nというループの中で、m = 1,2,...,Nというループを廻し、そこで、ステップ604とステップ606が繰り返し実行される。すなわち、ループは、N2回実行される。
In
ステップ604では、経路x(n)と、経路x(m)が、図3に示すような対応により、文字列の並びに変換される。なお、予め経路x(n)及び経路x(m)が、文字列の並びに変換されている場合には、このステップは省略できる。
In
ステップ606では、経路x(n)と、経路x(m)に基づき、カーネル行列Kの(n,m)要素が計算される。このとき、p-スペクトラムカーネル法という手法が使用される。それは、下記のような式に基づく。
ここで、Nu(x(n))というのは、部分文字列uがx(n)においてあらわれる回数であり、Σpは、長さpの部分文字列の集合をあらわす。ここで本実施例において、好適には、pは2または3である。pはこのように事前に決められた定数なので、以下の説明では、便宜上省略することがある。 Here, N u (x (n) ) is the number of times the partial character string u appears in x (n) , and Σp represents a set of partial character strings of length p. Here, in the present embodiment, preferably, p is 2 or 3. Since p is a constant determined in advance as described above, it may be omitted in the following description for convenience.
Nu(x(n))の計算の簡単な実装は次のとおりである。
(1)x(n)の長さpの部分系列を、先頭から順に列挙し、すべてハッシュ表Aに格納しておく。このAは、部分系列をキーとし、出現回数を値とするようなハッシュ表である。
(2)同様に、x(m)の長さpの部分系列をすべてハッシュ表Bに格納しておく。
(3)Aのそれぞれのキー(これをuとする)について、Aにおける値を取り出す。それがNu(x(n))である。
(4)uが、Bのキーとして含まれていれば、その値を取り出す。それがNu(x(m))である。含まれていなければ Nu(x(m)) = 0である。
なお、その他のさまざまな実装の方法については、http://www.kernel-methods.net/ などを参照されたい。
A simple implementation of the calculation of N u (x (n) ) is as follows.
(1) The partial sequences of length p of x (n) are listed in order from the beginning, and all are stored in the hash table A. This A is a hash table in which a partial series is a key and the number of appearances is a value.
(2) Similarly, store all partial sequences of length p of x (m) in hash table B.
(3) For each key of A (this is u), the value at A is taken out. That is N u (x (n) ).
(4) If u is included as a key for B, the value is extracted. That is N u (x (m) ). If not included, N u (x (m) ) = 0.
For other various implementation methods, refer to http://www.kernel-methods.net/.
なお、文字列の長さによるカーネル関数の変化を吸収するために、
次のようにkp(x(n),x(m))を正規化しておくものとする。
Assume that k p (x (n) , x (m) ) is normalized as follows.
このようにして、ステップ602で、kp(x(n),x(m))を(n,m)要素とするカーネル行列Kが得られる。
In this manner, in
ステップ608では、C = K + σ2INにより、先ず行列Cが計算される。
ここで、INとは、N×Nの単位行列である。
In
Here, I N is an N × N unit matrix.
こうしてCが計算されると、次はCの逆行列C-1の計算である。行列の次数が数千以上になると、直接逆行列を計算する方法が困難になる。そこで、Leon Bottou, Olivier Chapelle, Dennis DeCoste and Jason Weston, et. "Large-Scale Kernel Machines", MIT Press, 2007, Chap 9などに記述されている方法を使うと、実際的な計算量で計算することが可能となる。 When C is calculated in this way, the next is calculation of the inverse matrix C −1 of C. When the order of the matrix becomes several thousand or more, it is difficult to directly calculate the inverse matrix. Therefore, using the method described in Leon Bottou, Olivier Chapelle, Dennis DeCoste and Jason Weston, et. "Large-Scale Kernel Machines", MIT Press, 2007, Chap 9 It becomes possible.
こうしてステップ608でC-1が計算されると、その結果は一旦、ハードディスク・ドライブ108に記憶される。具体的には、C-1の各要素が、インデックス付きでハードディスク・ドライブ108に記憶される。
Thus, when C −1 is calculated in
ステップ610では、b ≡ C-1yNが計算されて、その結果がハードディスク・ドライブ108に記憶される。尚ここで、yN = (y(1),y(2),...,y(N))Tである。
このbは後で、実際に所要時間予測の計算に使われることになる。
In
This b will be used later in the actual calculation of the required time.
図7は、タブレット118などによって入力された新たな経路xに関して、所要時間とその分散を計算して出力するための処理を示すフローチャートである。図7において、ステップ702では、経路xに関して、次のようにして、ベクトルkが計算される。
k ≡ (k(x,x(1)), k(x,x(2)),...,k(x,x(N)))T
ここの関数k()は、図6のステップ606で使われたものと同じである。
FIG. 7 is a flowchart showing a process for calculating and outputting the required time and its variance for a new route x input by the
k ≡ (k (x, x (1) ), k (x, x (2) ), ..., k (x, x (N) )) T
The function k () here is the same as that used in
ステップ704では、d ≡ C-1kが計算されて、その結果がハードディスク・ドライブ108に記憶される。
In
ステップ706では、経路xに関して所要時間の予測値m = kTbが計算されて出力される。このベクトルbは、図6のフローチャートのステップ610で計算され、ハードディスク・ドライブ108に記憶されているものである。この計算された結果は、好適には、適当なGUIを使って、自動的にディスプレイ114に表示される。
In
ステップ708では、下記の式で示される所要時間の分散s2が計算されて、出力される。
s2 = σ2 + k(x,x) - kTd
この式で、k(x,x)は、図6のステップ606で使われたものと同じであり、dは、ステップ704で計算されてハードディスク・ドライブ108に記憶されたものである。この計算された結果は、好適には、適当なGUIを使って、自動的にディスプレイ114に表示される。
In
s 2 = σ 2 + k (x, x)-k T d
In this equation, k (x, x) is the same as that used in
図8は、図6の計算処理の別の実施例に係る処理のフローチャートである。図8において、ステップ802、804及び806は、図6のフローチャートのステップ602、604及び606と同じでよいので、説明を省略する。
FIG. 8 is a flowchart of a process according to another embodiment of the calculation process of FIG. In FIG. 8,
ステップ808が、図6のフローチャートのステップ608と異なるのは、与えられる分散σが、ユーザーによる所与ではなくて、ガウス過程回帰のエビデンス近似という手法によって計算されることである。エビデンス近似とは、対数周辺尤度を最大化するようにσを決める方法である。
Step 808 differs from
対数周辺尤度とは、下記のような式で定義される:
正規分布の式を入れて積分を行うと、yN = (y(1),y(2),...,y(N))Tに対して、次のようになる。
ここで、行列Cは、ステップ608などで説明したものと同じである。この式を最大にするσを、解析的に求めることは困難なので、勾配法を用いる。すなわち、上記の式をσ2で偏微分すると、次のような式が得られる。
この勾配の式を用いて、次のようにしてσが求められる。
(1)σの初期値として、例えば、{y(1), y(2),...,y(N)}の分散を用いる。
(2)現在のσにおいて、b = C-1yN及び、tr(C-1)を計算し、これらを上記勾配の式に当てはめることによって、上記勾配の値
(3)次に、ある小さい値λを用いて、σの値を次のように変更する。
(5)そこで、数5の前回からの変化量がある閾値よりも小さくなっていると、収束していると看做して、そのときのσの値が、結果の値である。まだ収束していると看做せない場合は、ステップ(2)に戻る。
Using this gradient equation, σ is obtained as follows.
(1) As an initial value of σ, for example, a variance of {y (1) , y (2) ,..., Y (N) } is used.
(2) At the current σ, b = C −1 y N and tr (C −1 ) are calculated, and these values are applied to the above gradient equation to obtain the value of the above gradient.
(3) Next, using a small value λ, the value of σ is changed as follows.
(5) Therefore, if the amount of change from the previous time of
図8のフローチャートのステップ808に戻って、このようにしてσの値が決定されると、後は、図6のステップ608の場合と同様にして、C-1が計算され、ハードディスク・ドライブ108に記憶される。
Returning to step 808 in the flowchart of FIG. 8, when the value of σ is determined in this way, C −1 is calculated in the same manner as in
ステップ810は、図6のステップ610の場合と同様でよいので、説明を省略する。
Step 810 may be the same as
なお、カーネル関数kp()を下記のように変更することができる。
k(x(n),x(m)) = kp(x(n),x(m)) + k0(x(n),x(m))
The kernel function k p () can be changed as follows.
k (x (n) , x (m) ) = k p (x (n) , x (m) ) + k 0 (x (n) , x (m) )
この追加項k0(x(n),x(m))は、例えば下記のような式である。
ここで、属性集合Aは、工事中、高速道路その他の属性を示すものである。wlは、属性lの場合の重みで1 〜 3程度の値、vl(x(n))は、x(n)が属性lを満たす場合には1、属性を満たさない場合には0となる。このような追加項を付加することによって、カーネル関数に道路事情を反映させることができる。 Here, the attribute set A indicates the attributes of the expressway and other during construction. w l is a weight of 1 to 3 for attribute l, and v l (x (n) ) is 1 if x (n) satisfies attribute l, 0 if it does not satisfy attribute It becomes. By adding such additional terms, road conditions can be reflected in the kernel function.
以上、道路上の経路の所要時間予測に適用する例に関連して本発明の実施例を説明してきたが、これには限定されず、スーパーの動線解析などに本発明を適用することも可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention has been described in relation to the example applied to the time required for the route on the road, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the super flow line analysis. Is possible.
例えば、スーパー内での所要時間の予測に適用するだけではなく、ある経路を顧客が動いた経路とその結果の商品売り上げ金額のデータが関連づれられて保存されていると、所要時間ではなく、売り上げ金額の予測を行うこともできる。すると、それをさらに進めて、売り上げを伸ばすような動線をもたらすようなスーパーのレイアウト設計の検討にも、本発明を適用することができる。 For example, not only is it applied to the prediction of the required time in the supermarket, but if the route that the customer moved along a route and the data of the resulting product sales amount are stored in association with each other, The sales amount can also be predicted. Then, the present invention can also be applied to a super layout design study that brings about a flow line that further increases the sales amount.
Claims (9)
前記コンピュータがデータを読み書き可能な記憶手段と、
地理的な複数の地点をノードとし、該ノードを結ぶ経路をリンクとし、該個々のリンクには数字または文字列からなるラベルが付与され、異なる該ノード間を前記リンクで結ぶ経路の情報を、該ラベルを用いて、該経路の所要時間の情報とともに、前記記憶手段に保存する手段と、
前記ラベルを用いてあらわされた、所要時間を予測したい経路を提供する手段と、
その(n,m)要素が、ラベルを用いてあらわされたn番目の前記経路と、ラベルを用いてあらわされたm番目の前記経路とから文字列カーネル法によって計算された値であるカーネル行列Kを計算して、その値を前記記憶手段に保存する手段と、
行列C = K + σ 2 I N (ここで、σは前記所要時間を予測するための分散の値、I N はN×Nの単位行列であって、Nは経路の本数)を計算して、その値を前記記憶手段に保存する手段と、
Cの逆行列を計算して、その値を前記記憶手段に保存する手段と、
y N を、N個の経路の所用時間を並べたベクトルとし、C -1 y N によって、前記記憶手段に保存されている経路の情報を、重み付けする手段と、
前記重み付けの情報に基づき、前記所要時間を予測したい経路の所要時間を予測する手段とを有する、
所要時間予測システム。 A system for predicting the time required to travel a route by computer processing,
Storage means by which the computer can read and write data;
A plurality of geographical points are set as nodes, a route connecting the nodes is set as a link, a label made up of a number or a character string is given to each link, and information on a route connecting the different nodes with the link, Means for storing in the storage means together with information on the time required for the route using the label;
Means for providing a route represented by the label and for which a time required is predicted;
A kernel matrix whose (n, m) element is a value calculated by the string kernel method from the nth path expressed using a label and the mth path expressed using a label Means for calculating K and storing the value in said storage means;
Matrix C = K + σ 2 I N (where σ is a variance value for predicting the required time, I N is an N × N unit matrix, and N is the number of routes) Means for storing the value in the storage means;
Means for calculating an inverse matrix of C and storing the value in the storage means;
y N is a vector in which the required times of N routes are arranged, and means for weighting the route information stored in the storage means by C −1 y N ,
Means for predicting the required time of a route for which the required time is to be predicted based on the weighting information;
Time required prediction system.
地理的な複数の地点をノードとし、該ノードを結ぶ経路をリンクとし、該個々のリンクにはラベルが付与され、異なる該ノード間を前記リンクで結ぶ経路の情報を、該ラベルを用いて、該経路の所要時間の情報とともに、前記コンピュータの記憶手段に保存するステップと、
その(n,m)要素が、ラベルを用いてあらわされたn番目の前記経路と、ラベルを用いてあらわされたm番目の前記経路とから文字列カーネル法によって計算された値であるカーネル行列Kを計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
行列C = K + σ 2 I N (ここで、σは前記所要時間を予測するための分散の値、I N はN×Nの単位行列であって、Nは経路の本数)を計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
Cの逆行列を計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
y N を、N個の経路の所用時間を並べたベクトルとし、C -1 y N によって、前記記憶手段に保存されている経路の情報を、重み付けするステップと、
前記重み付けの情報に基づき、前記所要時間を予測したい経路の所要時間を予測するステップを有する、
所要時間予測方法。 A method for predicting the time required to travel a route by computer processing,
A plurality of geographical points are set as nodes, a route connecting the nodes is set as a link, a label is given to each link, and information on a route connecting the different nodes with the link is used by using the label. Storing in the storage means of the computer together with information on the time required for the route;
A kernel matrix whose (n, m) element is a value calculated by the string kernel method from the nth path expressed using a label and the mth path expressed using a label Calculating K and storing the value in the storage means;
Matrix C = K + σ 2 I N (where σ is a variance value for predicting the required time, I N is an N × N unit matrix, and N is the number of routes) Storing the value in the storage means;
Calculating an inverse matrix of C and storing the value in the storage means;
y N is a vector in which the required times of N routes are arranged, and the information of the route stored in the storage means is weighted by C −1 y N , and
Based on the information of the weighting comprises the step of predicting a time required for the route to be predictive of the required time,
Time required prediction method.
前記コンピュータに、
地理的な複数の地点をノードとし、該ノードを結ぶ経路をリンクとし、該個々のリンクにはラベルが付与され、異なる該ノード間を前記リンクで結ぶ経路の情報を、該ラベルを用いて、該経路の所要時間の情報とともに、前記コンピュータの記憶手段に保存するステップと、
その(n,m)要素が、ラベルを用いてあらわされたn番目の前記経路と、ラベルを用いてあらわされたm番目の前記経路とから文字列カーネル法によって計算された値であるカーネル行列Kを計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
行列C = K + σ 2 I N (ここで、σは前記所要時間を予測するための分散の値、I N はN×Nの単位行列であって、Nは経路の本数)を計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
Cの逆行列を計算して、その値を前記記憶手段に保存するステップと、
y N を、N個の経路の所用時間を並べたベクトルとし、C -1 y N によって、前記記憶手段に保存されている経路の情報を、重み付けするステップと、
前記重み付けの情報に基づき、前記所要時間を予測したい経路の所要時間を予測するステップを実行させる、
所要時間予測プログラム。 A program that predicts the time required to travel a route by computer processing,
In the computer,
A plurality of geographical points are set as nodes, a route connecting the nodes is set as a link, a label is given to each link, and information on a route connecting the different nodes with the link is used by using the label. Storing in the storage means of the computer together with information on the time required for the route;
A kernel matrix whose (n, m) element is a value calculated by the string kernel method from the nth path expressed using a label and the mth path expressed using a label Calculating K and storing the value in the storage means;
Matrix C = K + σ 2 I N (where σ is a variance value for predicting the required time, I N is an N × N unit matrix, and N is the number of routes) Storing the value in the storage means;
Calculating an inverse matrix of C and storing the value in the storage means;
y N is a vector in which the required times of N routes are arranged, and the information of the route stored in the storage means is weighted by C −1 y N , and
Based on the weighting information, the step of predicting the required time of the route for which the required time is to be predicted is executed.
Time required prediction program.
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