JP7330712B2 - Material property prediction device and material property prediction method - Google Patents

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Description

本発明は、材料特性予測装置および材料特性予測方法に係り、特に、材料開発時の実験データに基づいて材料の特性を予測して、適切な材料を選別する場合に人の知見を活かした評価を行うのに好適な材料特性予測装置および材料特性予測方法に関する。 The present invention relates to a material property prediction device and a material property prediction method, and in particular, predicts material properties based on experimental data at the time of material development, and evaluates using human knowledge when selecting an appropriate material. It relates to a material property prediction device and a material property prediction method suitable for performing.

データ分析を行うための統計処理技術の発展に伴い、材料科学においてもデータ分析を行う需要が高まっている。特に、材料科学分野では、新素材の開発を効率的に行うために、次の実験の候補の選定を既知のデータを元にして行うスクリーニングとよばれる手法が知られている。 With the development of statistical processing technology for data analysis, there is a growing demand for data analysis in materials science as well. In particular, in the field of material science, a method called screening is known, in which candidates for the next experiment are selected based on known data in order to efficiently develop new materials.

スクリーニングの手法としては、各種実験のデータを情報システムに入力して機械学習にかけることによって、実験結果の予測のモデルを構築し、その予測にもとづき、材料設計に関する様々なパラメータを引数にとり材料の特性を返す関数を回帰分析によって求める方法がよく知られている。なお、以下の説明においては、そのような関数によって表現される材料特性を表すモデルを材料特性予測モデルと呼ぶこととする。 As a screening method, data from various experiments are input into an information system and subjected to machine learning to construct a model for predicting experimental results. A well-known method is to find a function that returns a characteristic by regression analysis. In the following description, a model representing material properties represented by such a function is called a material property prediction model.

化合物に関するデータをコンピュータにより分析するシステムは、例えば、特許文献1に記載がある。特許文献1には、化学データを2次元空間上のマップウィンドウ(図6)にマッピングして可視化するとともに、可視化されたデータに対して利用者が編集を行うことにより、2次元への圧縮結果が見やすくなるように調整してスクリーニングする方法が開示されている。 A system for analyzing data on compounds by a computer is described, for example, in Patent Document 1. In Patent Document 1, chemical data is visualized by mapping it on a map window (Fig. 6) in a two-dimensional space, and the user edits the visualized data to obtain a two-dimensional compression result. A screening method is disclosed in which the image is adjusted so that it is easy to see.

また、薬剤を発見するためのスクリーニングを高速に行える技術は、例えば、特許文献2に記載がある。特許文献2では、比較的小さいスクリーニングデータから構造的特徴と生物活性を結びつける法則を導くために、パラメータを部分的に用いた空間である部分空間上で、類似するデータによい材料特性を持つものが多い候補を優先的に実験するスクリーニングの方法が開示されている。 Also, a technique for high-speed screening for drug discovery is described in Patent Document 2, for example. In Patent Document 2, in order to derive a rule that connects structural features and biological activities from relatively small screening data, parameters are partially used in a subspace, which is a space that has good material properties for similar data. A screening method for preferentially testing candidates with a large number of .

特表2001-503546号公報Japanese Patent Publication No. 2001-503546 特表2005-506511号公報Japanese Patent Publication No. 2005-506511

材料開発においては、材料特性予測モデルの精度を高めることより、より的確に新材料の候補に対する有望性を見極めることができ、不要な実験を省略することで効率的な材料開発ができるようになると期待される。 In material development, by increasing the accuracy of the material property prediction model, it will be possible to more accurately determine the promise of new material candidates, and by omitting unnecessary experiments, it will be possible to develop materials efficiently. Be expected.

しかしながら、実際には、材料特性予測の精度を高めることは容易ではない。その大きな理由の一つが、高い精度で予測を行うのに必要なデータ数が多いという点である。その原因の一つが、材料のパラメータの多さにある。どのパラメータが材料特性に寄与するかがわからないと、すべてのパラメータを予測に用いることになる。そのような場合には、機械学習において一般に過学習とよばれる現象を引き起こし、精度低下を招く。これを補うために実験を増やすことも考えられるが、予測に要するデータ数は、材料のパラメータ数に対して指数関数的に増大するため、かなり多くの実験をせねばならない。するとその実験の労力を新材料の探索に振り向けたほうが早かったというような事態もありうる。 However, in practice, it is not easy to improve the accuracy of material property prediction. One of the major reasons for this is the large amount of data required to make highly accurate predictions. One of the causes is the large number of material parameters. Without knowing which parameters contribute to the material properties, all parameters are used in the prediction. In such a case, a phenomenon generally called over-learning occurs in machine learning, resulting in a decrease in accuracy. It is conceivable to increase the number of experiments to compensate for this, but the number of data required for prediction increases exponentially with the number of material parameters, so a considerable number of experiments must be performed. Then, there may be a situation where it would have been quicker to direct the effort of the experiment to the search for new materials.

そこで、予測のみに頼るのではなく、多くのパラメータをもつデータを適切に2次元空間に投影圧縮して可視化することによってスクリーニングをしやすくする技術がある。 Therefore, instead of relying only on prediction, there is a technique that facilitates screening by appropriately projecting and compressing data with many parameters into a two-dimensional space and visualizing it.

上記特許文献1に記載された分析システムは、化学データを2次元空間上のマッピングウィンドウに可視化するとともに、可視化されたデータに対して利用者が編集を行うことにより、2次元への圧縮結果が見やすくなるように調整してスクリーニングするものである。この方法により、目視でのスクリーニングはしやすくなる。しかしながら、これに加えて材料特性予測の結果を反映するには利用者がすべてを勘案することが必要であり、労力を要する。 The analysis system described in Patent Document 1 visualizes chemical data in a mapping window in a two-dimensional space, and the user edits the visualized data, resulting in a two-dimensional compression result. It adjusts and screens so that it may become easy to see. This method facilitates visual screening. However, in addition to this, it is necessary for the user to consider everything in order to reflect the result of material property prediction, which requires labor.

また、上記特許文献2に記載された分析方法は、パラメータを部分的に用いた空間である部分空間上で、類似するデータによい材料特性を持つものが多い候補を優先的に実験する方法であった。この方法によれば、パラメータが多くてもスクリーニングができるが、データがあまりなくパラメータが多すぎる状況では、実際には相関がないのに相関があるかのように判断してしまうことがある。これは上述の過学習と同様の現象であり、パラメータの取捨選択なしに、精度向上するのは容易ではない点は依然として解決していない。 In addition, the analysis method described in Patent Document 2 is a method of preferentially experimenting candidates with many similar data and good material properties in a subspace that is a space that partially uses parameters. there were. According to this method, screening can be performed even when there are many parameters, but in situations where there is not much data and there are too many parameters, it may be judged as if there is a correlation when there is actually no correlation. This is a phenomenon similar to the above-mentioned over-learning, and the point that it is not easy to improve accuracy without selecting parameters is still unsolved.

本発明の目的は、材料開発時の実験データに基づいて材料の特性を予測して、適切な材料を選別する場合に、実験計画のスクリーニングのための予測値評価において、人の知見を活かした評価を行うことのできる材料特性予測装置および材料特性予測方法を提供することにある。 The purpose of the present invention is to predict the characteristics of materials based on experimental data at the time of material development, and when selecting appropriate materials, in the prediction value evaluation for screening of experimental plans, human knowledge is utilized. An object of the present invention is to provide a material property prediction device and a material property prediction method that can be evaluated.

本発明の材料特性予測装置は、好ましくは、材料特性を予測して表示する材料特性予測装置であって、材料特性とその材料と関連付けられた材料パラメータとを格納する材料データテーブルと、材料パラメータの次元圧縮した結果を二次元座標として格納する材料データ可視化テーブルと、材料パラメータの各々に対応付けられたパラメータ重要度を格納するパラメータ重要度テーブルとを保持し、材料パラメータから次元圧縮により二次元座標として、材料データテーブルに格納する教師データなし次元圧縮部と、材料データ可視化テーブルに格納された二次元座標を材料データ点として、二次元表示し、材料データ点の位置変更を受け付ける2D可視化部と、受け付けた材料データ点の位置変更の情報に基づいて、回帰分析を行って、パラメータ重要度テーブルに格納されたパラメータ重要度を更新し、位置変更された材料データ点と位置変更されていない材料データ点の材料パラメータを次元圧縮して、材料データ可視化テーブルに格納される二次元座標として更新する半教師データあり次元圧縮部と、パラメータ重要度を各々の材料パラメータに加重した材料パラメータの類似度に基づいて、回帰分析を行って、材料特性を予測する予測評価部とを有するようにしたものである。 The material property prediction device of the present invention is preferably a material property prediction device for predicting and displaying material properties, comprising: a material data table storing material properties and material parameters associated with the materials; A material data visualization table that stores the result of dimensional compression as two-dimensional coordinates, and a parameter importance table that stores the parameter importance associated with each material parameter. A dimensional compression unit without teacher data that stores the coordinates in the material data table, and a 2D visualization unit that two-dimensionally displays the two-dimensional coordinates stored in the material data visualization table as material data points and accepts position changes of the material data points. and, based on the received repositioned material data point information, perform a regression analysis to update the parameter importance stored in the parameter importance table and compare the repositioned material data points with the unrepositioned material data points. A dimensional compression part with semi-supervised data that dimensionally compresses the material parameters of the material data points and updates them as two-dimensional coordinates stored in the material data visualization table, and a material parameter similarity that weights the parameter importance to each material parameter. and a predictive evaluator for predicting material properties by performing regression analysis based on the degree.

本発明によれば、材料開発時の実験データに基づいて材料の特性を予測して、適切な材料を選別する場合に、実験計画のスクリーニングのための予測値評価において、人の知見を活かした評価を行うことのできる材料特性予測装置および材料特性予測方法を提供することができる。 According to the present invention, when predicting the characteristics of materials based on experimental data during material development and selecting appropriate materials, human knowledge is utilized in predictive value evaluation for screening experimental plans. It is possible to provide a material property prediction device and a material property prediction method that can be evaluated.

実施形態1の材料特性予測装置の機能構成図である。2 is a functional configuration diagram of the material property prediction device of Embodiment 1. FIG. 材料特性予測装置のハードウェア・ソフトウェア構成図である。1 is a hardware/software configuration diagram of a material property prediction device; FIG. 材料データテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a material data table. 材料データ可視化テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a material data visualization table. 材料・座標マッピングテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a material and coordinate mapping table. パラメータ重要度テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a parameter importance table. 材料特性予測装置による処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline|summary of the process by a material property prediction apparatus. 実施形態1の材料データ可視化処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of material data visualization processing according to the first embodiment; パラメータ重要度編集処理の一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an example of parameter importance editing processing; パラメータ重要度付き次元圧縮処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an example of dimension compression processing with parameter importance; FIG. 材料特性予測提示処理の一例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing an example of material property prediction presentation processing; 実施形態1の材料データ2D表示画面の一例を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing an example of a material data 2D display screen of Embodiment 1. FIG. 材料特性予測提示画面の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a material property prediction presentation screen; 実施形態2の材料特性予測装置の機能構成図である。2 is a functional configuration diagram of a material property prediction device of Embodiment 2. FIG. 材料可視化背景テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a material visualization background table. 実施形態2の材料データ可視化処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of material data visualization processing according to the second embodiment; 実施形態2の材料データ2D表示画面の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a material data 2D display screen according to Embodiment 2;

以下、本発明に係る各実施形態を、図1ないし図17を用いて説明する。 Hereinafter, each embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 17. FIG.

〔実施形態1〕
以下、本発明に係る実施形態1を、図1ないし図13を用いて説明する。
[Embodiment 1]
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 13. FIG.

先ず、図1および図2を用いて実施形態1の材料特性予測装置の構成について説明する。
材料特性予測装置101は、利用者の操作に従い、材料に関する情報から材料特性を予測するための必要な情報を提示する装置である。
First, the configuration of the material property prediction device of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
The material property prediction device 101 is a device that presents necessary information for predicting material properties from information on materials in accordance with a user's operation.

材料特性予測装置101は、図1に示されるように、機能構成として、予測評価部112、教師データなし次元圧縮部113、2D(Dimension)可視化部115、半教師データあり次元圧縮部116、材料特性予測提示部117からなる。 As shown in FIG. 1 , the material property prediction device 101 has, as a functional configuration, a prediction evaluation unit 112, a dimension compression unit 113 without teacher data, a 2D (Dimension) visualization unit 115, a dimension compression unit with semi-supervised data 116, a material It consists of the property prediction presentation unit 117 .

予測評価部112は、材料のパラメータに加重して予測精度を算出する機能部である。教師データなし次元圧縮部113は、多次元の材料のパラメータを与え、それを2次元の座標へと変換をする機能部である。ここで、「教師データなし」としたのは、後に出てくる「半教師データあり」と対比したものであり、与えられた原データが格納された材料データテーブルの材料パラメータの値に対して、そのまま次元圧縮することを意味する。2D可視化部115は、材料のパラメータの情報が変換された2次元の座標を可視化する機能部である。半教師データあり次元圧縮部116は、材料のパラメータとそれを次元圧縮した2次元の座標データのユーザ編集結果に基づいて、材料のパラメータを再び次元圧縮して、次元の座標を算出する機能部である。「半教師データあり」というのは、利用者のユーザインタフェースによって、材料データに関する情報を編集して、それにより生成されるデータを用いて新たに次元圧縮をすることを意味する。材料特性予測提示部117は、利用者に最終的に材料特性の予測を提示する機能部である。 The prediction evaluation unit 112 is a functional unit that weights the parameters of the material and calculates the prediction accuracy. The non-teacher data dimension compression unit 113 is a functional unit that gives multidimensional material parameters and converts them into two-dimensional coordinates. Here, "without training data" is in contrast to "with semi-teaching data", which will appear later. , means that the dimension is compressed as it is. The 2D visualization unit 115 is a functional unit that visualizes two-dimensional coordinates obtained by converting material parameter information. A dimension compression unit with semi-supervised data 116 is a functional unit that dimension-compresses the material parameters again based on the user editing result of the material parameters and the two-dimensional coordinate data resulting from the dimension compression, and calculates the dimensional coordinates. is. "With semi-supervised data" means that the user's user interface is used to edit the information on the material data, and the data generated thereby is used to newly perform dimensional compression. The material property prediction presentation unit 117 is a functional unit that finally presents the prediction of material properties to the user.

また、材料特性予測装置101は、データとして、材料データテーブル240、材料データ可視化テーブル250、パラメータ重要度テーブル260、材料・座標マッピングテーブル270を保持する。 The material property prediction device 101 also holds a material data table 240, a material data visualization table 250, a parameter importance level table 260, and a material/coordinate mapping table 270 as data.

材料データテーブル240は、材料の特性と材料に与えるパラメータに関する情報を格納するテーブルである。材料データ可視化テーブル250、材料データの情報変換した2次元の座標と、それに関連する情報を格納するテーブルである。パラメータ重要度テーブル260は、材料予測の算出過程で用いる各々のパラメータのパラメータ重要度(詳細は、後述)を格納するテーブルである。材料・座標マッピングテーブル270は、利用者が画面に表示された材料の2次元表示の点を編集したとき(詳細は、後述)、材料と2次元座標の対応付けを格納するテーブルである。 The material data table 240 is a table that stores information on material properties and parameters given to materials. A material data visualization table 250 is a table that stores information-converted two-dimensional coordinates of material data and information related thereto. The parameter importance table 260 is a table that stores the parameter importance (details will be described later) of each parameter used in the material prediction calculation process. The material/coordinate mapping table 270 is a table that stores the correspondence between the material and the two-dimensional coordinates when the user edits the two-dimensional display point of the material displayed on the screen (details will be described later).

次に、図2を用いて材料特性予測装置のハードウェア・ソフトウェア構成について説明する。 Next, the hardware/software configuration of the material property prediction device will be described with reference to FIG.

材料特性予測装置101は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションのような一般的な情報処理装置により実現することができる。材料特性予測装置101は、例えば、図2に示されるように、CPU(Central Processing Unit)201、メインメモリ202、ネットワークI/F206、表示I/F203、入出力I/F204、補助記憶I/F205が、バスにより結合された形態になっている。 The material property prediction device 101 can be realized by a general information processing device such as a personal computer or workstation. Material property prediction device 101, for example, as shown in FIG. are connected by a bus.

CPU201は、材料特性予測装置101の各部を制御し、メインメモリ202に必要なプログラムをロードして実行する。 The CPU 201 controls each part of the material property prediction device 101, loads necessary programs into the main memory 202, and executes them.

メインメモリ202は、通常、RAMなどの揮発メモリで構成され、CPU201が実行するプログラム、参照するデータが記憶される。 The main memory 202 is normally composed of a volatile memory such as a RAM, and stores programs to be executed by the CPU 201 and data to be referred to.

ネットワークI/F206は、材料特性予測装置101に接続されたネットワークを介して他の装置と通信するためのインタフェースである。 A network I/F 206 is an interface for communicating with other devices via a network connected to the material property prediction device 101 .

表示I/F203は、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置210を接続するためのインタフェースである。 A display I/F 203 is an interface for connecting a display device 210 such as an LCD (Liquid Crystal Display).

入出力I/F204は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図2の例では、キーボード221とポインティングデバイスのマウス222が接続されている。 The input/output I/F 204 is an interface for connecting input/output devices. In the example of FIG. 2, a keyboard 221 and a mouse 222 as a pointing device are connected.

補助記憶I/F205は、HDD(Hard Disk Drive)230やSSD(Solid State Drive)などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。 Auxiliary storage I/F 205 is an interface for connecting auxiliary storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) 230 and SSD (Solid State Drive).

HDD230は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するためのプログラムが格納されている。材料特性予測装置101には、予測評価プログラム231、教師データなし次元圧縮プログラム232、2D可視化プログラム233、半教師データあり次元圧縮プログラム234、材料特性予測提示プログラム235がインストールされている。 The HDD 230 has a large storage capacity and stores programs for executing this embodiment. A prediction evaluation program 231, a dimension compression program without teacher data 232, a 2D visualization program 233, a dimension compression program with semi-teacher data 234, and a material property prediction presentation program 235 are installed in the material property prediction device 101. FIG.

予測評価プログラム231、教師データなし次元圧縮プログラム232、2D可視化プログラム233、半教師データあり次元圧縮プログラム234、材料特性予測提示プログラム235は、それぞれ予測評価部112、教師データなし次元圧縮部113、2D可視化部115、半教師データあり次元圧縮部116、材料特性予測提示部117の機能を実行するプログラムである。 The prediction evaluation program 231, the dimension compression program without teacher data 232, the 2D visualization program 233, the dimension compression program with semi-supervised data 234, and the material property prediction presentation program 235 are the prediction evaluation unit 112, the dimension compression unit without teacher data 113, and the 2D visualization program 233, respectively. It is a program that executes the functions of a visualization unit 115 , a dimension compression unit with semi-supervised data 116 , and a material property prediction presentation unit 117 .

また、HDD230には、材料データテーブル240、材料データ可視化テーブル250、パラメータ重要度テーブル260、材料・座標マッピングテーブル270が格納されている。 The HDD 230 also stores a material data table 240 , a material data visualization table 250 , a parameter importance level table 260 and a material/coordinate mapping table 270 .

次に、図3ないし図6を用いて材料特性予測装置の取り扱うデータ構造について説明する。 Next, the data structure handled by the material property prediction device will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.

材料データテーブル240は、材料に関する情報を格納するテーブルであり、図3に示されるように、材料ID501、材料名称502、材料特性503、材料パラメータ504の項目からなるレコードにより構成されるテーブルである。 The material data table 240 is a table that stores information about materials, and as shown in FIG. 3, it is a table composed of records consisting of items of material ID 501, material name 502, material properties 503, and material parameters 504. .

材料ID501には、材料を一意に識別する識別子が格納される。材料名称502には、材料の名称が格納される。材料特性503は、実験などによって判明している材料の特性を表す数値が格納される。材料特性503については、実験などによって判明している数値が格納されるが、その材料について実験が行われていないときには、空白であってもよい。材料パラメータ504には、材料の構造情報、製造条件などの材料の特性を算出するためのパラメータが格納される。材料パラメータ504は、例えば、複数のパラメータIDと、その値のペアとして、(パラメータ1,値1),(パラメータ2,値2),…のような形式で格納される。材料パラメータ504には、化学構造式など材料の構造や生成過程を示すあらゆる情報を含んでよい。 The material ID 501 stores an identifier that uniquely identifies the material. The material name 502 stores the name of the material. The material property 503 stores a numerical value representing the property of the material that has been found by experiment or the like. The material properties 503 store numerical values that have been found through experiments, but may be blank if no experiments have been conducted on the material. The material parameter 504 stores parameters for calculating material characteristics such as material structure information and manufacturing conditions. The material parameters 504 are stored in a format such as (parameter 1, value 1), (parameter 2, value 2), . The material parameters 504 may include all kinds of information indicating the structure and production process of the material, such as chemical structural formulas.

材料データ可視化テーブル250は、材料データを可視化するにあたっての材料に関する作業データを格納するテーブルであり、図4に示されるように、材料ID601、材料特性602、材料パラメータ603、編集有無フラグ604、予測精度評価値605、X座標606、Y座標607、材料特性予測値608の項目からなるレコードにより構成されるテーブルである。 The material data visualization table 250 is a table that stores work data related to materials for visualizing material data. As shown in FIG. The table is composed of records having items of accuracy evaluation value 605 , X coordinate 606 , Y coordinate 607 , and material property prediction value 608 .

材料ID601、材料特性602、材料パラメータ603には、それぞれ、材料データテーブル240の材料ID501、材料特性503、材料パラメータ504の値を複製した値が格納される。編集有無フラグ604には、その材料ID501で示す材料に対して、ユーザが材料データ2D表示画面(後述)により編集を行ったか否かを示すフラグが格納される。この編集有無フラグ604の初期値は、FALSE値である。予測精度評価値605には、予測評価部112の交差検証による予測精度評価値(詳細は、後述)が格納される。なお、材料特性602が空白のものについての予測は行われず、予測精度評価値605は空白としたまま格納される。X座標606、Y座標607には、材料パラメータ504の値を次元圧縮(詳細は後述)して、二次元にしたときの値が可能される。材料特性予測値608には、材料特性602がある場合はそれが格納され、そうでない場合は予測評価部112による材料特性の予測値を格納する。 A material ID 601, a material property 602, and a material parameter 603 store duplicated values of the material ID 501, material property 503, and material parameter 504 in the material data table 240, respectively. The edit presence/absence flag 604 stores a flag indicating whether or not the material indicated by the material ID 501 has been edited by the user using a material data 2D display screen (described later). The initial value of this edit presence/absence flag 604 is a FALSE value. The prediction accuracy evaluation value 605 stores a prediction accuracy evaluation value obtained by cross-validation of the prediction evaluation unit 112 (details will be described later). It should be noted that no prediction is made for materials whose material property 602 is blank, and the prediction accuracy evaluation value 605 is stored as blank. For the X coordinate 606 and Y coordinate 607, values obtained when the values of the material parameter 504 are dimensionally compressed (details will be described later) and made two-dimensional are possible. If the material property 602 exists, it is stored in the material property prediction value 608; otherwise, the predicted value of the material property by the prediction evaluation unit 112 is stored.

材料・座標マッピングテーブル270は、ユーザが材料データ2D表示画面(後述)により編集を行ったときの結果を格納するテーブルであり、図5に示されるように、材料ID901、X座標901、Y座標902の項目からなるレコードにより構成されるテーブルである。材料・座標マッピングテーブル270では、ユーザが材料データ2D表示画面によりデータ編集を行ったときに、編集が行われたデータに対応する編集後のX座標901とY座標902が、材料ID601に記載されたIDと対応づく形で記録される。 The material/coordinate mapping table 270 is a table that stores the result of editing by the user using a material data 2D display screen (described later). As shown in FIG. This table is composed of records consisting of 902 items. In the material/coordinate mapping table 270, when the user edits data on the material data 2D display screen, the edited X coordinate 901 and Y coordinate 902 corresponding to the edited data are described in the material ID 601. It is recorded in a form associated with the ID.

パラメータ重要度テーブル260は、各パラメータに対するパラメータ重要度を格納するテーブルであり、パラメータID1101、パラメータ重要度1102の項目からなるレコードにより構成されるテーブルである。 The parameter importance level table 260 is a table that stores the parameter importance level for each parameter, and is a table composed of records consisting of items of parameter ID 1101 and parameter importance level 1102 .

パラメータ重要度1102には、パラメータID1101に格納されたパラメータID(図3の材料パラメータ504に記述されたパラメータID)に対するパラメータ重要度の値が格納される。なお、パラメータIDは、全ての材料に対して一意的な識別子をつけるものとする。パラメータ重要度は、詳細は後述するが、ユーザが材料データ2D表示画面より編集されたデータも考慮にいれて、新たに材料パラメータの次元圧縮をして、X座標、Y座標を求めるときに、回帰分析により予測関数を構築するときのカーネル関数の各材料パラメータに対するある種の重み付けとして評価される。 The parameter importance level 1102 stores the parameter importance level value for the parameter ID stored in the parameter ID 1101 (the parameter ID described in the material parameter 504 in FIG. 3). It should be noted that the parameter ID shall be a unique identifier for all materials. Although the details of the parameter importance will be described later, when the X coordinate and the Y coordinate are obtained by newly compressing the dimension of the material parameter in consideration of the data edited by the user from the material data 2D display screen, It is evaluated as a kind of weighting for each material parameter in the kernel function when constructing the prediction function by regression analysis.

次に、図7ないし図13を用いて材料特性予測装置の処理について説明する。 Next, the processing of the material property prediction device will be described with reference to FIGS. 7 to 13. FIG.

先ず、図7を用いてユーザが材料特性予測装置を利用して材料予測をするときの処理の概要について説明する。
材料特性予測装置101は、材料データ可視化処理を実行し、利用者に材料データ2D表示画面312を表示する((I)初期マップ提示)。材料データ2D表示画面は、後に詳細に説明するが、材料データ可視化テーブル250に示した材料パラメータの情報を2次元空間上に圧縮した結果とそれと関連した情報を表示する画面である
次に、利用者に材料データ2D表示画面312から表示画面上でデータ操作を行い、それに伴って、材料特性予測装置101は、パラメータ重要度編集処理を行う((II)マップ編集・更新)。これによってパラメータ重要度が利用者の知見に沿った形に修正されていくことになる。この処理により、パラメータ重要度が更新される。そして、利用者は、満足するまでこのデータ操作を繰り返し実行し、その記録は材料・座標マッピングテーブル270として蓄積され、最終的には、材料データ可視化テーブルに反映される。
First, with reference to FIG. 7, an outline of processing when a user makes a material prediction using a material property prediction device will be described.
The material property prediction device 101 executes material data visualization processing and displays a material data 2D display screen 312 to the user ((I) initial map presentation). The material data 2D display screen, which will be described in detail later, is a screen that displays the result of compressing the material parameter information shown in the material data visualization table 250 into a two-dimensional space and information related thereto. The operator performs data manipulation on the display screen from the material data 2D display screen 312, and along with this, the material property prediction device 101 performs parameter importance editing processing ((II) map editing/updating). As a result, the parameter importance is corrected in accordance with the knowledge of the user. This processing updates the parameter importance. The user then repeatedly executes this data manipulation until he is satisfied, and the record is accumulated as the material-coordinate mapping table 270, and is finally reflected in the material data visualization table.

最後に、材料特性予測装置101は、マップ編集・更新処理が終了すると、材料特性予測提示処理331を実行し、材料特性予測表示画面を利用者に提示する(((III)予測結果閲覧)。これにより、利用者は、上記の(II)マップ編集・更新のフェーズのデータ操作が反映された材料特性を把握することができる。 Finally, when the map editing/updating process is finished, the material property prediction device 101 executes the material property prediction presentation processing 331 and presents the material property prediction display screen to the user ((III) prediction result viewing). As a result, the user can grasp the material properties in which the data manipulation in the (II) map editing/updating phase is reflected.

次に、図8を用いて材料データ可視化処理について説明する。
材料データ可視化処理では、先ず、予測評価部112が、材料データテーブル240に基づいて交差検証(詳細は、後述)によって予測精度評価値(詳細は、後述)を算出する(S100)。
Next, material data visualization processing will be described with reference to FIG.
In the material data visualization process, first, the prediction evaluation unit 112 calculates a prediction accuracy evaluation value (details will be described later) by cross-validation (details will be described later) based on the material data table 240 (S100).

この処理を詳細に説明すれば、以下のようになる。予測評価部112は、材料データ可視化テーブル250の材料特性602が記述されているもののみを取得して、交差検証に基づいて、材料特性の予測精度評価値を算出する。材料特性602が記述されていないものについては、材料特性602が記述されているデータを学習データとして用いて材料特性予測関数を構築して(詳細は、後述)、材料特性の予測値を算出する。その結果は、材料データ可視化テーブル250の予測精度評価値605、材料特性予測値608に格納される。 A detailed description of this process is as follows. The prediction evaluation unit 112 acquires only the material data visualization table 250 in which the material property 602 is described, and calculates the prediction accuracy evaluation value of the material property based on cross-validation. For those in which the material properties 602 are not described, a material property prediction function is constructed using data describing the material properties 602 as learning data (details will be described later), and the predicted values of the material properties are calculated. . The results are stored in the prediction accuracy evaluation value 605 and material property prediction value 608 of the material data visualization table 250 .

予測評価部112は、材料データテーブル240の材料パラメータ504に記述された材料パラメータの値を引数に与えると材料特性の予測値を返す関数(以下、「材料特性予測関数」とよぶ)を構成する機能を有する。この機能は、二つのデータの間の類似度に基づいて、材料特性を予測するものであり、公知のカーネル回帰分析法やサポートベクタ回帰などにより実現できる。予測評価部112は、データ間の類似度の計算において、材料パラメータの各変数にパラメータ重要度に基づき加重して用いることができる点に特徴があるが(詳細は後述)、この材料データ可視化処理においては、パラメータ重要度は初期値に相当するため、任意の方法で決定してよく、例えば、所定の値に固定してもよいし、ランダムに決定してもよい。 The prediction evaluation unit 112 constructs a function (hereinafter referred to as a “material property prediction function”) that returns a prediction value of the material property when the value of the material parameter described in the material parameter 504 of the material data table 240 is given as an argument. have a function. This function predicts material properties based on the degree of similarity between two pieces of data, and can be realized by a known kernel regression analysis method, support vector regression, or the like. The prediction evaluation unit 112 is characterized in that it can be used by weighting each variable of the material parameter based on the importance of the parameter in calculating the degree of similarity between data (details will be described later). Since the parameter importance corresponds to the initial value, it may be determined by any method, for example, it may be fixed at a predetermined value, or it may be determined randomly.

ここで、交差検証(Cross-validation)とは、統計学において、標本データを分割し、標本データの一部を学習用データ、残りを評価用データとして、その学習用データでまず解析して、評価用データでその解析のテストを行い、解析自身の妥当性の検証・確認に当てる手法である。本実施形態の交差検証においては、材料データの学習用データにより、材料特性予測関数を構築し、評価用データの材料パラメータを入力することによって、材料特性の予測値を算出する。その上で、評価用データに元々ある材料特性(以下、「真値」と呼ぶ)と当該予測値の差を誤差として求める。この誤差の絶対値が小さいほど、精度がよい基準の予測精度評価値が求まる。なお、この予測値から予測精度評価値を算出する方法としては、利用者に精度として認識可能な方法であればどのような方法を用いてもよい。例えば、誤差を真値で除算する値を用いると、真値の数が多いほど誤差が大きくなる効果を緩和して評価することができる。あるいは、誤差の絶対値の逆数を用いると、大きいほど精度がよいという直感にあった指標とすることができる。あるいは、真値と予測値の比の対数を求めることで、精度がすでに高いときは更なる向上は難しい点に配慮した(例えば、元々80%正しいものを89%正しい状態にすることに対して、元々99%正しいものを99.9%正しい状態にすることは十倍簡単とはいえない)予測精度評価値となる。 Here, cross-validation means that in statistics, sample data is divided, part of the sample data is used as learning data, the rest is used as evaluation data, and the learning data is first analyzed, This is a method of testing the analysis using the evaluation data to verify and confirm the validity of the analysis itself. In the cross-validation of this embodiment, a material property prediction function is constructed from the learning data of the material data, and the material parameter of the evaluation data is input to calculate the predicted value of the material property. Then, the difference between the material properties originally included in the evaluation data (hereinafter referred to as "true value") and the predicted value is obtained as an error. The smaller the absolute value of this error, the more accurate the reference prediction accuracy evaluation value is obtained. As a method for calculating the prediction accuracy evaluation value from this prediction value, any method may be used as long as the method is recognizable as accuracy by the user. For example, if a value obtained by dividing the error by the true value is used, the effect of increasing the error as the number of true values increases can be mitigated for evaluation. Alternatively, if the reciprocal of the absolute value of the error is used, it can be used as an intuitive index that the larger the value, the better the accuracy. Alternatively, by obtaining the logarithm of the ratio of the true value to the predicted value, we took into consideration the fact that it is difficult to improve further when the accuracy is already high (for example, to make the original 80% correct state 89% correct , it cannot be said that it is ten times easier to change a 99% correct state from the original to a 99.9% correct state).

次に、教師データなし次元圧縮部113は、材料パラメータを、多変量に対する次元削減手法により、X座標、Y座標を生成し、材料データ可視化テーブル250のX座標606、Y座標607に格納する(S101)。ここで、多変量に対する次元削減手法とは、多変量のデータを多次元空間上の点データとみなしたときに、その点データ同士の関係をなるべく損なわないように(統計分析に必要となる特徴をできるだけ保持するように)、低次元空間の点データとしてマッピングする方法であり、主成分分析法、部分空間法、独立成分分析法、非負値行列分解法、特異値行列分解法、自己組織化マップ法、t-SNE法などが知られている。 Next, the non-teaching data dimension compression unit 113 generates X coordinates and Y coordinates of the material parameters by a dimension reduction technique for multivariates, and stores them in the X coordinates 606 and Y coordinates 607 of the material data visualization table 250 ( S101). Here, the dimensionality reduction method for multivariate means that when multivariate data is regarded as point data in a multidimensional space, the relationship between the point data is not damaged as much as possible (characteristics required for statistical analysis ), mapping as point data in a low-dimensional space, principal component analysis, subspace method, independent component analysis, non-negative matrix decomposition, singular value matrix decomposition, self-organization A map method, a t-SNE method, and the like are known.

最後に、以上の結果に基づいて、2D可視化部115は、材料データ2D表示画面312の表示情報を生成して、表示装置219により利用者に提示する(S102)。 Finally, based on the above results, the 2D visualization unit 115 generates display information for the material data 2D display screen 312 and presents it to the user through the display device 219 (S102).

ここで、図12を用いて材料データ2D表示画面312の詳細について説明する。
材料データ2D表示画面312は、図12に示されるように、材料データ表示フレーム701、材料詳細情報表示フレーム707、色分け指定ラジオボタン708、更新ボタン709、完了ボタン710の表示要素からなる。
Details of the material data 2D display screen 312 will now be described with reference to FIG.
The material data 2D display screen 312 consists of display elements such as a material data display frame 701, a material detailed information display frame 707, a color designation radio button 708, an update button 709, and a completion button 710, as shown in FIG.

材料データ表示フレーム701は、材料パラメータを次元圧縮して、X座標、Y座標にマッピングした点データ(以下、「材料データ点」という)をプロットする領域である。材料データ表示フレーム701には、材料データがその特徴を把握しやすいように、材料データ点がプロットされる。この図12に示した例では、材料特性が空白すなわち未計測のものは、白い円702で表示され、また、予測精度評価値605が高いものは黒いひし形703、ついで高いものがグレーのひし形705、低いものが白いひし形704のように異なる形式で表現される。 A material data display frame 701 is an area for plotting point data (hereinafter referred to as “material data points”) mapped to X coordinates and Y coordinates by dimensionally compressing material parameters. Material data points are plotted in the material data display frame 701 so that the characteristics of the material data can be easily grasped. In the example shown in FIG. 12, blanks, ie, unmeasured material properties are indicated by white circles 702, black diamonds 703 for those with high prediction accuracy evaluation values 605, and gray diamonds 705 for those with high prediction accuracy evaluation values. , the lower ones are represented in different forms such as white diamonds 704 .

材料詳細情報表示フレーム707は、材料データの詳細な情報を表示する領域である。利用者がマウス222を用いてカーソル706を操作し、材料データ表示フレーム701内の材料データ点をクリックすると、その材料に関する詳細な情報が左下の材料詳細情報表示フレーム707に表示される。表示される情報は、材料データ可視化テーブル250の材料パラメータ603の情報に基づいて、作成されるものであり、その材料の特徴がわかりやすく表示される。 A material detailed information display frame 707 is an area for displaying detailed information of material data. When the user operates the cursor 706 using the mouse 222 and clicks a material data point in the material data display frame 701, detailed information about the material is displayed in the material detailed information display frame 707 at the lower left. The displayed information is created based on the information of the material parameter 603 of the material data visualization table 250, and the characteristics of the material are displayed in an easy-to-understand manner.

色分け指定ラジオボタン708は、色分けの指定を利用者が切り換えられるときに設定するボタンである。ここでは、その材料の予測精度、材料特性で切り換える例が示されている。 A color coding designation radio button 708 is a button that is set when the user switches the designation of color coding. Here, an example of switching based on the prediction accuracy and material properties of the material is shown.

更新ボタン709は、利用者の変更をデータに反映されるときに指定するボタンであり、完了710ボタンは、利用者が作業を終了し、この材料データ2D表示画面312を閉じるためのボタンである。 The update button 709 is a button for specifying when the user's changes are reflected in the data, and the finish button 710 is a button for the user to finish the work and close the material data 2D display screen 312. .

次に、図9を用いてパラメータ重要度編集処理について説明する。
パラメータ重要度編集処理では、材料特性予測装置は、先ず、図12に示した材料データ2D表示画面312を提示して利用者のデータ移動の入力を受け付ける(S200)。利用者は、マウス220のようなポインティングデバイスにより、カーソル706を操作して材料データ表示フレーム701内の各点をドラッグすることにより各点の位置を移動させることができる。
Next, parameter importance editing processing will be described with reference to FIG.
In the parameter importance editing process, the material property prediction device first presents the material data 2D display screen 312 shown in FIG. 12 and accepts the user's data movement input (S200). The user can move the position of each point by operating the cursor 706 and dragging each point within the material data display frame 701 using a pointing device such as the mouse 220 .

上記の次元圧縮手法の特徴から明らかなように、基本的には材料データ表示フレーム701内の各点は、材料パラメータが比較的似た材料が近くに配置されることが期待される。また、もし材料パラメータが似ていると材料特性も近いという傾向があるなら、材料パラメータの類似性を用いて予測する予測評価部112による予測精度も高いことが期待される。逆に、図12に示した予測精度評価値の低い点(白いひし形704)があるとき、材料特性の近さは、材料パラメータの類似性が整合しないことになる。このことは、材料データ表示フレーム701内での、その点の配置が適切でないことにつながる。 As is clear from the characteristics of the dimension compression method described above, basically, it is expected that materials having relatively similar material parameters are placed close to each point in the material data display frame 701 . Also, if there is a tendency that material properties are similar when material parameters are similar, it is expected that the prediction evaluation unit 112 that makes predictions using the similarity of material parameters will have high prediction accuracy. Conversely, when there are points with low prediction accuracy evaluation values (white diamonds 704) shown in FIG. 12, the closeness of the material properties does not match the similarity of the material parameters. This leads to improper placement of the point within the material data display frame 701 .

本発明の材料特性の予測の手法は、この予測精度と材料データ表示フレーム701内での配置の妥当性の関連性に着目したものである。すなわち、予測精度を高めることと、材料データ表示フレーム701内での配置の妥当性を高めることは類似しているので、パラメータ重要度により両者を結びつけることによって、材料データ表示フレーム701内での配置の修正という簡便な方法で予測精度が高くなるようなパラメータ重要度の調整ができるのである。 The material property prediction method of the present invention focuses on the relationship between this prediction accuracy and the validity of the arrangement within the material data display frame 701 . That is, since increasing the prediction accuracy and increasing the validity of the placement within the material data display frame 701 are similar, by linking them according to the parameter importance, the placement within the material data display frame 701 It is possible to adjust the parameter importance so as to increase the prediction accuracy by a simple method of correcting .

本実施形態では、利用者は、予測精度評価値の低いデータを中心に、材料特性の観点でより似ていると思われる別の点の周囲に移動するという修正を施すことができる。しかるのち、更新ボタン709を押下することにより、データ移動をした場合に(S201:YES)、材料特性予測装置101は、その移動結果を受け付ける(S202)。このとき、編集の結果は、ワークテーブルとして、材料・座標マッピングテーブル270に記録され、最終的に、材料データ可視化テーブル250のX座標606、Y座標607に格納される。そして、編集有無フラグ604がFALSE(偽)からTRUE(真)へと変更される。 In this embodiment, the user can make corrections by moving data with low prediction accuracy evaluation values to other points that are considered to be more similar in terms of material properties. After that, when the update button 709 is pressed to transfer the data (S201: YES), the material property prediction device 101 receives the transfer result (S202). At this time, the editing result is recorded in the material/coordinate mapping table 270 as a work table, and finally stored in the X coordinate 606 and Y coordinate 607 of the material data visualization table 250 . Then, the editing presence/absence flag 604 is changed from FALSE (false) to TRUE (true).

次に、材料特性予測装置101は、このデータ編集情報に基づき、次元圧縮を再実行するための、半教師データあり次元圧縮実行処理が実行される(S203)。半教師データあり次元圧縮実行処理の詳細は、後に図10を用いて説明する。 Next, the material property prediction device 101 executes dimension compression execution processing with semi-supervised data for re-executing dimension compression based on this data editing information (S203). Details of the dimension reduction execution process with semi-supervised data will be described later with reference to FIG.

次は、予測評価部112が、パラメータ重要度テーブル260を用いて予測精度を評価する処理が実行される(S204)。 Next, prediction evaluation unit 112 performs a process of evaluating prediction accuracy using parameter importance table 260 (S204).

ここで本実施形態における、次元圧縮関数を構成するための回帰分析の手法とパラメータ重要度の意義について詳しく述べる。本実施形態では、公知のカーネルガウシアンプロセス回帰法(KGPR:Kernel Gaussian Process Regression)を用いる。一般に、KGPRは二つのデータの間の類似度を示す関数であるカーネル関数を用いて予測関数を構築するが、本実施形態においては二つの材料パラメータの加重ユークリッド距離を引数にとる関数を用いる。この加重ユークリッド距離とは、二つの材料パラメータ{m}、{n}に対して、以下の(式1)で定義されるD({m},{n})を意味する。 Here, the method of regression analysis for constructing the dimension reduction function and the significance of the parameter importance in this embodiment will be described in detail. In this embodiment, a known Kernel Gaussian Process Regression (KGPR) method is used. In general, KGPR constructs a prediction function using a kernel function, which is a function that indicates the degree of similarity between two pieces of data. This weighted Euclidean distance means D({m i }, {n i } ) defined by the following (Equation 1) for two material parameters {m i }, {n i }.

D({m},{n})=Σγ(m-n …(式1) D({m i }, {n i })=Σ i γ i (m i −n i ) 2 (equation 1)

ここで、γは材料パラメータのパラメータ重要度を示すパラメータであり、Σはすべての材料パラメータにわたって和をとることを意味する。本実施形態では、この加重ユークリッド距離を用いた以下の(式2)で表されるガウス関数を以ってカーネル関数とする。
k({m},{n})=exp(-D({m},{n})) …(式2)
where γ i is a parameter indicating the parameter importance of material parameters, and Σ i means sum over all material parameters. In this embodiment, a Gaussian function represented by the following (Equation 2) using this weighted Euclidean distance is used as a kernel function.
k({m i }, {n i })=exp(−D({m i }, {n i })) (Formula 2)

公知のKGPRの回帰分析では、学習に用いるデータすべてについてカーネル関数の値を求め、それを用いて予測関数を構築する。それと同時に、学習に用いるデータと予測関数のあてはまり度合いを示す尤度を計算することができる。ここでカーネル関数のγは、公知の最適化法(例えば、勾配降下法)によって尤度が最大になるように決定することができる。 In the well-known regression analysis of KGPR, kernel function values are obtained for all data used for learning, and prediction functions are constructed using the values. At the same time, it is possible to calculate the likelihood that indicates the degree of fit between the data used for learning and the prediction function. Here, γ i of the kernel function can be determined by a known optimization method (for example, gradient descent method) so as to maximize the likelihood.

予測評価部112が、パラメータ重要度テーブル260を用いて予測精度を評価する処理では、このKGPRによって予測を行い、その予測精度を評価する。すなわち、二つの材料パラメータ{m}、{n}に対して、上記の(式1)で定義されるD({m},{n})を用いた(式2)で表されるガウス関数をカーネル関数として材料特性の予測関数を求める。
この際、γiは、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102の値を用いる。
In the process of evaluating the prediction accuracy using the parameter importance table 260, the prediction evaluation unit 112 performs prediction using this KGPR and evaluates the prediction accuracy. That is, for the two material parameters {m i } and {n i }, expressed by (Equation 2) using D ({m i }, {n i }) defined in (Equation 1) above A prediction function of the material properties is obtained with the Gaussian function obtained as the kernel function.
At this time, the value of parameter importance 1102 of parameter importance table 260 is used for γ i .

後に、詳細に説明するように、S203の半教師データあり次元圧縮処理で、利用者の材料データ2D表示画面の材料データ点の編集結果が、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102に反映される。そのため、これによって、利用者の知見を反映した予測ができるようになる。なお、このパラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102をそのまま用いるのではなく、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102の値から大きく異ならないようにしてもよい。例えば、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102が大きい上位のいくつかはそのままにし、残りを上記の次元圧縮関数を構成する際と同様にして、勾配降下法で最適化する方法が考えられる。他にも、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102から大きく異ならない範囲で最適化するように制約つきの最適化を行う方法や、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102からずれた度合いをペナルティとして与える方法などがあるが、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102を反映できる方法であればどのような方法でもよい。 As will be described in detail later, in the dimension compression processing with semi-supervised data in S203, the editing result of the material data points on the material data 2D display screen of the user is reflected in the parameter importance level 1102 of the parameter importance level table 260. be. Therefore, this makes it possible to make a prediction that reflects the knowledge of the user. The parameter importance level 1102 of the parameter importance level table 260 may not be used as it is, but may be set so that it does not greatly differ from the value of the parameter importance level 1102 of the parameter importance level table 260 . For example, a method of optimizing the remaining parameters using the gradient descent method in the same way as when constructing the dimension reduction function is conceivable. In addition, a method of performing optimization with constraints so as to optimize within a range that does not greatly differ from the parameter importance 1102 of the parameter importance table 260, and a method of penalizing the degree of deviation from the parameter importance 1102 of the parameter importance table 260 However, any method may be used as long as it can reflect the parameter importance 1102 of the parameter importance table 260 .

次に、図10を用いて半教師データあり次元圧縮処理の詳細について説明する。
これは、図9に示したパラメータ重要度編集処理のS203に示した処理である。
パラメータ重要度編集処理のS203では、先ず、材料データ可視化テーブル250の編集有無フラグ604がTRUEのレコードが取得される(S300)。
Next, details of the dimension compression processing with semi-supervised data will be described with reference to FIG.
This is the process shown in S203 of the parameter importance editing process shown in FIG.
In S203 of the parameter importance editing process, first, a record in which the editing presence/absence flag 604 of the material data visualization table 250 is TRUE is obtained (S300).

次に、それらのレコードのデータに対して、回帰分析を実行する(S301)。この回帰分析は、材料パラメータを引数に与えると、編集後のX座標901とY座標902を与える以下の(式3)の次元圧縮関数gを構築する処理である。
(X,Y)=g({m},{γ}) …(式3)
ここで、(X,Y)は、それぞれ、編集後のX座標901とY座標902の値、{m}は、材料データ可視化テーブル250の材料パラメータ603の値、{γ}は、材料パラメータ603に示される材料パラメータに対応するパラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102の値である。この手法は、上で説明した予測評価部112の材料特性予測関数を構築したときと同様の手法を用い、ただし、目的変数のみが異なる形となる。
Next, regression analysis is performed on the data of those records (S301). This regression analysis is a process of constructing a dimensional compression function g of the following (Equation 3) that gives an X coordinate 901 and a Y coordinate 902 after editing when material parameters are given as arguments.
(X, Y)=g({m i }, {γ i }) (Formula 3)
Here, (X, Y) are the values of the X coordinate 901 and the Y coordinate 902 after editing respectively, {m i } is the value of the material parameter 603 of the material data visualization table 250, and {γ i } is the material It is the value of the parameter importance level 1102 of the parameter importance level table 260 corresponding to the material parameter indicated by the parameter 603 . This method uses the same method as when constructing the material property prediction function of the prediction evaluation unit 112 described above, except that only the objective variable is different.

すなわち、材料パラメータmに対応するパラメータ重要度をγとして、二つの材料パラメータ{m}、{n}に対して、(式1)で定義されるD({m},{n})を用いた(式2)で表されるガウス関数をカーネル関数として材料特性の予測関数を求める(KGPRによる予測)。 That is, let γ i be the parameter importance corresponding to the material parameter m i , and D({m i } , { n i }) using the Gaussian function represented by (Equation 2) as the kernel function to determine the prediction function of the material properties (prediction by KGPR).

本実施形態にこの方法を適用すると、材料パラメータを編集後のX座標901とY座標902に投影するような次元圧縮関数を求めると同時に、そのときのパラメータ重要度γを決定できる。 When this method is applied to the present embodiment, it is possible to obtain a dimensional compression function that projects the material parameters to the edited X-coordinate 901 and Y-coordinate 902, and at the same time determine the parameter importance γ i at that time.

上記の手順により次元圧縮関数およびパラメータ重要度が求まったら、材料データ可視化テーブル250の可視化向け材料データから、編集有無フラグ604がFALSEのものを取得し(S302)、編集有無フラグ604がTRUEのものとあわせて、次元圧縮関数に材料パラメータを入力することにより、新たなX座標606、Y座標607を求めて材料データ可視化テーブル250に設定する(S303)。この際、編集有無フラグ604がTRUEのものについては、計算の簡略化のために、編集後のX座標901とY座標902をそのまま用いるようにしてもよい。 When the dimension compression function and the parameter importance are obtained by the above procedure, from the material data for visualization in the material data visualization table 250, those with the edit flag 604 set to FALSE are acquired (S302), and those with the edit flag 604 set to TRUE are obtained. In addition, by inputting the material parameters into the dimensional compression function, new X coordinates 606 and Y coordinates 607 are obtained and set in the material data visualization table 250 (S303). At this time, if the editing flag 604 is TRUE, the X coordinate 901 and the Y coordinate 902 after editing may be used as they are to simplify the calculation.

この次元圧縮関数を求める過程で得られたパラメータ重要度は、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102に記録される(S304)。 The parameter importance obtained in the process of obtaining this dimension compression function is recorded in the parameter importance 1102 of the parameter importance table 260 (S304).

次に、図11を用いて材料特性予測提示処理の詳細について説明する。
材料特性予測提示処理では、材料データ可視化テーブル250から、材料データ(材料ID601、材料特性602、材料パラメータ603、材料特性予測値608)を取得し(S400)、パラメータ重要度テーブル260から、パラメータID1101、パラメータ重要度1102を取得し(S401)、パラメータ重要度に基づいて、材料特性を予測した結果を材料特性予測提示画面332に表示する(S402)。
Next, details of the material property prediction presentation processing will be described with reference to FIG. 11 .
In the material property prediction presentation process, the material data (material ID 601, material property 602, material parameter 603, material property prediction value 608) is acquired from the material data visualization table 250 (S400), and from the parameter importance table 260, the parameter ID 1101 , the parameter importance 1102 is obtained (S401), and the result of predicting the material properties is displayed on the material property prediction presentation screen 332 based on the parameter importance (S402).

ここで、図13を用いて材料特性予測提示画面について説明する。
材料特性予測提示画面332は、図13に示されるように、材料特性予測値表示フレーム1301、パラメータ重要度表示フレーム1310、材料情報詳細表示フレーム1320、完了ボタン710の表示要素からなる。
Here, the material property prediction presentation screen will be described with reference to FIG. 13 .
The material property prediction presentation screen 332 consists of display elements of a material property prediction value display frame 1301, a parameter importance display frame 1310, a material information detail display frame 1320, and a completion button 710, as shown in FIG.

材料特性予測値表示フレーム1301には、材料データ可視化テーブル250の材料ID601、材料特性602、材料特性予測値608、材料データテーブル240の材料名称502の値が表示される。材料特性予測値表示フレーム1301に表示される材料特性表示欄1302については、材料特性602の値か、それがない場合には、材料特性予測値608の値を用いて表示する。この際、材料特性予測値608が表示されているときにはそれと判別がつくように、例えば下線をつけるなどして表示することができる。また、利用者が表示されている材料のうちの一つを選択すると、その詳細を材料情報詳細表示フレーム1320に表示するようにもできる。 In the material property predicted value display frame 1301, the values of the material ID 601, the material property 602, the material property predicted value 608 of the material data visualization table 250, and the material name 502 of the material data table 240 are displayed. A material property display field 1302 displayed in a material property predicted value display frame 1301 is displayed using the value of the material property 602 or, if there is no such value, the value of the material property predicted value 608 . At this time, when the material property predicted value 608 is displayed, it can be displayed, for example, underlined so that it can be distinguished from it. Also, when the user selects one of the displayed materials, the details of that material can be displayed in the material information detail display frame 1320 .

パラメータ重要度表示フレーム1310には、材料IDの材料に対応するパラメータ重要度が、材料データ可視化テーブル250の材料パラメータ603、パラメータ重要度テーブル260のパラメータ重要度1102を参照して表示される。 The parameter importance display frame 1310 displays the parameter importance corresponding to the material of the material ID with reference to the material parameter 603 of the material data visualization table 250 and the parameter importance 1102 of the parameter importance table 260 .

以上説明してきたように、本実施形態の材料特性予測装置により、実験計画のスクリーニングのために、材料特性予測するときに、利用者の持つ知見を容易に予測に組み込んで評価できるようになる。これにより実験計画がたてやすくなり、ひいては少ない実験回数でよい材料を開発可能となる。 As described above, the material property prediction device of the present embodiment makes it possible to easily incorporate the user's knowledge into the prediction when predicting material properties for screening of experimental plans. This makes it easier to plan experiments, which in turn makes it possible to develop good materials with fewer experiments.

〔実施形態2〕
以下、本発明に係る実施形態2を、図14ないし図17を用いて説明する。
実施形態1では、利用者が材料データ2D表示画面312に表示される材料データ点を編集することにより、その知見を活かした材料予測が可能になる材料特性予測装置に関するものであった。実施形態1では、二次元空間上に材料データが可視化されているが、その距離感が把握できないため、編集がしにくいことがある。本実施形態では既存の何らかの画像と二次元座標を対応付けることによって距離感を把握できるように表示できる。
[Embodiment 2]
A second embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 14 to 17. FIG.
The first embodiment relates to a material property prediction device that enables material prediction that makes use of the user's knowledge by editing the material data points displayed on the material data 2D display screen 312 . In the first embodiment, the material data is visualized in a two-dimensional space, but since the sense of distance cannot be grasped, it may be difficult to edit. In this embodiment, by associating some existing image with two-dimensional coordinates, the image can be displayed so that the sense of distance can be grasped.

そこで、本実施形態の材料特性予測装置は、実施形態1と同様の思想の材料特性予測装置で、材料データ2D表示画面312の画面に背景図面を表示することにより、データ間の関係を把握しやすくするようにしたものである。 Therefore, the material property prediction device of this embodiment is a material property prediction device having the same idea as that of the first embodiment, and by displaying a background drawing on the screen of the material data 2D display screen 312, the relationship between data can be grasped. It's made to make it easier.

以下の本実施形態の材料特性予測装置の説明では、実施形態1と異なる所を中心に説明する。
先ず、図14を用い実施形態2の材料特性予測装置の構成について説明する。
本実施形態の材料特性予測装置101は、実施形態1の図1に示した材料特性予測装置101に加えて、材料可視化背景テーブル1401が加わっている。そして、2D可視化部115がこの材料可視化背景テーブル1401を用いて画面を構成する。
In the following description of the material property prediction device of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
First, the configuration of the material property prediction device of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
The material property prediction device 101 of the present embodiment has a material visualization background table 1401 in addition to the material property prediction device 101 shown in FIG. 1 of the first embodiment. Then, the 2D visualization unit 115 constructs a screen using this material visualization background table 1401 .

次に、図15を用いて材料可視化背景テーブル1401のデータ構造について説明する。
材料可視化背景テーブル1401には、材料データ2D表示画面312の材料データ表示フレーム701の背景画像の画像データを格納するテーブルであり、図15に示されるように、左下X座標1601、左下Y座標1602、右上X座標1603、右上Y座標1604、背景画像データ1605のからなるレコードにより構成されるテーブルである。
Next, the data structure of the material visualization background table 1401 will be described using FIG.
The material visualization background table 1401 is a table that stores the image data of the background image of the material data display frame 701 of the material data 2D display screen 312. As shown in FIG. , upper right X coordinate 1603 , upper right Y coordinate 1604 , and background image data 1605 .

左下X座標1601、左下Y座標1602、右上X座標1603、右上Y座標1604は、それぞれ対応する背景画像データ1605の座標点を表している。 A lower left X coordinate 1601, a lower left Y coordinate 1602, an upper right X coordinate 1603, and an upper right Y coordinate 1604 represent coordinate points of the corresponding background image data 1605, respectively.

次に、図16を用いて実施形態2の材料データ可視化処理について説明する。
実施形態1との差異は、教師データなし次元圧縮部113によって材料パラメータの次元圧縮によって、材料データ点のX,Y座標が定まった後、材料可視化背景テーブル1401のデータを参照して座標原点と縮尺を整合させる処理(S110)がある点である。
Next, the material data visualization processing of the second embodiment will be described with reference to FIG. 16 .
The difference from the first embodiment is that after the X and Y coordinates of the material data point are determined by the dimension compression of the material parameter by the dimension compression unit 113 without teacher data, the data of the material visualization background table 1401 is referred to and the coordinate origin and The point is that there is a process (S110) for matching the scales.

2D可視化部115は、材料可視化背景テーブル1401に画像データが格納された背景画像の座標の中央を求め、また、材料データ可視化テーブル250のX座標606、Y座標607の重心を求め、両者の差を計算する。この差を材料データ可視化テーブル250のX座標606、Y座標607から減算することで、背景画像の座標と材料データ可視化テーブル250が整合するようにできる。この補正の方法については、背景画像に適切に重なるような方法であれば、どのような方法を用いてもよい。 The 2D visualization unit 115 obtains the center of the coordinates of the background image whose image data is stored in the material visualization background table 1401, obtains the center of gravity of the X coordinate 606 and the Y coordinate 607 of the material data visualization table 250, and obtains the difference between the two. to calculate By subtracting this difference from the X coordinate 606 and Y coordinate 607 of the material data visualization table 250, the coordinates of the background image and the material data visualization table 250 can be matched. As for this correction method, any method may be used as long as it is a method that appropriately overlaps the background image.

次に、図17を用いて実施形態2の材料データ2D表示画面について説明する。
本実施形態の材料データ2D表示画面の材料データ表示フレーム701には、背景画像として、日本地図が重ねて表示される。このように、利用者になじみのある直感的に捉えやすい背景画像を表示することにより、材料データの間の距離を直感的に把握しやすくできる。
Next, the material data 2D display screen of the second embodiment will be described with reference to FIG.
A map of Japan is superimposed and displayed as a background image in the material data display frame 701 of the material data 2D display screen of the present embodiment. In this way, by displaying a background image that is familiar and intuitive to the user, it is possible to intuitively grasp the distance between the material data.

101…材料特性予測装置
112…予測評価部
113…教師データなし次元圧縮部
115…2D可視化部
116…半教師データあり次元圧縮部
117…材料特性予測提示部
240…材料データテーブル
250…材料データ可視化テーブル
260…パラメータ重要度テーブル
270…材料・座標マッピングテーブル
Reference numerals 101: material property prediction device 112: prediction evaluation unit 113: no teacher data dimension compression unit 115: 2D visualization unit 116: semi-supervised data presence dimension compression unit 117: material property prediction presentation unit 240: material data table 250: material data visualization Table 260: Parameter importance table 270: Material/coordinate mapping table

Claims (12)

材料特性を予測して表示する材料特性予測装置であって、
材料特性とその材料と関連付けられた材料パラメータとを格納する材料データテーブルと、
前記材料パラメータの次元圧縮した情報を二次元座標として格納する材料データ可視化テーブルと、
前記材料パラメータの各々に対応付けられたパラメータ重要度を格納するパラメータ重要度テーブルとを保持し、
前記材料パラメータから次元圧縮により二次元座標として、前記材料データ可視化テーブルに格納する教師データなし次元圧縮部と、
前記材料データ可視化テーブルに格納された二次元座標を材料データ点として、二次元表示し、前記材料データ点の位置変更を受け付ける2D可視化部と、
受け付けた材料データ点の位置変更の情報に基づいて、変更された材料データ点を目的変数とし、変更された材料データ点に対応する前記材料データ可視化テーブルの材料パラメータと材料パラメータに対するパラメータ重要度を説明変数とする回帰分析によって次元圧縮関数と前記次元圧縮関数の材料パラメータに対するパラメータ重要度を算出し、算出したパラメータ重要度により、前記パラメータ重要度テーブルに格納されたパラメータ重要度を更新し、位置変更された材料データ点と位置変更されていない材料データ点の材料パラメータを入力して前記次元圧縮関数より次元圧縮した二次元座標として出力し、出力された二次元座標を前記材料データ可視化テーブルに格納される二次元座標として更新する半教師データあり次元圧縮部と、
更新された前記パラメータ重要度に基づいて、材料特性を予測する材料特性予測提示部とを有することを特徴とする材料特性予測装置。
A material property prediction device for predicting and displaying material properties,
a material data table storing material properties and material parameters associated with the material;
a material data visualization table storing dimensionally compressed information of the material parameters as two-dimensional coordinates;
holding a parameter importance table that stores parameter importance associated with each of the material parameters;
A dimension compression unit without teacher data that stores the material parameters as two-dimensional coordinates by dimension compression in the material data visualization table ;
a 2D visualization unit that two-dimensionally displays the two-dimensional coordinates stored in the material data visualization table as material data points and receives position changes of the material data points;
Based on the received position change information of the material data point, the changed material data point is set as an objective variable, and the material parameter of the material data visualization table corresponding to the changed material data point and the parameter importance for the material parameter are determined. Calculate the dimension compression function and the parameter importance of the dimension compression function with respect to the material parameter by regression analysis using explanatory variables, update the parameter importance stored in the parameter importance table with the calculated parameter importance, and position Input material parameters of changed material data points and unchanged material data points , output as two-dimensional coordinates dimensionally compressed by the dimension compression function, and store the output two-dimensional coordinates in the material data visualization table. a dimensional compression unit with semi-supervised data that updates as stored two-dimensional coordinates;
and a material property prediction presenting unit for predicting material properties based on the updated parameter importance .
さらに、前記材料パラメータから材料特性の予測値を返す材料特性予測関数により、材料特性の評価を行う予測評価部を有することを特徴とする請求項1記載の材料特性予測装置。 2. A material property prediction apparatus according to claim 1, further comprising a prediction evaluation unit for evaluating material properties by a material property prediction function that returns a predicted value of material properties from said material parameters. 前記材料特性予測関数は、次元ごとに加重係数をかけたユークリッド距離を用いることを特徴とする請求項2記載の材料特性予測装置。 3. A material property prediction apparatus according to claim 2 , wherein said material property prediction function uses a Euclidean distance multiplied by a weighting factor for each dimension. 前記予測評価部は、材料特性の予測精度を算出し、
前記2D可視化部は、前記予測精度に関する情報を表示することを特徴とする請求項2記載の材料特性予測装置。
The prediction evaluation unit calculates the prediction accuracy of material properties,
3. The material property prediction device according to claim 2 , wherein the 2D visualization unit displays information about the prediction accuracy.
前記材料特性予測提示部は、各々の材料特性に関する情報を表示することを特徴とする請求項1記載の材料特性予測装置。 2. A material property prediction apparatus according to claim 1, wherein said material property prediction presentation unit displays information on each material property. さらに、前記材料データ点間の距離を評価するための背景画像を保持し
前記2D可視化部は、前記材料データ点の背景に前記背景画像を表示することを特徴とする請求項1記載の材料特性予測装置。
further maintaining a background image for evaluating distances between said material data points ;
2. The material property prediction device according to claim 1, wherein the 2D visualization unit displays the background image on the background of the material data points.
材料特性予測装置により、材料特性を予測して表示する材料特性予測方法であって、
前記材料特性予測装置は、
材料特性とその材料と関連付けられた材料パラメータとを格納する材料データテーブルと、
前記材料パラメータの次元圧縮した情報を二次元座標として格納する材料データ可視化テーブルと、
前記材料パラメータの各々に対応付けられたパラメータ重要度を格納するパラメータ重要度テーブルとを保持し、
前記材料特性予測装置が、前記材料パラメータから次元圧縮により二次元座標として、前記材料データテーブルに格納する教師データなし次元圧縮ステップと、
前記材料データ可視化テーブルに格納された二次元座標を材料データ点として、二次元表示し、前記材料データ点の位置変更を受け付ける2D可視化ステップと、
受け付けた材料データ点の位置変更の情報に基づいて、変更された材料データ点を目的変数とし、変更された材料データ点に対応する前記材料データ可視化テーブルの材料パラメータと材料パラメータに対するパラメータ重要度を説明変数とする回帰分析によって次元圧縮関数と前記次元圧縮関数の材料パラメータに対するパラメータ重要度を算出し、算出したパラメータ重要度により、前記パラメータ重要度テーブルに格納されたパラメータ重要度を更新し、位置変更された材料データ点と位置変更されていない材料データ点の材料パラメータを入力した前記次元圧縮関数より次元圧縮した二次元座標として出力し、出力された二次元座標を前記材料データ可視化テーブルに格納される二次元座標として更新する半教師データあり次元圧縮ステップと、
更新された前記パラメータに基づいて、材料特性を予測し、提示する材料特性予測提示ステップとを有することを特徴とする材料特性予測方法。
A material property prediction method for predicting and displaying material properties by a material property prediction device ,
The material property prediction device is
a material data table storing material properties and material parameters associated with the material;
a material data visualization table storing dimensionally compressed information of the material parameters as two-dimensional coordinates;
holding a parameter importance table that stores parameter importance associated with each of the material parameters;
A dimensional compression step without teacher data in which the material property prediction device stores the material parameters as two-dimensional coordinates by dimensional compression in the material data table;
a 2D visualization step of two-dimensionally displaying the two-dimensional coordinates stored in the material data visualization table as material data points and accepting position changes of the material data points;
Based on the received position change information of the material data point, the changed material data point is set as an objective variable, and the material parameter of the material data visualization table corresponding to the changed material data point and the parameter importance for the material parameter are determined. Calculate the dimension compression function and the parameter importance of the dimension compression function with respect to the material parameter by regression analysis using explanatory variables, update the parameter importance stored in the parameter importance table with the calculated parameter importance, and position The material parameters of the material data points whose positions have been changed and the material data points whose positions have not been changed are output as two-dimensional coordinates dimensionally compressed by the input dimension compression function , and the output two-dimensional coordinates are stored in the material data visualization table. a dimensionality reduction step with semi-supervised data that updates as two-dimensional coordinates of
and a material property prediction presenting step of predicting and presenting material properties based on the updated parameters .
前記材料パラメータから材料特性の予測値を返す材料特性予測関数により、材料特性の評価を行う予測評価ステップを有することを特徴とする請求項7記載の材料特性予測方法。 8. The material property prediction method according to claim 7, further comprising a prediction evaluation step of evaluating the material property using a material property prediction function that returns a predicted value of the material property from the material parameter. 前記材料特性予測関数は、次元ごとに加重係数をかけたユークリッド距離を用いることを特徴とする請求項8記載の材料特性予測方法。 9. The material property prediction method according to claim 8 , wherein said material property prediction function uses a Euclidean distance multiplied by a weighting factor for each dimension. 前記予測評価ステップにおいて、材料特性の予測精度を算出し、
前記2D可視化ステップにおいて、前記予測精度に関する情報を表示することを特徴とする請求項8記載の材料特性予測方法。
In the prediction evaluation step, calculating the prediction accuracy of the material properties,
9. The method of predicting material properties according to claim 8 , wherein information about the prediction accuracy is displayed in the 2D visualization step.
さらに、材料特性予測提示ステップを有し、
前記材料特性予測提示ステップにおいて、各々の材料特性に関する情報を表示することを特徴とする請求項7記載の材料特性予測方法。
Furthermore, having a material property prediction presentation step,
8. The material property prediction method according to claim 7 , wherein in said material property prediction presentation step, information on each material property is displayed.
さらに、前記材料データ点間の距離を評価するための背景画像を保持し、
前記2D可視化ステップにおいて、前記材料データ点の背景に前記背景画像を表示することを特徴とする請求項7記載の材料特性予測方法。
further maintaining a background image for evaluating distances between said material data points;
8. The method of claim 7, wherein the 2D visualization step displays the background image behind the material data points.
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