JP7435821B2 - 学習装置、心理状態系列予測装置、学習方法、心理状態系列予測方法、及びプログラム - Google Patents

学習装置、心理状態系列予測装置、学習方法、心理状態系列予測方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、心理状態を予測するための技術に係り、特に、ユーザの過去の行動データや心理状態の系列から、未来のユーザの心理状態(気分)の系列を精度良く自動予測することを実現するための技術に関するものである。
スマートウォッチやフィットネストラッカー、スマートフォンなどに代表されるウェアラブルセンサの普及に伴い、ユーザの生体情報や行動ログ(以下行動データ)を容易に記録できるようになった。これらの行動データとユーザの自己評価によって得られる心理状態(気分、感情、ストレス度など)を詳細に分析することは、様々な用途に役立つ。
例えば、スマートウォッチを通じて取得されたユーザの行動データの履歴を利用して、今日のストレス度を数値として推定したり、将来の気分を予測したりできれば、ユーザの心理状態の改善に有効な行動の推奨など様々な用途で役立てられる。
従来、このような行動データからユーザの心理状態を自動推定する技術として、得られているデータを離散化しヒストグラムに変換して、確率的生成モデルによって健康度合やストレス度を推定する技術が存在する(非特許文献1)。また、スマートフォンから取得される操作ログやスクリーンタイムの日々の系列データを用いて、翌日の心理状態を回帰する技術が存在する(非特許文献2)。
E. Nosakhare and R. Picard: Probabilistic Latent Variable Modeling for Assessing Behavioral Influences on Well-Being. In Proc. of KDD, 2019. S. Yan et al.: Estimating Individualized Daily Self-Reported Affect with Wearable Sensors. In Proc. of ICHI, 2019. D. Spathis, S. Servia-Rodriguez, K. Farrahi, C. Mascolo, and J. Rentflow: Sequence Multi-task Learning to Forecast Mental Wellbeing from Sparse Self-reported Data. In Proc. of KDD, 2019. J.P. Pollak, P. Adams, G. Gay: PAM: A Photographic Affect Meter for Frequent, In Situ Measurement of Affect. In Proc. of CHI, 2011.
しかし、上記従来の方法は、日単位でデータを分離し統計的に処理しているため、日時による時系列的なユーザの気分や感情の変動を考慮できていなかった。例えば、非特許文献2に開示された技術では一日の中で何度も投稿される気分データを数値化し平均値に変換してから、翌日の気分の平均値を予測する。一方で、人間の気分は1日の中でも上下するため、平均値を予測するだけでは気分の変動をユーザに提示することができない。
また、非特許文献3に開示された技術では、過去の行動データの系列から将来の気分データの系列を予測するが、予測した気分がどの程度持続するかは不明であるため、ユーザの気分が変動する時間間隔を捉えられず、将来の気分の変動によるメンタルヘルスへの影響を十分に推定できない問題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ユーザの過去の行動データや気分データから未来の気分データをその持続時間と共に予測することを可能とする技術を提供することを目的とする。
開示の技術によれば、心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理部と、
行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて、心理状態系列予測モデルを学習する学習部と
を備える学習装置が提供される。
開示の技術によれば、ユーザの過去の行動データや気分データから未来の気分データをその持続時間と共に予測することが可能となる。
本発明の実施の形態における心理状態系列予測装置の構成図である。 本発明の実施の形態における心理状態系列予測装置の構成図である。 心理状態系列予測装置の動作を説明するためのフローチャートである。 心理状態系列予測装置の動作を説明するためのフローチャートである。 行動系列データDBの記憶形式の例を示す図である。 特徴量抽出部の処理として得られる特徴ベクトルデータの例を示す図である。 気分系列データDBの記憶形式の例を示す図である。 前処理済み気分データの例を示す図である。 行動データ前処理部の動作を説明するためのフローチャートである。 特徴量抽出部の動作を説明するためのフローチャートである。 気分データ前処理部の動作を説明するためのフローチャートである。 クラスタリング部の動作を説明するためのフローチャートである。 行動系列予測モデル構築部によって構築されるDNNの一例を示す図である。 気分系列予測モデル学習部の動作を説明するためのフローチャートである。 気分系列予測モデルDBの記憶形式の例を示す図である。 気分系列予測部の動作を説明するためのフローチャートである。 装置のハードウェア構成例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(本実施の形態)を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
本実施の形態では、前述した従来技術の問題点に鑑みて、過去の行動データや気分データをもとにユーザの未来の気分系列を持続時間と共に予測できるようにした心理状態系列予測装置の構成と動作について説明する。
(装置構成例)
図1及び図2に、本実施の形態における心理状態系列予測装置100の構成例を示す。図1は、学習フェーズにおける構成を示し、図2は予測フェーズにおける構成を示す。なお、心理状態系列予測装置100は、学習フェーズにおける機能と予測フェーズにおける機能の両方を含んでもよいし、学習フェーズにおける機能と予測フェーズにおける機能のうちのいずれか1つの機能のみを含んでもよい。学習フェーズにおける機能のみを含む心理状態系列予測装置100を学習装置と呼んでもよい。学習フェーズにおける機能と予測フェーズにおける機能の両方を含む心理状態系列予測装置100を学習装置と呼んでもよい。
<学習フェーズにおける装置構成>
図1に示すように、学習フェーズにおける心理状態系列予測装置100は、行動系列データDB110と、気分系列データDB120と、行動データ前処理部130と、特徴量抽出部140と、気分データ前処理部150と、クラスタリング部160と、気分系列予測モデル構築部170と、気分系列予測モデル学習部180と、気分系列予測モデルDB190とを有する。なお、気分系列予測モデル学習部180を「学習部」と呼んでもよい。
学習フェーズの心理状態系列予測装置100において、行動系列データDB130の情報と気分系列データDB120の情報を利用して、気分系列予測モデルを構成する固有のパラメータを気分系列予測モデルDB190に出力する。
ここで行動系列データDB110と、気分系列データDB120は、データが記録された日時情報で対応付けが取れるように予め構築されているとする。また、気分系列データDB120には、ユーザが自己報告したその時点での気分を表す2種類の数値、感情価(Valence)と覚醒価(Arousal)が格納されているとする。ここで感情価とは、そのときの感情のポジティブさとネガティブさの度合い、覚醒価とは感情の興奮度合いを表す。
このように構成される気分データは、例えばPhotographic Affect Meter(PAM)(非特許文献4)などの公知の技術を用いてユーザに回答してもらえばよい。気分系列データDB120の構築処理については、例えば対象ユーザによって気分の自己評価結果が入力され、その入力結果をDBに格納するようにすればよい。
なお、気分を表す数値として感情価(Valence)と覚醒価(Arousal)を用いることが一例である。これら以外の数値を、気分を表す数値として用いてもよい。また、「気分」は「心理状態」の例である。
<予測フェーズの装置構成>
図2に示すように、予測フェーズにおける心理状態系列予測装置100は、行動データ前処理部130と、特徴量抽出部140と、気分データ前処理部150と、気分系列予測モデルDB190と、気分系列予測部200とを有する。気分系列予測部200を「予測部」と呼んでもよい。
予測フェーズの心理状態系列予測装置100において、入力の過去の行動系列データと過去の気分系列データに対する予測結果として未来の気分系列を出力する。
(装置の動作例)
以下、前述した構成を備える心理状態系列予測装置100の動作について詳細に説明する。以下、学習フェーズにおける動作と予測フェーズにおける動作のそれぞれについて説明する。
<学習フェーズ>
図3は、学習フェーズにおける心理状態系列予測装置100の動作を示すフローチャートである。以下、図3のフローチャートに沿って学習フェーズにおける心理状態系列予測装置100の動作を説明する。
ステップ100)行動データ前処理部130が、行動系列データDB110からデータを受け取り処理する。処理の詳細は後述する。図5に行動系列データDB110のデータの記憶形式の例を示す。図5に示すとおり、行動データは、時刻情報と共に、それぞれの行動(歩行、運動、会話など)を表す列に数値や時間、文字列などの形式で記録されている。
ステップ110)特徴量抽出部140が行動データ前処理部130から前処理済みのデータを受け取り処理する。処理の詳細は後述する。図6に特徴量抽出部140の出力として得られる特徴ベクトルデータの例を示す。
ステップ120)気分データ前処理部150が、気分系列データDB120からデータを受け取り処理する。処理の詳細は後述する。図7に気分系列データDB120のデータの記憶形式の例を示す。気分データは、ユーザが自己報告した際の日時情報と共に、ValenceとArousalのスコアとして記録されている。図8に気分データ前処理部150の出力として得られる前処理済み気分データの例を示す。
ステップ130)クラスタリング部160が、気分データ前処理部150からデータを受け取り処理する。処理の詳細は後述する。
ステップ140)気分系列予測モデル構築部170がモデルを構築する。処理の詳細は後述する。
ステップ150)気分系列予測モデル学習部180が、特徴量抽出部140から特徴ベクトルデータを受け取り、気分データ前処理部150から前処理済み気分データを受け取り、クラスタリング部160からパラメータを受け取り、気分系列予測モデル構築部170からモデルを受け取り、モデルを学習し、学習済みモデルを気分系列予測モデルDB190に出力する。
<予測フェーズ>
図4は、予測フェーズにおける心理状態系列予測装置100の動作を示すフローチャートである。以下、図4のフローチャートに沿って予測フェーズにおける心理状態系列予測装置100の動作を説明する。
ステップ200)行動データ前処理部130が入力として過去の行動系列データを受け取り処理する。
ステップ210)特徴量抽出部140が行動データ前処理部130から前処理済み行動データを受け取り処理する。
ステップ220)気分データ前処理部150が入力として過去の気分系列データを受け取り処理する。
ステップ230)気分系列予測部200が特徴量抽出部140から特徴ベクトルデータを受け取り、気分データ前処理部150から前処理済み気分データを受け取り、気分系列予測モデルDB190から学習済みモデルを受け取り、未来の気分系列予測結果を計算し、未来の気分系列予測結果を出力する。気分系列予測部200は、未来の気分系列予測結果とともに、上記の受け取ったデータを出力してもよい。
(各部の動作詳細)
以下、心理状態系列予測装置100における各部の動作を詳細に説明する。
<行動データ前処理部130>
図9は、本実施の形態における行動データ前処理部130の動作を示すフローチャートである。以下、図9のフローチャートに沿って行動データ前処理部130の動作を説明する。
ステップ300)学習フェーズの場合には、行動データ前処理部130は、行動系列データDB110から行動系列データを受け取る。予測フェーズの場合には、行動データ前処理部130は、入力として、行動系列データを受け取る。
ステップ310)行動データ前処理部130は、システム管理者が事前に指定した種別の行動データ(列)を抽出する。例えば、抽出対象となる行動データの列名を定義しておき、その列名と一致する列のデータを抽出する。
ステップ320)行動データ前処理部130は、抽出した各行動データの列について走査し、欠損値や想定していない値が含まれている場合、別の値に置き換える。例えば、数値データの場合は対応する列の平均値や0を挿入し、文字列型データの場合は欠損値であることを表現する文字列を挿入する。
ステップ330)行動データ前処理部130は、変換された前処理済み行動データ、及び対応する日時の情報を、特徴量抽出部140に受け渡す。
<特徴量抽出部140>
図10は、本実施の形態における特徴量抽出部140の動作を示すフローチャートである。以下、図10のフローチャートに沿って特徴量抽出部140の動作を説明する。
ステップ400)特徴量抽出部140は、行動データ前処理部130から前処理済み行動データを受け取る。
ステップ410)特徴量抽出部140は、各行動データの列について走査し、値の正規化を行う。例えば、数値データの場合は平均0、標準偏差が1となるようにデータを正規化し、文字列型データの場合は同じ値がデータ全体で出現した回数をカウントし代入する。
ステップ420)特徴量抽出部140は、各行動データの列について走査し、文字列型のデータと時刻型のデータを数値データに変換する。例えば、文字列型のデータは対応する次元に関するone-hot表現のベクトルに変換する。
ステップ430)学習フェーズの場合において、特徴量抽出部140は、得られた特徴ベクトルデータと対応する日時の情報を気分系列予測モデル学習部180に受け渡す。予測フェーズの場合において、特徴量抽出部140は、得られた特徴ベクトルデータと対応する日時の情報を気分系列予測部200に受け渡す。
<気分データ前処理部150>
図11は、本実施の形態における気分データ前処理部150の動作を示すフローチャートである。以下、図11のフローチャートに沿って気分データ前処理部150の動作を説明する。
ステップ500)気分データ前処理部150は、学習フェーズの場合には、気分系列データDB120から気分系列データを受け取る。気分データ前処理部150は、予測フェーズの場合には、入力として、気分系列データを受け取る。
ステップ510)気分データ前処理部150は、気分データの日時を走査し、次の行の回答日時との差を計算し、その値を持続時間の列に格納する。例えば、図8に示す例において、データID:1とデータID:2の回答日時の差は3時間であるため、「3.0H」をデータID:1の持続時間の列に格納する。
ステップ520)学習フェーズの場合、気分データ前処理部150は、得られた前処理済み気分データを、気分予測モデル学習部180とクラスタリング部160に受け渡す。予測フェーズの場合、気分データ前処理部150は、得られた前処理済み気分データを、気分系列予測部200にのみ受け渡す。
<クラスタリング部160>
図12は、本実施の形態におけるクラスタリング部160の動作を示すフローチャートである。以下、図12のフローチャートに沿ってクラスタリング部160の動作を説明する。
ステップ600)クラスタリング部160は、気分データ前処理部150から前処理済み気分データを受け取る。
ステップ610)クラスタリング部160は、Valence、Arousal、持続時間の3つの列に格納された値を用いて、混合ガウスモデル(GMM)によるソフトクラスタリングを行う。混合ガウスモデルはEMアルゴリズムなどの公知の技術を用いて学習を行えばよい。また、混合ガウスモデルのハイパーパラメータであるコンポーネント数Kは、システム管理者が事前に設定する。
ステップ620)クラスタリング部160は、混合ガウスモデルを行い得られたパラメータ集合を気分系列予測モデル学習部180に受け渡す。パラメータ集合は以下から構成される。
各コンポーネントkのValence、Arousal、持続時間の平均値:μv,k,μa,k,μd,k
各コンポーネントkのValence、Arousal、持続時間の分散:σv,k,σa,k,σd,k
各コンポーネントkのValence:Arousal、Valence:持続時間、Arousal:持続時間の相関 :ρva,k,ρvd,k,ρad,k
<気分系列予測モデル構築部170>
図13は、本実施の形態における、気分系列予測モデル構築部170によって構築されるDNNの構造の一例である。入力として、対応する時刻の特徴ベクトルデータ(入力1)と前処理済み気分系列データ(入力2)と、クラスタリング部160で得られたパラメータ集合とを受け取り、出力として将来のユーザの気分系列を獲得する。図13に示すように、本DNNのネットワークは以下のユニットから構成される。
1つ目は特徴ベクトルデータからより抽象的な特徴を抽出する全結合層1である。ここでは、入力を全結合層で変換した後、例えばシグモイド関数やReLu関数などを利用して、入力の特徴量を非線形変換し、特徴ベクトルを得る。この処理を時系列データとして与えられている特徴ベクトルデータに対して順次繰り返し処理する。
2つ目は抽象化された特徴ベクトルを更に系列データとして抽象化するRNN1であり、例えばLong-short term memory(LSTM)などの既知の技術で実装される。具体的には、系列データを順次受け取り、過去の抽象化された情報を考慮しながら、繰り返し非線形変換する。
3つ目は前処理済み気分データからより抽象的な特徴を抽出する全結合層2である。ここでは、全結合層1と同様の処理をし、特徴ベクトルを得る。この処理を時系列データとして与えられている前処理済み気分データに対して順次繰り返し処理する。
4つ目は、抽象化された特徴ベクトルを更に系列データとして抽象化するRNN2であり、RNN1と同様に既知の技術で処理し、特徴ベクトルを得る。
5つ目は、時系列データの最終時刻までRNN1とRNN2で処理して得られた2種類の特徴ベクトルを1つの特徴ベクトルに結合し、新たな特徴ベクトルを抽出する全結合層3である。ここでは、全結合層1と同様の処理をし、特徴ベクトルを得る。
6つ目は、気分系列予測結果を順次得るために複合化するRNN3である。ここでは入力として、全結合層3で得られた特徴ベクトルと、現在予測対象の時刻の1つ前の時刻の気分データについて、全結合層2を介して得られた特徴ベクトルを受け取り処理し、新たな特徴ベクトルを抽出する。
7つ目は、RNN3で得られた特徴ベクトルから、クラスタリング部160で得られている各コンポーネント(平均、分散、相関の集合)への所属確率πを計算するための全結合層4である。ここでは、特徴ベクトルを全結合層でコンポーネント数の次元数に変換した後、Softmax関数などを利用して全次元の値の合計値が1.0になるように処理をする。
8つ目は、全結合層4で得られた所属確率πと、各コンポーネントのパラメータ集合を用いて、3次元正規分布から気分データを出力する出力層である。この出力層は予測フェーズのみ有効化される。出力層による出力方法に関して、例えばK次元の多項分布から所属確率π(1≦k≦K)の値に基づいてインデックスをランダムに選択した後、そのインデックスに紐づく平均値(μv,k,μa,k,μd,k)、分散(σv,k,σa,k,σd,k)、相関(ρva,k,ρvd,k,ρad,k)を得ることで、それらの値に基づいて3次元(Valence、Arousal、持続時間)の正規分布からValence、Arousal、持続時間をサンプリングする。
<気分系列予測モデル学習部190>
図14は、本実施の形態における気分系列予測モデル学習部190の動作を示すフローチャートである。以下、図14のフローチャートに沿って気分系列予測モデル学習部190の動作を説明する。
ステップ700)気分系列予測モデル学習部190は、受け取った特徴ベクトルデータ、前処理済み気分データの日時情報を基に、それぞれのデータを昇順に並べ替える。
ステップ710)気分系列予測モデル学習部190は、学習用データとして、入力系列データと正解系列データのペアを構築する。
例えば、入力系列データのウィンドウサイズをTとしたとき、T件の前処理済み気分データを順に抽出する。各入力系列データの日時情報から最小時刻と最大時刻を参照し、その時刻内に該当する特徴ベクトルデータを抽出する。前処理済み気分データと特徴ベクトルデータとが入力系列データになる。正解系列データのウィンドウサイズをNとしたとき、気分系列データのインデックス番号TからT+N件の前処理済み気分データを抽出する。このようにして入力系列データと正解系列データのペアが作成される。
この処理を、前処理済み気分データの先頭からウィンドウをWずつずらしながら行い、入力系列データと正解系列データのペア集合を構築し、これを学習データとする。
ステップ720)気分系列予測モデル学習部190は、気分系列予測モデル構築部170から図13に示すようなモデルを受け取る。
ステップ730)気分系列予測モデル学習部190は、ネットワークにおける各ユニットのモデルパラメータを初期化する。例えば、0から1の乱数で初期化する。
ステップ740)気分系列予測モデル学習部190は、学習用データを用いて、ネットワークのパラメータを更新する。具体的には、入力系列データから正解系列データを正しく予測できるようにネットワークのパラメータを学習する。ここでは、ネットワークの全結合層4で得られる所属確率πと、クラスタリング部160で得られるパラメータ集合を用いて、出力系列データに対する対数尤度を計算し、ネットワークを対数尤度によって誤差逆伝播法などの公知の技術で学習すればよい。尤度計算の式は以下で得られる。
Figure 0007435821000001
上記の式において、Nは出力系列データのサイズ、Kはクラスタリング部160のコンポーネント数、v,a,dは正解系列データの各タイムステップのValence、Arousal、持続時間である。また、μ,Σは以下から構成される各コンポーネントkの平均ベクトルと共分散行列である。
Figure 0007435821000002
ステップ750)気分系列予測モデル学習部190は、気分系列予測モデル(ネットワーク構造およびモデルパラメータ)を出力し、出力された結果を気分系列予測モデルDB190に格納する。図15にモデルパラメータの例を示す。各ユニットにおいて、行列やベクトルとしてパラメータが格納されている。また、全結合層4は、クラスタリング部160のコンポーネント数と同じ次元数が出力されるように設定されている。出力層は、クラスタリング部160で得られたパラメータ集合の値が保持され、Valence、Arousal、持続時間が対応づくように設定されている。
<気分系列予測部200>
図16は、本実施の形態における気分系列予測部200の動作を示すフローチャートである。以下、図16のフローチャートに沿って気分系列予測部200の動作を説明する。
ステップ800)気分系列予測部200は、特徴量抽出部140から特徴ベクトルデータを受け取り、気分データ前処理部150から前処理済み気分データを受け取る。
ステップ810)気分系列予測部200は、気分系列予測モデルDB190から学習済みの気分系列予測モデルを受け取る。
ステップ820)気分系列予測部200は、気分系列予測モデルを用いて、特徴ベクトルデータ、前処理済み気分系列データから未来の各ステップにおける所属確率πを計算する。
ステップ830)気分系列予測部200は、所属確率πに基づいてValence、Arousal、持続時間をサンプリングし、気分系列データを出力する。
(ハードウェア構成例)
学習フェーズの機能と予測フェーズの機能を両方含む心理状態系列予測装置100、学習フェーズの機能のみを含む心理状態系列予測装置100、予測フェーズの機能のみを含む心理状態系列予測装置100は、いずれの場合でも、例えば、コンピュータにプログラムを実行させることにより実現できる。このコンピュータは、物理的なコンピュータであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。
すなわち、心理状態系列予測装置100は、コンピュータに内蔵されるCPUやメモリ等のハードウェア資源を用いて、心理状態系列予測装置100で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(可搬メモリ等)に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
図17は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図17のコンピュータは、それぞれバスBSで相互に接続されているドライブ装置1000、補助記憶装置1002、メモリ装置1003、CPU1004、インタフェース装置1005、表示装置1006、入力装置1007、出力装置1008等を有する。なお、これらのうち、一部の装置を備えないこととしてもよい。例えば、表示を行わない場合、表示装置1006を備えなくてもよい。
当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、CD-ROM又はメモリカード等の記録媒体1001によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体1001がドライブ装置1000にセットされると、プログラムが記録媒体1001からドライブ装置1000を介して補助記憶装置1002にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体1001より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置1002は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
メモリ装置1003は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置1002からプログラムを読み出して格納する。CPU1004は、メモリ装置1003に格納されたプログラムに従って、心理状態系列予測装置100に係る機能を実現する。インタフェース装置1005は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置1006はプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置1007はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置1008は演算結果を出力する。
(実施の形態のまとめ)
以上説明した本実施の形態における心理状態系列予測装置100では、学習フェーズにおいて、行動データ前処理部130が行動系列データDBのデータを処理し、特徴量抽出部140が前処理済みの行動データを処理する。また、気分データ前処理部150が気分系列データDB120のデータを処理し、クラスタリング部160が前処理済み気分データを処理する。
また、学習フェーズにおいて、気分系列予測モデル構築部170が、行動系列データを基にした特徴ベクトルデータと気分系列データを扱えるモデルを構築する。気分系列予測モデル学習部180が行動系列データと気分系列データから気分系列予測モデルを学習・最適化し、モデルを気分系列予測モデルDB190に出力する。
予測フェーズにおいて、行動データ前処理部130が入力の行動データを処理し、特徴量抽出部140が前処理済みの行動データを処理する。気分データ前処理部150が入力の気分データを処理する。気分系列予測部200が学習済みモデルを用いて、特徴ベクトルデータと気分データから未来の気分系列をそれぞれの気分の持続時間とともに計算し出力する。
より具体的な処理として、行動データ前処理部130と特徴量抽出部140が、DNNが扱いやすいように、行動データの正規化、文字列型データの変換などを実行する。また、クラスタリング部160が前処理済み気分データからユーザの気分の傾向を、平均と分散、相関からなる複数のコンポーネントとして学習し、得られたパラメータ集合を気分系列予測モデル学習部180に受け渡す。
気分系列予測モデル学習部180は、クラスタリング部160で得られたパラメータ集合を利用してネットワークを学習する。気分系列予測モデルの中の出力層が、クラスタリング部160で得られたパラメータ集合を利用して、ValenceとArousal、持続時間の相関関係を捉えた出力をする。
(実施の形態の効果)
上記のような機能を有する心理状態系列予測装置100によれば、気分系列データを前処理し気分の持続時間を計算し、行動系列データから得られた特徴ベクトルと合わせて気分系列予測モデルを学習することで、従来予測できなかったユーザの将来の気分系列をその持続時間とともに予測可能になる。このように気分の持続時間も合わせて予測結果を提示することで、将来のメンタルヘルスへの影響を分析する際に役立てることができる。
また、気分を構成するValenceとArousal、その持続時間の平均、分散、相関関係をユーザごとに捉えることで、高精度に未来の気分系列を予測可能となる。
また、ValenceとArousal、その持続時間の平均、分散、相関関係をニューラルネット上で学習させるのでなく、予めクラスタリング部で計算しておくことによって、少量の訓練データでも高精度に未来の気分系列を予測可能となる。
(付記)
本明細書には、少なくとも下記各項の学習装置、心理状態系列予測装置、学習方法、心理状態系列予測方法、及びプログラムが開示されている。
(第1項)
心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理部と、
行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて、心理状態系列予測モデルを学習する学習部と
を備える学習装置。
(第2項)
前記心理状態データ前処理部により得られた前処理済み心理状態系列データに対してソフトクラスタリングを実行し、各コンポーネントの心理状態及び持続時間に関するパラメータ集合を出力するクラスタリング部を更に備え、
前記学習部は、前記入力系列データから前記心理状態系列予測モデルにより得られる各コンポーネントへの所属確率と、前記パラメータ集合とから前記心理状態系列予測モデルを学習する
第1項に記載の学習装置。
(第3項)
心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理部と、
行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて学習された心理状態系列予測モデルに、過去の行動系列データと前記心理状態データ前処理部により得られた過去の前処理済み心理状態系列データとを入力することにより、未来の心理状態及びその持続時間を予測する予測部と、
を備える心理状態系列予測装置。
(第4項)
前記予測部は、学習時に前処理済み心理状態系列データに対してソフトクラスタリングを実行することにより得られた各コンポーネントの心理状態及び持続時間に関するパラメータ集合と、前記心理状態系列予測モデルにより得られたコンポーネントへの所属確率とに基づいて、未来の心理状態及びその持続時間を予測する
第3項に記載の心理状態系列予測装置。
(第5項)
心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理ステップと、
行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて、心理状態系列予測モデルを学習する学習ステップと
を備える学習方法。
(第6項)
心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理ステップと、
行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて学習された心理状態系列予測モデルに、過去の行動系列データと前記心理状態データ前処理ステップにより得られた過去の前処理済み心理状態系列データとを入力することにより、未来の心理状態及びその持続時間を予測する予測ステップと
を備える心理状態系列予測方法。
(第7項)
コンピュータを、第1項又は第2項に記載の学習装置における各部として記載させるプログラム、又は、コンピュータを、第3項又は第4項に記載の心理状態系列予測装置における各部として記載させるプログラム。
以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
100 心理状態系列予測装置
110 行動系列データDB
120 気分系列データDB
130 行動データ前処理部
140 特徴量抽出部
150 気分データ前処理部
160 クラスタリング部
170 気分系列予測モデル構築部
180 気分系列予測モデル学習部
190 気分系列予測モデルDB
200 気分系列予測部
1000 ドライブ装置
1001 記録媒体
1002 補助記憶装置
1003 メモリ装置
1004 CPU
1005 インタフェース装置
1006 表示装置
1007 入力装置
1008 出力装置

Claims (7)

  1. 心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理部と、
    行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて、心理状態系列予測モデルを学習する学習部と
    を備える学習装置。
  2. 前記心理状態データ前処理部により得られた前処理済み心理状態系列データに対してソフトクラスタリングを実行し、各コンポーネントの心理状態及び持続時間に関するパラメータ集合を出力するクラスタリング部を更に備え、
    前記学習部は、前記入力系列データから前記心理状態系列予測モデルにより得られる各コンポーネントへの所属確率と、前記パラメータ集合とから前記心理状態系列予測モデルを学習する
    請求項1に記載の学習装置。
  3. 心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理部と、
    行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて学習された心理状態系列予測モデルに、過去の行動系列データと前記心理状態データ前処理部により得られた過去の前処理済み心理状態系列データとを入力することにより、未来の心理状態及びその持続時間を予測する予測部と、
    を備える心理状態系列予測装置。
  4. 前記予測部は、学習時に前処理済み心理状態系列データに対してソフトクラスタリングを実行することにより得られた各コンポーネントの心理状態及び持続時間に関するパラメータ集合と、前記心理状態系列予測モデルにより得られたコンポーネントへの所属確率とに基づいて、未来の心理状態及びその持続時間を予測する
    請求項3に記載の心理状態系列予測装置。
  5. 心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理ステップと、
    行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて、心理状態系列予測モデルを学習する学習ステップと
    を備える学習方法。
  6. 心理状態系列データから、心理状態の持続時間を算出し、前記心理状態と前記持続時間とを有する前処理済み心理状態系列データを生成する心理状態データ前処理ステップと、
    行動系列データ及び前処理済み心理状態系列データを有する入力系列データと、前記入力系列データの後の時刻の前処理済み心理状態系列データである正解系列データとを用いて学習された心理状態系列予測モデルに、過去の行動系列データと前記心理状態データ前処理ステップにより得られた過去の前処理済み心理状態系列データとを入力することにより、未来の心理状態及びその持続時間を予測する予測ステップと
    を備える心理状態系列予測方法。
  7. コンピュータを、請求項1又は2に記載の学習装置における各部として記載させるプログラム、又は、コンピュータを、請求項3又は4に記載の心理状態系列予測装置における各部として記載させるプログラム。
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SUHARA, Yoshihiko et al.,"DeepMood: Forecasting Depressed Mood Based on Self-Reported Histories via Recurrent Neural Networks",Proceedings of the 26th International conference on World Wide Web [online],ACM DIGITAL LIBRARY,2017年,p. 715-724,[2023年12月26日検索],インターネット<URL:https://dl.acm.org/doi/10.1145/3038912.3052676>

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