JP7500980B2 - Information processing device, information processing method, and information processing program - Google Patents
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Description
本発明は、情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラムに関する。 The present invention relates to an information processing device, an information processing method, and an information processing program.
近年、機械学習を用いたデータの分類によって、各種装置の異常検知を行う事例が増えている(例えば特許文献1)。 In recent years, there has been an increase in cases where abnormalities in various devices are detected by classifying data using machine learning (for example, Patent Document 1).
ところで、例えば深層学習に基づく学習モデルを用いる場合、異常が検知された際に、一般に異常の要因を特定することは困難である。 However, when using a learning model based on deep learning, for example, it is generally difficult to identify the cause of an anomaly when one is detected.
本発明の目的は、分類の要因となる特徴を推定することが可能な情報処理装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide an information processing device capable of estimating features that are factors in classification.
上記目的を達成するための一の発明は、複数の変数を含む複数の第1データを、複数のクラスタにグループ化するクラスタリング部と、前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータを前記複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、前記複数の第1データの夫々に付与し、複数の第2データを生成する生成部と、前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータに基づく複数のパターンのうち、入力されるデータを、何れかのパターンに分類するための第1学習モデルを、前記複数の第2データに基づいて構築するモデル構築部と、前記複数の第2データ及び前記第1学習モデルに基づいて、前記複数のパターンの夫々における前記複数の変数の夫々の影響度を示す影響度情報を算出する算出部と、を備える情報処理装置である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。 One invention for achieving the above object is an information processing device including a clustering unit that groups a plurality of first data including a plurality of variables into a plurality of clusters, a generating unit that assigns identification information for identifying the data included in each of the plurality of clusters to each of the plurality of first data and generates a plurality of second data, a model constructing unit that constructs, based on the plurality of second data, a first learning model for classifying input data into one of a plurality of patterns based on the data included in each of the plurality of clusters, and a calculating unit that calculates, based on the plurality of second data and the first learning model, influence information indicating the influence of each of the plurality of variables in each of the plurality of patterns. Other features of the present invention will be made clear by the description in this specification.
本発明によれば、分類の要因となる特徴を推定することが可能な情報処理装置を提供することができる。 The present invention provides an information processing device capable of estimating features that are factors in classification.
=====本実施形態=====
<<<情報処理システム10の構成>>>
図1は、本発明の一実施形態である情報処理システム10の構成を示す図である。情報処理システム10は、所定の装置の異常の要因となる特徴を、推定するためのシステムであり、情報処理装置20、診断装置21を含む。本実施形態では、所定の装置の一例として、商業施設に設置されたショーケース300を用いて説明する。
== ...
<<<<Configuration of
1 is a diagram showing the configuration of an
ショーケース300は、例えば、食品等を冷却し、保管するためのケースである。ショーケース300には、ショーケース300の状態を観測するセンサ310が、複数取り付けられている。なお、図1では、便宜上、複数のセンサ310は、1つのブロックとして描かれている。
The
そして、情報処理システム10は、複数のセンサ310の夫々から出力されるデータに基づいて、ショーケース300が正常であるか又は異常であるかを診断する。更に、情報処理システム10は、診断処理において、複数のセンサ310の夫々から出力されるデータの影響度(後述)を出力する。
The
なお、ここでは、「異常」の例として、例えば、ショーケース300の庫内の温度を所定温度に維持できない場合や、ショーケース300から異音が出る場合等の、通常とは異なる挙動を示す場合のことが挙げられる。
In this case, examples of "abnormalities" include cases where the temperature inside showcase 300 cannot be maintained at a specified temperature, or where
また、以下、ショーケース300の動作が正常である際のデータを、「正常データ」または「正常なデータ」と称し、ショーケース300の動作が異常である際のデータを、「異常データ」または「異常なデータ」と称する。
Furthermore, hereinafter, data when the
情報処理装置20は、複数のセンサ310が出力するデータに基づいて、ショーケース300に異常が有るか否かを判定するためのモデルを機械学習によって構築する。
The
診断装置21は、運転中のショーケース300において、複数のセンサ310が出力するデータと、情報処理装置20で構築されたモデルとに基づいて、ショーケース300に異常が有るか否かを診断する。更に、診断装置21は、診断処理において、複数のセンサ310の夫々から出力されるデータの影響度を出力する。なお、情報処理装置20と、診断装置21とは、ネットワーク25を介して接続されている。
The
<<<情報処理装置20について>>>
==情報処理装置20の構成==
図2は、情報処理装置20のハードウェア構成の一例を示す図である。情報処理装置20は、CPU(Central Processing Unit)30、メモリ31、記憶装置32、入力装置33、表示装置34、及び通信装置35を含むコンピュータである。
<<<<About the
==Configuration of
2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the
CPU30は、メモリ31や記憶装置32に格納されたプログラムを実行することにより、情報処理装置20における様々機能を実現する。
The
メモリ31は、例えばRAM(Random-Aaccess Mmemory)等であり、プログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。
記憶装置32は、CPU30によって実行あるいは処理される制御プログラム40や第1データ41(後述)等の各種のデータを格納する不揮発性の記憶装置である。
The
制御プログラム40は、情報処理装置20が有する各種機能を実現するためのプログラムであり、例えば、OS(Operating System)等を含む。
The
複数の第1データ41は、第1学習モデルM1又は第2学習モデルM2(後述)を構築する際に用いられるデータである。図3は、本実施形態の第1データ41を示す図である。複数の第1データ41の夫々は、複数の変数(本実施形態では4個の変数)x1~x4のデータを含む。また、複数の第1データ41は、所定の属性を有するデータである。本実施形態では、所定の属性は、所定の装置が正常に動作しているか否かを示す情報である。
The multiple
ここで、「変数x1」及び「変数x2」は夫々、例えば、ショーケース300の所定の場所に取り付けられた第1温度センサ及び第2温度センサが示す温度を意味する。「変数x1のデータ」及び「変数x2のデータ」は夫々、第1温度センサ及び第2温度センサから出力された値である。
Here, "variable x1" and "variable x2" respectively refer to the temperatures indicated by, for example, a first temperature sensor and a second temperature sensor attached to a predetermined location of the
「変数x3」は、例えば、ショーケース300内のコンプレッサの圧力を計測する圧力センサが示す圧力を意味する。「変数x3のデータ」は、圧力センサから出力された値である。また、「変数x4」は、例えば、コンプレッサの冷媒の流量を計測する流量計が示す流量を意味する。「変数x4のデータ」は、流量計から出力された値である。 "Variable x3" means, for example, the pressure indicated by a pressure sensor that measures the pressure of the compressor inside showcase 300. "Data of variable x3" is the value output from the pressure sensor. Furthermore, "Variable x4" means, for example, the flow rate indicated by a flow meter that measures the flow rate of the refrigerant in the compressor. "Data of variable x4" is the value output from the flow meter.
また、「属性」は、変数x1~x4のデータが“正常データ”であるか、“異常データ”であるかを示すデータである。本実施形態では、変数x1~x4のデータが“正常データ”である場合、“0”が付され、変数x1~x4のデータが“異常データ”である場合、“1”が付されている。 The "attribute" is data that indicates whether the data of variables x1 to x4 is "normal data" or "abnormal data." In this embodiment, if the data of variables x1 to x4 is "normal data," a "0" is assigned, and if the data of variables x1 to x4 is "abnormal data," a "1" is assigned.
本実施形態では、第1データ41は、i個の“正常データ”と、j個の“異常データ”とを含み、予め記憶装置32に格納されている。また、第1データ41の1番目のデータは、例えば、時刻t1に取得された、ショーケース300が正常な場合の変数x1~x4のデータである。
In this embodiment, the
図4は、図3に示した第1データ41を示す散布図である。なお、複数の第1データ41の夫々は、4個の変数x1~x4のデータ及び属性を含むが、便宜上、図4ではデータが変数x1及びx2の2個の変数のデータであるとして図示している。
Figure 4 is a scatter plot showing the
入力装置33は、ユーザによるコマンドやデータの入力を受け付ける装置であり、キーボード、タッチパネルディスプレイ上でのタッチ位置を検出するタッチセンサなどの入力インタフェースを含む。
The
表示装置34は、例えばディスプレイなどの装置であり、通信装置35は、ネットワーク25を介して、診断装置21や他のコンピュータと各種プログラムやデータの受け渡しを行う。
The
==機能ブロックの実施例==
図5は、情報処理装置20に実現される機能ブロックの一例を示す図である。情報処理装置20のCPU30が、制御プログラム40を実行することにより、情報処理装置20には、クラスタリング部50、生成部51、モデル構築部52、算出部53、及び第1取得部54が実現される。
Example of Functional Blocks
5 is a diagram showing an example of functional blocks realized in the
クラスタリング部50は、複数の第1データ41を、複数のクラスタにグループ化する。なお、ここで「グループ化」とは、1以上のグループにデータを分けることをいう。
The
具体的には、クラスタリング部50は、先ず、記憶装置32に格納された第1データ41を取得する。そして、クラスタリング部50は、“正常データ”及び“異常データ”の夫々を、複数のクラスタにグループ化する。
Specifically, the
複数のクラスタにグループ化する処理を施すアルゴリズムとしては、例えばk-meansのようにクラスタの数を予め仮定するアルゴリズムを用いてもよく、またはx-meansのようにクラスタの数を予め仮定しないアルゴリズムを用いてもよい。複数のクラスタにグループ化することができれば他のアルゴリズムを用いてもよい。本実施形態では、クラスタリング部50は、複数の第1データ41に対しx-meansによる処理を施す。
As an algorithm for grouping into multiple clusters, an algorithm that pre-assumes the number of clusters, such as k-means, may be used, or an algorithm that does not pre-assume the number of clusters, such as x-means, may be used. Other algorithms may be used as long as they are capable of grouping into multiple clusters. In this embodiment, the
図6は、“正常データ”と“異常データ”とが、夫々複数のクラスタの分類された状態を説明するための図である。ここでは、“正常データ”は、2個のクラスタC1及びC2にグループ化され、“異常データ”は、2個のクラスタC3及びC4にグループ化されている。 Figure 6 is a diagram for explaining a state in which "normal data" and "abnormal data" are each classified into multiple clusters. Here, "normal data" is grouped into two clusters, C1 and C2, and "abnormal data" is grouped into two clusters, C3 and C4.
ここで、仮に、第1データ41の“正常データ”と、“異常データ”とを分けずにクラスタリング部50が、全ての第1データ41を複数のクラスタにグループ化した場合、一のクラスタが“正常データ”と、“異常データ”とを含んでしまうことがある。このような場合、クラスタに含まれるデータを学習用データとすると、学習用データは“正常データ”を示すデータであるか、“異常データ”を示すデータであるかが不明瞭となる。
If the
本実施形態では、第1データ41の“正常データ”と、“異常データ”とを分けた状態で、夫々を複数のクラスタにグループ化する。したがって、本実施形態では、学習用データの精度を高めることができる。
In this embodiment, the
なお、クラスタリング部50は、第1データ41の“正常データ”と、“異常データ”との双方を、夫々複数のクラスタにグループ化しなくてもよい。例えば、“異常データ”のみを、複数のクラスタにグループ化してもよい。
The
生成部51は、複数のクラスタの夫々に含まれるデータを、複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、複数の第1データ41の夫々に付与し、複数の第2データ42を生成する。図7は、本実施形態の第2データ42を示す図である。この例では、第1データ41のうち、クラスタC1にグループ化された第1データ41には識別情報“1”を付与し、クラスタC2にグループ化された第1データ41には識別情報“2”を付与する。
The
更に、クラスタC3にグループ化された第1データ41には識別情報“3”を付与し、クラスタC4にグループ化された第1データ41には識別情報“4”を付与することによって、第2データ42を生成している。
Furthermore, the
モデル構築部52は、複数の第2データ42に基づいて、第1学習モデルM1を構築する。第1学習モデルM1は、複数のパターンのうち、入力されるデータを、何れかのパターンに分類するための学習モデルである。複数のパターンは、複数のクラスタの夫々に含まれるデータに基づいている。
The
本実施形態では、複数のパターンは、パターン1~パターン4からなる。パターン1はクラスタC1に含まれるデータに基づき、パターン2はクラスタC2に含まれるデータに基づき、パターン3はクラスタC3に含まれるデータに基づき、パターン4はクラスタC4に含まれるデータに基づいている。
In this embodiment, the multiple patterns consist of
本実施形態では、第1学習モデルM1の学習が行われると、第1学習モデルM1の関数の係数等が調整される。なお、第1学習モデルM1は、例えばサポートベクターマシン(SVM)の手法に基づいて構築され、第1学習モデルM1の関数は、例えば、y=f1(x1,x2,x3,x4)と表される。 In this embodiment, when the first learning model M1 is learned, the coefficients of the function of the first learning model M1 are adjusted. Note that the first learning model M1 is constructed based on, for example, a support vector machine (SVM) technique, and the function of the first learning model M1 is expressed as, for example, y = f1 (x1, x2, x3, x4).
図8においては、複数の第2データ42を、4つのパターンのうち、いずれかのパターンに分類する第1学習モデルM1を示す関数f1の一例をx1-x2平面において図示している。
In FIG. 8, an example of a function f1 representing a first learning model M1 that classifies multiple
モデル構築部52は、更に、後述する第1取得部54が取得したデータに基づいて、第2学習モデルM2を構築する。第2学習モデルM2は、第1学習モデルM1と同様に、入力されるデータが複数のパターンの何れに属するかを分類するための学習モデルである。つまり、本実施形態の第2学習モデルM2も、入力されるデータが、パターン1~4の何れに属するかを分類する。
The
第2学習モデルM2は、診断装置21に出力される学習モデルである。第2学習モデルM2を構築する方法についての詳細は後述する。
The second learning model M2 is a learning model that is output to the
算出部53は、影響度情報70を算出する。影響度情報70とは、複数のパターンの夫々における複数の変数の夫々の影響度を示す情報である。
The
ここでの影響度とは、第1学習モデルM1に基づく分類の結果に対する、分類された第2データ42が有する複数の変数の各々の影響度を意味する。影響度は、影響度を示す値として、例えば0~100%のように、所定の範囲の数値で表現されてもよい。また、影響度は、影響度を示す値に対して所定の値を閾とし、“強”又は“弱”のように2値化したもので表現されもてよいし、3以上に多値化したもので表現されてもよい。
Here, the influence level refers to the influence level of each of the multiple variables contained in the classified
影響度を示す情報とは、複数の変数、及び複数の変数の夫々の影響度のうち、少なくとも一部を含む情報である。つまり、影響度を示す情報は、複数の変数、及び複数の変数の夫々の影響度の全てを含んでもよい。また、影響度を示す情報は、影響度を示す値が最も高いものに対応する変数のみでもよい。 The information indicating the degree of influence is information including at least a portion of the multiple variables and the respective degrees of influence of the multiple variables. In other words, the information indicating the degree of influence may include all of the multiple variables and the respective degrees of influence of the multiple variables. Furthermore, the information indicating the degree of influence may be only the variable corresponding to the highest value indicating the degree of influence.
図9は、本実施形態の影響度情報70を示す図である。本実施形態の影響度情報70は、複数のパターンの夫々における複数の変数の夫々の影響度を示す値を含む情報である。この例では、影響度を示す値は、0~100%の範囲で示されている。また、夫々のパターンにおいて、変数x1~x4の夫々の影響度の総和が100%となるよう規格化されている。
Figure 9 is a diagram showing the
以下では、「影響度を示す値」を、単に「影響度」と呼ぶことにする。本実施形態では、パターンk(k=1~4)における変数xl(l=1~4)の影響度を、影響度Aklとする。 Hereinafter, the "value indicating the degree of influence" will be simply referred to as the "degree of influence." In this embodiment, the degree of influence of a variable xl (l=1 to 4) in a pattern k (k=1 to 4) is defined as the degree of influence A kl .
本実施形態の影響度Aklは、第1学習モデルM1によってパターンkに分類された第2データ42に対して出力される影響度である。つまり、本実施形態の影響度Aklは、入力された変数xl(l=1~4)のデータがパターンkに分類される限り、変数xl(l=1~4)のデータによらず一定となるように近似された影響度である。影響度Aklを算出する方法の詳細については後述する。
The influence A kl in this embodiment is the influence output for the
例えば、図9の影響度情報70に示されるパターン3は、クラスタC3に含まれる第2データ42に基づいている(図6)。クラスタC3に含まれる第2データ42は、“異常データ”を示す属性“1”及び識別情報“3”が付されたデータである(図7)。
For example,
図9では、パターン3における変数x1の影響度(A31)が10%、変数x2の影響度(A32)が2%、変数x3の影響度(A33)が80%、変数x4の影響度(A34)が8%であることを示している。
FIG. 9 shows that in
この例では、入力された変数xl(l=1~4)のデータがパターン3に分類された場合、変数x3の影響度が支配的である。このことは、第1学習モデルM1を用いた分類において、変数x3のデータが最も重要視された結果であることを意味する。また、このことは、変数x3を意味する圧力センサの出力値が異常であると推定できることを意味する。
In this example, when the data of the input variable xl (l = 1 to 4) is classified into
以下、本実施形態の影響度情報70を示す値を算出する方法について説明する。影響度情報70を示す値は、複数の第2データ42及び第1学習モデルM1に基づいて算出される。
The following describes a method for calculating a value indicating the
先ず、算出部53は、機械学習モデルの解釈法として使用可能なアルゴリズムを用いて、複数の第2データ42の夫々に対する影響度を算出する。アルゴリズムとしては、例えばLIME(local interpretable model-agnostic explanations)やSHAP(SHapley Additive exPlanations)といったアルゴリズムを用いることができる。本実施形態では、LIMEを用いて影響度を算出する。
First, the
具体的には、LIMEを用いて、複数の第2データ42のうち、識別情報“k”(k=1~4)が付された一の第2データ42について、変数xl(l=1~4)の影響度akl(l=1~4)を算出する。このとき、一の第2データ42の周辺で、第1学習モデルM1に基づいて局所的な線形近似モデルを生成し、線形近似モデルにおける変数xl(l=1~4)の重みwkl(l=1~4)を算出する。
Specifically, using LIME, the influence a kl (l = 1 to 4) of the variable xl (l = 1 to 4) is calculated for one
そして、算出された重みwkl(k=1~4、l=1~4)を、lについての総和が100となるように規格化したものを、一の第2データ42についての変数xl(l=1~4)の影響度akl(k=1~4、l=1~4)とする。以上の算出処理を全ての第2データ42について行う。
Then, the calculated weights w kl (k=1 to 4, l=1 to 4) are normalized so that the sum for l is 100, and the result is defined as the influence a kl (k=1 to 4, l=1 to 4) of the variable xl (l=1 to 4) for one
次いで、複数の第2データ42のうち、識別情報“k”(k=1~4)が付与された全ての第2データ42について、影響度akl(l=1~4)を足し合わせたものを、重みWkl(l=1~4)とする。そして、算出された重みWkl(l=1~4)を、lについての総和が100となるように規格化したものを、上述の影響度Akl(l=1~4)とする。
Next, the influence a kl (l=1 to 4) is added up for all the
第1取得部54は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々に含まれるデータを少なくとも一つ含む一部のデータを取得する。前述のように、複数の第2データ42のうち、第1取得部54によって取得された取得された第2データ42は、モデル構築部52が第2データ42を構築するために用いられる。
The first acquisition unit 54 acquires a portion of the
図10は、第1取得部54によって取得された第2データ42を示す図である。図10において、黒丸は、複数の第2データ42のうち、第1取得部54によって取得された第2データ42を示している。一方、白丸は、複数の第2データ42のうち、第1取得部54によって取得された第2データ42以外の第2データ42を示している。
Figure 10 is a diagram showing the
第1取得部54は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々の重心に最も近いデータを少なくとも取得する。なお、ここで、一のクラスタの「重心」とは、の一のクラスタに含まれる複数の第2データ42の平均値である。
The first acquisition unit 54 acquires at least the data closest to the center of gravity of each of the plurality of clusters among the plurality of
図10の例では、第1取得部54は、複数のクラスタの夫々の重心から所定の距離以内に存在する第2データ42(黒丸)を取得する。ここでの距離としては特に限定されないが、例えばユークリッド距離、マンハッタン距離、チェビシェフ距離等を用いることができる。 In the example of FIG. 10, the first acquisition unit 54 acquires the second data 42 (black circles) that exist within a predetermined distance from the center of gravity of each of the multiple clusters. The distance here is not particularly limited, but for example, the Euclidean distance, Manhattan distance, Chebyshev distance, etc. can be used.
第2学習モデルM2は、前述した第1学習モデルM1と同様の手法に基づいて構築され、第2学習モデルM2の関数は、例えば、y=f2(x1,x2,x3,x4)と表される。 The second learning model M2 is constructed based on a method similar to that of the first learning model M1 described above, and the function of the second learning model M2 is expressed as, for example, y = f2 (x1, x2, x3, x4).
つまり、第2学習モデルM2は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々の重心の近傍に存在する代表的な第2データ42に基づいて構築されることになる。この結果、モデル構築部52は、第2データ42の分布に関する情報を保ちつつ、少ないデータ量を用いて第2学習モデルM2の学習を行う。なお、「データの分布」とは、例えば、データx1~x4のそれぞれを一つのベクトルとした際のベクトル空間における分布である。
In other words, the second learning model M2 is constructed based on representative
このようにして構築された第2学習モデルM2は、第1学習モデルM1を近似的に表した学習モデルといえる。また、第2学習モデルM2は、第1学習モデルM1よりも少ないデータ量を用いて構築されるため、第2学習モデルM2の関数f2は、第1学習モデルM1の関数f1よりもデータ量が少ない。 The second learning model M2 constructed in this way can be said to be a learning model that approximately represents the first learning model M1. Furthermore, since the second learning model M2 is constructed using a smaller amount of data than the first learning model M1, the function f2 of the second learning model M2 has a smaller amount of data than the function f1 of the first learning model M1.
第2学習モデルM2は、後述する診断装置21において、分類部81がSVMにより診断データを複数のパターンの何れかに分類する処理に用いられる。この分類する処理において、第1学習モデルM1よりもデータ量が少ない第2学習モデルM2を用いることにより、第1学習モデルM1を用いる場合に比べて処理速度を高速化することができる。
The second learning model M2 is used by the
<<情報処理S10>>
以下、各機能ブロックが実行する処理の一例を、図11等を参照しつつ説明する。図11は、情報処理装置20で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
<<Information Processing S10>>
An example of the process executed by each functional block will be described below with reference to Fig. 11 etc. Fig. 11 is a flowchart showing an example of the process executed by the
先ず、クラスタリング部50は、記憶装置32に格納された第1データ41(図3、4)を取得する(S11)。
First, the
次いで、クラスタリング部50は、第1データ41を複数のクラスタにグループ化する(S12、図6)。このとき、クラスタリング部50は、第1データ41の“正常データ”と、“異常データ”とを分けた状態で、夫々を複数のクラスタにグループ化する。
Next, the
次いで、生成部51は、複数のクラスタの夫々に含まれるデータを、複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、複数の第1データ41の夫々に付与し、複数の第2データ42を生成する(S13、図7)。
Next, the
次いで、モデル構築部52は、S13で生成された複数の第2データ42に基づいて、第1学習モデルM1を構築する(S14、図8)。
Next, the
次いで、算出部53は、S13で生成された複数の第2データ42及びS14で構築された第1学習モデルM1に基づいて、影響度情報70を算出する(S15、図9)。
Next, the
次いで、第1取得部54は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々に含まれるデータを少なくとも一つ含む一部のデータを取得する(S16、図10)。
Next, the first acquisition unit 54 acquires a portion of the
次いで、モデル構築部52は、S16で取得された複数の第2データ42の一部に基づいて、第2学習モデルM2を構築する(S17、図10)。
Next, the
次いで、情報処理装置20は、S15で算出された影響度情報70と、S17で構築された第2学習モデルM2を、診断装置21に出力する。
Next, the
<<<診断装置21について>>>
==診断装置21の構成==
図12は、診断装置21のハードウェア構成の一例を示す図である。診断装置21は、CPU60、メモリ61、記憶装置62、入力装置63、表示装置64、及び通信装置65を含むコンピュータである。なお、診断装置21のハードウェア構成は、情報処理装置20のハードウェア構成と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
<<<About the
==Configuration of
12 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the
記憶装置62は、第2学習モデルM2、影響度情報70、及び診断プログラム71を記憶する。第2学習モデルM2は、情報処理装置20で構築されたモデルである。
The
診断プログラム71は、制御プログラム40と同様に、診断装置21が有する各種機能を実現するためのプログラムを総称している。
The diagnostic program 71, like the
==機能ブロック==
図12は、診断装置21に実現される機能ブロックの一例を示す図である。診断装置21のCPU60が、診断プログラム71を実行することにより、診断装置21には、第2取得部80、分類部81、出力部82、及び記憶部83が実現される。
==Function Blocks==
12 is a diagram showing an example of functional blocks realized in the
第2取得部80は、複数の変数を含み診断対象となる診断データを取得する。具体的には、第2取得部80は、運転中のショーケース300のセンサ310から出力される変数x1~x4のデータを、所定時間間隔毎(例えば、30秒毎)に取得する。なお、センサ310から出力される変数x1~x4のデータが「診断データ」に相当する。
The
分類部81は、情報処理装置20のモデル構築部52によって構築された第2学習モデルM2に基づいて、診断データを複数のパターンの何れかに分類する。本実施形態の複数のパターンとは、前述のように、パターン1~パターン4からなる。
The
出力部82は、診断データが分類されたパターンの影響度情報70(図9)を出力する。例えば、ある時刻に取得された診断データが分類部81によってパターン4に分類された場合、本実施形態では、出力部82は、変数x1の影響度(A41)が1%、変数x2の影響度(A42)が4%、変数x3の影響度(A43)が0%、変数x4の影響度(A44)が95%である旨を出力する。このとき、出力部82は、表示装置64に出力してもよいし、音声情報により出力してもよい。
The
そして、作業者は、出力部82による出力を確認することにより、ショーケース300に異常が検知されたことを把握する。この場合、作業者は、異常の主な要因が、変数x4が意味するコンプレッサの冷媒の流量であることを把握する。
Then, the worker confirms the output from the
記憶部83は、情報処理装置20から診断装置21に出力された影響度情報70を記憶する。これによって、診断処理において、過去に生成した影響度情報70を用いることができる。これによって、情報処理装置20によって第2学習モデルM2及び影響度情報70を生成する回数を抑えることができる。また、これによって、診断データの夫々に対し、LIME等を用いて影響度を算出する必要がなく、診断処理における計算負荷を削減することができる。
The
なお、本実施形態では、分類部81は、第2学習モデルM2に基づいて、診断データを複数のパターンの何れかに分類する態様を示したが、これに限られない。分類部81は、第2学習モデルM2ではなく、第1学習モデルM1に基づいて分類してもよい。
In this embodiment, the
この場合、情報処理装置20は、第2学習モデルM2を構築する必要はない。また、この場合、情報処理装置20は、第2学習モデルM2に代えて、第1学習モデルM1を診断装置21に出力する。
In this case, the
<<診断処理S20>>
以下、各機能ブロックが実行する処理の一例を、図14等を参照しつつ説明する。図14は、診断装置21で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
<<Diagnosis Process S20>>
An example of the process executed by each functional block will be described below with reference to Fig. 14 etc. Fig. 14 is a flow chart showing an example of the process executed by the
まず、図14に示すように、第2取得部80は、複数の変数を含み診断対象となる診断データを取得する(S21)。次いで、分類部81は、第2学習モデルM2に基づいて、診断データを複数のパターンの何れかに分類する(S22)。次いで、出力部82は、診断データが分類されたパターンの影響度情報70を出力する(S23)。
First, as shown in FIG. 14, the
===まとめ===
以上、本実施形態の情報処理システム10について説明した。かかる実施形態によれば、分類の要因となる特徴を推定することが可能な情報処理システムを提供することができる。
====Summary====
The above describes the
また、かかる実施形態によれば、クラスタリング部50が複数の第1データ41を複数のクラスタにグループ化する際、x-meansによる処理を施す。そのため、クラスタの数を仮定する必要がない。これによって、分類の要因となる特徴を推定する際に、特徴の数に対する先入観が排除されるため、正確な推定をすることができる。
Furthermore, according to this embodiment, when the
また、かかる実施形態によれば、複数の第1データ41は、所定の属性を有するデータである。そのため、クラスタリング部50が複数の第1データ41を複数クラスタにグループ化する際、属性ごとに分けてグループ化することができる。これによって、複数の第1データ41の、学習用データとしての精度を高めることができる。
Furthermore, according to this embodiment, the multiple
また、かかる実施形態によれば、所定の属性は、所定の装置が正常に動作しているか否かを示す情報である。つまり、クラスタリング部50は、複数の第1データ41の“正常データ”と、“異常データ”とを分けた状態で、夫々を複数のクラスタにグループ化することができる。そのため、一のクラスタに“正常データ”と、“異常データ”が混在することがなく、複数の第1データ41の、学習用データとしての精度を高めることができる。
Furthermore, according to this embodiment, the specified attribute is information indicating whether or not the specified device is operating normally. In other words, the
また、かかる実施形態によれば、影響度情報70は、複数の変数の夫々の影響度を示す値を含む情報である。これによって、分類の要因となる特徴を定量的に推定することが可能となる。
Furthermore, according to this embodiment, the
また、かかる実施形態によれば、第1取得部54は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々に含まれるデータを少なくとも一つ含む一部のデータを取得する。これによって、第2データ42の分布に関する情報を保ちつつ、より少ないデータ量を用いて第2学習モデルM2の学習を行うことができる。これによって、第2学習モデルM2の学習時間を削減することができる。
Furthermore, according to this embodiment, the first acquisition unit 54 acquires a portion of the
また、かかる実施形態によれば、第1取得部54は、複数の第2データ42のうち、複数のクラスタの夫々の重心に最も近いデータを少なくとも取得する。これによって、第2データ42の分布に関する情報を保ちつつ、第2学習モデルM2の学習に用いるデータ量を効率的に減らすことができる。
Furthermore, according to this embodiment, the first acquisition unit 54 acquires at least the data closest to the center of gravity of each of the plurality of clusters among the plurality of
また、かかる実施形態によれば、診断処理において、所定の装置から出力される診断データの夫々に対し、第2学習モデルM2による分類の結果に基づいて影響度情報70を参照することによって、分類の要因となる特徴を推定することができる。
Furthermore, according to this embodiment, in the diagnostic process, for each piece of diagnostic data output from a specific device, the characteristics that are factors in the classification can be estimated by referring to the
従来の異常検知方法では、診断処理において、装置から出力される診断データの夫々に対し、LIMEやSHAP等の機械学習モデルの既存の解釈法を用いて影響度を算出する。そのため、診断処理における計算負荷が膨大となるという課題があった。 In conventional anomaly detection methods, the degree of impact is calculated for each piece of diagnostic data output from the device during diagnostic processing using existing interpretation methods for machine learning models such as LIME and SHAP. This poses the problem of a huge computational load during diagnostic processing.
しかしながら、かかる実施形態の診断処理によれば、診断データの夫々に対し、影響度を算出する必要がない。これによって、診断処理における計算負荷を削減することができる。 However, according to the diagnostic process of this embodiment, there is no need to calculate the degree of influence for each piece of diagnostic data. This reduces the calculation load in the diagnostic process.
また、かかる実施形態によれば、診断装置21は、影響度情報70を記憶する記憶部83を備える。これによって、診断処理において、過去に生成した影響度情報70を用いることができる。これにより、情報処理装置20によって第2学習モデルM2及び影響度情報70を生成する回数を抑えることができる。
Furthermore, according to this embodiment, the
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention. Furthermore, the present invention may be modified or improved without departing from the spirit of the present invention, and it goes without saying that the present invention includes equivalents.
10:情報処理システム
20:情報処理装置
21:診断装置
25:ネットワーク
30:CPU
31:メモリ
32:記憶装置
33:入力装置
34:表示装置
35:通信装置
40:制御プログラム
41:第1データ
42:第2データ
50:クラスタリング部
51:生成部
52:モデル構築部
53:算出部
54:第1取得部
60:CPU
61:メモリ
62:記憶装置
63:入力装置
64:表示装置
65:通信装置
70:影響度情報
71:診断プログラム
80:第2取得部
81:分類部
82:出力部
83:記憶部
300:ショーケース
310:センサ
M1:第1学習モデル
M2:第2学習モデル
10: Information processing system 20: Information processing device 21: Diagnostic device 25: Network 30: CPU
31: Memory 32: Storage device 33: Input device 34: Display device 35: Communication device 40: Control program 41: First data 42: Second data 50: Clustering unit 51: Generation unit 52: Model construction unit 53: Calculation unit 54: First acquisition unit 60: CPU
61: Memory 62: Storage device 63: Input device 64: Display device 65: Communication device 70: Impact information 71: Diagnostic program 80: Second acquisition unit 81: Classification unit 82: Output unit 83: Storage unit 300: Showcase 310: Sensor M1: First learning model M2: Second learning model
Claims (11)
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータを前記複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、前記複数の第1データの夫々に付与し、複数の第2データを生成する生成部と、
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータに基づく複数のパターンのうち、入力されるデータを、何れかのパターンに分類するための第1学習モデルを、前記複数の第2データに基づいて構築するモデル構築部と、
前記複数の第2データ及び前記第1学習モデルに基づいて、前記複数のパターンの何れかへの分類の要因となる特徴である前記複数の変数の夫々の影響度を示す影響度情報を算出する算出部と、
を備える情報処理装置。 A clustering unit that groups a plurality of first data including a plurality of variables into a plurality of clusters;
a generating unit that generates a plurality of second data by adding, to each of the plurality of first data, identification information that identifies data included in each of the plurality of clusters for each of the plurality of clusters;
a model construction unit that constructs a first learning model based on the plurality of second data for classifying input data into one of a plurality of patterns based on data included in each of the plurality of clusters;
A calculation unit that calculates influence information indicating an influence of each of the plurality of variables , which are characteristics that are factors in classifying the plurality of patterns, based on the plurality of second data and the first learning model;
An information processing device comprising:
前記クラスタリング部は、前記複数の第1データに対しx-meansによる処理を施すこと、
を特徴とする情報処理装置。 2. The information processing device according to claim 1,
The clustering unit performs x-means processing on the plurality of first data;
An information processing device comprising:
前記複数の第1データは、所定の属性を有するデータであること、
を特徴とする情報処理装置。 3. The information processing device according to claim 1,
the plurality of first data are data having a predetermined attribute;
An information processing device comprising:
前記所定の属性は、所定の装置が正常に動作しているか否かを示す情報であること、
を特徴とする情報処理装置。 4. The information processing device according to claim 3,
the predetermined attribute is information indicating whether a predetermined device is operating normally;
An information processing device comprising:
前記影響度情報は、前記複数の変数の夫々の影響度を示す値を含む情報であること、
を特徴とする情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 4,
the influence information includes a value indicating an influence of each of the plurality of variables;
An information processing device comprising:
前記複数の第2データのうち、前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータを少なくとも一つ含む一部のデータを取得する第1取得部を備え、
前記モデル構築部は、
前記第1取得部が取得したデータに基づいて、入力されるデータが前記複数のパターンの何れに属するかを分類するための第2学習モデルを構築すること、
を特徴とする情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 5,
a first acquisition unit that acquires a portion of the second data including at least one piece of data included in each of the plurality of clusters,
The model construction unit includes:
constructing a second learning model for classifying input data into which of the plurality of patterns the data belongs, based on the data acquired by the first acquisition unit;
An information processing device comprising:
前記第1取得部は、
前記複数の第2データのうち、前記複数のクラスタの夫々の重心に最も近いデータを少なくとも取得すること、
を特徴とする情報処理装置。 7. The information processing device according to claim 6,
The first acquisition unit is
acquiring at least data closest to a center of gravity of each of the plurality of clusters from among the plurality of second data;
An information processing device comprising:
前記複数の変数を含み診断対象となる診断データを取得する第2取得部と、
前記第2学習モデルに基づいて、前記診断データを前記複数のパターンの何れかに分類する分類部と、
前記診断データが分類されたパターンの前記影響度情報を出力する出力部と、
を含む診断装置と、を備える情報処理システム。 An information processing device according to claim 6 or 7;
A second acquisition unit that acquires diagnostic data that includes the plurality of variables and is to be diagnosed;
a classification unit that classifies the diagnostic data into one of the plurality of patterns based on the second learning model;
an output unit that outputs the impact information of a pattern in which the diagnostic data is classified;
and a diagnostic device including the above.
前記診断装置は、前記影響度情報を記憶する記憶部を備えること、
を特徴とする情報処理システム。 9. The information processing system according to claim 8,
the diagnostic device includes a storage unit that stores the impact information;
An information processing system comprising:
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータを前記複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、前記複数の第1データの夫々に付与し、複数の第2データを生成するステップと、
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータに基づく複数のパターンのうち、入力されるデータを、何れかのパターンに分類するための第1学習モデルを、前記複数の第2データに基づいて構築するステップと、
前記複数の第2データ及び前記第1学習モデルに基づいて、前記複数のパターンの何れかへの分類の要因となる特徴である前記複数の変数の夫々の影響度を示す影響度情報を算出するステップと、
を含む情報処理方法。 Grouping a plurality of first data including a plurality of variables into a plurality of clusters;
a step of generating a plurality of second data by assigning identification information to each of the plurality of first data, the identification information being used to identify data included in each of the plurality of clusters for each of the plurality of clusters;
constructing a first learning model based on the plurality of second data for classifying input data into one of a plurality of patterns based on data included in each of the plurality of clusters;
Calculating influence information indicating an influence of each of the plurality of variables , which are characteristics that are factors in classifying the plurality of patterns, based on the plurality of second data and the first learning model;
An information processing method comprising:
複数の変数を含む複数の第1データを、複数のクラスタにグループ化させ、
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータを前記複数のクラスタ毎に識別する識別情報を、前記複数の第1データの夫々に付与し、複数の第2データを生成させ、
前記複数のクラスタの夫々に含まれるデータに基づく複数のパターンのうち、入力されるデータを、何れかのパターンに分類するための第1学習モデルを、前記複数の第2データに基づいて構築させ、
前記複数の第2データ及び前記第1学習モデルに基づいて、前記複数のパターンの何れかへの分類の要因となる特徴である前記複数の変数の夫々の影響度を示す影響度情報を算出させる、
ことを特徴とする情報処理プログラム。 On the computer,
Grouping a plurality of first data including a plurality of variables into a plurality of clusters;
assigning identification information to each of the plurality of first data, the identification information identifying the data included in each of the plurality of clusters for each of the plurality of clusters, to generate a plurality of second data;
constructing a first learning model based on the plurality of second data, the first learning model being used to classify input data into one of a plurality of patterns based on data included in each of the plurality of clusters;
calculating influence information indicating an influence of each of the plurality of variables , which are characteristics that are factors in classifying the plurality of patterns, based on the plurality of second data and the first learning model;
23. An information processing program comprising:
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