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高速演算と知識獲得を可能とした深層ファジィ推論モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 21K12013
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 61030:Intelligent informatics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

関 宏理  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (10583693)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsファジィ推論 / 深層ファジィ推論 / 医療診断 / 人狼ゲーム / 不均衡データ / 深層ファジィルール / 時系列 / モジュラーファジイモデル / 単一入力結合型ファジィ推論
Outline of Research at the Start

近年,ディープラーニングに関する研究が盛んに行われているが,ディープラーニングの入出力関係はブラックボックスであるという問題が存在する.本研究ではIf-Thenルールにより記述されるファジィ推論を多層にした新しい深層ファジィ推論を提案し,入出力関係がわかりやすいモデル構築を目指す.また,単一入力型ファジィ推論モデルはファジィルール数が大幅に削減可能であることで知られているが,本モデルを多層に拡張することにより,ルール数が少なく,高速計算可能な深層ファジィ推論の構築を行うことを目指す.また,提案モデルを様々な問題へ応用し,その適用可能性を検証することや,理論的性質の解明を目的とする.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は深層ファジィ推論の解釈性向上のため、少数入力で構築された深層ファジィルールに対して遺伝的アルゴリズムを適用することにより、不要なルール、あるいは入力項目の削除を行った。また、各ルールのすべての前件部の入力項目に対して重み付けをし、試行錯誤で設定した閾値以下のルールと入力項目の削除を行った。その結果、遺伝的アルゴリズム・重み付けルール手法共に、高い推論精度を保ちつつ、ルール数の削減による解釈性向上を可能とする深層モジュラーファジィモデルの提案を行った。
また、深層ファジィ推論モデルは層が増えるごとにパラメータ数の増加によって学習データについては精度良く対応するが、過学習が起こり、不均衡データに適用する際には少数データに対応できない場合が存在する。このことから、層が進むごとに少数データの近傍データを加えていき、学習データを増やしていくことにより、各層の推論結果の平均を最終推論結果とする新しい深層ファジィ推論モデルを提案した。その結果、多層で構築した場合にも不均衡データに精度よく対応できることが確認できた。
深層ファジィ推論モデルは前層の出力を次層の入力として用いることから、必ずしも従来のファジィ推論モデルよりも解釈性が高いとは限らない場合が考えられる。本研究では前層からの出力を未だ発見されていない特徴量と仮定することにより、エキスパートでも気づいていない新たな特徴量の存在性と発見の可能性についても言及した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度までは新型コロナウイルスの影響で積極的な発表ができなかったが、今年度は多くの発表を行うことができた。研究は順調に進んだものの、学会発表のタイミングが遅れたことから学術論文への投稿は遅れる結果となった。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究内容を基に、未だ適用できていない問題などへも応用することにより更なる実験結果と考察を追加し、学術論文へ投稿することを考える。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Presentation] 種々の深層ファジィ推論モデル2024

    • Author(s)
      関 宏理
    • Organizer
      動的システムの状態推定とデータからの学習およびその応用研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 深層ファジィ推論モデル2024

    • Author(s)
      関 宏理
    • Organizer
      Type-1・Type-2ファジィシステム研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] SIRMsファジィシステムのアンサンブル学習による人狼ゲームの役職推定2023

    • Author(s)
      喜多 修平, 関 宏理, 乾口 雅弘
    • Organizer
      第67回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 重み付き学習法を用いた深層モジュラーファジィモデルによる知識獲得2023

    • Author(s)
      永井 陽也, 関 宏理
    • Organizer
      第67回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 遺伝的アルゴリズムによる深層モジュラーファジィモデルのルール削減と知識獲得2023

    • Author(s)
      三宅 遼作, 関 宏理, 乾口 雅弘
    • Organizer
      第67回システム制御情報学会研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Reduction of rules and knowledge acquisition in deep modular fuzzy models with genetic algorithms2023

    • Author(s)
      Ryosaku Miyake and Hirosato Seki
    • Organizer
      The 38th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Application to Estimating Roles in a Werewolf Game by Ensemble Learning Using SIRMs Connected Fuzzy Systems2023

    • Author(s)
      Shuhei Kita and Hirosato Seki
    • Organizer
      The 38th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Knowledge Acquisition using Weighted Deep Modular Fuzzy Inference Model2023

    • Author(s)
      Haruya Nagai and Hirosato Seki
    • Organizer
      The 38th International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep Modular Fuzzy Inference Model2023

    • Author(s)
      Haruya Nagai and Hirosato Seki
    • Organizer
      2023 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep SIRMs Fuzzy Inference Model and its Application to Estimating Roles in a Werewolf Game2023

    • Author(s)
      Shuhei Kita, Suguru Haruta and Hirosato Seki
    • Organizer
      2023 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層モジュラーファジィモデルにおける未知の知識獲得に関する一考察2023

    • Author(s)
      三宅 遼作, 関 宏理
    • Organizer
      第31回インテリジェント・システム・シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 不均衡データを考慮した重み付き深層モジュラーファジィ推論モデル2023

    • Author(s)
      永井 陽也, 関 宏理
    • Organizer
      第31回インテリジェント・システム・シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 深層SIRMs結合型ファジィ推論モデルにおける未知の知識獲得に関する一考察2023

    • Author(s)
      三宅 遼作, 関 宏理
    • Organizer
      バイオメディカル・ファジィ・システム学会 第36回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 深層モジュラーファジィモデルの構築2022

    • Author(s)
      永井陽也, 関宏理, 乾口雅弘
    • Organizer
      第66回システム制御情報学会研究発表会講演論文集
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 多出力を考慮した深層SIRMsファジィ推論モデルの構築と人狼ゲームにおける役職推定への応用2022

    • Author(s)
      春田俊, 船本祥太郎, 関宏理
    • Organizer
      第21回情報科学技術フォーラム (FIT2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] “AI”時代のシステム学 -現実とインテリジェンスとシステム学(パネリスト)2022

    • Author(s)
      関宏理
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] CIとファジィシステム2021

    • Author(s)
      関宏理
    • Organizer
      インテリジェント・システム・シンポジウム 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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