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構造適応型Deep Learningによるビックデータ予測システムの開発

Research Project

Project/Area Number 17J11178
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent informatics
Research InstitutionHiroshima City University

Principal Investigator

鎌田 真  広島市立大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords深層学習 / Deep Belief Network / 構造適応型学習 / 知識獲得
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,学習中に隠れニューロン数及び隠れ層数を自動で増減する構造適応型深層学習法を開発した。平成29年度では,構造適応型深層学習法の基本的な学習アルゴリズムを構築し,具体的には,①時系列データの予測を実現するリカレント構造適応型学習方法を開発し,②深層学習に蓄積された知識をIF-THENルールとして抽出し,③ベンチマークテストや少数の実データを用いた評価を行った。平成30年度では,これまでに開発したシステムをベンチマークテストだけでなく,様々な種類のビックデータに適用し,手法の検証・改良を行った。具体的には,④単なる画像の分類だけでなく,画像の中の特定の部位の検出する物体検出アルゴリズムの開発を行った。深層学習では,R-CNN,YOLO,SSD等,畳み込みニューラルネットワークに基づく物体検出法が知られている。これらの物体検出法の考えを応用し,構造適応型学習法における新しい物体検出法を開発した。また,⑤開発した知識獲得手法において,深層学習における階層構造を考慮した上で知識を抽出することで,精度の改善を行った。さらに,⑥これらの手法を実世界に存在する様々なビックデータに適用し,手法の検証を行った。検証データとして胸部X線画像ベンチマークセットChestX-ray8(CXR8)や実際の検査機関から収集された医療検診データ等を用いた。④の物体検出手法は,CXR8に与えられている疾病(異常)箇所を既存の手法よりも高い精度で検出できた。また,医療検診データに対して⑤の手法を適用したところ,血液検査の異常と癌の進行に関する知識を発見できた。得られた知識の一部は,実際の診療所やクリニックのホームページ等で報告されているケースと一致するものもあった。今後は,開発した構造適応型学習法を様々な実データに適用し,実用化に関する研究を進めるとともに,性能の改善を行う。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 7 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] Knowledge Extraction of Adaptive Structural Learning of Deep Belief Network for Medical Examination Data2019

    • Author(s)
      Shin Kamada, Takumi Ichimura, and Toshihide Harada
    • Journal Title

      International Journal of Semantic Computing (IJSC)

      Volume: Vol.13, No.1 Issue: 01 Pages: 67-86

    • DOI

      10.1142/s1793351x1940004x

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Adaptive Structure Learning Method of Deep Belief Network using Neuron Generation-Annihilation and Layer Generation2018

    • Author(s)
      Shin Kamada, Takumi Ichimura, Akira Hara, and Kenneth J. Mackin
    • Journal Title

      Neural Computing and Applications

      Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1007/s00521-018-3622-y

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] リカレント構造適応型Deep Belief Network による時系列データの学習2018

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Journal Title

      計測自動制御学会論文集

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130007437681

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fast Training of Adaptive Structural Learning Method of Deep Learning for Multi Modal Data2018

    • Author(s)
      Shin Kamada and Takumi Ichimura
    • Journal Title

      International Journal Computational Intelligence Studies

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Collaborative Software Developing Method by Mimicking Army Ant Altruism Behaviors2017

    • Author(s)
      Takumi Ichimura, Takuya Uemoto, and Shin Kamada
    • Journal Title

      AENG Transactions on Engineering Sciences, World Scientific

      Volume: - Pages: 54-67

    • DOI

      10.1142/9789813226203_0006

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Altruistic Behaviors Based Recommendation System of Tourist Information from Smartphone Application to SNS Community2017

    • Author(s)
      Takumi Ichimura, Takuya Uemoto, and Shin Kamada
    • Journal Title

      International Journal Computational Intelligence Studies

      Volume: Vol.6, No.4 Issue: 4 Pages: 270-287

    • DOI

      10.1504/ijcistudies.2017.089510

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fine Tuning of Adaptive Learning of Deep Belief Network for Misclassification and its Knowledge Acquisition2017

    • Author(s)
      Shin Kamada and Takumi Ichimura
    • Journal Title

      International Journal Computational Intelligence Studies

      Volume: Vol.6, No.4 Issue: 4 Pages: 333-348

    • DOI

      10.1504/ijcistudies.2017.089511

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Object Detection by using Adaptive Structural Learning of Deep Belief Network2019

    • Author(s)
      Shin Kamada, Takumi Ichimura
    • Organizer
      Proc. of The International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN 2019), (to appear in 2019)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リカレント構造適応型Deep Belief Networkを用いた観光ツイートの季節予測2019

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Organizer
      第20回自己組織化マップ研究会2019, pp.13_1-13_6
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Adaptive Structural Learning of Deep Belief Network for Medical Examination Data and Its Knowledge Extraction by using C4.52018

    • Author(s)
      Shin Kamada, Takumi Ichimura, and Toshihide Harada
    • Organizer
      Proc. of 2018 IEEE First International Conference on Artificial Intelligence and Knowledge Engineering (AIKE), pp.33-40
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CXR8 医療ベンチマーク画像を用いた構造適応型Deep Belief Network による検診データの分析2018

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Organizer
      計測自動制御学会第13回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会,pp.45-50
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 検診結果ビッグデータを用いた構造適応型Deep Belief Networkの癌予測システムと知識発見2018

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠,原田俊英
    • Organizer
      2018 IEEE SMC Hiroshima Chapter Young Researchers WorkShop,pp.63-69
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ChestX-ray8を用いた構造適応型Deep Belief Networkにおける胸部疾患の分類と位置検出の試み2018

    • Author(s)
      市村匠,鎌田真
    • Organizer
      2018 IEEE SMC Hiroshima Chapter Young Researchers WorkShop,pp.77-83
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造適応型Deep Belief Network事前学習を考慮した知識獲得の検討2018

    • Author(s)
      市村匠,鎌田真
    • Organizer
      2018 IEEE SMC Hiroshima Chapter Young Researchers WorkShop,pp.70-76
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ChestX-ray8を用いた構造適応型Deep Belief Networkによる胸部疾患位置検出システム2018

    • Author(s)
      市村匠,鎌田真
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2018講演論文集 (SSI2018), SS10-08
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 検診ビッグデータの経年変化をとらえた構造適応型Deep Belief Networkによる予測システム2018

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2018講演論文集 (SSI2018), SS10-06
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Adaptive Structural Learning of Deep Belief Network for Comprehensive Medical Examination Data2018

    • Author(s)
      市村匠,鎌田真
    • Organizer
      県立広島大学第2回国際産学連携交流会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ReLU関数を用いた構造適応型Deep Belief Networkの分類精度向上の検討2018

    • Author(s)
      鎌田 真, 市村 匠, 丸山 塁
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・第45回知能システムシンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造適応型Deep Belief Network を用いた癌予測結果とその階層成長型自己組織化マップによる特徴分析の試み2018

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠,原田俊英
    • Organizer
      第19回自己組織化マップ研究会2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Adaptive Learning Method of Recurrent Temporal Deep Belief Network to Analyze Time Series Data2017

    • Author(s)
      Takumi Ichimura and Shin Kamada
    • Organizer
      The International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN 2017)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Knowledge Extracted from Recurrent Deep Belief Network for Real Time Deterministic Control2017

    • Author(s)
      Shin Kamada and Takumi Ichimura
    • Organizer
      2017 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (IEEE SMC 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shortening Time Required for Adaptive Structural Learning Method of Deep Belief Network with Multi-Modal Data Arrangement2017

    • Author(s)
      Shin Kamada and Takumi Ichimura
    • Organizer
      2017 IEEE 10th International Workshop on Computational Intelligence and Applications (IWCIA 2017)
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イギリス留学生に対するRaspberry Piを使ったIoT実験2017

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠,重安哲也
    • Organizer
      2017 IEEE SMC Hiroshima Chapter Young Researchers WorkShop
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 学習係数調整による構造適応型リカレントRestricted Boltzmann Machine の分類精度の向上について2017

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      鎌田真,市村匠,丸山塁
    • Organizer
      第27回 インテリジェント・システム・シンポジウム
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 学習率変化と忘却効果を取り入れた構造適応型Deep Belief Network学習による検診データの分類2017

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2017講演論文集 (SSI2017)
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造適応型Deep Belief Network学習法による検診データの学習速度の向上2017

    • Author(s)
      鎌田真,市村匠
    • Organizer
      計測自動制御学会システム・第12回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会
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      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ヘルスケアデータ分析システム、ヘルスケアデータ分析方法、ヘルスケアデータ分析プログラム、学習済みモデル、情報処理装置、情報処理方法および情報処理プログラム2018

    • Inventor(s)
      市村匠,鎌田真,原田俊英
    • Industrial Property Rights Holder
      市村匠,鎌田真,原田俊英
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-123615
    • Filing Date
      2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 深層学習自動学習システム、クライアント装置およびサーバ装置2017

    • Inventor(s)
      市村匠,鎌田真
    • Industrial Property Rights Holder
      県立広島大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-093205
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 異種データ深層学習装置、異種データ深層学習方法、および異種データ深層学習プログラム2017

    • Inventor(s)
      市村匠,鎌田真
    • Industrial Property Rights Holder
      県立広島大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-200830
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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