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2019 年度 実績報告書

状態遷移列からの関係ダイナミクス学習

研究課題

研究課題/領域番号 17H00763
研究機関国立情報学研究所

研究代表者

井上 克巳  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (10252321)

研究分担者 坂間 千秋  和歌山大学, システム工学部, 教授 (20273873)
沖本 天太  神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (10632432)
Nicolas Schwind  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (60646397)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード推論 / 機械学習 / 知識表現 / 関係学習 / 表現学習 / 状態遷移 / ダイナミクス学習
研究実績の概要

本研究では、時間的に変化する系の関係ダイナミクスを状態遷移列の観測から学習するために、(1)関係ダイナミクス学習理論の構築、(2)スケーラブルな関係ダイナミクス学習方式の開発、(3)ダイナミック環境におけるチャレンジ問題への適用、のサブテーマを設定している。令和元年度は前年度の研究成果を基に、各サブテーマの成果を相互に適用・フィードバックさせながら研究を進めた。
(1)関係ダイナミクス学習のために提案している「解釈遷移からの学習(LFIT)」の枠組みを実ドメインでも展開できるようにするために、連続ドメインの変数ベクトルの状態遷移について、離散化手法を複数適用したうえで、より予測性能が高くなる学習方式を考案した。また動的環境における推論規則の学習として、前提と帰結のペアからなる事例や時系列で変化するデータから、状態変化をもたらす推論規則を機械的に学習するアルゴリズムを開発し実装した。
(2)LFITの学習方式の一つであるニューラルネットワークによるダイナミック系の学習について、ノイズを含む遷移列からの学習方式を開発した。また、大量の関係データから帰納的一般化を計算するアルゴリズムを開発し実装した。
(3)時系列データからの生体ネットワーク学習ではDREAM 8チャレンジ問題を解き、従来のベストな解法を凌ぐ方式を開発した。また信念修正の前後状態から翻意方式を推定する方法等について検討した。確率的提携構造形成問題については、計算量の解析を行い混合線形計画プログラミングによる計算方法を開発実装し効率性を検証した。新たな取り組みとして、複数の情報源を反復的にマージし各ソースの信頼性を動的に更新する枠組みの研究に着手した。さらに、制約充足問題における大域的な解に影響を及ぼす変数の特定に関する基礎研究を実施した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究は順調に進展しており、当初の計画以上に研究の幅を拡大している。(1)「関係ダイナミクス学習理論の構築」では、これまで開発してきたLFITに対する機能拡充を一通り施し(3)における実ドメインでの応用に供している。 (2)「スケーラブルな関係ダイナミクス学習方式の開発」においては、線形代数手法とニューラルネットワーク手法のいずれも経験を積んでおり、GPU等の高性能計算に基づくスケーラブルな新学習手法として、ダイナミック制約で表現される系を学習するための計算基盤を確立しつつある。(3)「ダイナミック環境におけるチャレンジ問題への適用」は、多くの重要な問題を解決してきており、ダイナミック環境に関係するレジリエントなシステムの設計と応用についても多くの知見を得てきている。

今後の研究の推進方策

今後は3つのサブテーマの相互作用をより活発にし、理論の実装、現実問題への応用、新たな課題の設定、というフィードバックを繰り返しながら関係ダイナミクスの学習理論を構築整備していく。これらの研究をより一般化すると、知識表現・推論技術と機械学習技術の融合という大きなテーマとなる。最近のAIは機械学習よりのものが多いが、シンボリックな知識表現をどのように得るか、また推論技術と学習技術をどのように組み合わせるかという点は今後の課題である。本研究を発展させることで、例えばノイズがある現実世界の環境から表現学習によって記号化された知識を得ることができ、その上での推論結果を意思決定・問題解決・質問応答に適用することができる。こうしたAIシステムはダイナミック系に置かれることから、レジリエントなAIとしての要件を満たす必要がある。本研究を推進することで、こうした次のAI研究テーマに対してアプローチすることも可能となる。

備考

受賞
1. Y.J. Phua, K. Inoue: Best Student Paper Award, 29th Int. Conf. Inductive Logic Programming
2. T. Okimoto, K. Hirayama: Best Paper Award, 20th Int. Symp. Advanced Intelligent Systems

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 9件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件) 図書 (1件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] LS2N / Ecole Centrale de Nantes/CRIL CNRS / University of Artois/LIP6, Sorbonne University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      LS2N / Ecole Centrale de Nantes/CRIL CNRS / University of Artois/LIP6, Sorbonne University
  • [国際共同研究] Technische Universitaet Wien(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      Technische Universitaet Wien
  • [雑誌論文] From 3-Valued Semantics to Supported Model Computation for Logic Programs in Vector Spaces2020

    • 著者名/発表者名
      Taisuke Sato, Chiaki Sakama, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of the 12th International Conference on Agents and Artificial Intelligence (ICAART 2020)

      巻: 2 ページ: 758-765

    • DOI

      https://doi.org/10.5220/0009093407580765

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Learning Logic Programs from Noisy State Transition Data2020

    • 著者名/発表者名
      Yin Jun Phua, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of the 29th International Conference on Inductive Logic Programming (ILP 2019), Lecture Notes in Artificial Intelligence

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Algorithm for Computing Least Generalization of a Set of Atoms2020

    • 著者名/発表者名
      Hien D. Nguyen, Chiaki Sakama
    • 雑誌名

      Proceedings of the 29th International Conference on Inductive Logic Programming (ILP 2019), Lecture Notes in Artificial Intelligence

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Learning Inference Rules from Data2019

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Sakama, Katsumi Inoue, Tony Ribeiro
    • 雑誌名

      Kuenstliche Intelligenz

      巻: 33(3) ページ: 267-278

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s13218-019-00597-y

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 推論とAIプログラミング2019

    • 著者名/発表者名
      井上 克巳, 坂間 千秋, 佐藤 泰介
    • 雑誌名

      人工知能学会誌

      巻: 34(5) ページ: 703-713

    • DOI

      https://jsai.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=repository_uri&item_id=10409

  • [雑誌論文] Disjunctive Abduction2019

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Inoue, Chiaki Sakama
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: 37(2) ページ: 219-243

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s00354-019-00059-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] From Fifth Generation Computing to Skill Science: A Biographical Essay of Koichi Furukawa2019

    • 著者名/発表者名
      Tomonobu Ozaki, Randy Goebel, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: 37(2) ページ: 141-158

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s00354-019-00058-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Learning Representation of Relational Dynamics with Delays and Refining with Prior Knowledge2019

    • 著者名/発表者名
      Yin Jun Phua, Tony Ribeiro, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Journal of Applied Logics

      巻: 6(4) ページ: 695-708

    • DOI

      https://collegepublications.co.uk/ifcolog/?00033

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] teaspoon: Solving the Curriculum-Based Course Timetabling Problems with Answer Set Programming2019

    • 著者名/発表者名
      Mutsunori Banbara, Katsumi Inoue, Benjamin Kaufmann, Tenda Okimoto, Torsten Schaub, Takehide Soh, Naoyuki Tamura, Philipp Wanko
    • 雑誌名

      Annals of Operations Research

      巻: 275 (1) ページ: 3-37

    • DOI

      10.1007/s10479-018-2757-7

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying Belief Sequences in a Network of Communicating Agents2019

    • 著者名/発表者名
      Gauvain Bourgne, Yutaro Totsuka, Nicolas Schwind, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of the 22nd International Conference on Principles and Practice of Multi-Agent Systems (PRIMA'19), Lecture Notes in Artificial Intelligence

      巻: 11873 ページ: 370-386

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/978-3-030-33792-6_23

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ordering Argumentation Frameworks2019

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Sakama, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th European Conference on Symbolic and Quantitative Approaches to Reasoning with Uncertainty (ECSQARU 2019), Lecture Notes in Artificial Intelligence

      巻: 11726 ページ: 87-98

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/978-3-030-29765-7_8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epistemic Argumentation Framework2019

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Sakama, Tran Cao Son
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th Pacific Rim International Conference on Artificial Intelligence (PRICAI 2019), Lecture Notes in Artificial Intelligence

      巻: 11670 ページ: 718-732

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/978-3-030-29908-8_56

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Meta-Interpretive Learning Using HEX-Programs2019

    • 著者名/発表者名
      Tobias Kaminski, Thomas Eiter, Katsumi Inoue
    • 雑誌名

      Proceedings of the 28th International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-19)

      巻: - ページ: 6186-6190

    • DOI

      https://doi.org/10.24963/ijcai.2019/860

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] What Has Been Said? Identifying the Change Formula in a Belief Revision Scenario2019

    • 著者名/発表者名
      Nicolas Schwind, Katsumi Inoue, Sebastien Konieczny, Jean-Marie Lagniez, Pierre Marquis
    • 雑誌名

      The 28th International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI'19)

      巻: - ページ: 1865-1871

    • DOI

      https://doi.org/10.24963/ijcai.2019/258

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying Influential Variables in CSP2019

    • 著者名/発表者名
      Tenda Okimoto, Katsutoshi Hirayama
    • 雑誌名

      Proceedings of the 20th International Symposium on Advanced Intelligent Systems

      巻: - ページ: 320-325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resilient Nurse Scheduling Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Motoki Yoshida, Tenda Okimoto, Katsutoshi Hirayama
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Scheduling 2019

      巻: - ページ: 162-167

    • 査読あり
  • [学会発表] 解釈遷移からの学習を用いた遺伝子制御ネットワーク推論手法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      池田 光
    • 学会等名
      人工知能学会 第112回人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI)
  • [学会発表] Inducing belief revision operator from examples2020

    • 著者名/発表者名
      戸塚 悠太郎
    • 学会等名
      人工知能学会 第112回人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI)
  • [学会発表] CEGARと反例の共有を用いたSAT型CSPソルバーの並列化方法の考察2020

    • 著者名/発表者名
      宋 剛秀
    • 学会等名
      人工知能学会 第112回人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI)
  • [学会発表] 解集合ソルバーを用いた様相命題論理の充足可能性判定2020

    • 著者名/発表者名
      飯野 有軌
    • 学会等名
      日本ソフトウェア科学会 第22回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ (PPL 2020)
  • [学会発表] Scalable Learning of Logic Programs with Neural Networks2019

    • 著者名/発表者名
      Yin Jun Phua
    • 学会等名
      The 3rd International Workshop on Symbolic-Neural Learning (SNL 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Identifying Influential Variables in CSP2019

    • 著者名/発表者名
      Tenda Okimoto
    • 学会等名
      The 20th International Symposium on Advanced Intelligent Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Resilient Nurse Scheduling Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Motoki Yoshida
    • 学会等名
      International Symposium on Scheduling 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] エージェントのタイプを用いた特性関数の簡略表記法に基づく制限付き提携構造形成問題2019

    • 著者名/発表者名
      加藤 浩晃
    • 学会等名
      第18回科学技術フォーラム
  • [学会発表] U12バスケットボールにおけるリーグ戦スケジューリング2019

    • 著者名/発表者名
      沖本 天太
    • 学会等名
      第33回人工知能学会全国大会 (JSAI 2019)
  • [学会発表] ノイズを含む遷移データからの論理プログラム学習2019

    • 著者名/発表者名
      ポア インジュン
    • 学会等名
      第33回人工知能学会全国大会 (JSAI 2019)
  • [学会発表] Inferring Agent's Goals from Observing Successful Traces2019

    • 著者名/発表者名
      Guillaume Lorthioir
    • 学会等名
      The 33th Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence, 2019 (JSAI 2019)
    • 国際学会
  • [図書] Les enjeux de l'inference de mode`les dynamiques des syste`mes biologiques a` partir de series temporelles. In: Elisabeth Remy, Cedric Lhoussaine (eds.), Approches Symboliques de la Modelisation et de l'Analyse des Syste`mes Biologiques2020

    • 著者名/発表者名
      Tony Ribeiro, Maxime Folschette, Laurent Trilling, Nicolas Glade, Katsumi Inoue, Morgan Magnin, Olivier Roux
    • 総ページ数
      40 (to appear)
    • 出版者
      ISTE Sciences
  • [備考] 井上研究室ホームページ

    • URL

      http://research.nii.ac.jp/il/

  • [学会・シンポジウム開催] “Franco-Japanese Meeting on Knowledge Representation and Reasoning in CRIL” (Lens, France)2019

  • [学会・シンポジウム開催] “Franco-Japanese Meeting on Learning and Reasoning about Dynamics in LIP6" (Paris, France)2019

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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