人工知能学会研究会資料 SIG-SWO-A1401-03 Tangled String: データジャケットを用いたイノベーションゲームからのデータ可視化手法創成 Tangled String: Method for Sequence Visualization Created based on Proposals in Innovators Marketplace on Data Jackets 大澤幸生 1，平岡美那子 1，野神航一 1，劉暢 1，早矢仕晃章 1 Yukio Ohsawa, Minako Hiraoka, Koichi Nogami, Chang Liu, and Teruaki Hayashi 1 1 東京大学大学院工学系研究科・システム創成学専攻 Department of Systems Innovation, School of Engineering, The University of Tokyo Abstract: Innovators Marketplace on Data Jackets is a gamified workshop for presenting creating scenarios to combine and analyze data based on shared metadata, without disclosing contents of the data. Here the least necessary digest information about given data is described in a data jacket (DJ) and published, on which latent links among datasets are visualized on a game board. On this map, participants propose, criticize, purchase, sell, and call for ideas to combine/analyze data and analysis tools that may be untouchable, i.e., confidential or hidden. Requirements for additional data and tools as well as scenarios for analysis are presented in the process of IMDJ. In this paper we present a case where Tangled String, a tool for visualizing sequential data has been created from the process. 1 はじめに：チャンス発見プロセスビッグデータの条件とされるデータの大きさ（volume）、多様性（variety）、変化の速さ（velocity）の持つ可能性とこれを利用する上での技術的課題は、広く社会に認知されつつある。しかしながら、volume、 variety、velocity が大きければビッグデータへの期待を満足できるというものではない。データの多様性が高ければデータを合成したデータの変数の個数は増加し、どの変数集合について関連性を抽出すべきかについて候補が爆発的に増加する。属性選択[1,2] 技術はこの問題にストレートに切り込む技術周知である。しかし、データをクラスに分割するためではなくクラス境界の重要性を説明するための変数を残す、あるいは生成することも実用上必須である。例えば、哺乳類か爬虫類か区別のつきにくいカモノハシのような曖昧なサンプルがあったとき、なぜ曖昧であるのかを説明するために「単孔類」という新概念を導入し、その意味について理解するため「肛門と尿生殖口が分かれているかどうか」という変数を導入するように。特に、データのサイズが大きく、扱う世界の変化も速い場合には例外的なサンプルも混入しやすくなる。この例外的なサンプルは、出現確率の低いパターンとしてデータに混入するものとして観測される。そのパターンが一つの事象である場合の扱いとして、データマイニングによる知識発見プロセスにおける前処理でノイズと見なし削除することもある。その反対に、希少な事象がリスク要因を孕む可能性を考えて、希少事象の予測手法[3,4]や例外的なパターンの発見手法[5,6]も技術的に円熟期に入っている。一方、特定の希少事象を予測するのではなく、意思決定のために利用できるかも知れない希少事象を発見し利用シナリオまで創出するのがチャンス発見[7,8] であった。これらの文献以来筆者らはチャンスを、意思決定ととって重要な影響を及ぼす事象と定義してきた。意思決定は複数の行動シナリオから一つを選択することであるから、チャンスは複数の行動シナリオの交点になければならない。しかし、この逆は成立しないため、多数の可能な行動シナリオの交点に位置する様々な事象の中からチャンスを選択するプロセスを実行する必要がある。そのため、事象の前後に繋がるシナリオがもたらす価値の最大値と最小値の差を評価することの方が意味を持つことを[7]で指摘し、チャンス発見の理論的基盤をなした。ところが、最大値と最小値を評価するためにはあらゆるシナリオの可能性を列挙するには、効率が低い。このようなわけでチャンス発見の研究は、許容できるコストの範囲でビジネス現場の求める価値を生み出す行動シナリオを創造する目標に収束してきた。この目標設定では多様なシナリオを包括してマップ上に可視化する技術[7]やコミュニケーション支援、類推[9, 10], 洞察[11]、メタ認知の支援[12]を連携させるシナリオ創造プロセスの開発研究を核として進めることが重要となる。このプロセスの単純化は困難なテーマであるが、二重螺旋プロセスと呼ぶモデルで人とコンピュータが連携して発見を進めることを筆者らは提案し企業等に導入してきた、このプロセスは、次の様にまとめられる。まず、自分の行動に関係するかも知れないデータを、明確な境界を論ぜず、即ち過不足をおそれず身の回りの環境から収集する。このデータを例えば KeyGraph[13]で可視化すると、共起し合う高頻度のアイテムが集まるクラスタ（島と呼ぶ）の間の境界に、低頻度のアイデム（橋と呼ぶ）が現れる。この橋と、これに連結する島の繋がりを解釈して新しい行動のシナリオを読み取り、意思決定に結びつける。即ち、橋の上や、橋と島の接点の位置に現れたアイテムあるいは事象をシナリオの分岐点すなわちチャンスの候補として注目する。チャンス発見のプロセスには複数の参加者が、それぞれ随時独自に注目範囲を絞ってシナリオを提案し合う。上記の「チャンスの候補」は、これらのシナリオを接合し新たなシナリオを生成する接点として用いるので、参加者のミッションはシナリオの接合を明確に目的としてチャンス候補を絞り込んで行くことである。その時の思考と会話の内容を文章して可視化するとメタ認知の効果によって背景に潜む因果関係について解釈を進めることが可能となる。この様に、環境から収集したデータと参加者の思考・議論という二種類のデータを可視化しつつ、人とコンピュータがそれぞれ螺旋を進みつつ連携してゆく。このように批判を活かしながら進める議論プロセスの中で、議論に関連するデータを集めてゆくことは心的・時間的負荷が高い。さらに、多くの成功事例の背景には、目的意識を高めるための前段階やコミュニケーションがあって、その負荷が分析そのものの負荷を上回ると報告されることもあった。これらの負荷を軽減するため、遊びの要素を取り入れたのがイノベーションゲーム®（Innovation Game を改め Innovators Marketplace®： IM）である[16]。IM の参加者は「起業家」か「消費者」のいずれかあるいは両方の役割を携えて発言する。起業家は既存の知識や技術などの要素がどのように関係し合っているかを KeyGraph などにより可視化したゲーム盤（マップ）を見つつ、要素を組み合わせた製品やサービスの案と希望価格を示す。消費者は示されたアイデアを高く評価する場合は購入するが、そうでない場合はアイデアの価格を下げる要求を出すか、質を上げるための改善を促す。この時、ゲームであるという前提は、質問や批判を許容する容認さを生み出す効果を持つ。結果、起業家は獲得金額を競い、消費者は購入したアイデアの質（新規性、有効性、実現性等）をプレゼンテーションによって競う。IM で出された提案を実現するため潜在的なステクホルダーの都合まで表出させ、必要な問題を綿密に解決するアクションプランニング手法も開発している[17]。 IM では、消費者の要求に答えるために必要な要素が知識から欠落している場合に、これを補う提案が生まれることもある。このような提案メカニズムをデータ収集に活かせる新しいゲームが、次に述べるデータジャケットを用いた Innovators Marketplace on Data Jackets ：IMDJ である。 2 イノベーションゲーム有益な発想にとって必要なのは自由で発散的なアイデアの列挙ではなく、組み合わせ要素を絞ったりテーマを適切な粒度で設定したりする適切な制約設計である。データの有する潜在的利用価値を発見することは、言い換えれば利用者の要求に一致するようなデータの提供者・分析者の提案を引き出すことであり、そのためには Finke の Geneplore モデル[18] の様に、結合案の生成とその利用価値の探索を交互に繰り返してゆくことが望ましいと考えられる。市場において商品の提供者と消費者の間で提案と評価というコミュニケーションが活性化すれば、この創造的反復が可能となる。しかし、この市場の潜在的効果は、現実には十分に生かされていない。既に CKAN や data.go.jp の様にデータを公開する動きチャンス発見手法を推進する中で、成功を挙げた事例の特徴は、プロセス初期にチャンスへの関心がビジネスシナリオを得ようとする企業側にとってわかりやすく述べられていたことである。例えば、「ビールの売上げに関わる異常気象を予測したい」等の要求の形で関心が表現されてプロセスは開始する。言い換えれば「売上げに関わる異常気象を予測できるか？」等という問からスタートし、状況理解や行動計画を議論するうちに、批判や問いを発生させながら新しい要求や制約を得てゆく。この様なプロセスは、設計対象としての行動シナリオ案を改善してゆく有効な手段である[14,15]。 3 データジャケットと IMDJ とは別に、KDnuggets や Windows Azure Marketplace は、Web ページ上で様々なデータのダイジェスト情報を列挙して利用者を募るようなデータ市場となっている。データの利用方法についてアイデアを示しあうアイデアソンや、データの提供者に対して分析者を募集し競わせるビジネスモデルも登場している。しかし、両者を統合してイノベーションを促す本来の市場の効果を実現したデータ市場は殆ど無い。市場は、明確な意図をもって環境設定を行わない限り、イノベーションの効果を失ってゆく。オンラインショッピングで物を売買するだけではなく、そこで消費者間、消費者と提供者が創造的なコミュニケーションを行う環境を適切にデザインして初めてイノベーションの効果が発揮される。データの市場が現状では、データをイノベーションに活かす場にはなっていないのは特に例外ではない。 IMDJ[19]は緩いルールを持つ市場モデルで、データを組み合わせた活用・分析手法や新しいビジネスモデルを、IM と同様に提案し評価し合うものである。 IM での知識補填と同様に、データの収集も行う。ただし、データそのものは市場に陳列せず、データジャケット（DJ）を導入する。DJ を用いて、多様なデータの共有/結合/収集、価値の発見と評価を可能とする仕組みとした次の３ステップで IMDJ は進む（図 2）。 Step(1)：あるデータについて所有するあるいは知る人は、データ中に含まれる変数名のリスト、データについて宣伝しておきたい概要や特徴を書き込んだ、小さな情報を公開する。これが DJ である。データの内容は所有者の都合で隠して良いが、DJ にはデータ内容のダイジェストを所有者が書きたいだけ書き、原則として公開する（非公開であるが IMDJ の場だけで利用可能とするオプションも選択可： https://sites.google.com/site/datajackets/）。例えば、電力関連企業における協力会社の技術的能力維持状況についてのデータは、図 3 の DJ として提出された。このように非公開とすべきデータの場合、簡単な概要とわずかな一部の変数の名だけを書き込んだ DJ を公開しても良い。このように公開する変数名を DJ 公開変数と呼び、変数値まで公開する公開変数と区別する。DJ にはデータの概要説明と DJ 公開変数だけ含まれ、大規模なデータも DJ ではカード一枚程度に書き詰めることができる。解析者や利用者が名乗り出て、所有者が同意できる条件を示すまでデータの中身は秘匿できる。 Step(2)： DJ と DJ の間を、概要中の単語や DJ 公開変数を介した関係性によって可視化したマップを作成する。DJ の内容から DJ 間の関連を可視化し、IM 同様に発想を行うためである。 Step(3)：Step(2)で作成したマップをゲーム盤として IM を実施する。データのユーザと所有者が取引きの条件（価格や、知識を発見した暁にはデータの中身を共有するなどの約束）を決める交渉も進めつつ、データを結合する解析手法とその用途を議論する。ここで出た提案に対する消費者からの批判や要求、評価に基づいて、アイデアの洗練と評価を進めてゆく。必要ならば、新データの収集を提言するため、新たな DJ をマップ上に追加する。なお、需要者が多くても無料化すべき公共価値のあるデータもある。IM 上でのコミュニケーションから、「本データの公開により犯罪を回避できる」など社会の期待を知れば、社会的責任を重視するデータ所有者は無料でデータを提供すると期待している。実際、IMDJ 実施後は、高く評価された DJ の元のデータについてアクセス情報を追加報告する動機が高まることを筆者らは検証している。ただし、そのような場合も IMDJ のゲーム中は交渉の動機を高めるためデータに価格付が行われる。IMDJ での価格や交渉は価値の認知状態を把握するためだけものもので、実際のデータ共有は後に協議して決めるべきである。図2 IMDJ における 3 ステップの手順[19] 図３企業の提出した関する DJ の一例図 4 IMDJ 実施例の結果：付箋が要求と提案である（白抜部分には提案者、購入者の名が書かれていたため削除した）図4 IMDJ に用いるマップ（ゲーム盤）の一部現在、DJ は Web 経由で随時エントリー可能であり（https://sites.google.com/site/datajackets/）、公開可能と設定された内容はこのエントリーサイトで表示することができる。IMDJ で利用された DJ の登録者には、どのように結合されどのように評価されたかについて、連絡するシステムを構築中である。 4 Tangled String: IMDJ からの Spinout としてのデータ可視化ツール図 4 は、IMDJ の終了時のゲーム盤の一例である。この例では、人材育成、情報機器製造、ソフトウェア開発などに跨る、IMDJ を初めて経験する 11 名の参加者により、「心豊かで安全な生活環境を実現（提供）する」ことをテーマとして IMDJ を実施した。これらの人々が、それぞれ役割を果たし互いの要求に答え合うことは社会的に有益である。しかしながら、生活の安全のために必要なデータが相互に提供される形で十分に共有されているとはいえず、その理由としてデータがどのように利用されるかについての不透明であることが参加者等により指摘されていた。ここでは、想定外の効果も期待してランダムに選んだ各種データ等を 39 枚の DJ とし、結合するとどのような成果が期待できるかという議論を実施した。 ① 「DJ1: 創造的アイデアの発想結果」「DJ2: 身体２０箇所移動の座標データ」「DJ3: 創造的思考者の映像データ」を結合することによって、「メンタルケアのできるアナログゲーム」を提案している。これは、図中に見える「災害時におけるメンタルケア」なる要求に答えて提案されたもので、IMDJ で利用者から高い購入実績を得た。実際、災害によって心的外傷後ストレス障害（PSTD）を患うと、人の行動は小さな音などの外的刺激により行動が大きく変化するような状態が続く他、創造性と心的障害に関わりについても報告がある（後述）。行動センシングによって行動急変の初動を見出し創造性に関わる行為との関連を観察することは意味があるであろう。 ② 上記 DJ2 が包含する「手術室内での人の動き」を用いて「トラブル時の動きと、物の供給のあり方を導き出す」を収集する提案が出された。迷った時や急な震災時は、棚から薬品を取ろうとしていても周囲を振り返ったりして行動が予定から乖離してしまうこともあるので、どのような行動変化が実際に起きているかを分析しておく必要がある。この場合は、変化点以降の行動は不安定でバラエティがあると考えられるため、行動パターンのパラエティを増加させる行動を抽出するツールを開発しなければならない。 ③ 「DJ4（貧困問題とテロ事件をまとめて記載した : ような）相互に関連付けられた災害情報」と、「DJ5: Twitter, facebook のエントリー（オンラインコミュニケーションのログ）、人間関係」を結合して「情報の信頼性格付け」を行い、これによって「信頼性と説得性のある情報」を得たいとの要求に応える提案があり、IMDJ で利用者から高い購入実績を得た。即ち、交友範囲が広く、議論において以降の注目を得るような話題の口火を切った発言者に絞った上で、実際の災害情報と一致する発言をした人物を見出しその人物の発言を高く評価するような手法を提案したものである。このうち、議論において以降の注目を得るような話題の口火を切った発言者の抽出のための技術として、[20]の様に影響力の高い発言を抽出する方法も考えられるが、facebook のように教養の高い友人同士が集まることのあるコミュニティーにおいては、先導的な参加者はただ以前の発言を引用するのだけはなく、新しい視点を持ち出して話題の豊かな広がりを見せる。特に、災害のように生起直後は「何が起きたのか」「何をすべきか」という解釈が分かれる事象に関する注目発言としては、以降の発言の単語ベクトルを揃えるような字面の影響力ではなく、論点のバラエティを増加させる発言を抽出すべきであろう。以上、①～③のように、IMDJ からは新たなツール開発の統一的なニーズが得られることがある。この場合において、①～③を統一すると、多様な時系列を発生させる変化点 t0 とその後の様子がおよそ把握できるような可視化ツールが必要であることがわかる。即ち、ある時刻 t0 において生起した事象 Xt0 があったとき、ti: (= 1,2,…n) > t0 なる時系列 t1, t 2, t3, …tn に相当する Xt1, Xt2, … , Xtn における長さ２以上の同じ部分系列の繰り返しを抽出するのではなく、むしろ Xt0 が現れた直後に多様な系列が発生することを検出することが求められる。上のような要請から筆者らは、可視化ツール Tangled String の開発にかかった（図 5）。これは、・身体の動きにおける各身体部分の動き（①②）を離散化した記号・会話における発言、単語の出現（③）などを時系列データとして発生順に並べ、これを一本の糸で表すものである。例えば議論における発言録が対象である場合、ある時刻 t0 付近にあって t0 以前の時点 t（即ちウィンドウサイズ dt に対し t0-dt < t < t0）で用いられた単語が出現すると、糸は絡まるように時点 t に戻る。その結果、糸の上には随所に絡まった塊ができる。この塊一つが議論中に生まれた一つの話題を表し、塊と塊を結ぶ部分の糸は直前の話題から新しい話題に移行する発端を表す。一つの塊には、途中で糸の戻り発生したことによる複雑な絡まりが含まれることもあり、その場合にはさまざまな単語で表される高度な概念が述べられていることを意味する。又、塊ができると、その塊の最初の時点と最も多く後の時点が戻ってきた時点によって代表する。前者において現れた語は話題の起点として、後者は話題を表す代表的な語として表示する。このようにして Tangled String (以下 TS)は、離散化された系列データから、上記の塊の発端に現れアイテム（事象、単語、商品など、系列の構成単位）と、塊の中で頻出するアイテムが繋がる様子を可視化する。絡まりのため塊の形状が複雑になった場合も、頻出する部分系列を短縮せず可視化するため、頻出パターンを抽出するようなステップは含まない。ただし、図が複雑になりすぎる場合は数点おきに間引いてアイテムを結ぶ意図を表示することはある。例えば、上記の①②について TS は、Kinect により収集された人体の運動から急な身体運動の変化における初動、すなわちきっかけとなる外部刺激への反応を示す運動を抽出することができる。図 5 は Kinect で収集した身体の２０関節の運動（DJ2）データを TS により可視化した結果であるが、室内で創造的思考内容を書き出した瞬間に 20_1（右足首の動きの加速）など特有の動きがあったことを示している。ビデオ映像（DJ3）を DJ2 に該当する情報と照らし合わせると、時系列上でこれらの 20_1 が出現した時点では、回転椅子に座ったまま左足を軸として回転し、周囲の情報を見渡す行動が行われていた。即ち、考えが行き詰ったり情報不足に気づいたりした際に、新たな情報を収集する行動をとっていたことが分かる。これは直接メンタルケアに関係しないが、PSTD に効果を発揮する瞑想手法が創造性の増強効果ももたらすこと[21]や、メンタルな問題を有する人が特異な創造性を発揮することも知られている[22]。更に③については、図６のように議論で話題の起点となる発言を抽出し、前後の文脈変化との繋がりを糸状の図で可視化することによって、注目される発言がどの前後の文脈とどのように関連しているのかについて理解を促進する。この例では、「総理」のように新しい話題のきっかけを作った（発言することではなく攻撃されることによって）人物や、「自衛隊」「攻撃」や「戦闘」など、現在でも深刻な国家的問題に繋がる話題の発端を捉えている。以上のように、IMDJ の結果に基づいて生まれたツールにデータの領域を超えた利用可能性が発生することがある。この理由は、ワークショップとして実施する IMDJ では本例のように「豊かで安全な生活環境を実現」のような一般的なテーマを設定して IMDJ を実施し、その中でこの話題をブレイクダウンした要求を発せしめ、その要求に答えるデータ結合案を得ているためであると筆者らは考えている。この他には、「原子力システム高経年化（特に安全性評価）を実現する」なるテーマで実施した IMDJ から可視化ツール[23]を開発する成果を得ている。IMDJ で得られるデータ分析案は二段階高次の一般的なテーマに向けて発せられたものであり、直接答えようとした要求以外の用途にも役立てやすい。 5 Tangled String の原型と改訂過程図 5 オフィスにおける人物の行動（Kinect で取得）の TS による可視化。絡まりの度合いが密→ 粗、粗→密と遷移するところに 20_1 が見られる。図 7 は、図 6 と同じ議論ログを[24]の手法で可視化したものである。同手法は、図 8 の様に系列データの全体にまんべんなく現れるアイテム（出現位置の分散が大な単語や事象）を円の中心に、数箇所に偏在するアイテム（分散が小）を円周付近に、系列順に時計回りに配置する。議論ログを対象とする場合、系列の中で中心的な話題を表す単語を中心として議論の流れが回転してゆく。遷移する話題は、混合ガウスモデルにより単語ペア生起分布の異なる時区間として着色する。トピックが入れ替わり現れる議論については，発言間の単語ベクトルの類似性から捉えたトピックごとに円を分割して可視化する． TS は、この手法を元に IMDJ で得られた提案を実現するために発案したものである。TS は、[24]の手法で円の中心に相当する主題が遷移してゆく様子を可視化することに当たる（図 9）。様々な粒度の話題間の遷移を可視化することは、ある直径の円を周回する途中で異なる直径の円に遷移することに当たるため、TS の可視化では円形という制約を破り絡まりながら伸びる糸状とした。設定されたしきい値より短い時間で消えてしまう語系列のパターンが入れ替わり出現する場合、[24]では前後と重なる話題が時間順に連なるものとして可視化される。一方、TS ではこれらの短区間が一つの共通のアイデム（語）を含む場合は互いに絡まり合い、長い区間が現れるまで塊を作り続ける。これは、①～③で異なるパターンの系列が交錯する様子を可視化するためである。図 6 小泉・岡田対談（2004）の TS による可視化。「自衛隊」「攻撃」や「戦闘」など、当時だけでなく現在でも深刻な国家的問題に繋がる話題の発端を捉えている。図 7 図 6 と同じ討論の[24]における可視化図 8 [24]における議論マップのモデル図図 9 図 8 のモデル図から Tangled String への展開：回転の中心は遷移する。図 10 IMDJ 実施時からの修正とデータ更新 6 考察 IMDJ において提案された内容を実現するために TS を開発した経緯を述べてきたが、プロセスの中では実際にはデータ分析/可視化あるいはシミュレーション等のツールもデータの一種として扱い、その要約と入出力変数を DJ として登録してゆくことができる。この様子を、図 10 の左端に示した。これによって、自作したツールの用途考案を IMDJ 上の議論に委託することが可能となる。図 10 のように、toolx なるツールを概説する DJx が IMDJ において提案に関連すると一旦考えられたものの、検討の結果提案に含められない場合、修正案 DJ’ x を検討する段階で改訂案 tool’x が着想される。実際、[24]では「（前略）個々の発言がなされた時間情報を利用して、議事録から議論構造を自動的に可視化する（中略）単語の登場箇所のばらつきや頻度からトピックやキーワードを段階的に抽出することができる」と示されていたが、この記述のうえい先述の①②③の提案を実現する上で、即ち中心的話題を遷移させる上での障害は「ばらつきや頻度」により円の中心と周辺に語を配置する仕組みだけであった。この障害を除くだけであったので、TS ではアイテムの中心性を求める数値計算を行わない。これは、図 10 の①の改訂更を行ったことに当たる。 IMDJ の提案を改訂するには、①の他にデータを差し替える②や提案を改訂する③、提案により新しい要求を呼び起こす④、要求を提案に応じて変化させる⑤などが考えられる。⑤は提案の変化に適応して要求を変化させるパターンであり、技術の革新によりビジネス目標を発展させるのに類似している。 7 むすび DJ を介して多様なデータの関係を可視化し、チャンス発見プロセスにちなんだ創造的コミュニケーションを実施することによって、隠れたデータの価値を掘り起こすことができる。この時、データマイニングや可視化ツールが、データの価値を掘り起こす道具として位置づけられることになる。十分にこの価値の掘り起こしができない場合にはツールを修正、改訂することができる。[24]から Tangled String への変化は改訂というよりも、全く異なる姿態の結果を出力するため、一見すると大きな飛躍に見えるであろうが、今述べているように実際には IMDJ のプロセスの中ではごく自然な変化に過ぎない。この事例に見られるように、データを利用する方法自体のイノベーションにとっても、市場原理がダイナミクスの有効な基礎となると筆者らは考えている。参考文献 [１] Kira, K., Rendell, L.A., A Practical approach to feature selection, Prof. Int'l Conf. 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