機械学習

記事数:(557)

機械学習

AIモデル:学習の仕組みと未来

人工知能(じんこうちのう)の模型(もけい)、いわゆる「AIモデル」とは、人間(にんげん)の学習方法(がくしゅうほうほう)を模倣(もほう)した計算機(けいさんき)の仕組みです。 たとえば、たくさんの絵本を読んでもらった子供は、次第に文字を理解し、物語を読み解けるようになります。これと同じように、AIモデルは大量の資料(しりょう)を読み込むことで、そこに隠されている規則性(きそくせい)や法則(ほうそく)を自ら見つけ出せるように作られています。 この学習手順(がくしゅうてじゅん)は、人間が経験を通して学ぶのとよく似ています。最初は試行錯誤(しこうさくご)を繰り返しながら、徐々に正しい答えを導き出すための微調整(びちょうせい)を行い、精度を高めていきます。 例えば、画像認識を学習するAIモデルの場合、たくさんの写真とその写真に写っている物の名前をセットにして学習させます。そうすることで、新しい写真を見せても、写っている物を正しく認識できるようになります。 AIモデルは、写真の中の物体を認識するだけでなく、様々な分野で応用されています。例えば、文章を翻訳したり、音楽を作曲したり、病気の診断を支援したりと、私たちの生活を便利で豊かなものにするために、なくてはならない存在になりつつあります。まるで、様々な技能を持った名人のように、AIモデルは今後ますます活躍の場を広げ、社会を支える重要な役割を担っていくことでしょう。
機械学習

局所最適解とは?:機械学習の落とし穴

機械学習の目的は、与えられた情報から最も良い予測をするための計算方法、つまり模型を組み立てることです。この模型作りで大切なのは、模型の良し悪しを測るための物差し、つまり評価の基準となる数値を定めることです。この数値は、模型の出来が悪いほど大きくなり、良いほど小さくなるように設定します。もしくは、反対に、良いほど数値が大きくなるように設定する場合もあります。目指すのは、この数値が最も小さくなる、あるいは最も大きくなる模型を見つけることです。この数値が最も良い値をとる点を最適解と呼びます。最適解には、大きく分けて二つの種類があります。一つは全体最適解、もう一つは局所最適解です。 全体最適解とは、あらゆる模型の中で最も評価数値が良い、つまり一番良い模型に対応する点です。例えるなら、広い山脈の中で一番高い山頂のようなものです。この山頂に辿り着けば、これ以上高い場所は他にないと断言できます。一方、局所最適解とは、周りを見渡した限りでは一番良いように見えるものの、実際にはもっと良い点が存在する可能性がある点です。これは、山脈の途中で登った小さな丘の頂上のようなものです。その丘の頂上にいる限り、周りを見渡しても他に高い場所はありません。しかし、山脈全体で見れば、もっと高い山頂が他に存在するかもしれません。このように、局所最適解は、全体で見れば最適ではないものの、その周辺だけを見ると最適に見えるため、本当の最適解を見つけるための邪魔になることがあります。機械学習では、この局所最適解という罠に囚われず、真の全体最適解を見つけ出す方法が常に模索されています。目指すは山脈で一番高い山頂であり、途中の小さな丘で満足して立ち止まってはいけません。
機械学習

教師データ:AI学習の鍵

機械学習を行うには、まずコンピュータにたくさんの情報を覚えさせ、様々な法則を見つけ出す訓練をさせる必要があります。この訓練で使う教材のような役割を果たすのが、教師データです。人間が子供に文字を教える時、何度も繰り返し書き方を教え、その文字が何であるかを伝えるのと同じように、コンピュータにも正解が分かるデータを大量に与えて学習させるのです。 教師データは、入力データとその答えである正解データの組み合わせでできています。例えば、果物の写真を見てそれが何の果物かを当てる人工知能を作ることを考えてみましょう。この場合、果物の写真が入力データ、その写真に写っている果物が何であるかを示す名前が正解データになります。りんごの写真には「りんご」という名前、みかんの写真には「みかん」という名前がセットで用意されているわけです。 人工知能は、大量のこのような組を学習することで、写真の特徴と果物の名前の対応関係を自ら見つけ出します。例えば、赤い色で丸い形をしていれば「りんご」、オレンジ色で皮がデコボコしていれば「みかん」といった具合です。そして、この学習を通して人工知能は、新しい果物の写真を見せられたときにも、それが何の果物かを予測できるようになるのです。 教師データの質と量は、人工知能の性能に大きな影響を与えます。まるで人間の学習と同じく、質の高い教材でしっかりと教えれば、人工知能も賢く育ちます。逆に、間違った情報が含まれていたり、データの数が少なすぎたりすると、人工知能は正しい判断を下すのが難しくなります。そのため、人工知能を作る際には、目的に合った適切な教師データを選ぶことが非常に重要です。質の高い教師データこそ、人工知能を賢く育てるための、なくてはならない教科書と言えるでしょう。
機械学習

情報検索における重要語句抽出:tf-idf

「概念」とは、物事の本質や共通の特徴を抽象的に捉えた考え方のことです。例えば、「犬」という概念は、様々な種類、大きさ、色の犬に共通する特徴を抽出したものです。柴犬、プードル、ゴールデンレトリバーなど、個々の犬はそれぞれ違いますが、私たちは皆、それらを「犬」という一つの概念で理解しています。 今回扱う「概念」は、文章の中で使われている言葉の重要度を測る方法の一つである「TF-IDF」です。これは、情報を探す時や、文章の内容を分析する時などによく使われます。TF-IDFは、二つの要素を組み合わせて、ある言葉が特定の文章にとってどれほど重要かを判断します。 一つ目の要素は、その言葉が一つの文章の中で何回出てくるかという「頻度」です。ある言葉が一つの文章の中で何度も出てくるとしたら、その言葉はその文章の内容をよく表していると言えるでしょう。例えば、「宇宙」という言葉を何度も使う文章は、おそらく宇宙に関する内容でしょう。 しかし、頻度だけでは不十分です。例えば、「です」「ます」のような言葉は、どんな文章にもよく出てきますが、これらの言葉は、特定の文章の内容を表しているとは言えません。そこで、TF-IDFは二つ目の要素を考慮します。 二つ目の要素は、その言葉がどれだけの数の文章で使われているかという「希少性」です。多くの文章で使われている言葉は、一般的な言葉であり、特定の文章の特徴を表すとは言えません。逆に、特定の少数の文章でしか使われていない言葉は、その文章の内容を特徴づけている可能性が高いです。例えば、「量子もつれ」という言葉は、物理学の専門的な文章でしか使われないでしょう。 TF-IDFは、この頻度と希少性を組み合わせて計算されます。ある言葉が特定の文章の中で何度も出てきて、かつ、他の文章ではあまり使われていない場合、その言葉のTF-IDF値は高くなります。つまり、TF-IDF値が高い言葉は、その文章にとって重要な言葉である可能性が高いと言えるのです。
機械学習

教師なし学習:データの宝探し

教師なし学習とは、正解となるラベルや指示がないデータから、独自の規則性や構造を発見する機械学習の手法です。まるで、広大な砂漠に隠された宝物を、地図なしで探し出すような作業と言えるでしょう。一見すると途方もない作業に思えますが、この手法はデータの奥深くに眠る貴重な情報を見つけ出す強力な道具となります。 従来の機械学習では、正解ラベル付きのデータを用いて学習を行う教師あり学習が主流でした。しかし、正解ラベルを用意するには、多大な費用と時間が必要となる場合が少なくありません。そこで、ラベルのない大量のデータからでも知識を抽出できる教師なし学習が注目を集めています。例えば、顧客の購買履歴といったラベルのないデータから、顧客をいくつかのグループに分け、それぞれのグループに適した販売戦略を立てることができます。 教師なし学習の代表的な手法の一つに、クラスタリングがあります。これは、データの特徴に基づいて、似たものをまとめてグループ分けする手法です。顧客の購買履歴を例に挙げると、頻繁に特定の種類の商品を購入する顧客を一つのグループとしてまとめることができます。他にも、次元削減という手法があります。これは、データの持つ情報をなるべく損なわずに、データの次元(特徴の数)を減らす手法です。データの次元が減ることで、データの可視化や分析が容易になります。高次元のデータは人間が理解するには複雑すぎるため、次元削減によってデータの本質を捉えやすくします。 このように、教師なし学習はデータの背後に隠された関係性を明らかにすることで、私たちがより良い判断をするための手助けとなります。ラベル付きデータの不足を補い、新たな知見の発見を促す教師なし学習は、今後のデータ活用の鍵となるでしょう。
機械学習

教師あり学習:機械学習の基礎

教師あり学習とは、機械学習という分野で広く使われている学習方法の一つです。まるで人が先生となって生徒に勉強を教えるように、機械に正解を教えながら学習させる方法です。具体的には、たくさんの情報とその情報に対する正しい答えの組を機械に与えます。この組を「教師データ」と呼びます。教師データを使って機械を学習させることで、新しい情報に対しても正しい答えを出せるようにします。 例えば、たくさんの果物の写真とそれぞれの果物の名前を機械に覚えさせるとします。赤い果物の写真には「りんご」、黄色い果物の写真には「バナナ」、オレンジ色の果物の写真には「みかん」といった具合です。これが教師データとなります。機械は、これらの写真と名前の組をたくさん学習することで、果物の色や形といった特徴と名前の関係性を理解していきます。 学習が十分に進んだ機械に、新しい果物の写真を見せると、その果物の名前を正しく答えることができるようになります。これが教師あり学習の成果です。まるで先生が生徒に問題と解答を教え、生徒がその関係性を理解して新しい問題にも答えられるようになるのと同じです。 この教師あり学習は、様々な場面で使われています。例えば、写真に写っているものが何なのかを判別する画像認識や、人の声を文字に変換する音声認識、文章の意味を理解する自然言語処理など、私たちの生活に身近な技術にも利用されています。また、商品の売れ行きを予測したり、病気の診断を支援したりといった、より専門的な分野でも活用されています。このように、教師あり学習は、様々な分野で私たちの生活を豊かにするために役立っている重要な技術です。
機械学習

マルチタスク学習で精度向上

人が同時に複数の作業をこなすように、一つの学習器に複数の仕事を同時に覚えさせる方法を複数仕事学習と言います。これは、一つの仕事だけを覚えさせるよりも、関連する複数の仕事を同時に覚えさせることで、学習器の能力を高めることを目指すものです。 なぜ複数の仕事を同時に学習させると効果があるのでしょうか。それは、複数の仕事をこなすことで、学習器がより幅広い知識や共通の特徴を掴むことができるからです。 個々の仕事だけを見ていたのでは気づかなかった、全体像を捉えることができるようになるのです。 例えば、写真を見て犬か猫かを見分ける仕事を考えてみましょう。この仕事に加えて、犬と猫の年齢を推定する仕事を同時に学習させたとします。そうすると、学習器は犬と猫の外見的な特徴だけでなく、年齢による変化や共通の特徴も学ぶことになります。その結果、犬と猫を見分ける能力も向上する可能性があるのです。 他の例として、言葉を翻訳する仕事を考えてみましょう。日本語から英語に翻訳する仕事と、日本語からフランス語に翻訳する仕事を同時に学習させたとします。この場合、学習器は日本語の文法や意味をより深く理解する必要があり、その結果、どちらの翻訳の質も向上すると期待できます。 このように、複数仕事学習は、それぞれの仕事単独で学習するよりも高い効果が期待できます。複数の仕事を同時に行うことで、各仕事での能力が向上し、全体として良い結果に繋がるのです。まるで、複数の楽器を演奏することで音楽の理解が深まるように、学習器も複数の仕事をこなすことでより賢くなるのです。
機械学習

t-SNE:高次元データを視覚化する

たくさんの情報を持つデータは、扱うのが大変になることがあります。例えば、たくさんの種類の遺伝子の働き具合を調べたデータでは、遺伝子の種類が多ければ多いほど、データの全体像を掴むのが難しくなります。このような複雑なデータを、もっと簡単に理解できるようにする技術が、次元削減です。次元削減は、データが持つたくさんの情報を、できるだけ減らして、より少ない情報で表現する技術です。 次元削減の例を、遺伝子の働き具合のデータで考えてみましょう。数百種類の遺伝子の働き具合を測ったデータがあるとします。このデータは、数百の数字の集まりで表現されるため、そのままでは理解するのが困難です。次元削減を使うと、この数百の数字を、例えば数個の主要な遺伝子グループの組み合わせとして表現することができます。それぞれの遺伝子グループは、複数の遺伝子の働き具合をまとめて表現したものです。こうすることで、数百あった数字を、数個のグループで表現できるようになり、データの特徴を捉えやすくなります。 次元削減は、データを見やすくするだけでなく、データに含まれる余計な情報を取り除く効果もあります。余計な情報を取り除くことで、データの本質的な特徴を捉えやすくなり、より正確な分析が可能になります。また、次元削減によってデータの量が減るため、データの処理にかかる時間や計算機の負担を減らすこともできます。 このように、次元削減は、複雑なデータを扱う上で非常に重要な技術であり、様々な分野で活用されています。例えば、大量の画像データから特徴を抽出する画像認識や、顧客の購買履歴から好みを分析するマーケティングなど、多くの場面で次元削減が役立っています。
機械学習

強化学習:試行錯誤で賢くなるAI

人工知能の世界は日進月歩で進化を続けており、様々な技術が生まれています。中でも近年、ひときわ注目を集めているのが「強化学習」と呼ばれる技術です。 強化学習とは、人間が自転車に乗れるようになる過程によく似ています。最初はうまくバランスが取れずに何度も転んでしまうかもしれません。しかし、繰り返し練習することで徐々にコツをつかみ、最終的にはスムーズに走れるようになります。強化学習もこれと同じように、試行錯誤を繰り返しながら、目的とする行動を学習していきます。 例えば、コンピュータゲームで高得点を出すことを目標に設定した場合、強化学習を用いたプログラムは、まずランダムな操作を行います。その結果、うまく得点できた操作は高く評価され、失敗した操作は低く評価されます。プログラムはこの評価をもとに、成功につながる行動を強化し、失敗につながる行動を避けるように学習していくのです。 この学習過程は、まるで人間が新しい技術を習得するかのようです。最初はぎこちなくても、経験を積むことで上達していく。強化学習の魅力は、まさにこの学習プロセスそのものにあります。 ロボット工学の分野でも、強化学習は大きな成果を上げています。複雑な動きを必要とする作業をロボットに覚えさせる際に、強化学習が活用されています。従来の方法では、一つ一つの動作を細かくプログラミングする必要がありましたが、強化学習を用いることで、ロボットは自ら試行錯誤を通じて最適な動作を習得できるようになります。 このように、強化学習はコンピュータゲームやロボット工学だけでなく、様々な分野で応用が進んでいます。今後、ますます発展していくことが期待される革新的な技術と言えるでしょう。これから、この強化学習について、より詳しく解説していきます。
機械学習

シミュレーションから現実世界へ:sim2real入門

「仮想と現実の橋渡し」とは、コンピューター上の模擬世界で鍛え上げた人工知能を、現実世界の問題解決に役立てる技術のことです。まるで、鏡に映ったもう一つの世界で訓練を積み、その成果を現実世界で発揮するかのようです。この技術は「シム・ツー・リアル」と呼ばれ、近頃、機械の制御や自動で車を走らせる技術といった分野で大きな注目を集めています。 なぜ、このような技術が重要なのでしょうか?従来、機械に仕事を覚えさせるには、実際に現実世界で何度も試行錯誤を繰り返す必要がありました。例えば、自動で荷物を運ぶ機械を開発する場合、実際に荷物を用意し、様々な状況下で何度も動作確認を行う必要があったのです。これは、多大な時間と費用がかかるだけでなく、予期せぬ事故の危険性も伴っていました。 しかし、「シム・ツー・リアル」技術を活用すれば、これらの問題を解決できます。コンピューター上に仮想の倉庫や荷物を用意し、そこで機械の制御プログラムを訓練すれば、現実世界での実験回数を大幅に減らすことができます。仮想世界であれば、何度失敗しても費用はかかりませんし、危険もありません。十分に訓練を積んだプログラムを現実世界の機械に組み込めば、最初から高い精度で作業を行うことが期待できます。 このように、「シム・ツー・リアル」は、時間、費用、安全面での利点から、様々な分野で革新をもたらす技術として期待されています。今後、ますます発展していくことで、私たちの生活をより豊かにしてくれることでしょう。まるで、夢の世界で描いた設計図を現実世界で実現するかのように、仮想世界と現実世界を繋ぐ架け橋として、この技術はますます進化していくと考えられます。
機械学習

AIエンジニアの仕事とは?

人工知能技術者が担う役割は、様々な問題を人工知能の技術を使って解決することです。具体的には、機械学習や深層学習といった技術を使って、大量のデータから規則性やパターンを見つけ出し、予測や分類を行うための模型を作ります。膨大な量のデータから、まるで砂金を探すように価値のある情報を見つけ出す作業です。これらの模型は、写真を見て何が写っているか判断する画像認識や、人の声を理解する音声認識、人の言葉を理解する自然言語処理など、幅広い分野で使われています。例えば、自動運転技術では、周囲の状況を認識するために画像認識技術が不可欠ですし、音声アシスタントでは自然言語処理技術が重要な役割を果たしています。 人工知能技術者は、作った模型を実際に使えるシステムに組み込む作業も行います。机上の空論ではなく、現実世界で役立つシステムを作ることが重要です。作った模型が正しく動くかどうかの性能評価や、より性能を高めるための改善作業、そして安定して使えるようにするための運用や保守作業なども行います。つまり、人工知能システムが生まれてから終わりを迎えるまでの全行程に関わるのです。 さらに、人工知能技術は日進月歩で進化しているため、常に最新の技術動向を把握し、新しい技術の研究開発にも積極的に取り組む必要があります。まるで流れの速い川の流れに遅れないように、常に学び続けなければなりません。人工知能技術者が新しい技術を生み出し、発展させることで、社会全体がより便利で豊かになっていくのです。近年の人工知能技術の急速な発展に伴い、人工知能技術者の必要性はますます高まっており、様々な分野での活躍が期待されています。まるで現代の魔法使いのように、様々な問題を解決する鍵を握っていると言えるでしょう。
機械学習

協調フィルタリング:おすすめの仕組み

協調ろ過とは、たくさんの人が利用するサービスで、利用者のこれまでの行動を参考にして、おすすめの商品やコンテンツを提示する方法です。例えば、インターネット上の買い物サイトで商品を買った際に「この商品を買った人はこんな商品も買っています」と表示される推薦機能は、協調ろ過を用いた代表的な例です。 協調ろ過は、過去の購入履歴や商品の閲覧履歴、商品の評価など、利用者の行動を細かく調べます。そして、似たような好みを持つ利用者を見つけ出し、その人たちが気に入っている商品を新しいおすすめとして提示します。まるで、仲の良い友達からのおすすめ情報を参考にしているような仕組みです。 個々の商品の詳しい情報ではなく、利用者同士のつながりからおすすめを生み出す点が協調ろ過の特徴です。例えば、AさんとBさんが同じ本を買っていたとします。また、BさんはCさんと同じ映画を見ていました。この時、AさんはCさんと直接的なつながりはありませんが、Bさんを介して間接的につながっています。協調ろ過は、このような間接的なつながりも利用して、Aさんにおすすめの映画としてCさんが見た映画を提示することができます。 協調ろ過には、利用者ベースとアイテムベースという二つの種類があります。利用者ベースは、自分と似た好みを持つ利用者を見つけ、その利用者が好む商品をおすすめする方法です。一方、アイテムベースは、自分が過去に購入した商品と似た商品をおすすめする方法です。どちらの方法も、利用者の行動履歴を分析することで、より的確なおすすめを提示することを目指しています。 このように、協調ろ過は、膨大なデータの中から利用者の好みに合った情報を選び出すための強力な手法として、様々なサービスで活用されています。インターネット上の買い物サイトだけでなく、動画配信サービスや音楽配信サービスなどでも、利用者に最適なコンテンツを提供するために利用されています。
機械学習

共変量シフト:機械学習モデルの落とし穴

機械学習は、大量の事例から法則性を学び、将来の出来事を予想する強力な手法です。まるで、たくさんの経験を積むことで未来を見通す達人のようです。しかし、現実の世界は常に変化し続けています。そのため、一度学習を終えた予測模型も、時間の流れと共にその精度が落ちてしまうことがあります。これは、様々な原因によって起こりうる現象ですが、中でも「共変量シフト」は重要な考え方です。 共変量シフトとは、予測模型に入力される情報の傾向が、学習時と予測時で異なってしまうことを指します。例えば、過去の天気図から明日の天気を予測する模型を考えてみましょう。この模型は、過去の大量の天気図を学習することで、雲の動きや気圧の変化などから天気の法則を学びます。しかし、もし地球温暖化の影響で気候の傾向が大きく変わってしまった場合、学習時と予測時で天気図の傾向が異なってしまいます。つまり、模型が学習した天気の法則と、実際に予測を行う際の天気の法則が食い違ってしまうのです。これが共変量シフトです。 このように、模型が学習した時の状況と、実際に予測を行う時の状況が異なると、予測の正確さが低下してしまいます。これは、まるで過去の経験に基づいて未来を予測しようとした達人が、状況の変化に対応できずに的外れな予測をしてしまうようなものです。この共変量シフトという問題は、機械学習模型を実際に運用する上で避けては通れない課題です。そのため、その影響を正しく理解し、適切な対策を講じることがとても重要になります。例えば、定期的に新しい情報を模型に学習させることで、変化する状況に対応させることができます。また、共変量シフトの影響を受けにくい、より頑健な模型を作るための研究も進められています。このように、機械学習を効果的に活用するためには、共変量シフトへの理解と対策が欠かせません。
機械学習

逆強化学習:熟練者の技を学ぶAI

人間のように考え、行動する機械の実現は、人工知能研究における大きな目標です。その中で、人の優れた技を機械に習得させる技術が注目を集めています。それが「逆強化学習」と呼ばれる手法です。 従来の機械学習では、あらかじめ「どのような結果を目指すべきか」をはっきりさせる必要がありました。例えば、犬と猫を見分ける学習をするなら、「犬の写真を見せたら『犬』と答える」という目標を機械に与える必要があったのです。しかし、現実世界の問題はもっと複雑です。囲碁や将棋のようなゲームでさえ、必ずしも勝ち負けだけが全てではありません。「美しい棋譜」や「相手を翻弄する戦略」など、様々な目標が考えられます。ましてや、運転や料理、芸術活動など、明確な正解のない課題においては、従来の学習方法では対応が難しいと言えるでしょう。 そこで登場するのが逆強化学習です。この手法は、熟練者の行動を注意深く観察し、そこからその人が何を目標としているのかを推測するというアプローチを取ります。例えば、熟練した料理人の動きを記録し、その一連の動作から「美味しい料理を作る」「手際よく作業を進める」「食材を無駄なく使う」といった複数の目標を推定します。そして、推定した目標に基づいて機械が学習することで、熟練者に匹敵、あるいは凌駕するパフォーマンスを発揮できるようになるのです。 このように、逆強化学習は、明確な目標設定が難しい複雑な課題を解決するための、強力な手法として期待されています。将来的には、様々な分野での応用が期待されており、人工知能技術の発展に大きく貢献するものと考えられています。
機械学習

マイクロF1値:機械学習の評価指標

「マイクロF1値」とは、機械学習、とりわけ、物事をいくつかの種類に仕分ける問題において、作った仕分け機の良し悪しを測るための大切な物差しです。この物差しは、仕分け機の仕分けの正確さを示す数値で、0から1までの間の値になります。1に近いほど、仕分け機がうまく仕分けできていることを表します。「マイクロF1値」は、特に、仕分けの対象となるデータの種類ごとに数が大きく違う場合に役立ちます。 例えば、ある病気かどうかを診断する仕分け機を作るとします。この時、病気の人のデータと健康な人のデータの数が大きく異なることが考えられます。このような場合、全体の正答率だけを見ると、数の多い方の種類のデータの仕分けの正確さに引っ張られて、数の少ない方の種類のデータの仕分けの正確さが低くても、全体としては高い正答率が出てしまうことがあります。「マイクロF1値」は、それぞれの種類のデータについて、正しく仕分けできた数、間違って仕分けした数などを全体で合計して計算されるので、データの数の偏りに影響されにくく、より信頼できる物差しとなります。 言い換えると、「マイクロF1値」は、それぞれのデータの種類にとらわれず、全体的な仕分けの正確さを測ることに重きを置いています。例えば、りんご、みかん、いちごを仕分ける仕分け機を作ったとします。りんごの数が非常に多く、みかんといちごの数が少ないとします。全体の正答率は、りんごの仕分けの正確さに大きく影響されます。しかし、「マイクロF1値」は、りんご、みかん、いちご、それぞれの仕分けの正確さを均等に評価します。つまり、たとえりんごの仕分けの正確さが高くても、みかんといちごの仕分けの正確さが低い場合、「マイクロF1値」は低い値を示すのです。このように、「マイクロF1値」は、データの偏りに左右されずに、仕分け機の真の実力を測るための、信頼できる物差しと言えるでしょう。
機械学習

マクロF1値:多クラス分類の評価指標

複数の種類に分ける作業で、機械学習の成果を測る物差しの一つに、マクロF1値というものがあります。これは、例えば、写真を見てそれが猫か犬か人間かを当てるような問題、迷惑メールを見分ける、お客さんをグループに分けるといった時に役立ちます。 特に、三つ以上の種類に分ける場合、それぞれの種類の正解率をまとめて評価する必要があります。このマクロF1値は、まさにそのための物差しです。それぞれの種類の正解率を測るF1値というものをまず計算し、それらの平均値を算出することで、全体的な性能を測ります。 この方法の利点は、データの偏りに左右されにくいことです。つまり、ある種類のデータが非常に多くても、その種類の正解率だけが全体の評価に過剰な影響を与えることはありません。例えば、犬の写真が大量にあって、猫や人間のデータが少ない場合でも、猫や人間の認識精度が低くても、犬の認識精度が高ければ全体の評価が高くなってしまう、ということが起きにくくなります。 それぞれの種類の正解率を平等に評価できるため、データの数が種類によって大きく異なる場合でも、信頼できる評価結果を得られます。このことから、マクロF1値は、現実世界の様々な問題に適用できる、とても便利な物差しと言えるでしょう。
機械学習

AIOpsで変わる運用管理の未来

情報処理の自動化技術は、人の知能を模倣した機械学習や人工知能を取り込み、情報処理の仕組みの維持管理の仕事を自動化し、作業能率を高める技術です。これまでの維持管理では、処理の仕組みを見守り、不具合を見つける、不具合の原因を探るといった多くの仕事を人の手で行う必要がありました。情報処理の自動化技術を使うことで、これらの仕事を自動でこなし、維持管理の担当者の負担を減らすことができます。 大量の情報から規則性やパターンを見つける技術は、多くの情報を解析し、不具合の兆候を掴んだり、問題の根本原因を突き止めたりすることも得意です。これにより、不具合が起きる前に防ぎ、処理の仕組みを安定して動かすことができます。例えば、過去の不具合データを学習することで、似たような状況になったときに、あらかじめ警告を発することが可能になります。また、複雑な仕組みの中で、どこに問題が潜んでいるのかを自動的に特定し、担当者が迅速に対応できるよう支援します。さらに、自動化技術は、過去のデータに基づいて将来の処理量を予測し、必要な資源をあらかじめ確保することも可能です。これにより、急な利用増加による処理能力の不足といった問題を回避し、安定した処理を提供することができます。 情報処理の自動化技術は、様々な規模や種類の処理の仕組みに適用できます。小規模な組織では、限られた人数で効率的な維持管理を行うために役立ちます。大規模な組織では、膨大な数の機器や処理を扱う上で、人の手では対応しきれない複雑さを解消することができます。今後、情報処理の仕組みはますます複雑化していくことが予想される中、情報処理の自動化技術はなくてはならない技術となるでしょう。人の手による作業を減らし、より正確で迅速な対応を可能にすることで、安定した処理の提供と維持管理にかかる費用を抑えることに貢献します。将来的には、人工知能が自ら学習し、最適な維持管理方法を自動的に見つけ出すといった高度な自動化も期待されています。
機械学習

偽陽性と偽陰性:理解と対策

機械学習の分野では、作った模型の良し悪しを色々な角度から調べることが大切です。そのための便利な道具の一つに、混同行列というものがあります。これは、結果が「ある」か「ない」かの二択で表される問題を扱う時に特に役立ちます。例えば、病気の検査で「病気である」か「病気でない」かを判断する場合などです。 混同行列は、模型の出した答えと本当の答えを比べ、四つの種類に分けて数えます。模型が「ある」と答えて、実際に「ある」場合を「真陽性」と言います。これは、検査で「病気である」と出て、実際に病気だった場合と同じです。模型が「ある」と答えたのに、実際は「ない」場合を「偽陽性」と言います。これは、健康なのに検査で「病気である」と出てしまった場合に当たります。 逆に、模型が「ない」と答えて、実際は「ある」場合を「偽陰性」と言います。これは、病気なのに検査で「病気でない」と出てしまった、見逃しの場合です。最後に、模型が「ない」と答えて、実際も「ない」場合を「真陰性」と言います。これは、健康で、検査でも「病気でない」と出た場合です。 このように、四つの種類の数を把握することで、模型の正確さだけでなく、どんなふうに間違えやすいかなども分かります。例えば、偽陽性が多ければ、必要のない検査や治療に導く可能性があります。偽陰性が多ければ、病気を見逃してしまう可能性があり、どちらも深刻な問題につながる可能性があります。混同行列を使うことで、ただ正解した数がどれだけあるかを見るだけでなく、模型のより詳しい特徴を掴むことができるのです。
機械学習

物体検出の精度指標:mAPとは

画像や動画に映る特定のものを探し出し、その場所を特定する技術、それが物体検出です。この技術の良し悪しを測るには様々な方法がありますが、中でも平均適合率(mAP)は重要な指標です。mAPは0から1までの数値で表され、1に近いほど、その検出の正確さが高いことを示します。 物体検出の仕組みを簡単に説明すると、まずモデルが画像の中から「これは探しているものかもしれない」という部分を提案します。これを予測と言います。次に、その予測が実際に探しているものとどの程度一致しているかを評価します。ここで適合率という指標が登場します。適合率は、予測がどれだけ正確かを表す数値です。しかし、適合率だけでは、本当に探しているものを見逃していないかを判断できません。そこで、再現率という指標も用います。再現率は、実際に画像に写っている探しているもののうち、どれだけの割合を正しく見つけられたかを表します。 mAPは、この適合率と再現率を組み合わせた指標です。様々な条件で適合率と再現率を計算し、その平均を取ることによって、モデルの全体的な性能を評価します。mAPが1に近いほど、より多くのものを、より正確に見つけられると言えるでしょう。 例えば、自動運転技術には、歩行者や車などを正確に見つけることが不可欠です。そのため、自動運転に用いる物体検出モデルには高いmAP値が求められます。mAP値が高いほど、より安全な自動運転を実現できるからです。近年、深層学習技術の進歩によって物体検出の精度は大きく向上し、それに伴い、このmAPの重要性もますます高まっています。
機械学習

AI-OCR:進化した文字認識

人工知能を使った文字認識技術は、これまでの光学式文字認識技術とは大きく異なります。従来の技術は、あらかじめ決めた型に合わせて文字を見分けていました。そのため、手書き文字や複雑な配置の文書など、型にはまらない文字を読み取るのが苦手でした。しかし、人工知能を使った文字認識は、機械学習や深層学習といった技術を使うことで、この問題を解決しました。たくさんのデータから学習することで、よりしなやかに、かつ正確に文字を読み取ることができるようになりました。 この技術のおかげで、手書き文字や複雑な文書でも、高い精度で文字を読み取ることが可能になりました。かすれた文字やノイズの多い画像からでも、正確に文字を取り出すことができます。これは従来の技術では難しかったことです。 人工知能を使った文字認識技術は、様々な場面で使われています。例えば、企業では大量の書類を電子化するために利用されています。これにより、紙の保管場所が不要になり、書類を探す手間も省けます。また、図書館では古い書籍をデジタル化して保存するために活用されています。手書き文字が多い古文書でも、正確に文字を読み取ることができるため、貴重な資料を未来に残すことができます。 さらに、この技術は、視覚に障害を持つ人々を支援する技術としても注目されています。身の回りの文字情報を音声で読み上げることで、視覚に頼らずに情報を得ることができます。街中の看板や商品のラベルなど、日常生活で必要な情報を簡単に得られるようになるため、生活の質を向上させることができます。このように、人工知能を使った文字認識技術は、様々な分野で役立ち、私たちの生活をより便利で豊かにしています。
機械学習

k近傍法:機械学習の基礎

身近な例えを用いると、ある人がどの集団に属するかを、その人に近い人々が属する集団を参考に決める方法が、機械学習における「k近傍法」です。この方法は、複雑な計算式や高度な数学の知識を必要とせず、データ間の距離という分かりやすい概念に基づいて分類を行います。 新しいデータがどの集団に属するかを予測する際、k近傍法は、既に集団分けされている既存のデータとの距離を測ります。距離の測り方にはいくつか種類がありますが、一般的には、データの各要素の差の二乗和の平方根を計算する、ユークリッド距離がよく用いられます。例えば、データが2つの数値で表される場合、二点間の直線距離を求めるのと同じ計算方法です。このようにして、既存のデータそれぞれについて、新しいデータとの距離を計算し、距離が近い順にk個のデータを選び出します。kは、利用者が事前に決めておく正の整数値です。 次に、選ばれたk個のデータの中で、最も数の多い集団に、新しいデータを分類します。例えば、kの値を5に設定し、距離が近い5個のデータの中に、Aの集団に属するデータが3個、Bの集団に属するデータが2個あった場合、新しいデータはAの集団に分類されます。このように、k近傍法は、多数決の原理を用いて新しいデータの所属先を決定します。 このkの値は、予測の正確さに大きく影響します。kの値が小さすぎると、周りの少し変わったデータ、いわゆる「外れ値」の影響を受けやすく、予測結果が不安定になります。逆に、kの値が大きすぎると、本来は異なる集団に属するデータの影響を受けてしまい、予測の精度が低下する可能性があります。ちょうど良いkの値は、扱うデータの性質や予測の目的により異なるため、試行錯誤しながら最適な値を見つけることが重要です。k近傍法は、その分かりやすさから、機械学習の入門として最適な手法と言えるでしょう。
機械学習

k平均法:データの自動分類

集団を自動的に仕分ける手法である「けい平均法」の仕組みについて詳しく説明します。この手法は、データ間の距離に着目し、近いデータは同じ仲間とみなす考え方です。具体的には、データをあらかじめ決めた数の集団(かたまり)に分けていきます。この集団の数を「けい」と呼びますが、「けい」の値は解析する人が最初に決めておく必要があります。 まず、それぞれのデータに、どの集団に属するかをでたらめに割り当てます。これは、いわば仮の分類です。次に、各集団の中心、すなわち重心を計算します。重心とは、その集団に属するデータの平均的な位置を示す点です。そして、それぞれのデータについて、どの集団の重心に一番近いかを調べ、一番近い重心を持つ集団にデータを再び割り当てます。この操作で、データの所属する集団が更新されます。 重心の再計算と集団の再割り当てを何度も繰り返すことで、各集団の状態は徐々に安定していきます。最終的に、重心が動かなくなったら、けい平均法の処理は終了です。この時点で、データは「けい」個の集団に分類されています。それぞれの集団には、互いに近いデータが集まっていると考えられます。 この手法は、たくさんのデータを自動的に分類するのに便利です。例えば、顧客の購買履歴を基に顧客をいくつかのグループに分けたり、商品の類似度を基に商品を分類したりする際に活用できます。また、画像認識の分野でも、画像の特徴を基に画像を分類するなどの応用が可能です。このように、けい平均法は様々な分野で活用されている、大変有用な手法です。
機械学習

k分割交差検証で精度向上

機械学習の模型の働きぶりを測るには、使える資料をうまくやりくりする必要があります。そのためのやり方の一つに、分割検証というものがあります。分割検証は、持っている資料を同じくらいの大きさの束に分け、そのうちいくつかを模型の学習に、残りを模型の評価に使うというものです。 具体的には、まず資料を同じ大きさの例えば10個の束に分けます。そして、その中の9個の束を使って模型を学習させ、残りの1個の束で模型の働きぶりを評価します。次に、別の9個の束で学習させ、残りの1個で評価する、ということを繰り返します。こうして、それぞれの束が1回ずつ評価に使われるように、全部で10回繰り返します。10回の評価が終わると、10個の評価結果が得られます。この10個の平均値を、模型の最終的な成績として使います。 このように、全ての資料を学習と評価の両方に使うことで、限られた資料でも模型の真の実力をより正しく測ることができます。分割数を10にした場合を10分割検証と言いますが、3分割や5分割といったやり方もあります。分割数は、資料の量や性質に合わせて適切に決める必要があります。資料の数が少ない場合は、分割数を大きくすることで、より多くの資料を学習に使うことができます。ただし、分割数を大きくしすぎると、計算に時間がかかってしまうため、バランスが大切です。 この方法は、特に資料が少ない場合に、模型が新しい資料に対してもきちんと働くかどうかを、より正確に見積もるために役に立ちます。たくさんの資料があれば、最初から学習用と評価用に分けてしまっても良いのですが、資料が少ない場合は、分割検証を使うことで、限られた資料を最大限に活用することができます。
機械学習

機械学習の落とし穴:バイアスとその影響

機械学習は、膨大な量の情報を材料に、そこから規則性を見つけて未来を予測したり、物事を判断したりする力強い技術です。しかし、この学習という作業の中で、材料となる情報に潜む偏りや歪みが、そのまま機械の思考に取り込まれてしまうことがあります。これを機械学習バイアスと呼びます。まるで、汚れた粘土を使えば、どんなに丁寧に形を作っても汚れた作品になってしまうように、偏った情報で学習した人工知能は、偏った結果しか出せません。 このバイアスは、作る人が気づかずに機械の思考に組み込まれてしまう場合もありますし、もとから情報の中に潜んでいる社会の偏見や差別を反映してしまう場合もあります。例えば、過去の採用情報の中に、男性が有利になるような偏った傾向が含まれていたとします。何も考えずにこの情報で人工知能を学習させると、人工知能は女性よりも男性の方を採用しやすいと判断するようになってしまいます。また、犯罪の発生率を予測する人工知能を開発するとします。もし学習データとして、特定の地域でより多くの警察官がパトロールし、その結果としてより多くの逮捕者が出ているという偏った情報を与えてしまうと、人工知能はその地域で犯罪が多いと誤って学習してしまいます。 このように、機械学習バイアスは、人工知能の公平さや信頼性を損なう重大な問題です。人工知能が社会の様々な場面で使われるようになるにつれて、このバイアスによる影響はますます大きくなります。だからこそ、バイアスを減らし、より公平で信頼できる人工知能を作るための研究や開発が、今、非常に重要になっています。