教師なし学習

機械学習には大きく分けて三つの方法があります。一つ目は、解答付きの問題をたくさん解いて学習する教師あり学習、二つ目は解答なしの問題をたくさん解いて学習する教師なし学習、そして三つ目は少量の解答付きの問題と大量の解答なしの問題を使って学習する半教師あり学習です。 半教師あり学習は、この三つの学習方法のうちの一つで、少量のラベル付きデータと大量のラベルなしデータの両方を使って学習を行います。ラベル付きデータとは、例えばある写真に「ねこ」という名前が付けられているように、データに説明が付け加えられているデータのことです。一方、ラベルなしデータとは、写真だけが存在するといったように、説明が付け加えられていないデータのことです。 これまでの教師あり学習では、ラベル付きデータのみを使って学習していたため、大量のデータにラベルを付ける作業が必要で、費用と時間が多くかかっていました。一方で、教師なし学習はラベルなしデータのみを使うため、データの構造や特徴をつかむことはできますが、特定の作業に対する能力は低い傾向にあります。 半教師あり学習は、これらの二つの学習方法のよいところを組み合わせることで、ラベル付け作業の負担を軽くしつつ、高い能力を実現することを目指しています。具体的には、ラベル付きデータから学習した知識をラベルなしデータに当てはめることで、ラベルなしデータにも仮のラベルを付け、より多くのデータで学習を行います。 例えば、少量の「ねこ」とラベル付けされた画像と、大量のラベルのない画像を使って学習する場合を考えてみましょう。まず、ラベル付きの「ねこ」の画像から、ねこの特徴（耳の形、ひげ、毛並みなど）を学習します。次に、この学習した特徴をラベルなしの画像に当てはめ、「ねこ」らしさの高い画像に仮の「ねこ」ラベルを付けます。そして、これらのラベル付きと仮ラベル付きの画像を全て使って学習を行うことで、より多くのデータで学習できたことになり、少ないラベル付きデータでも精度の高いねこの判別ができるようになります。このように、半教師あり学習は、ラベル付けのコストを抑えながら、高性能なモデルを作ることを可能にします。

人工知能の学習には、大量のデータが必要です。しかし、ただデータを集めるだけでは不十分で、それぞれのデータに何が写っているか、どんな内容かを説明するラベルが必要です。例えば、猫の画像を人工知能に学習させるには、その画像に「猫」というラベルを付ける必要があります。このラベルが付いていることで、人工知能は画像を見てそれが猫だと理解し、学習を進めることができます。 しかし、このラベル付け作業が大きな課題となっています。膨大な量のデータを一つ一つ人手でラベル付けしていくのは、大変な手間と時間、そして費用がかかります。特に、近年の人工知能ブームで必要とされるデータ量は爆発的に増加しており、従来の方法ではとても追いつきません。このラベル付け作業の負担が、人工知能開発の速度を妨げる大きな要因、ボトルネックとなっています。 ラベル付きデータの不足は、特に新しい分野やニッチな分野で深刻です。例えば、珍しい病気の診断支援を行う人工知能を開発しようとした場合、その病気に該当する画像データはそもそも数が少なく、さらにその少ないデータに医師がラベルを付ける作業は非常に負担が大きいため、十分な量のラベル付きデータを集めることが困難になります。データ不足は人工知能の精度低下に直結するため、結果として精度の高い人工知能モデルを開発することが難しくなります。 こうした背景から、ラベルの付いていないデータ、つまりラベルなしデータを使って学習できる人工知能技術の開発が重要視されています。ラベルなしデータはラベル付きデータに比べて大量に存在するため、もしラベルなしデータで効率的に学習できるようになれば、人工知能開発の大きな進歩につながると期待されています。様々な研究機関や企業が、ラベルなしデータの活用方法について活発に研究開発を進めています。