深層学習 | ページ 3 | 新しいAI解説 +プラス

交差エントロピーを学ぶ

機械学習という、まるで機械が自ら学ぶかのような技術があります。この技術の中でも、学習の良し悪しを判断する大切な指標に、損失関数というものがあります。損失関数は、機械の予測と実際の答えとのずれ具合を数値で表したもので、この数値が小さいほど、機械学習はうまくいっていると考えられます。交差エントロピーもこの損失関数の一種です。特に、写真を見てそれが猫なのか犬なのかを判断するような、分類問題でよく使われます。例えば、ある写真が猫である確率を機械が80%、犬である確率を20%と予測したとします。そして、実際にはその写真は猫だったとしましょう。この時、交差エントロピーは、機械の予測がどれだけ正解に近かったかを測る尺度となります。交差エントロピーの計算方法は少し複雑です。まず、正解の確率と機械が予測した確率のそれぞれに、対数を適用します。対数とは、簡単に言うと、ある数を何乗したら元の数になるのかを表す数値です。次に、正解の確率と、それに対応する予測確率の対数を掛け合わせます。猫の場合であれば、正解の確率は100%なので、1と機械が予測した猫である確率80%の対数を掛け合わせます。犬の場合も同様に、正解の確率0%と機械が予測した犬である確率20%の対数を掛け合わせます。最後に、これらの積を全て足し合わせ、符号を反転させます。交差エントロピーは必ず０以上の値になります。そして、機械の予測が完璧に正解と一致した場合のみ、０になります。つまり、交差エントロピーが小さいほど、機械の予測は正確だと言えるのです。この値を小さくするように機械学習を進めることで、より精度の高い分類が可能になります。

2024.11.27

機械学習

ReLU関数：深層学習の活性化関数

人間の脳の仕組みを参考に作られた人工知能の技術、深層学習では、活性化関数がとても大切な役割を担っています。私たちの脳の中には、たくさんの神経細胞があります。これらの神経細胞は、他の神経細胞から信号を受け取ると、それを処理して次の神経細胞に伝えます。しかし、どんな小さな信号でも伝えるわけではありません。ある程度の強さの信号を受け取ったときだけ、次の神経細胞に信号を伝えます。この信号の強さを決めるのが、活性化関数です。深層学習もこれと同じように、たくさんの層が重なってできています。それぞれの層では、前の層から受け取った情報をもとに計算を行い、次の層に情報を伝えます。このとき、活性化関数が、どの情報をどのくらい重要視するかを決めるのです。活性化関数がないと、深層学習は複雑な問題をうまく処理できません。例えば、たくさんの層があっても、活性化関数がないと、それは１つの層と同じ働きしかできません。複雑な計算ができず、単純な計算しかできないということです。活性化関数には、いくつか種類があります。よく使われるものとして、しきい値を０とするステップ関数、滑らかな曲線を描くシグモイド関数、ランプ関数とも呼ばれるReLU関数などがあります。それぞれに特徴があり、扱う問題によって使い分けられています。つまり、活性化関数は、深層学習モデルの表現力を高めるために、なくてはならないものなのです。

2024.11.27

深層学習

R-CNN：物体検出の革新

近年の技術の進歩は目を見張るものがあり、中でも画像を認識する技術はめざましい発展を遂げています。特に、画像の中から特定のものを探し出す技術である物体検出技術は、自動運転や監視システムなど、様々な分野で役立てられ、私たちの暮らしをより豊かに、より安全なものに変えつつあります。今回の話題は、そんな物体検出技術において重要な役割を担った手法である「R-CNN」についてです。 R-CNNが登場する以前は、画像の中から目的のものを探し出す処理は複雑で、多くの時間を要していました。例えば、従来の手法では、画像全体を少しずつずらしながら窓を動かし、その窓の中に目的のものがあるかどうかを繰り返し確認していました。この方法は、処理に時間がかかるだけでなく、検出精度も低いという課題がありました。しかし、2014年に登場したR-CNNは、革新的な方法でこれらの課題を解決しました。R-CNNはまず、画像の中から目的のものがありそうな候補領域を2000個程度選び出します。そして、それぞれの候補領域を同じ大きさに整えてから、畳み込みニューラルネットワーク（CNN）と呼ばれる技術を用いて、目的のものが含まれているかどうかを調べます。最後に、目的のものが見つかった領域に対して、その領域を囲む枠を調整し、より正確な位置を特定します。 R-CNNは、従来の手法に比べて大幅に精度を向上させ、その後の物体検出技術の進歩に大きく貢献しました。R-CNNの登場は、まさに物体検出技術における大きな転換点と言えるでしょう。この革新的な手法は、画像認識技術の発展を加速させ、私たちの未来をより明るく照らしてくれると期待されています。

2024.11.27

深層学習

お絵描きでAIと勝負！Quick, Draw!

「人工知能とのお絵描き遊び」と聞くと、なんだか難しいことのように思うかもしれませんが、実はとても簡単で楽しい遊びです。その秘密兵器は、「クイック、ドロー！」という名の無料の画面遊びです。これは、あの有名な調べものサイトを作った会社が考え出したもので、誰でも気軽に画面上で絵を描く遊びができます。この遊びでは、お題が出されます。例えば、「りんご」や「猫」、「自転車」など、身近なものから少し難しいものまで様々です。お題が出たら、制限時間内にその絵を描きます。ここで重要なのは上手下手は関係ないということです。大切なのは、人工知能があなたの絵を認識できるかどうかです。例えば、「猫」のお題が出たとしましょう。あなたは画面上に丸を描き、その上に三角の耳をつけ、ひげを数本描きます。すると、人工知能が「猫だ！」と認識してくれるかもしれません。もちろん、もっと細かく描いて、尻尾や模様なども加えても構いません。時間との戦いもこの遊びの楽しさを倍増させてくれます。まるで、人工知能とのかくれんぼをしているような感覚です。遊び方はとても簡単です。専用の場所に画面上で行き、始める印を押すだけです。絵を描くのが好きな人、人工知能に興味がある人、ちょっとした頭の体操をしたい人など、子供から大人まで誰でも楽しめます。絵を描くのが苦手な人でも、気軽に挑戦できます。もしかしたら、あなたの隠れた才能が開花するかもしれません。この遊びを通して、最新の技術に気軽に触れることができます。難しい仕組みを知らなくても、遊びながら人工知能の働きを体感できる、貴重な機会となるでしょう。

2024.11.27

WEBサービス

TPU：機械学習を加速する

近年の機械学習の目覚ましい進歩は、それを支える計算処理能力の向上なしには考えられません。膨大な量の情報を扱い、複雑な手順で処理するには、従来の中央演算処理装置（CPU）では処理能力の限界が露呈してきました。CPUは汎用的な処理装置として設計されているため、機械学習のような特定の計算処理においては非効率的な側面があったのです。そこで登場したのが、テンソル計算に特化した演算処理装置であるテンソルプロセッシングユニット（TPU）です。アメリカの検索大手であるGoogle社によって開発されたTPUは、機械学習モデルの学習や予測処理を格段に速く行うことができます。テンソルとは多次元配列のことで、機械学習ではデータや計算式を表現するために多用されます。TPUは、このテンソルの計算に最適化された構造を持つため、従来のCPUに比べて桁違いの処理能力を実現しているのです。具体的には、TPUは多数の小さな演算装置を並列に動作させることで、大量の計算を同時に行うことができます。さらに、機械学習でよく使われる行列演算を効率的に実行するための専用回路を搭載しているため、処理速度が飛躍的に向上します。これにより、複雑な機械学習モデルの学習にかかる時間を大幅に短縮することが可能となり、より高度な人工知能の開発を促進しています。 TPUの登場は、機械学習分野に革命をもたらしました。従来、数週間から数ヶ月かかっていた学習処理が数時間で完了するようになり、研究開発のスピードが格段に向上しました。また、より大規模なデータセットを用いた学習が可能になったことで、機械学習モデルの精度も飛躍的に向上しています。今後もTPUのような専用演算処理装置の進化は続き、人工知能技術の発展をさらに加速させていくでしょう。

2024.11.27

ハードウエア

ファインチューニング：AIモデル学習の効率化

機械学習の世界では、良い結果を得るためには大量のデータと膨大な計算が必要です。まるで、熟練の職人になるには長年の修行と経験が必要なのと同じです。しかし、もし既に熟練した職人がいれば、彼らから技術を学ぶことで、一から修行するよりも早く一人前になることができます。この考え方が、人工知能の分野における「微調整（ファインチューニング）」です。微調整とは、既に大量のデータで学習済みのモデルを土台として、特定の課題に特化した新たなモデルを作る手法です。例えるなら、様々な料理を作れるベテラン料理人が、新しく中華料理の専門店を開く際に、これまでの料理の知識や技術を活かして、中華料理に特化した技術を学ぶようなものです。一から全ての料理を学ぶよりも、ずっと早く、効率的に中華料理の専門家になることができます。微調整には様々な利点があります。まず、必要な学習データが少なくて済むことです。一からモデルを作る場合は、膨大なデータが必要ですが、既に学習済みのモデルを土台とするため、追加で学習させるデータは少量で済みます。これは、時間と計算資源の節約に繋がります。また、精度の高いモデルを比較的簡単に作れる点もメリットです。既に学習済みのモデルは、一般的な知識やパターンを既に習得しているため、それを土台とすることで、特定の課題に対しても高い精度を発揮しやすくなります。似た言葉に「転移学習」がありますが、これは広い概念で、微調整もその一種です。転移学習は、ある領域で学習した知識を別の領域に適用することを指します。微調整は、この転移学習の中でも、学習済みのモデルの一部もしくは全体のパラメータを再学習させることで、特定の課題に適応させる手法を指します。つまり、微調整は転移学習の一部であり、より具体的な手法と言えるでしょう。このように、微調整は、時間と資源の節約、高精度の達成といった点で、人工知能開発を大きく前進させる重要な技術です。

2024.11.27

深層学習

AIの解釈：ブラックボックスを開く

近ごろの人工知能、とりわけ深層学習の進歩には目を見張るものがあります。絵の判別や、普通の言葉の処理、病気の診断など、いろいろな分野で素晴らしい成果を上げています。しかし、その高い正答率の裏には、人工知能がどのように答えを出したのか、人が理解しづらいという問題が隠れています。これは、いわゆるブラックボックス化と呼ばれ、人工知能の信頼性や、きちんと説明する責任を問う際に大きな壁となっています。たとえば、病気の診断で人工知能が病名を特定したとしても、その理由がはっきりしないならば、医師はその診断結果をそのまま受け入れることは難しいでしょう。また、自動運転の車が事故を起こした場合、なぜその行動を取ったのかが分からなければ、事故の原因究明や再発防止に繋がりません。さらに、融資の審査で人工知能が融資を拒否した場合、その理由が分からなければ、融資を希望する人は納得できないでしょう。このように、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、その判断の過程を明らかにすることがますます重要になっています。人工知能の判断を人が理解し、信頼するためには、人工知能がどのように答えを出したのかを説明できる技術が必要です。これはつまり、人工知能の思考過程を解き明かす技術、すなわちモデルの解釈が欠かせないということです。モデルの解釈は、人工知能が特定の判断を下した理由を明らかにするだけでなく、人工知能の弱点や改善点を見つけることにも役立ちます。それによって、より信頼性が高く、安全で、公正な人工知能を開発することができるのです。

2024.11.27

機械学習

革新を担う日本のAI企業

プリファードネットワークスは、東京都千代田区に本社を構える、人工知能技術を専門とする会社です。２０１４年に設立され、深層学習などの最先端技術の研究開発と、その技術を実際に社会で役立てるための活動を積極的に行っています。私たちの暮らしをより良く、より便利にするため、様々な分野で革新的な解決方法を提供し、社会的な問題の解決に貢献することを目指しています。例えば、交通システムをより効率的にしたり、製造業における品質管理を向上させたり、新しい薬の開発を加速させたりと、その活躍の場は多岐に渡ります。具体的には、交通渋滞の緩和や公共交通機関の最適化による、円滑な移動の実現を目指した技術開発に取り組んでいます。また、工場などにおける不良品の発生を抑え、高品質な製品を安定して生産するためのシステム構築を支援しています。さらに、創薬分野においては、膨大なデータの解析に基づき、新薬候補物質の探索や開発期間の短縮に貢献しています。これらの技術は、高度な計算能力と、様々なデータを学習させる技術を組み合わせることで実現されています。さらに、顧客それぞれの要望に合わせた丁寧な対応も行っており、多くの企業から高い評価を得ています。プリファードネットワークスは、今後もたゆまぬ努力を重ね、革新的な技術を通じて社会の発展に貢献していきます。

2024.11.27

ビジネスへの応用

信用割当問題と誤差逆伝播法

人間の頭脳の仕組みを真似た技術である人工知能の中核を担う神経回路網は、まさに脳の神経細胞がつながる様子を模した構造を持ち、学習を重ねることで複雑な課題を解き明かすことができます。しかし、この学習の過程において、それぞれの構成要素がどのように予測や判断に役立っているのかを理解することは容易ではありませんでした。これは、どの要素がどれほど結果に影響を与えているのかを特定するのが難しいという、長年の課題であり、信用割当問題として知られています。この問題は、まるでチームで仕事をした後、誰の貢献がどれほど大きかったのかを正確に評価するような難しさに例えられます。もし個々の貢献度が分からなければ、適切な報酬や改善点を示すことができません。神経回路網も同様に、どの部分がうまく機能し、どの部分が改善を必要とするのかを理解できなければ、効果的な学習は望めません。そこで登場するのが、誤差逆伝播法という画期的な解決策です。誤差逆伝播法は、出力された結果と正解との間の誤差を、出力層から入力層に向かって逆向きに伝えることで、各要素の貢献度を計算します。これは、最終的な成果から逆算して、それぞれの段階での貢献度を明らかにするようなものです。チームの仕事で例えるなら、最終的な成果物から、各メンバーの作業内容を振り返り、それぞれの貢献度を評価するようなものです。近年の深層学習、つまり多層構造を持つ神経回路網の発展は、この誤差逆伝播法の登場によるところが大きいと言えます。誤差逆伝播法によって、複雑な神経回路網でも効率的に学習を進めることができるようになり、人工知能技術は飛躍的な進歩を遂げました。この技術は、画像認識や音声認識、自然言語処理など、様々な分野で応用され、私たちの生活にも大きな影響を与えています。まさに誤差逆伝播法は、人工知能の発展を支える重要な柱と言えるでしょう。

2024.11.27

深層学習

学習を加速するモーメンタム

機械学習は、まるで広大な土地に埋もれた宝物を探すようなものです。その宝物は、学習モデルの最適な設定値、すなわち最適なパラメータです。このパラメータを適切に調整することで、初めてモデルは力を発揮し、正確な予測や判断を行うことができます。しかし、パラメータの種類や値の範囲は膨大で、最適な組み合わせを見つけるのは至難の業です。まるで、広大な砂漠で、小さな宝石を探すような困難さがあります。このような困難なパラメータ探索において、モーメンタムと呼ばれる手法は、強力な羅針盤の役割を果たします。モーメンタムは、過去の探索の勢いを記憶し、その勢いを利用して次の探索方向を決める手法です。例えるならば、砂漠を進む探検家が、風の流れや地形を読み、効率的に目的地へと進むようなものです。過去の探索で得られた勾配情報、つまりどのくらい坂を上るか下るかといった情報を蓄積し、その情報を次の探索に反映させることで、最適なパラメータへと素早く近づくことができます。モーメンタムを使わない場合、パラメータ探索は、でこぼこした道で迷子になる可能性があります。局所的な最適解、つまり一見宝物のありかのように見える場所に捕まってしまい、真の最適解を見逃してしまうかもしれません。しかし、モーメンタムはこのような局所的な最適解を乗り越える勢いを与えてくれます。まるで、小さな谷を飛び越えて、より高い山の頂上を目指すように、モーメンタムはより良いパラメータへと探索を進めます。これにより、学習の速度が向上し、より早く、より正確なモデルを構築することが可能になるのです。

2024.11.27

アルゴリズム

勾配消失問題：深層学習の壁

深層学習は、人間の脳の仕組みを模倣した多層構造を持つ学習モデルを用いることで、複雑な事象を学習できます。しかし、この多層構造が勾配消失問題と呼ばれる困難な課題を引き起こすことがあります。この問題は、特に層の数が多くなるほど顕著に現れます。勾配消失問題は、学習の際に必要な情報がネットワークの層を逆伝播していく過程で徐々に薄れていく現象です。この学習に必要な情報は勾配と呼ばれ、損失関数の値を小さくする方向を示す重要な役割を担います。損失関数は、予測値と実際の値とのずれを表す指標であり、この値を小さくすることでモデルの精度を高めることができます。勾配は、この損失関数の値をどの程度、どの方向に調整すれば良いのかを示す道しるべのようなものです。層の数が多い深いネットワークでは、この勾配が層を逆伝播するたびに小さくなってしまい、入力層に近い層に届く頃にはほとんど消えてしまいます。これは、ちょうど高い山の頂上から麓まで水が流れる間に、少しずつ水が地面にしみ込んでしまい、麓に届く頃にはほとんど水がなくなってしまう状況に似ています。勾配が小さくなりすぎると、入力層に近い層のパラメータはほとんど更新されなくなります。パラメータはモデルの学習に不可欠な要素であり、これが更新されないということは、モデルが学習できないことを意味します。つまり、せっかく多くの層を重ねて複雑な事象を学習しようとしても、勾配消失問題によって学習が妨げられてしまうのです。勾配消失問題は、深層学習における大きな壁の一つであり、この問題を解決するために様々な工夫が凝らされています。例えば、活性化関数の工夫や学習方法の工夫など、様々な手法が開発され、深層学習の発展に貢献しています。

2024.11.27

深層学習

ミニバッチ学習：機械学習の効率化

機械学習では、大量のデータを使って模型を訓練します。この訓練を通して、模型の調整値を少しずつ変えて、より正確な予測ができるようにしていきます。この調整方法の一つに、ミニバッチ学習というものがあります。ミニバッチ学習とは、学習データを小さな束（ミニバッチ）に分割し、その束ごとに模型の調整値を更新していく方法です。例えるなら、たくさんの料理を一度に作るのではなく、数人分ずつ小分けにして作るようなものです。一度に全部作ると大鍋が必要で大変ですが、一人分ずつ作るのは効率が悪いです。ミニバッチ学習はこの中間、つまり適量ずつ処理することで効率と精度を両立させています。全てのデータを使って一度に調整値を更新する方法をバッチ学習と言います。これは、大鍋で一度に大量の料理を作るようなものです。一度に多くの情報を使うので精度は高いですが、大量の計算資源が必要になり、場合によっては処理しきれないこともあります。一方で、データ一つずつで調整値を更新する方法を確率的勾配降下法（ＳＧＤ）と言います。これは一人分ずつ料理を作るようなもので、必要な資源は少ないですが、一つずつのデータに影響されやすく、学習の進み方が不安定になることがあります。ミニバッチ学習は、バッチ学習と確率的勾配降下法の良いところを取った方法です。バッチ学習のように一度に大量の計算をする必要がなく、確率的勾配降下法のように不安定になることも少ないため、多くの機械学習の場面で役立っています。

2024.11.27

機械学習

AIの解釈：ブラックボックスを開く鍵

近頃、人工知能、中でも深く学ぶ技術は目覚しい進歩を遂げ、様々な場所で活用されています。例えば、絵を見て何かを判断する、人の言葉を理解する、病気を見つけるといった具合です。こうした技術は、私たちの暮らしにもどんどん入り込んで来ています。しかし、その高い精度の裏には、大きな問題が隠されています。それは、深く学ぶ仕組みの中身が複雑すぎて、なぜそのような予測や判断をしたのか、人が理解しにくいという点です。例えるなら、ある機械が絵を見て「猫」と判断したとして、なぜ「猫」だと思ったのか、その理由をはっきり示すことが難しい、といった具合です。この分かりにくさは「ブラックボックス」と呼ばれ、深く学ぶ技術の応用範囲を狭めています。特に、病気の診断や自動で車を運転するといった、人の命に関わる分野では、人工知能がなぜそう判断したのかを明らかにすることがとても大切です。間違った判断は、取り返しのつかない結果に繋がりかねません。だからこそ、人工知能の判断の過程を分かりやすく示し、信頼性を高める必要があります。人工知能の判断の理由を説明する技術は、このブラックボックス問題を解決するための重要な鍵となります。深く学ぶ仕組みは多くの層が複雑に絡み合っており、その中でどのような情報処理が行われているのかを理解するのは容易ではありません。しかし、判断の根拠を理解することは、人工知能の信頼性を高めるだけでなく、更なる改良にも繋がります。例えば、誤った判断の原因を特定することで、より精度の高い人工知能を開発することが可能となります。また、人工知能がどのように物事を判断しているのかを理解することは、私たち自身の思考プロセスを理解するヒントにもなるかもしれません。人工知能の解釈技術は、人工知能と人間社会がより良い関係を築くためにも、今後ますます重要になっていくでしょう。

2024.11.27

機械学習

マルチモーダル学習：五感を活かすAI

私たちは、普段から多くの感覚を使って物事を理解しています。例えば、果物が熟しているかを確認するとき、見た目だけでなく、香りや触った感じも確かめますよね。このように、視覚、嗅覚、触覚といった様々な感覚を同時に使って判断しているのです。これは人間が本来持っている学習方法で、複数の感覚から得た情報を組み合わせて、より深く物事を理解することができます。人工知能の分野でも、この人間の学習方法を取り入れた「複数の感覚を学ぶ技術」が注目されています。これは「マルチモーダル学習」と呼ばれ、複数の種類の情報を組み合わせて人工知能に学習させる手法です。例えば、画像の情報だけでなく、音声や文章の情報も一緒に学習させることで、人工知能はより人間に近い形で物事を理解できるようになります。この技術は、様々な分野で応用が期待されています。自動運転技術では、カメラの画像だけでなく、周囲の音やセンサーの情報も組み合わせて、より安全な運転を支援することができます。また、医療の分野では、レントゲン写真やMRI画像だけでなく、患者の症状や生活習慣といった情報も組み合わせて、より正確な診断をサポートすることができます。さらに、私たちの日常生活でも、この技術は役立ちます。例えば、スマートスピーカーは、私たちの声だけでなく、周囲の音や状況も理解することで、より適切な応答を返せるようになります。このように、複数の感覚を学ぶ技術は、人工知能の可能性を大きく広げ、私たちの生活をより豊かにしてくれると期待されています。

2024.11.27

機械学習

パラメトリックReLU：柔軟な活性化関数

人間の脳の神経細胞は、一定以上の刺激を受けると電気信号を発し、情報を伝達します。この仕組みを模倣したものが、人工知能における活性化関数です。活性化関数は、ニューラルネットワークの各層で、入力された情報に重みとバイアスを掛け合わせた後、非線形変換を施します。この非線形変換こそが、活性化関数の心臓部であり、ニューラルネットワークの学習能力を飛躍的に向上させる鍵となります。もし活性化関数がなければ、ニューラルネットワークはただの線形変換の積み重ねになってしまいます。線形変換は単純な比例関係しか表現できないため、複雑なパターンを学習することができません。例えば、いくら直線を重ねても曲線を描くことは難しいのと同じです。活性化関数が加わることで、ネットワークは非線形な関係性を学習できるようになり、より複雑な問題を解けるようになります。活性化関数の種類は様々で、それぞれに特徴があります。代表的なものとしては、入力値を０から１の間に滑らかに変換するシグモイド関数、０より小さい値を０に、それ以外の値はそのまま出力するランプ関数、入力値をそのまま出力する線形関数などがあります。これらの関数を適切に使い分けることで、画像認識、音声認識、自然言語処理など、様々な分野で高い精度を実現することができます。例えば、画像認識では、画像に写っている物体が何であるかを判別するために、活性化関数を用いて画像の特徴を抽出します。また、音声認識では、音声データから音声を認識するために、活性化関数を用いて音の特徴を抽出します。このように、活性化関数は人工知能の様々な分野で重要な役割を担っています。

2024.11.26

深層学習

複数人の姿勢推定：OpenPose

近年、画像を解析して写っている人の姿形を捉える技術は目覚ましい発展を遂げています。特に、スポーツの動きを分析したり、医療で体の状態を調べたり、安全を守るための監視システムなど、様々な場面で活用が広がっています。これまでは、写真に一人だけが写っている場合は、その人の姿勢をある程度正確に把握できました。しかし、複数の人が同時に写っている写真では、それぞれの人がどのような姿勢をとっているのかを正確に判断することは非常に難しいという問題がありました。この問題を解決するために開発されたのが、「オープンポーズ」という画期的な技術です。この技術を使うと、複数の人が同時に写っている写真や動画から、それぞれの人がどのような姿勢をとっているのかを高い精度で、しかも即座に判断することができます。従来の方法では難しかった、複雑な状況での人の動きの分析が可能になったことで、様々な分野での活用が期待されています。例えば、スポーツの分野では、選手の動きを細かく分析することで、パフォーマンスの向上に役立てることができます。医療の分野では、患者の体の状態を詳しく把握することで、より適切な診断や治療を行うことができます。また、監視システムにおいては、不審な行動をする人を早期に発見することができるため、安全性の向上に貢献することができます。さらに、エンターテインメントの分野でも、人の動きを仮想空間に取り込むことで、これまでにない表現が可能になります。このように、「オープンポーズ」は、私たちの生活をより豊かに、より安全にするための革新的な技術と言えるでしょう。

2024.11.26

深層学習

L1正則化：次元圧縮でモデルをシンプルに

機械学習の目的は、未知のデータに対して正確な予測を行うモデルを作ることです。しかし、学習中に訓練データに過度に適応してしまうと、未知のデータに対する予測精度が落ちてしまう「過学習」という問題が起こります。この過学習を防ぐための有効な対策の一つが、L1正則化と呼ばれる手法です。 L1正則化は、モデルの複雑さを抑えることで過学習を抑制します。機械学習モデルは、入力データから予測を行うための数式で表現されます。この数式の中には、パラメータと呼ばれる調整可能な数値が含まれており、学習を通じて最適な値に調整されます。複雑なモデルでは、これらのパラメータの値が大きくなりやすく、訓練データの些細な特徴まで捉えて過剰に適応してしまいます。L1正則化は、パラメータの絶対値の和を小さくするように働きかけることで、パラメータの値を全体的に小さく保ち、モデルを単純化します。具体的には、損失関数に正則化項を加えることで実現します。損失関数は、モデルの予測と実際の値との間の誤差を表す指標で、学習の過程でこの値を最小にするようにパラメータが調整されます。L1正則化では、損失関数にパラメータの絶対値の和に比例する項を加えます。その結果、パラメータを大きくすると損失関数も大きくなってしまうため、学習の過程でパラメータの値が小さい値に調整されるようになります。さらに、L1正則化は一部のパラメータを完全にゼロにするという特徴も持っています。これは、モデルにとって重要でない特徴量を自動的に選択する効果があり、モデルの解釈性を高めることにも繋がります。不要な特徴量の影響を受けずに、本当に重要な情報に基づいて予測を行うことができるため、より頑健で汎化性能の高いモデルを構築することが可能になります。

2024.11.26

機械学習

自動生成で高精度を実現：NASNet

人工知能による設計は、近年の技術革新の中でも特に注目を集める分野の一つです。これまで、機械学習モデルの設計は、主に人間の専門家によって行われてきました。専門家は、経験と知識に基づき、試行錯誤を繰り返しながら、最適なモデル構造を探し求めていました。しかし、この作業は非常に時間と労力がかかる上、人間の能力には限界があるため、必ずしも最良の設計ができるとは限りませんでした。そこで登場したのが、人工知能による自動設計技術です。この技術を代表するモデルの一つが、NASNet（神経回路網構造探索網）です。NASNetは、その名前が示す通り、神経回路網の構造自体を人工知能によって自動的に探索し、生成します。これは、自動機械学習と呼ばれる技術の一種です。従来の手作業による設計とは異なり、NASNetは膨大な数の候補構造の中から、与えられた課題に対して最も優れた性能を発揮する構造を自動的に発見することができます。この自動化された設計プロセスは、人間の専門家による設計よりも優れた性能を実現しており、人工知能が機械学習モデルの設計においても大きな力を発揮することを示す重要な事例と言えるでしょう。 NASNetの画期的な点は、人間の介入を最小限に抑えながら、高性能なモデルを生成できることです。これは、従来の設計プロセスにおける大きな制約を克服するものであり、機械学習の応用範囲を大きく広げる可能性を秘めています。例えば、画像認識、音声認識、自然言語処理など、様々な分野で、より高精度で効率的なモデルの開発が可能になります。また、専門知識を持たない人でも、高度な機械学習モデルを容易に利用できるようになることが期待されます。人工知能による設計は、まだ発展途上の技術ですが、今後の更なる進化によって、様々な分野で革新的な変化をもたらす可能性を秘めています。

2024.11.26

深層学習

AI作曲ツールMuseNetの可能性

近頃、様々な技術が急速に発展していますが、中でも人工知能は目覚ましい進歩を遂げています。この技術革新は、様々な分野に大きな変化をもたらしています。特に、これまで人間の特別な能力と考えられていた芸術の分野においても、人工知能の影響は広がりを見せています。最近、人工知能を使って曲を作る道具が開発され、音楽制作の世界に新たな可能性を広げています。この画期的な道具を使うことで、まるで魔法のように、誰でも作曲家になることができる時代が到来したと言えるでしょう。代表的なものとして、「ミューズネット」という名前の作曲道具が挙げられます。これは、「オープンエーアイ」という会社が開発した人工知能を使った作曲道具です。この道具を使うと、人工知能が様々な要素を組み合わせて、自動的に曲を作ってくれます。これまでの作曲方法では、楽器の演奏技術や音楽理論の知識が必要でしたが、この道具を使えば、そういった専門知識がなくても、誰でも簡単に曲を作ることができるようになりました。この技術は、音楽業界に大きな変化をもたらす可能性を秘めています。例えば、映画やゲームの音楽制作、あるいは個人が自分の好きなように曲を作って楽しむなど、様々な場面での活用が期待されています。しかし、人工知能が作った音楽は、本当に人間の心を動かすことができるのでしょうか？これは、今後の音楽業界において重要な課題となるでしょう。人工知能は、膨大な量の音楽データから学習し、様々なジャンルの曲を作ることができます。しかし、人間の作曲家は、自身の経験や感情を曲に込めて表現します。人工知能が作った曲には、そのような人間の温かさや深みが欠けていると感じる人もいるかもしれません。今後、人工知能と人間の創造性がどのように共存していくのか、注目が集まります。

2024.11.26

深層学習

ＡＩの幻覚：ハルシネーションとは？

近頃、人工知能（ＡＩ）は目覚しい進歩を遂げ、様々な場面で使われるようになりました。文章を創作したり、言葉を翻訳したり、質問に答えたりと、まるで人間のように自然な言葉でやり取りができるようになっています。しかし、それと同時に、ＡＩが事実でないことを真実のように作り上げてしまう問題も出てきています。これは「ハルシネーション（幻覚）」と呼ばれ、ＡＩがまるで幻覚を見ているかのような状態から名付けられました。ＡＩは、膨大な量のデータから学習することで言葉を操れるようになります。インターネット上の記事や書籍など、様々な情報を吸収し、それらを元に文章を作り出したり、質問に答えたりします。しかし、学習データに誤りがあったり、偏りがあったりすると、ＡＩは事実とは異なる情報を生成してしまうことがあります。例えば、実在しない歴史上の人物についてあたかも実在するかのように説明したり、科学的に証明されていないことを真実のように述べたりすることがあります。これがハルシネーションです。ハルシネーションは、ＡＩの信頼性を損なう大きな問題です。ＡＩが生成した情報が真実かどうかを常に確認する必要があり、利用者は常に注意深く情報を選別しなければなりません。また、ハルシネーションによって誤った情報が拡散される危険性もあります。特に、医療や金融など、正確な情報が求められる分野では、ハルシネーションによる影響は深刻です。現在、ハルシネーションを解消するための様々な取り組みが行われています。学習データの質を高めたり、ＡＩの学習方法を改良したりすることで、ハルシネーションの発生率を減らす努力が続けられています。また、ＡＩが生成した情報がどの程度信頼できるかを判断する技術の開発も進められています。ＡＩがより信頼できる存在となるためには、これらの取り組みをさらに進めていく必要があるでしょう。ＡＩ技術の発展と共に、ハルシネーションへの対策も重要な課題となっています。

2024.11.26

言語モデル

モバイル端末に最適なMnasNet

近年の技術革新は目覚ましく、中でも深層学習と呼ばれる技術は様々な分野で目覚ましい成果を上げています。深層学習では、モデルの構造が性能を大きく左右するため、モデル構造の設計は非常に重要です。特に、スマートフォンや携帯情報端末などの限られた計算資源の中で高い性能を実現するには、緻密で高度な設計が必要とされます。これまで、専門家が長年の経験と知識に基づいて、手作業でモデル構造を設計していました。これは大変な労力と時間を要する作業でした。エムナスネットと呼ばれる革新的な手法は、この困難な設計作業を自動化することで、飛躍的な性能向上を実現しました。エムナスネットは、自動機械学習と呼ばれる技術を用いて、自動的に最適なモデル構造を探し出すことができます。まるで職人が丹念に作品を作り上げるように、様々なモデル構造を試し、その中から最も性能が良いものを選び出すのです。従来の手作業による設計では、高精度と高速処理を両立させることが非常に困難でした。限られた計算資源の中で高精度を実現しようとすると、処理速度が遅くなってしまい、逆に高速処理を優先すると精度が低下してしまうという問題がありました。エムナスネットは、この相反する要求を満たす、まさに夢のような技術です。エムナスネットによって、スマートフォンや携帯情報端末向けの、高精度かつ高速処理を実現する深層学習モデルの開発が可能となりました。これは、様々な応用分野で大きな革新をもたらすでしょう。例えば、画像認識や音声認識、自然言語処理などの技術がより高度になり、私たちの生活をより便利で豊かにしてくれると期待されます。また、これまで深層学習の利用が難しかった分野にも応用が広がり、新たな技術革新の波が生まれるかもしれません。

2024.11.26

深層学習

A3C：並列学習で賢く行動

近ごろ、機械学習の進歩には目を見張るものがあり、様々な分野で人工知能が活躍を見せています。中でも、強化学習は特に人々の関心を集める技術の一つです。強化学習とは、試行錯誤を繰り返しながら学習していく方法で、まるで人間が経験を通して学ぶように、人工知能も様々な行動を試して、その結果から成功や失敗を学び取っていきます。例えば、ゲームを考えてみましょう。初めて遊ぶゲームでは、ルールも操作方法も分かりません。最初は上手くいかないことばかりでも、何度もプレイするうちに、徐々にコツを掴み、高得点を目指せるようになります。強化学習もこれと同じように、最初はランダムな行動を取りますが、成功体験を繰り返すことで、最適な行動を学習していくのです。この試行錯誤による学習方法は、ゲームだけでなく、ロボットの制御や自動運転技術など、複雑な課題をこなす人工知能を実現する上で、とても重要な役割を担っています。複雑な状況の中で、どのような行動が最も良い結果に繋がるのかを自動的に学習できるからです。強化学習の中でも、A3C（非同期優位アクター批評家法）は、効率的な学習を実現することで知られています。従来の方法では、学習に時間がかかったり、不安定な結果に終わってしまうこともありましたが、A3Cは複数の学習主体（エージェント）を並列で動作させることで、学習速度を大幅に向上させました。この記事では、このA3Cの基礎と、その仕組みについて詳しく説明していきます。A3Cがどのように学習を進めるのか、その特徴は何か、といった点について、分かりやすく解説していきますので、強化学習に興味のある方はぜひ読み進めてみてください。

2024.11.26

深層学習

活性化関数Mish：AIの新たな活力

人間の脳の仕組みを真似た人工知能の中核となるのが、ニューラルネットワークです。これは、まるで神経細胞のネットワークのように、複雑な問題を学習し解決する能力を持っています。このネットワークの中で、信号の伝達を調整する重要な役割を担っているのが活性化関数です。ニューラルネットワークは、ニューロンと呼ばれる小さな処理単位が interconnected 、まるで鎖のように繋がって構成されています。それぞれのニューロンは、他のニューロンから入力信号を受け取ります。そして、活性化関数がその信号の大きさを調整し、次のニューロンへ出力信号として送ります。活性化関数は、ニューロンの「点火装置」のような役割を果たします。入力信号が一定の強さに達しない場合、活性化関数は信号を弱め、次のニューロンへはほとんど伝わりません。逆に、入力信号が十分に強い場合、活性化関数は信号を増幅し、次のニューロンへと伝えます。活性化関数が重要な理由は、ニューラルネットワークに非線形性を与えるからです。もし活性化関数がなければ、ニューラルネットワークは単純な比例関係しか表現できず、複雑な問題を解くことができません。活性化関数によって、ニューラルネットワークは複雑な曲線やパターンを学習し、より高度な問題にも対応できるようになります。適切な活性化関数を選ぶことは、ニューラルネットワークの学習効率や精度を向上させる上で非常に重要です。問題の種類やデータの特性に合わせて、様々な種類の活性化関数から最適なものを選択する必要があります。活性化関数は、ニューラルネットワークの性能を最大限に引き出すための、いわば「魔法の薬」のような存在と言えるでしょう。

2024.11.26

深層学習

埋め込み表現：言葉のベクトル化

私たちは日々、言葉を使い、考えを伝え、情報を共有しています。言葉は単なる音の羅列ではなく、それぞれに意味があり、複雑に絡み合いながら私たちの思考や行動を支えています。そして今、この人間の言葉を理解させようと、機械の世界でも研究が進められています。機械に言葉を理解させるためには、人間が言葉の意味を捉えるように、機械にもその意味を理解させる仕組みが必要です。しかし、言葉は記号の羅列だけでは表現しきれません。「りんご」という文字を見ても、赤い実が思い浮かぶ人もいれば、青りんごを思い浮かべる人もいます。また、「おいしい」という言葉も、人によって感じ方が違います。このような言葉の多様性、複雑性を機械に理解させるのは容易ではありません。そこで考え出されたのが、「埋め込み表現」という手法です。これは、言葉を数値のベクトルに変換することで、言葉の意味を機械に理解させる方法です。例えば、「王様」と「女王様」は、どちらも国のトップであるという共通点があります。従来の手法では、これらの言葉を別々の記号として扱うため、関連性を見つけるのが難しかったのですが、埋め込み表現では、意味の近さをベクトルの距離で表現できます。「王様」と「女王様」は、ベクトル空間上で近い位置に配置されるため、機械もこれらの言葉が関連していることを理解できるようになります。この技術は、人工知能の分野で大きな進歩をもたらしました。今では、文章の自動要約や機械翻訳など、様々な場面で活用されています。言葉を数値化することで、言葉の奥深くに隠された意味や関係性を捉えることができるようになったのです。まるで、言葉の世界地図を作り、言葉の繋がりを可視化したかのようです。この技術の進歩は、人間と機械のコミュニケーションをより豊かにし、私たちの未来を大きく変える可能性を秘めています。

2024.11.26

機械学習