深層学習

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機械学習

距離学習:データの識別を容易にする

距離学習とは、ものごとの関係性を「距離」という考え方で捉え、その距離をうまく調整することで、ものごとの違いを分かりやすくする機械学習の方法です。似ているものは近くに、違っているものは遠くに配置することを目指します。たとえば、果物を分類する場合を考えてみましょう。りんご同士は近くに並べ、りんごとは違う種類の果物、たとえばバナナやオレンジは遠くに置くように学習させます。この学習によって、私たちはりんごの特徴をより深く理解し、他の果物と区別できるようになります。 従来の分類方法では、それぞれの果物がどの種類に属するかを直接学習させていました。しかし、距離学習では果物同士の関係性に注目します。つまり、りんごとりんごは似ている、りんごとはバナナは似ていない、といった関係性を学習させるのです。これにより、より複雑なデータ構造にも対応できるようになります。たとえば、りんごにも色々な種類があります。赤いりんご、青いりんご、緑色のりんごなどです。これらのりんごは、他の果物と比べると明らかにりんごですが、それぞれ微妙な違いがあります。距離学習では、これらの微妙な違いも捉えることができるため、赤いりんご同士、青いりんご同士といったように、より細かい分類を行うことができます。 また、果物だけでなく、様々な分野で応用されています。例えば、画像認識では、似た画像を近くに、異なる画像を遠くに配置することで、画像検索の精度を向上させることができます。また、音声認識では、似た音声を近くに、異なる音声を遠くに配置することで、音声認識の精度を向上させることができます。さらに、文字認識の分野でも、似た文字を近くに、異なる文字を遠くに配置することで、文字認識の精度を向上させることができます。このように、距離学習は、様々な分野で活用され、高い成果を上げています。
深層学習

変分オートエンコーダ:画像生成の新技術

変分自動符号化器(略して変分自動符号化器)は、近頃話題の人工知能の技術の一つで、絵や写真といった画像を機械が自動で作り出すことを可能にします。まるで人が様々な絵を参考にしながら新しい作品を描くように、この技術も多くの画像データから特徴やパターンを学び、それらを基に新しい画像を生み出します。 変分自動符号化器は、大きく二つの部分から成り立っています。一つは符号化器と呼ばれる部分で、これは入力された画像を、より少ない情報量で表現するための「潜在変数」と呼ばれるものに変換します。この潜在変数は、画像の重要な特徴を抽象的に表現したもので、例えば顔の画像であれば、目や鼻、口の位置や形といった情報が含まれます。もう一つは復号化器と呼ばれる部分で、これは符号化器で得られた潜在変数をもとに、元の画像を復元しようとします。 変分自動符号化器の最大の特徴は、潜在変数に確率的な要素を取り入れている点です。潜在変数は単なる数値ではなく、確率分布として表現されます。これにより、復号化器は潜在変数から様々な画像を生成することが可能になります。例えば、同じ顔の潜在変数であっても、少しだけ変化を加えることで、笑顔の顔や怒った顔など、様々な表情の顔を生成できます。これは、まるで画家が同じモチーフを元に様々なバリエーションの絵を描くようなものです。 この技術は、単に既存の画像を組み合わせるのではなく、学習した特徴を元に全く新しい画像を生成するという点で画期的です。そのため、娯楽、設計、医療など、様々な分野での活用が期待されています。例えば、新しいデザインの製品を生み出したり、病気の診断を支援したりといった応用が考えられます。今後、更なる発展が期待される技術です。
深層学習

Mask R-CNNで画像認識

写真や絵に何が描かれているかを理解する技術は、近年目覚ましい発展を遂げています。中でも、「物体検出」と「領域分割」は重要な役割を担っています。この二つの技術を組み合わせた革新的な手法が「マスク・アールシーエヌエヌ」です。 物体検出とは、写真の中に写っているものを見つけて、そのものの位置を四角で囲む技術です。例えば、一枚の写真に猫と犬が写っていれば、それぞれの動物を囲む四角が描かれます。この技術によって、写真の中に何が写っているかを素早く把握することができます。しかし、四角で囲むだけなので、ものの正確な形まではわかりません。 一方、領域分割は、写真の中のそれぞれの点一つ一つがどの物に属しているかを判別する技術です。物体検出では四角で囲むだけでしたが、領域分割ではものの輪郭まで正確に捉えることができます。例えば、猫の耳や尻尾の形、犬の毛並みなども細かく識別することができます。これにより、ものの形や大きさまで細かく把握することが可能になります。 マスク・アールシーエヌエヌは、この物体検出と領域分割を同時に行うことができる画期的な手法です。写真に猫と犬が写っていれば、それぞれの動物を囲む四角を描くだけでなく、それぞれの動物の形にぴったり合った領域を色分けして表示することができます。これは、まるで写真に写っているものを切り抜くように、ものの輪郭を正確に捉えていることを意味します。 このように、マスク・アールシーエヌエヌは、写真に何が写っているかを理解するだけでなく、それぞれのものの形や大きさまで詳細に把握することを可能にする、高度な画像認識技術です。
深層学習

画像を縮小:平均値プーリング

平均値かたまり集めとは、絵の大きさを小さくする技術で、大切な模様を残しながら、処理を軽くする効果があります。これは、絵を細かい正方形のます目に分けて、それぞれのます目の色の濃さの平均を計算することで、新しい小さな絵を作る方法です。たとえば、2×2のます目に絵を分けると、四角の中の四つの点の色を足し合わせて四で割った値が、新しい絵のその部分の色になります。 この処理には、いくつか利点があります。まず、絵の情報量が減るので、後の処理が速くなります。たくさんの計算をしなくて済むので、計算機の負担を軽くできるのです。また、小さな色の違いや画像のざらざらしたノイズの影響を少なくする効果もあります。たとえば、少しだけ色が違う点がいくつかあっても、平均を取れば、その違いが目立たなくなります。これは、絵の模様を認識する作業などで、より正確な結果を得るのに役立ちます。 この方法は、細かいタイルを敷き詰めた絵を遠くから見ることに似ています。近くで見ると一つ一つのタイルの違いがよく分かりますが、遠くから見ると、細かい違いは分からなくなり、全体的な模様だけがはっきりと見えてきます。平均値かたまり集めも同様に、細かい情報を取り除くことで、絵の大切な特徴を際立たせる効果があるのです。このため、物の形を見分けるといった作業に役立ち、人工知能の分野で広く使われています。
機械学習

ファインチューニングで精度向上

近ごろ、人工知能の研究開発が盛んになり、暮らしの様々な場面で活用されるようになってきました。この進歩を支える技術の一つに機械学習があり、膨大な量の情報を処理し、そこから規則性やパターンを学ぶことで、様々な問題を解決することができます。 機械学習の中でも、特に注目されているのがファインチューニングと呼ばれる技術です。これは、既に学習を終えたモデルを新たな課題に適用させる手法です。まるで職人が刃物を研ぎ澄ますように、既存の知識を土台に、より特定の目的に特化した性能を引き出すことができます。 例えば、画像認識の分野で、猫を認識するよう訓練されたモデルがあるとします。このモデルを、今度は犬の種類を判別する新たな課題に活用したい場合、一からモデルを作り直すのは大変な手間がかかります。ファインチューニングを用いれば、既に猫の認識で学習した知識を活かし、犬の種類を判別する能力を効率的に学習させることができます。 ファインチューニングの利点は、学習にかかる時間と労力を大幅に削減できることです。ゼロから学習する場合に比べて、必要なデータ量も少なく、高い精度を達成しやすいという利点もあります。また、少ないデータでも効果を発揮するため、データ収集が難しい場合にも有効な手段となります。このように、ファインチューニングは、人工知能の発展を加速させる重要な技術として、様々な分野で応用が期待されています。
ハードウエア

画像処理の立役者、GPU

絵を描くことを想像してみてください。一枚の絵を完成させるには、たくさんの色のついた点をキャンバスに置いていく必要があります。もし、一人で全ての点を塗っていくとしたら、とても時間がかかってしまうでしょう。しかし、何人も画家がいたらどうでしょうか?それぞれが同時に異なる部分を塗ることで、絵はあっという間に完成します。 コンピューターの中で、画像や動画を表示するのも同じです。画面に映る一つ一つの点は、実はたくさんの計算によって作り出されています。この計算を専門に行う装置が、画像処理装置(正式には画像処理演算装置)です。 画像処理装置は、たくさんの小さな計算機が組み合わさってできています。これらの小さな計算機は、まるで何人も画家が同時に絵を描くように、同時にたくさんの計算を行うことができます。これを並列処理といいます。この並列処理能力こそが、画像処理装置の最も大きな特徴であり、現代のコンピューター画像には欠かせないものとなっています。 私たちが普段見ている鮮やかな画面や滑らかな動画は、この画像処理装置の働きによって実現されています。例えば、ゲームで複雑な風景やキャラクターがリアルに動いたり、映画で迫力のある特殊効果が作られたりするのも、画像処理装置の力によるものです。 画像処理装置は、ただ画像や動画を表示するだけでなく、画像認識や人工知能といった高度な処理にも使われています。例えば、自動運転車では、周囲の状況を認識するために画像処理装置が活用されています。また、医療現場では、画像処理装置を使って病気の診断を支援する技術も開発されています。このように、画像処理装置は私たちの生活を支える様々な場面で活躍しており、今後ますますその重要性が増していくと考えられます。
深層学習

物体識別タスク:種類と応用

物体識別とは、写真や動画に何が写っているのかを計算機に判らせる技術のことです。私たち人間にとっては、一目見ただけで何が写っているか理解するのはたやすいことです。しかし、計算機にとっては、これは非常に難しい作業です。 例えば、リンゴの写真を例に考えてみましょう。私たち人間は、赤くて丸い形、そして特有の光沢を見て、すぐにリンゴだと分かります。しかし、計算機は、リンゴそのものを知っているわけではありません。計算機は、写真に写る色や形、模様といった様々な特徴を数値データとして捉えます。そして、あらかじめ蓄積された膨大なデータと照らし合わせ、その特徴がリンゴの特徴と一致するかどうかを判断します。つまり、計算機は様々な特徴を分析し、データベースの情報と照合することで、初めて写真に写っているものがリンゴだと判断できるのです。 近年、深層学習という技術が発展したことで、この物体識別の精度は飛躍的に向上しました。深層学習とは、人間の脳の仕組みを模倣した学習方法で、計算機が大量のデータから自動的に特徴を学習することを可能にします。この技術の進歩によって、計算機はより正確に、そしてより速く物体を識別できるようになりました。 この物体識別技術は、現在様々な分野で活用されています。自動運転では、周りの車や歩行者、信号などを識別することで、安全な運転を助けています。また、医療の分野では、レントゲン写真やCT画像から病気を早期発見するために役立っています。さらに、製造業では、製品の不良品を見つける検査工程などで活用され、作業の効率化や品質向上に貢献しています。このように物体識別技術は、私たちの生活をより便利で安全なものにするために、なくてはならない技術になりつつあります。
機械学習

規模が性能を決める法則:スケーリング則

人工知能の世界では、規模が物を言う場面が多くあります。これを明確に示すのが「スケーリング則」です。まるで建物を大きくするほど安定性が増すように、人工知能モデルもその規模を増やすことで性能が向上する傾向を示します。この規模には、三つの主要な要素が関わってきます。 一つ目は「模型の大きさ」です。人工知能モデルは、内部にたくさんの「つまみ」のようなものを持っています。専門的にはこれを「媒介変数」と呼びますが、このつまみを調整することで、様々な問題を解くことができます。つまみの数が多い、つまり模型が大きいほど、複雑な問題に対応できる柔軟性が上がり、結果として性能も向上します。 二つ目は「学習に使う情報の量」です。人間と同じように、人工知能も多くのことを学ぶことで賢くなります。学習に使う情報が多いほど、様々な状況に対応できるようになり、より正確な判断を下せるようになります。 三つ目は「計算資源の量」です。人工知能の学習には、膨大な計算が必要です。高性能な計算機をたくさん使い、多くの計算を行うことで、より大規模な模型を学習させたり、より多くの情報を学習させたりすることが可能になります。これは、性能向上に直結します。 近年の人工知能の急速な発展は、このスケーリング則に基づいた研究開発によるところが大きいです。より多くの媒介変数、より多くの学習情報、そしてより多くの計算資源を投入することで、人工知能はますます賢くなり、私たちの生活を様々な形で変えていくと期待されています。しかし、規模を大きくするだけでは解決できない問題も存在します。今後の研究では、規模だけでなく、質的な向上も目指していく必要があるでしょう。
深層学習

活性化関数Leaky ReLUとその利点

人間の脳の仕組みを真似た人工知能、すなわちニューラルネットワークにおいて、活性化関数は欠かせない役割を担っています。このニューラルネットワークは、幾重にも重なる層構造を持ち、それぞれの層には多数の計算を行う小さな部品、いわば脳の神経細胞に似たノードが配置されています。これらのノード間で信号がやり取りされることで、まるで糸電話のように情報が伝わり、処理されていきます。 活性化関数は、まさにこの信号の伝わり方を調整する重要な役割を担っています。各ノードに届いた信号は、そのまま次のノードに渡されるのではなく、活性化関数という特別な処理を通過します。この処理によって、信号の強さが調整され、次のノードへ送られる適切な出力信号へと変換されます。 もし活性化関数がなければ、ニューラルネットワークは単純な計算の繰り返しに終始してしまい、複雑な問題を解くことができません。例えば、直線的な関係しか表現できないため、曲線を含むような複雑な図形を認識することは不可能です。活性化関数は、信号の変換に非線形性を取り入れることで、ニューラルネットワークに複雑な問題を理解し、解決する能力を与えます。 活性化関数の種類も様々で、それぞれ異なる特徴を持っています。例えば、よく使われるものの一つに、しきい値を超えた信号だけを通す階段関数があります。その他にも、滑らかな曲線を描くシグモイド関数や、最近注目されているReLU関数など、様々な種類が開発され、目的に応じて使い分けられています。 このように、活性化関数はニューラルネットワークの柔軟性と複雑さを支える重要な要素であり、人工知能の発展に欠かせない存在と言えるでしょう。
その他

オープンソース:AI発展の鍵

「オープンソース」とは、ソフトウェアの設計図であるソースコードを、誰でも自由に閲覧、改変、再配布できるよう公開していることを指します。これは単にコードを公開するだけでなく、利用者による改良や新たな機能の追加を積極的に奨励する考え方です。 従来のソフトウェア開発では、ソースコードは企業秘密として厳重に管理され、外部の開発者がアクセスすることは困難でした。しかし、オープンソースという考え方が登場したことで、ソフトウェア開発の在り方は大きく変わりました。世界中の技術者が協力して開発を進めることができるようになり、多様な知恵や技術が結集することで、より高品質で革新的なソフトウェアが生み出されるようになりました。 オープンソース化されたソフトウェアは、多くの開発者たちの協力によって、まるで生き物のように進化を続けます。バグの修正や機能の追加といった改良が重ねられ、様々な利用者のニーズに応える強力な道具へと成長を遂げるのです。また、あるオープンソースソフトウェアを土台として、新たなソフトウェアが開発されることもあります。このような連鎖的な開発によって、ソフトウェア技術は急速に発展してきました。 近年の技術革新、特に人工知能分野の急速な発展は、このオープンソースという概念の普及と密接に関係しています。人工知能のモデルや学習に用いるデータ、開発のための道具などがオープンソースとして公開されたことで、多くの技術者や研究者が人工知能開発に容易に参加できるようになりました。結果として、技術革新の速度が加速し、人工知能は私たちの生活の様々な場面で活用されるようになってきています。誰でも自由に使える人工知能技術が公開されることで、技術の進歩はさらに加速していくと考えられます。
深層学習

LSTM:長期記憶を操るニューラルネットワーク

近頃は、人工知能の技術がとても進歩しています。特に、人間が話す言葉を理解したり、音声を認識する技術は目覚ましい発展を遂げています。こうした技術の根幹を支える重要な技術の一つに、再帰型ニューラルネットワークというものがあります。これは、RNNとも呼ばれています。RNNは、時間とともに変化するデータ、例えば、音声や文章といったデータの解析を得意としています。RNNは過去の情報を覚えているため、現在の情報を処理する際に、過去の情報も踏まえて判断することができるのです。これは、まるで人間が過去の経験を基に判断を下すのと似ています。 しかし、初期のRNNには、少し前の情報は覚えていても、ずっと昔の情報を覚えておくことが難しいという弱点がありました。例えるなら、少し前の会話の内容は覚えていても、数日前の会話の内容は忘れてしまうようなものです。この弱点を克服するために開発されたのが、LSTM(長・短期記憶)と呼ばれる技術です。LSTMは、RNNを改良した技術で、長期にわたる情報を記憶しておく能力を備えています。まるで、重要な出来事を日記に記録しておき、必要な時にいつでも見返すことができるように、LSTMは過去の情報をしっかりと記憶し、必要な時に活用することができるのです。 この技術のおかげで、人工知能はより複雑なタスクをこなせるようになりました。例えば、長い文章の内容を理解したり、より自然な文章を生成したりすることが可能になっています。本稿では、LSTMがどのように情報を記憶し、処理しているのか、その仕組みや利点、そして、私たちの生活の中でどのように活用されているのかについて、具体例を交えながら詳しく説明していきます。
深層学習

表情で感情を読み解くAI

近年、人工知能技術は目覚しい進歩を遂げ、暮らしの様々な場面で利用されるようになってきました。中でも、人の表情から感情を読み取る技術である表情認識は、多くの関心を集めています。表情認識とは、人の顔の画像や動画から、喜び、悲しみ、怒り、驚きといった様々な感情を判別する技術です。 この技術は、人の顔を分析することで感情を認識します。具体的には、口角の上がり具合、眉間のしわの寄り具合、目の開き具合といった、顔の細かな部分の変化を読み取ることで、感情を推定します。以前の技術では、人の複雑な感情までは読み取ることが難しい場合もありました。しかし、現在の技術では、複数の感情が混ざり合った複雑な表情でも、高い精度で認識できるようになってきています。例えば、嬉しさと驚きの入り混じった表情や、怒りと悲しみが混ざった表情なども、より正確に読み取れるようになっています。 表情認識は、様々な分野で活用が期待されています。例えば、接客業では、顧客の表情から満足度を測ることで、より質の高いサービス提供へと繋げることが考えられます。また、教育分野では、生徒の表情から理解度や集中度を把握し、学習指導に役立てることも可能です。さらに、自動車分野では、運転手の表情から眠気や疲労を検知し、事故防止に役立てるといった応用も研究されています。このように、表情認識は、人と機械とのより自然で円滑な意思疎通を実現する上で、重要な役割を担う技術と言えるでしょう。
テキスト生成

大規模言語モデル:進化する言葉のAI

近年、技術の進歩によって目覚ましい発展を遂げている人工知能の分野において、ひときわ注目を集めているのが「大規模言語モデル」です。 これは、略して「LLM」とも呼ばれています。この技術は、人間が日常的に使っている自然な言葉や文章を理解し、まるで人間が書いたかのような文章を作り出すことができます。この革新的な技術は、私たちの生活に大きな変化をもたらす可能性を秘めています。 LLMの最大の特徴は、膨大な量のテキストデータを学習している点にあります。インターネット上に公開されている記事や書籍、会話データなど、様々な種類のテキストデータを大量に学習することで、LLMは言葉の意味や文脈を理解するだけでなく、言葉に込められた感情や微妙なニュアンスまでも読み取ることができるようになります。そのため、まるで人間と会話しているかのような、自然でスムーズなやり取りを人工知能と行うことが可能になるのです。 従来の人工知能は、あらかじめ決められたルールに基づいて機械的に応答するものが主流でした。例えば、特定のキーワードに反応して決まった回答を返すといったものです。しかし、LLMは、学習したデータに基づいて、より柔軟で人間らしい応答を生成することができます。質問に対して的確な答えを返すだけでなく、文章の要約や翻訳、物語の作成など、様々なタスクをこなすことができるため、私たちの生活や仕事に役立つ様々な場面での活用が期待されています。例えば、顧客からの問い合わせに自動で対応するシステムや、文章作成を支援するツールなど、私たちの生活をより便利で豊かにする可能性を秘めていると言えるでしょう。
深層学習

条件付き生成:狙った通りのデータ生成

条件付き生成とは、コンピュータに特定の指示や条件を与え、その指示に従ったデータを作成させる技術です。たとえば、画家に「赤い夕焼けを描いて」と注文するように、コンピュータにも「明るい色の猫の絵を描いて」「悲しい雰囲気の音楽を作って」といった具体的な指示を出すことができます。 従来のデータ生成技術では、どのようなデータが作られるかは偶然に左右される部分が大きく、思い通りの結果を得るのは難しい場合がありました。まるで、画家に何も指示を出さずに絵を描いてもらうようなものです。どんな絵が仕上がるかは画家次第で、私たちの意図とは全く異なる絵が出来上がる可能性も高かったのです。 しかし、条件付き生成では生成されるデータの性質をある程度制御することが可能になります。赤い夕焼けを描いてほしいなら「赤色」「夕焼け」といった条件を指定することで、コンピュータはそれに沿った絵を生成しようとします。同様に、楽しい音楽を作ってほしいなら「楽しい」「明るい」「速いテンポ」といった条件を指定することで、その通りの音楽が生成される可能性が高まります。 これは、データ生成の精度と柔軟性を飛躍的に向上させる画期的な技術と言えるでしょう。従来のように偶然に頼るのではなく、目的のデータを得るための道筋を明確に示すことができるからです。この技術は、画像生成、音楽生成、文章生成など、様々な分野で応用が進んでおり、今後ますます私たちの生活に欠かせないものとなっていくでしょう。例えば、必要な資料を言葉で指示するだけで自動的に作成してくれたり、思い描いた通りのデザインを瞬時に生成してくれたりする未来も、そう遠くないかもしれません。
深層学習

拡散モデル:ノイズから創造へ

霧が晴れていくように、ぼんやりとした状態から徐々に鮮明な像が浮かび上がってくる様子を想像してみてください。拡散モデルは、まさにこの過程を模倣して画像や音声といったデータを作り出す技術です。人工知能の分野で大きな注目を集めており、従来の手法よりもより写実的で、様々なバリエーションのデータを生み出すことが可能とされています。 この技術の核となるのは、拡散過程と逆拡散過程という二つの段階です。まず、拡散過程では、元のデータに少しずつノイズを加えていきます。写真に例えると、最初は鮮明な画像だったものが、徐々に砂嵐のようなノイズに覆われていき、最終的には完全にノイズだけの状態になります。まるでインクを水に垂らし、徐々に広がって薄まっていくようなイメージです。このノイズを加える過程は、数学的にしっかりと定義されており、どのようなデータに対しても同じように適用できることが重要な点です。 次に、逆拡散過程では、ノイズだけの状態から、徐々にノイズを取り除き、元のデータに近づけていきます。霧が晴れていくように、あるいは薄まったインクを再び集めていくように、ノイズの中から意味のある情報を浮かび上がらせます。この過程は、機械学習によって実現されます。大量のデータを使って学習することで、ノイズの中から元のデータの特徴を捉え、再現することができるようになるのです。拡散モデルは、この逆拡散過程を高度に制御することで、高品質なデータ生成を可能にしています。まるで熟練の画家が白いキャンバスに少しずつ色を乗せて絵を完成させるように、ノイズから目的のデータを作り上げていくのです。この技術は、今後、芸術創作、医療画像解析、新薬開発など、様々な分野で活用されることが期待されています。
機械学習

少量の例で学習!Few-shot入門

少量学習とは、機械学習という分野における学習方法の一つです。 従来の機械学習では、膨大な量の学習データが必要でした。 しかし、少量学習では、その名の通り、少ない量のデータから学習することができます。 これは、まるで人が新しいことを学ぶ時のようです。 人は、ほんの少しの例を見るだけで、新しい概念や技能を習得することができます。 少量学習もこれと同じように、限られた数の例から、新しい仕事をこなせるようになることを目指しています。 この学習方法は、データを集めるのが難しい状況で特に役立ちます。 例えば、珍しい病気の診断を考えると、この病気に罹った人のデータは、当然ながら多く集めることはできません。 このような場合、従来の機械学習では、十分な精度で診断を行うことは難しいでしょう。 しかし、少量学習であれば、少ないデータからでも学習できるため、珍しい病気の診断にも役立つ可能性があります。 また、特定の地域で使われている方言の翻訳も、少量学習が役立つ例の一つです。 方言の話者数は少なく、翻訳のためのデータを集めるのは容易ではありません。 このような場合でも、少量学習は少ないデータから効果的に学習し、方言の翻訳を可能にする可能性を秘めています。 このように、少量学習は、データ収集が難しい、あるいはコストがかかる場合に特に有効です。 少量のデータからでも効果的に学習できるため、応用範囲は広く、医療、言語処理、画像認識など、様々な分野での活用が期待されています。 今後、少量学習の技術がさらに発展していくことで、私たちの生活はより豊かになっていくでしょう。
機械学習

指示だけで学習済みモデルを活用:ゼロショット学習

ゼロショット学習とは、人工知能が初めて出会う問題に対して、事前に具体的な訓練を受けていなくても、まるで人間のように解決策を見つけ出す学習方法です。従来の機械学習では、例えば猫を認識させるためには、数えきれないほどの猫の画像を見せる必要がありました。これは、まるで子供に猫を教える際に、何度も猫を見せて覚えさせるようなものです。しかし、この方法では、新しい種類の猫が現れた時に、再び多くの画像を見せて学習させなければなりません。 一方、ゼロショット学習では、具体的な例を見せるのではなく、言葉による説明だけで、人工知能は新しい概念を理解できます。例えば、「猫とは、小さな肉食の哺乳類で、ひげがあり、ニャーと鳴く動物です。」といった説明を与えるだけで、人工知能は猫を認識できるようになります。これは、まるで人間が言葉の意味を理解し、新しい知識を身につける過程とよく似ています。初めてライオンを見た時、私たちは「たてがみのある大きな猫」という説明を聞けば、それがどんな動物か想像できます。ゼロショット学習もこれと同じように、言葉による説明から、見たことのないものも理解し、分類することができるのです。 この革新的な学習方法は、人工知能の大きな進歩と言えるでしょう。例えば、医療分野では、症例数が少ない希少疾患の診断に役立ちます。また、新しい製品の開発や、未知の事象の予測など、様々な分野での応用が期待されています。ゼロショット学習によって、人工知能はより人間らしく、柔軟に問題を解決できるようになるでしょう。
深層学習

バッチ正規化で学習効率アップ!

この手法は、人工知能の学習を速く、そして安定させるための強力な方法です。この手法は「集団正規化」と呼ばれます。 人工知能を学習させるためには、たくさんのデータが必要です。しかし、これらのデータは、大きさや種類が様々であることがよくあります。たとえば、写真の明るさや、文章の長さがバラバラです。このようなバラバラのデータを使って学習を行うと、学習がうまく進まないことがあります。 集団正規化は、この問題を解決するために、少量のデータをまとめて正規化します。この少量のデータの集まりを「ミニ集団」と呼びます。ミニ集団の中のそれぞれのデータから平均値を引いて、標準偏差で割ります。標準偏差とは、データのばらつき具合を表す数値です。これにより、データのばらつきが抑えられ、平均がゼロ、標準偏差が1の整った状態になります。 ミニ集団ごとに正規化を行うことで、データのばらつきを抑え、学習を安定させることができます。たとえるなら、大きさの違う積み木を、同じ大きさの箱に詰めるようなイメージです。箱に詰める前に、積み木を同じ大きさに揃えることで、きれいに箱に詰めることができます。 さらに、集団正規化では「大きさ」と「ずれ」と呼ばれる二つの調整値を用います。これらは、正規化されたデータの微調整を行うための値です。この二つの値は、学習を通して自動的に調整されます。これにより、データの特性を保ちつつ、人工知能の性能を向上させることができます。積み木の例で言えば、大きさの揃った積み木を、さらに色ごとに分けて箱に詰めるようなイメージです。 この集団正規化は、画像認識や言葉の処理など、様々な分野で広く使われており、人工知能の学習を支える重要な技術となっています。
深層学習

Keras入門:誰でも手軽に機械学習

「ケラス」は、人の頭脳の働きをまねて作られた、様々な計算を行う技術「ニューラルネットワーク」を扱うための道具です。これは「パイソン」という誰でも使える言葉で書かれており、絵を見て何が写っているか当てる、人の言葉を理解するといった、近頃話題の技術を支えています。 こういった技術は私たちの生活を便利にしてくれますが、それを扱うには、難しい数学や複雑な書き方の知識が必要で、なかなか手が出せない人も多いのが現状です。ケラスは、そんな難しさを少しでも減らし、より多くの人がニューラルネットワークを使えるようにと作られました。 ケラスを使うと、専門的な知識がなくても、短い書き方で複雑なニューラルネットワークを作ることができます。まるで玩具の積み木を組み上げるように、手軽にニューラルネットワークを作ることができるので、初心者でも気軽に機械学習の世界に触れることができます。 ケラスは、色々な種類のニューラルネットワークを簡単に作れるだけでなく、作ったものを動かす場所も選びません。自分のパソコンでも、大きな計算機でも、あるいは携帯電話の中でも、ケラスで作ったニューラルネットワークは同じように動きます。 さらに、ケラスは様々な機能を追加できるようにも設計されています。新しい技術や、自分に必要な特別な機能を、まるで部品を取り付けるように簡単に追加できます。この柔軟性のおかげで、ケラスは研究者から開発者まで、幅広い人々に利用されています。 このように、ケラスは使いやすさと柔軟性を兼ね備えた、強力な道具です。誰でも気軽に最先端の技術に触れることができるため、機械学習の普及に大きく貢献しています。これから機械学習を始めてみたいという方には、うってつけの道具と言えるでしょう。
深層学習

誤差逆伝播法:学習の鍵

人の知恵を模した技術である人工知能の世界では、機械学習というものが近年、驚くほどの進歩を見せています。中でも、人の脳の仕組みをまねたニューラルネットワークは、写真を見て何が写っているかを判断したり、人の言葉を理解したりといった様々な仕事で、素晴らしい成果を上げています。 このニューラルネットワークをうまく働かせるためには、重みと呼ばれる大切な数値を適切に調整する必要があります。ちょうど、料理の味を調えるために、塩や砂糖の量を少しずつ変えていくように、重みの値を調整することで、ニューラルネットワークの精度を高めていくのです。 この重みを効率よく調整する方法の一つが、誤差逆伝播法と呼ばれるものです。この方法は、まるで迷路を解くように、目標とのズレを少しずつ修正しながら、最適な重みの値を探し出すことができます。複雑に絡み合ったネットワークでも、この方法を使えば、一つ一つの重みをどのように調整すれば良いのかが分かります。 誤差逆伝播法は、今日の深層学習と呼ばれる技術の進歩に大きく貢献しています。深層学習は、何層にも積み重なった複雑なニューラルネットワークを使うことで、より高度な問題を解決することを可能にします。この複雑なネットワークを学習させるためには、効率的な重みの調整が不可欠であり、誤差逆伝播法はその重要な役割を担っているのです。 誤差逆伝播法は、人工知能の発展を支える重要な技術と言えるでしょう。今後、さらに高度な人工知能を実現するためにも、誤差逆伝播法の理解はますます重要になっていくと考えられます。
機械学習

ファインチューニング:AI能力向上の鍵

人工知能は、膨大な量の情報を用いて学習を行い、様々な能力を身につけます。しかし、特定の作業に秀でさせるためには、更なる学習が必要です。この追加学習のことを、ファインチューニングと言います。 スポーツ選手を例に考えてみましょう。選手は、まず基礎的なトレーニングを積み重ね、体力や運動能力を高めます。しかし、特定の競技で高い成績を上げるためには、基礎トレーニングに加えて、その競技に特化した練習が必要です。例えば、野球選手であれば、バッティングやピッチングの練習を、サッカー選手であれば、ドリブルやパスの練習を重点的に行います。 人工知能のファインチューニングもこれと同じです。人工知能は、大量のデータで学習することで、基本的な能力を既に持っています。この基本的な能力を土台として、特定の作業に合わせた追加学習を行うことで、その作業における性能を向上させることができます。 具体的には、人工知能モデルの中には、多数の調整可能な部分(パラメータ)が存在します。ファインチューニングでは、特定の作業に特化したデータを用いて、これらのパラメータを微調整します。これにより、より正確で効率的な処理が可能になります。 楽器の調律にも例えられます。楽器は製造された段階である程度の音程に調整されていますが、演奏者が最高の音色を引き出すためには、それぞれの弦を微調整する必要があります。ファインチューニングも同様に、人工知能モデルの「弦」であるパラメータを調整することで、その人工知能モデルが持つ潜在能力を最大限に引き出し、特定の作業において最高の性能を発揮できるようにします。つまり、ファインチューニングとは、人工知能の基本的な能力を土台としつつ、特定の目的に合わせてその性能を磨き上げるための重要な手法なのです。
機械学習

画像認識AI、日本語でより賢く

近年、人工知能技術の進歩は目覚ましく、私たちの暮らしを大きく変えつつあります。特に、画像認識技術は、自動運転や医療診断など、様々な分野で応用が期待される重要な技術として注目を集めています。今回ご紹介するJapaneseInstructBLIPAlphaは、その最先端を走る、画期的な画像認識モデルです。 このモデルの最大の特徴は、日本文化への深い理解にあります。従来の画像認識モデルは、主に英語圏のデータで学習していたため、日本語の複雑な表現や日本特有の事象を理解することが困難でした。例えば、日本の伝統的な祭りや行事の写真を認識させても、そこに写っている人物や物体を認識するだけで、その写真が持つ文化的な意味合いまでは理解できませんでした。 しかし、JapaneseInstructBLIPAlphaは、日本語に特化した学習によって、これらの課題を克服しています。膨大な量の日本語テキストデータと画像データを組み合わせることで、日本文化に深く根付いた知識を習得しました。これにより、日本の伝統的な祭りや行事の写真を見せると、単に人物や物体を認識するだけでなく、その祭りや行事が持つ意味や背景にある文化的な文脈まで理解できるようになりました。 例えば、お正月の鏡餅の写真を見せれば、単なる食べ物として認識するのではなく、お正月の伝統的な飾り物であること、そこに込められた一年の幸せを願う気持ちまで理解することができます。また、桜の写真を見せれば、桜の品種を特定するだけでなく、春の訪れを象徴する花として、日本人が特別な思い入れを持っていることまで理解できます。このように、JapaneseInstructBLIPAlphaは、画像に込められた文化的な意味まで読み解くことができる、まさに革新的な画像認識モデルと言えるでしょう。
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生成AIの幻覚:ハルシネーション

近ごろの技術の進歩によって、人工知能(AI)はめざましい発展を遂げ、暮らしの様々なところに変化をもたらしています。特に、文章や絵、音楽といったものを作り出す「生成AI」は、その創造力と将来性に大きな関心を集めています。 生成AIは、インターネット上の膨大な量のデータから学習し、新しい内容を生み出すことができます。文章作成、翻訳、要約、質疑応答、プログラム作成補助など、様々な作業を自動化し、私たちの仕事をより効率的に進めるための助けとなります。また、新しい発想を生み出すヒントを提供したり、芸術作品を生み出すなど、創造的な活動にも役立ちます。 しかし、この革新的な技術には、「幻覚」と呼ばれる独特の問題があります。まるで人が現実でないものを見るように、AIが事実とは異なる内容を作り出してしまう現象です。例えば、実在しない歴史上の人物についてあたかも本当に存在したかのような詳細な伝記を生成したり、存在しない文献を引用したりすることがあります。 この幻覚は、生成AIを使う上で様々な影響を及ぼします。信頼できない情報が拡散されることで、誤解や混乱を招く可能性があります。また、重要な意思決定の際に誤った情報に基づいて判断してしまう危険性も懸念されます。 幻覚への対策は、生成AIの開発と利用において重要な課題となっています。より正確なデータを用いた学習、事実確認の仕組みの導入、利用者に対する適切な教育など、様々な取り組みが必要となります。 本稿では、生成AIの幻覚問題について、その発生原因や影響、そして対策についてさらに詳しく見ていきます。生成AIの利点を最大限に活かし、安全に利用していくために、幻覚問題への理解を深めることが重要です。
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ラベル不要で賢くなるAI:自己教師あり学習

近頃、人工知能(AI)の進歩には目を見張るものがあり、暮らしの様々な場面で活用されています。買い物をする時、道を調べる時、音楽を聴く時、AIは私たちのすぐそばで活躍しています。このAIの学習には、膨大な量のデータが必要となります。AIは人間のように、最初から「これは猫」「これは犬」と見分けることはできません。たくさんの写真を見て、それぞれに「猫」「犬」といったラベルが付けられたデータから、猫の特徴や犬の特徴を学んでいくのです。 これまで、このラベル付けは人間の手作業で行われてきました。一枚一枚の写真に、何が写っているのかを丁寧に記録していく作業は、気の遠くなるような手間がかかります。AIをより賢く、より複雑な作業をこなせるようにするためには、さらに多くのデータが必要になります。しかし、このラベル付け作業の負担が、AI開発の大きな壁となっていました。 そこで注目されているのが、「自己教師あり学習」と呼ばれる画期的な技術です。この技術は、ラベルの付いていないデータを使って、AIが自ら学習することを可能にします。まるで、人間の子どもが、周りの世界を自由に観察し、様々なことを学んでいくように、AIもラベルなしのデータから、世の中の様々な規則性や特徴を自ら見つけ出していくのです。 従来の学習方法では、教師となる人間が用意した正解ラベルをもとに学習を進めていましたが、自己教師あり学習では、AI自身がデータの中から特徴やパターンを見つけ出し、それをもとに学習を進めます。例えば、一枚の写真の一部を隠して、隠された部分を予測させるといった方法があります。AIは、隠されていない部分の情報から、隠された部分には何があるべきかを推測し、学習を進めていきます。このように、ラベル付けの手間を省きながら、AIは自ら学習していくことができるのです。 自己教師あり学習は、AI開発におけるラベル付け作業の負担を大幅に軽くするだけでなく、AIの学習効率を向上させる可能性も秘めています。この技術の進歩により、より高度なAIが開発され、私たちの生活はさらに便利で豊かなものになることが期待されています。