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AI・機械学習

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AIは今最もアツいテーマ!機械学習の3分類と評価指標を押さえよう!

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AI・機械学習

簡単にいうと

AIは今最もアツいテーマ!機械学習の3分類と評価指標を押さえよう!

① AI概要、機械学習の3分類

AI(Artificial Intelligence:人工知能)は、人間の知的活動をコンピュータで実現する技術の総称です。その中核技術が機械学習(Machine Learning)で、データからパターンを学習して予測や判断を行います。

機械学習は学習方法により大きく3つに分類されます。

分類学習データ手法例用途例
教師あり学習正解ラベル付きデータ回帰(数値予測)、分類(カテゴリ判定)売上予測、スパムメール判定
教師なし学習ラベルなしデータクラスタリング(グループ化)顧客セグメンテーション
強化学習報酬信号最適行動の学習ゲームAI、ロボット制御

教師あり学習はさらに回帰(連続値を予測:売上額、気温など)と分類(カテゴリを予測:正常/異常、犬/猫など)に分かれます。

② 深層学習(ニューラルネットワーク、活性化関数)

深層学習(Deep Learning)は、ニューラルネットワークの層を深くした機械学習の一手法です。

ニューラルネットワークは、人間の脳の神経細胞(ニューロン)の仕組みを模した数学モデルで、入力層・中間層(隠れ層)・出力層から構成されます。中間層が多数(深く)なったものが「深層」学習です。

各ニューロンでは入力値に重みをかけて合計し、活性化関数を通して出力値を決定します。活性化関数にはReLU、シグモイド、ソフトマックスなどがあり、非線形な変換を行うことで複雑なパターンの学習を可能にしています。

③ 生成AI関連(モデル崩壊、ハルシネーション、データドリフト)

生成AIの普及に伴い、新しい課題も注目されています。

用語意味
モデル崩壊AI生成データでAIを学習させ続けると、品質が劣化していく現象
ハルシネーションAIがもっともらしいが事実でない情報を生成する現象。「幻覚」とも
データドリフト学習に使ったデータと実際のデータの分布が時間経過でずれていく現象

④ 二値分類評価(適合率・再現率・F値)

AIモデルの分類精度を評価する指標として、以下の概念が重要です。

指標計算式意味
適合率(Precision)TP / (TP + FP)「陽性と予測したもの」のうち実際に陽性だった割合。精度
再現率(Recall)TP / (TP + FN)「実際に陽性のもの」のうち正しく陽性と予測できた割合。網羅性
F値(F1スコア)2×適合率×再現率 / (適合率+再現率)適合率と再現率の調和平均。バランス指標

ここで TP=真陽性、FP=偽陽性、FN=偽陰性です。適合率は「予測の正確さ」、再現率は「取りこぼしの少なさ」を示します。

具体例

適合率と再現率の違いを、スパムメールフィルタで考えてみましょう。

1000通のメールのうち、実際のスパムは100通あるとします。AIフィルタが120通を「スパム」と判定し、その中に実際のスパムが90通含まれていました。

適合率 = 90 / 120 = 75%

→ スパムと判定したメールのうち、本当にスパムだった割合。25%は誤って正常なメールをスパム扱いしてしまいました。

再現率 = 90 / 100 = 90%

→ 実際のスパム100通のうち、正しくスパムと検出できた割合。10通のスパムを見逃してしまいました。

メール用途では「大切なメールをスパム扱いしない」ことが重要なので適合率を重視、セキュリティ用途では「脅威を見逃さない」ことが重要なので再現率を重視、というようにケースによって重視する指標が変わります。

AI→機械学習→深層学習の階層と教師あり/なし/強化学習の3分類を示す図

AI・機械学習の分類

試験のポイント

  • 要は「教師あり=正解ラベル付き(回帰・分類)、教師なし=ラベルなし(クラスタリング)、強化学習=報酬で学習
  • 適合率=精度、再現率=網羅性」
  • TP/FP/FN を使った計算問題にも対応できるようにしておく

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