AIの学習の仕組み・種類・経緯

AIの学習の仕組み・種類・経緯について。

一般社団法人生成AI活用普及協会(GUGA)監修「生成AIパスポート テキスト&問題集」(日本能率協会マネジメントセンター)で学ぶ!

※イラストは、AIツール(DALL-E3)を使用して作成しています。

目次

AIの学習の仕組み

ノーフリーランチ定理

「どの問題にも万能で汎用的なモデルは存在しない」という意味で、すべての分野における万能モデルはなく、”それぞれのケースに応じて最適な手法を選択することが重要”であるという理屈です。

人工ニューロン、ニューラルネットワーク

人工ニューロン(ノード)人間の脳の高度な働きを支えている神経細胞のことを「ニューロン」といい、それをプログラミングで再現したもの
ニューラルネットワーク「人工ニューロン(ノード)」による複層的な情報伝達の仕組み
ディープラーニング(深層学習)「ニューラルネットワーク」をさらに重ねて作ったシステム

学習過程における「重み」「重み付け」

重みシナプスの大きさ(=情報の重要さ)

※「人間の神経細胞におけるシナプス」は「ニューロンの接合部分」であり、その接合部分が大きいという場合、重要性が高いため何度もニューロン同士で信号を送り合っているということで、重要性の差でもある。
重み付け人工ニューロン(ノード)において、その情報量を調整すること(重要性に差をつけること)

例)画像認識の仕組み

  • 画像を「ピクセル(細かな画素)」に分ける
  • 「位置情報」「色情報」を、数値データ化
  • 画素のつながりにより、形を認識する
  • 最終的に対象となる画像を認識する

過学習、過学習の回避、転移学習

過学習(オーバーフィッティング)機械学習モデルが、訓練データに含まれる特徴・パターンに敏感になりすぎて、新たなデータ・初見のデータに対して柔軟な適応能力を失ってしまうこと
(→予測精度が著しく低下し、大きな誤差を生む)
過学習の回避「正則化」
パラメータを調整・制限し、モデルの複雑さを制限して、適切な量の情報を学習するようにする方法

「ドロップアウト」
一部の人工ニューロンをランダムに休ませる(無効化)ことで、全体が特定部分に依存しすぎないようになり、モデル性能が向上し、より汎用性の高いAIとなる方法
転移学習1つのタスクから学んだ知識を、別のタスクへと活用
※人間が既存の知識を新しい状況に適用することに類似しており、学習効率化を実現するための強力で重要な手法

AIの種類

レベル

レベル1
例)AI家電
単純で、プログラムが条件によって分岐
入力に応じ、決められたルールに従って出力を行うだけ
レベル2
例)チャットボット
ルールベース
・入力データを解析し、単純な予測と決定
レベル3
例)検索エンジン
機械学習
・入力からデータパターンを見出し、最適な出力を調整して返す
レベル4
例)自動運転
ディープラーニング
・自ら特徴量の調整を含めた学習ができる

ANI、AGI

ANI「Artificial Narrow Intelligence」(狭い知能)
特定のタスクに対し、人間並みの性能を発揮
※ある分野ではプロフェッショナル、それ以外はできない
AGI「Artificial General Intelligence」(広い知能)
すべての知的タスクに対し、人間並みの性能を発揮
※多様な環境や状況に適応し、問題に対処する能力を持つ

AIの経緯

ブーム

第一次AIブーム
1956年~1970年代後半
ダートマス会議を皮切りに、約20年続く
・焦点は、探索と推論
ルールベースのシステムを実装&自然言語処理や機械学習も発展
→複雑な問題に対して不適切と分かり終息
第二次AIブーム
1980年代後半~1990年代初頭
エキスパートシステム(専門家の意思決定プロセスを模倣)がきっかけ
→専門家の知識を正確に取り込むことが困難、知識ベースが大きくなりすぎて管理が困難であることが分かり終息
第三次AIブーム
2010年代~
ビックデータ活用&ディープラーニング技術の進展

シンギュラリティ

「AIが人間を超越し、知能的に自己進化する状態」をいう。

数学者ヴァーナー・ヴィンジという数学者によって提唱、未来学者レイ・カーツワイルによって広まる。

AI効果(AIパラドックス)

レイ・カーツワイルによる「2045年問題(2045年頃には、シンギュラリティが起こり、AIが人間の知性を超越し、人間が様々な問題や脅威に直面する問題)」のことで、自動化や人間自身のアップグレードといったことが起こると予測され、人間は、労働・生活のあり方や、意義・目的のあり方などにおいて、大きな変化を迎えると予測している。

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