ニューラルネットワークとは？Ai（人工知能）入門者向け基礎知識

機械学習においてディープラーニングが欠かせないものとして今やAi業界のみならず、様々なな業界でも話題に上がります。その会話の途中にかならず欠かせないものとしてあるのがニューラルネットワークの存在です。このニューラルネットワークとは、人間の脳細胞であるニューロンとニューロンのつながりを数学的表現で表したものになります。

脳細胞のつながりであるシナプスも、より多くの場所とつながることで脳細胞事における情報伝達をよりスムーズにおこなうことができ、情報処理を簡単に行うことができるといわれて言います。つまりこのAiにおいても人工知能の情報処理能力を工場するためにもニューラルネットワークの組み合わせは複雑かつ多いものがいいのでしょうか。

ニューラルネットワークとは人工知能の中にあるアルゴリズム

アルゴリズムと聞いて最初にGoogle検索のアルゴリズムを思い浮かべる人も少ない無いかと思いますが、アルゴリズムとはある問題を解くため算法のようなものです。そしてニューラルネットワークとは、機械学習におけるデータとデータにおける特徴を導きだすために必要な算法になります。

ニューラルネットワークの学習種類について

ニューラルネットワークは、正解を求める学習と正解がない学習方法の二つに大きくわけられます。

正解のデータを求める機械学習でよく利用されるのは、ある特定の仕分けを行う際に基準となるデータが存在する場合に利用することが可能な学習です。正解のデータをAiでは教師データとし、複数の読み込んだデータを機械学習で分析し教師データに近いものに振り分けるというものです。

一方で正解がない学習については、大量のデータを読み込みながら機械学習そのもので特徴を見出して分類分けができるようになるものです。具体的には、大量の写真データをもとにGoogleが猫という教師データなしに、猫の特徴を認識し最終的にどの写真が猫であるかを理解することができる学習をさせたことが話題にもなりました。

機械学習における層と層の関係性

機械学習とは、データとデータとの関係性の特徴を割り出し予測や判断をするというものになります。機械学習においては、このデータとデータの関係性・特徴を見出すために基準となる大量のデータをまずは必要とします。

これらのデータをまずは機械学習装置に入力します。これを入力層といいます。次に結果として機械学習装置から出力される特徴とされるデータを出力層といいます。そして、入力層と出力層の間に計算式を間に挟み出力されるものを隠れ層といいます。

基本的な機械学習とは、三つの層で構成された装置という認識をまずは持っていただければと思います。そして、これらの層が多くなればなるほどデータとしてより複雑で細かい特徴を見出すことができるというわけです。

ディープラーニングは3階層を突破したより深い機械学習装置である

ディープラーニングは、この機械学習における層を3階層よりも深く計算できるようになったものをさします。つまりより深く詳しく計算することができるディープラーニングは、入力者である人間がプログラム設定時には気づかなかった特徴までも見出すことが可能となっているわけです。

入力層におけるデータにおいて、1つの重みづけだけでは導き出せないこたえも２～３といった重みづけをしていくことで機械学習の精度はより高いものとなっていく。

ここの点で注意するところは、今までの技術では機械学習の重みづけは人間の手、つまり想定で行っている場合がたいていの場合でした。しかし近年のディープラーニングにおいては学習過程で導き出される特徴・傾向によって重みづけを自身で行うことがプログラム設定されているもの現れはじめています。

入力層から出力層にいたるまでの間の重みづけを通るルートなどを含めてニューラルネットワークという形であらわされています。イメージで例えるのであれば、計算式において何通りの組み合わせがあるのかというnCrの公式のようなものです。

もっと身近なもので言い換えてしまうと競馬の３連単のようなものを、何万個以上もの元データから導きだすつながりのようなものと考えてもらってもいいかもしれません。

データとデータとのつなぎでありそのつなぎは数式でつながっているというものが今回紹介しているニューラルネットワークというものになります。

まとめ

機械学習においてニューラルネットワークとは、シナプスのようなつながりの部分を意味しています。そしてこのニューラルネットワークにおける層の深さが機械学習における精度の高さであるとも言えるのではないでしょうか。より深く厚く複雑にニューラルネットワークを形成していくことでAiは様々な特徴や傾向を入力されたデータから読み解き判断していきます。このニューラルネットワークにおける重みづけという行為がありますが、これが人間の手で操作される部分でもありますが、このテコ入れがいずれなくなる日も近づいているように感じます。