アルゴリズム

記事数:(507)

アルゴリズム

画像認識の革新:Vision Transformer

近年、図解を解釈する技術は目覚ましい進歩を遂げています。これまで、図解解釈の中心的な役割を担ってきたのは、畳み込みニューラルネットワークと呼ばれる手法でした。この手法は、図解の限られた範囲の特徴を捉えることに長けており、多くの図解解釈の作業で高い正確さを実現してきました。しかし、この手法には、視野が狭いという欠点がありました。図解全体の繋がりを理解するには、広い視野が必要となります。この課題を解決するために、様々な工夫が凝らされてきましたが、抜本的な解決策には至りませんでした。2020年にグーグルが発表した視覚変換機(Vision Transformer)は、この状況を大きく変える可能性を秘めた、画期的な図解解釈の模型です。視覚変換機は、文字列の解釈の分野で成功を収めた変換機の模型を図解解釈に応用したもので、畳み込みニューラルネットワークを使うことなく、従来の手法に基づく模型に匹敵する、あるいはそれを超える正確さを達成しました。視覚変換機の登場は、図解解釈の分野に新しい風を吹き込み、今後の発展に大きな影響を与えるものと期待されています。視覚変換機は図解全体の繋がりを捉える能力に優れており、従来の手法が苦手としていた作業でも高い性能を発揮します。例えば、図解の中に描かれた物体の位置関係を理解する作業や、図解全体の意味を理解する作業などです。視覚変換機は、図解を断片と呼ばれる小さな領域に分割し、それぞれの断片を埋め込みベクトルに変換します。これらの埋め込みベクトルは、変換機の符号化器に入力され、自己注意機構によって処理されます。自己注意機構は、各断片間の関係性を捉えることで、図解全体の繋がりを理解することを可能にします。これは、従来の手法では難しかった、図解の全体像を把握する能力を飛躍的に向上させたと言えるでしょう。
アルゴリズム

画像認識の立役者:VGG徹底解説

VGGは、物の姿を捉えて認識する技術において、大きな進歩をもたらした、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)と呼ばれる仕組みの設計図の一つです。イギリスのオックスフォード大学の視覚幾何学グループによって作られたため、VGGという名前が付けられました。この設計図の最も重要な点は、畳み込み層と呼ばれる部分の作り方にあります。畳み込み層は、画像の特徴を捉えるための重要な部分で、VGGでは全ての畳み込み層で3×3という小さな枠組みを使っています。これは、画像を細かく見ていくようなもので、この小さな枠組みを何層も重ねることで、複雑な形や模様の特徴を捉える力を高めているのです。 さらに、VGGにはプーリング層と呼ばれる部分もあります。プーリング層は、画像の情報を縮小して、処理を軽くするための部分です。VGGでは、このプーリング層の後にある畳み込み層の枠組みの数を2倍に増やしています。これは、情報を小さくまとめても、次の層でより多くの特徴を捉えられるようにする工夫です。これらの工夫によって、VGGは画像認識の精度を大きく向上させました。VGGが登場する前は、画像に写っているものが何なのかをコンピュータに正しく認識させるのは難しいことでした。しかし、VGGの登場によって、その精度は飛躍的に向上し、VGGは画像認識技術の発展に大きく貢献しました。そして、VGGの設計思想は、その後のCNNの設計図作りにも大きな影響を与え、様々な分野で応用されるようになりました。
アルゴリズム

UCB方策:未知への挑戦

強化学習とは、機械が試行錯誤を繰り返しながら、まるで迷路を進むように、周囲の状況に応じて最適な行動を自ら学習していく仕組みです。学習者は、様々な行動を試す中で、どの行動がどのくらいの良い結果をもたらすかを手がかりに学習を進めていきます。ちょうど、迷路の中で、どの道を選べば出口にたどり着けるかを、実際に道を進んで確かめながら覚えていくようなものです。 しかし、この学習の過程には、「活用」と「探索」という相反する二つの要素の間で、難しい選択を迫られる場面が出てきます。「活用」とは、これまで試した中で最も良い結果をもたらした行動を繰り返し行うことで、確実に成果を得ようとする考え方です。迷路の例で言えば、これまでに通って成功した道を再び選ぶようなものです。一方、「探索」とは、まだ試したことのない行動を試すことで、より良い結果が得られる可能性を探る考え方です。迷路の例では、これまで通ったことのない未知の道を進んでみるようなものです。 「活用」に重点を置けば、これまでの経験に基づいて確実な成果を得ることができますが、もっと良い方法を見逃してしまう可能性があります。反対に、「探索」に重点を置けば、新たな発見の可能性は広がりますが、過去の経験を活かせず、非効率な行動をとってしまう可能性があります。 この「活用」と「探索」のバランスをどのようにとるかが、強化学習において重要な課題となります。この課題を解決するための一つの方法が、UCB方策と呼ばれる手法です。この手法は、「活用」と「探索」のバランスをうまく調整することで、効率的に学習を進めることを可能にします。迷路の探索で言えば、これまでに成功した道も優先しつつ、まだ通ったことのない道も時折試してみることで、最短ルートを見つけるようなものです。