人工知能 AI の概要:
機械学習との違い、各種アルゴリズム、用語集
UB3/informatics/ai/ai_overview
このページの最終更新日: 2023/02/14広告
概要: 人工知能 AI とは – 機械学習との違いなど
図 (文献 1) に示したように、
Deep learning, a recently introduced branch of machine learning, applies a system of artificial neural networks (ANNs) with several hidden layers that compute a transformation of the underlying data that result in an output layer associated with a class (2).


機械学習 Machine learning
機械学習とは、上で述べた通り「経験やデータを通じてコンピューターが学習し、特定のタスクを実行できるようになる」プロセスをいう。これについてもう少し考えてみる。
従来のコンピューターというのは、基本的にはプログラムされた通りに動くものである。たとえばユーザーが何かを入力した場合、その入力値をどう扱うか、どういう状況ならどういうエラーが出るか・・・などの項目は、細かい場合分けをされたプログラムに全て書かれている (図、Public domain)。
この「人間によってデザインされたプログラム」に基づいてソフトウェアが入力値に対して処理を実行し、結果を output として返す。

これに対して、機械学習では、コンピューター自身が
人間のプログラムの代わりに、コンピューター自身が学習し、あるモデルを構築する。このモデルを使って、入力値に対する処理が実行されるわけである。人間は、モデルを構築するためのアルゴリズムを作成するだけである。

機械学習の input と output
いくつか機械学習の実例を挙げてみる。
画像認識 |
新しい画像を生成、画像の分類、異常のある画像を検出、画像内の物体を検出、人間や動物の骨格を推定するなど、さらに詳細な分野がある。
|
二値分類 |
臨床研究でよく使われる。複数のデータから、患者が特定の疾患をもっているかどうかを 0 or 1 で判断する。 |
教師あり学習と教師なし学習
上で述べたように、機械学習には「学習してモデルを作り出すステップ」が必要になる。これは大きく
教師あり学習では、プログラムはデータと
機械学習 用語集
機械学習に関係した用語を簡単に表にしておく。
K 近傍法 (RF) |
k-nearest neighbor algorithm, k-NN。しばしば「最も単純な ML アルゴリズム」と表現される。 |
K 点平均法 (RF) |
k-means 法。データを教師なしでクラスタリングする方法。まずデータを適当なクラスタに分け、クラスタの平均を用いてさらに調整していく。 k はクラスターの数になる。R ヒートマップ にある ComplexHeatmap という関数では、この方法でクラスタリングするオプションがある。 |
Support vector machine (SVM) |
サポートベクターマシン SVM は、supervised ML の一つである。1963 年に線形モデルが発表され、1992 年に非線形モデルに拡張された。 "unsupervised SVM" で検索してみると、数百件の論文がヒットする。おそらく、拡張アルゴリズムが日々作られている状況なので、それぞれのアルゴリズムに対して supervised と unsupervised の別、また線形と非線形の別を書くのはあまり意味がないと思われる。 |
Naive Bayes |
線形モデル。トレーニングデータが少なくて良いのが特徴らしい。 |
Gradient boosting decision tree (GBDT) |
非線形モデル。 |
Artificial neura network (ANN) |
単にニューラルネットワークと呼ばれることもある。脳にみられる特性に類似したモデル、非線形。 ネットワークを形成した各ノードが、学習によってシナプスの結合強度を変化させ、能力を向上させていくようなモデルの総称。 |
決定木 |
「けっていぎ」と読む。フローチャートを作成するようなものと理解している。詳細は 決定木のページ を参照のこと。 |
Random forest (RF) |
教師ありモデル。多数の決定木を使用するので、このような名前がついているらしい (図、Ref. 3)。 ![]() |
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References
- By Original file: <a href="//commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Avimanyu786&action=edit&redlink=1" class="new" title="User:Avimanyu786 (page does not exist)">Avimanyu786</a>SVG version: <a href="//commons.wikimedia.org/wiki/User:Tukijaaliwa" title="User:Tukijaaliwa">Tukijaaliwa</a> - <a href="//commons.wikimedia.org/wiki/File:AI-ML-DL.png" title="File:AI-ML-DL.png">File:AI-ML-DL.png</a>, CC BY-SA 4.0, Link
Tran et al., 2019a. Personalized breast cancer treatments using artificial intelligence in radiomics and pathomics. J Med Im- Venkata Jagannath - https://community.tibco.com/wiki/random-forest-template-tibco-spotfirer-wiki-page, CC 表示-継承 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68995764による
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