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2020/04/29

「ゼロから作るDeep Learning」を読み始める

「ゼロから作るDeep Learning」を読み始めた。
一気に7章まで読んだ。
理論とPythonの実コードを行ったり来たりする説明がとても素晴らしい。
思いつきをメモ。

【参考】
ゼロから作るDeep Learningのメモまとめ - Qiita

ゼロから作るDeep Learningで素人がつまずいたことメモ: まとめ - Qiita

以前から、機械学習やら深層学習に関する本は斜め読みで乱読してきた。
また、統計検定やQC検定の資格勉強を通じて、実際に使う統計理論と、メーカーによる品質管理の事例のイメージは分かっていた。
だから、理論の部分はだいたいイメージできていた。
でも肝心のソースが今まで分からなかったので、ブラックボックスみたいなイメージだった。

PythonもNumpy・Pandas・MatPlotlibもある程度慣れたおかげで、Pythonのソースコードを読みながら、なるほど、こんなアルゴリズムで作っているのか、割とベタベタにプログラムを書いているんだな、とか、色々気づきがあった。
Githubのソースコードを実際に動かした後で、本の文章の行間に書かれている内容を想像するのが楽しい。

oreilly-japan/deep-learning-from-scratch: 『ゼロから作る Deep Learning』(O'Reilly Japan, 2016)

Githubのソースを動かす時は、下記を参考にした。

Jenga 妄想の大気開放  オライリーの『ゼロから作るDeep Learning」でMNISTデータセットが読み込み出来ない件(Windows10上で動作するeclipseにて)

まだまだ分かってないけれど、いくつか気づきはある。

0か1を返す関数の引数にNumpyデータを渡した時、そのままでは計算できないが、Numpyのトリックを当てはめて解決する。つまり、np.arrayの要素に不等号演算を渡し、np.int型を返すようにする。
この部分は上手いなと思った。

パーセプトロンの合成は行列の積と同値なので、Numpyライブラリが有効に使える。
よって、行列の成分が膨大な個数であっても演算の個数自体はそれほど増えるわけではない。

実際のPythonの計算式では、かなり大きな数同士で四則演算する場合にオーバーフローの問題が出やすいとか
無限大に近い数値が出てしまう時がある。
そこで、あるMax値を付与したり、微小値を式に付与したりする場合がある。

ディープラーニングのような学習プログラムは、学習効率をいかに上げるか、という観点で損失関数をバロメーターにしてその精度を評価する。
これは丁度、小中高校生の学習でも、少ない学習時間でいかに暗記できたり、理解できるか、という観点にもつながる。
つまり、コンピュータの学習も人間の学習も、そのアルゴリズムは同じように思える。
多分そのように思える理由は、深層学習がそもそも人間の脳をパーセプトロンで表現してコンピュータ上でシミュレーションできるようにしたのだから、トートロジーなのかもしれない。

教師あり学習は、今のようなビッグデータと言われる時代では、非常に有効なのだろう。
SaaSで自動的に収集できるログデータ、電気自動車や家電製品から集まるデータなど、現代ではビジネスの副産物としていくらでもデータを集められるので、そのデータを使えば、いくらでも機械学習や深層学習エンジンに食わせることはできる。

強化学習の考え方を深層学習エンジンで実装するアイデアは面白いと思った。
強化学習はエージェントに報酬を与えることで、試行錯誤させながら学習させて賢くさせる。

この考え方は、組織人事理論にある「期待理論」の考え方に似ている。
期待理論では、動機付けの強さは「報酬への期待x報酬への魅力」「期待x誘意性」で決まると考える。
よって、期待理論を実際の組織に当てはめた場合、利益分配制度のような変動給与制、業績連動制度、成果主義人事制度を構築することで、社員の動機を誘発し、誘導させる。
なお、昨今の人事制度構築でも期待理論は非常に有効な考え方と言われている。

つまり、強化学習の考え方は、従来の組織人事理論の期待理論の考え方を適用し、実際にPythonプログラムで実装したに過ぎないように思える。
この考え方を発展させれば、機械学習や深層学習の学習効率を上げたいと研究したいならば、組織人事の理論を片っ端からPythonで実装して、比較すればいいだろう。

もう少し理解できたらまとめてみる。


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