畳み込み ニューラル ネットワーク わかり やすく

こんにちは、たくやです。 今回は69歳のグーグル研究員、ジェフ・ヒントンが40年の歳月をかけて熟考して発表した新技術、 カプセルネットワーク をご紹介します。 今回も例によってわかりにくい数式や専門用語をできるだけ使わずに感覚的に解説していきます。 元論文 「Dynamic Routing Between Capsules」 この、カプセルネットワークは今、これまで機械学習で不動の地位を築いていたニューラルネットワークの技術を超える新技術なのではないかと期待されています。 彼の出した2つの論文によると、 カプセルネットワークの精度は従来のニューラルネットワークの最高時の精度 に、 誤答率は従来のニューラルネットワークの最低時の半分にまで減少 したといいます。 従来のニューラルネットワークとの違い では、何が従来のニューラルネットワークと違うのでしょうか? 一言でいうと、従来のニューラルネットワークが 全体をその大きさ で見ていたのに対して、カプセルネットワークが 特徴ごとに"ベクトル" で見ているという点です。 もう少し詳しく説明します。 例えば顔を認識する際に、従来のニューラルネットワークであるCNN(Convolution Newral Network) はそれが目なのか、鼻なのか、口なのかにしか着目していませんでした。(画像左) *CNNが何かを知らない方はこちらの記事の"CNNのおさらい"をご覧ください。 不気味なロボットから考えるCNNの仕組みのおさらいとAIによる画像認識の攻防戦 しかし、今回のカプセルネットワークはそれらの特徴がどのような関係で配置されているのかまで認識します。(画像右) 出典: Kendrick「Capsule Networks Explained」 より つまり、カプセルネットワークは個々の特徴を独立的に捉え、それぞれがどのような関係にあるのかということにまで着目します。カプセルネットワークの名前の由来がここにあります。ひとつひとつのカプセルに詰まったニューロンが個々の特徴に着目し、それぞれの関係に着目するのです。 これによって何が起こるのでしょうか? グラフニューラルネットワークのわかりやすい紹介(2/3). 出典: Medium 「Understanding Hinton's Capsule Networks. Part I: Intuition. 」 より 例えばこの写真、私たち人間の目には実物の自由の女神像を見たことがなくても、全て自由の女神像に見えます。 しかし、私たちは、何千枚と自由の女神の写真を見てきたわけではないですよね?私たちは、十数枚の写真を見ただけで、それが自由の女神像だと認識することができます。 それと同じことが機械学習でも可能になるのです。 機械学習を行うには5つのプロセスがありました。 データの収集 データの前処理 モデルの構築 実際に人工知能に学習させる モデルの改善 機械学習で最も大変なのは、実のところ、1と2のプロセスでした。しかし、今回のカプセルネットワークが実際に実用に耐えうるものだとされれば、1と2の手間がかなり省けるために、機械学習の可能性が一気に広がります。 カプセルネットワークの仕組み なぜそのようなことができるのでしょうか?

グラフニューラルネットワークのわかりやすい紹介(3/3)

目で観察してみよう ○と×は何が違うのかを考えましょう!それらを見分けるためには、どんな特徴を把握すればいいですか? 下の図を見てみましょう。 赤い線と緑の線で囲むエリアに注目してください。緑のエリアのように類似している箇所があれば、赤いエリアのように、「独自」のパターンもあるようですね。 でも、誰でもこんな「綺麗な」○と×を書くとは限りません。 崩れている○と×も人生でいっぱい見てきました。笑 例えば、下の図を見てください。 人間であれば、ほとんど、左が○、右が×と分かります。しかし、コンピュータはそういうわけにはいきません。何らかのパータンを把握しないと、単純なピクセルの位置の比較だけでは、同じ「○」でも、上の○とは、完全に別物になります。 ただ、上の分析と同様に、この図でも緑のエリアのように、共通のパターンがあれば、赤いエリアのように、ちょっと「独自」っぽいパターンもありますね。何となく分かりますね。 では、これをどう生かせば、認識に役に立てるのでしょうか? 上の図のように、認識できるのではと考えます。 まず左側の入力ですが、まず○か×かは分かりません。 ただ、局所のパターンを分かれば、何となく、特徴で手掛かりを見つけるかもしれません。 上の図のように、対角線になっているパターンは○の一部かもしれません、×の一部かもしれません。これに関しても、どっちの可能性もあります。100%とは判定できません。それに対して、黒い点が集中しているパターンが×の中心にあるクロスするところではないかと考えることができて、かつ、○には、ほぼ確実にそれがないと言えますね。 こうやって、「小分け」したパターンを利用して、大体ですが、認識ができるかもしれません。 ただし、これだけでは、まだ精度が低いですね。 もう一枚を見ていきましょう! 前の処理が一つの「層」で行ったことだとしたら、もう一つの「層」を加えましょう! 「畳み込みニューラルネットワークとは何か？」を分かりやすく図解するとこうなる - GIGAZINE. 上の図のように前の層から、パターンがやってきました。しかし前の層のパターンだけでは、たりません。この層でもう一回パターンを増やしましょう! 前の層から来たパターンに加えて、もう一つパータンが増えて、二つになりました。そうすると、見える部分が増えた気がします。 上から三つのパターンを見てみましょう。一番上が×の右上に見えますね。 真ん中は、○の左下に見えますね。 一番下は、これも何となくですが、バツの右上に見えますね。 こうやって、少し「自信」がつけてきましたね。なぜならば、「特徴」をより多く「見えた」からです。 「自信度」を上げるためには、もっと多くの「特徴」を見えるようにすればいいですね。それでは最後もう一枚図を見ていきましょう。 さらに「層」を増やして、前の層から来たパターンにさらに「特徴」を組み合わせると、上のはほぼ×の上の部分と断定できるぐらいです。同時に、下のパターンはほぼ○の左半分だと断定できるぐらい、「自信」があがりましたね!

グラフニューラルネットワークのわかりやすい紹介(2/3)

なんて時もあると思います。 独学があまり好きじゃない、上手くいかないと言う人は手っ取り早くAIの講座を受けてしまうのもおすすめです! AIは一見初心者向けの講座なんてなさそうですが、 全くAIが分からない人でも受けれる講座 があるんです! 私のイチオシのAI講座は… AIプログラミングの講座を受けたい場合 → AIエンジニア向けセミナー ノーコードでAIを作る講座を受けたい場合 → AIビジネス活用セミナー AIの資格対策講座を受けたい場合 → E資格対策短期集中講座 こちらの3つが主に おすすめのAI講座 になっています! グラフニューラルネットワークのわかりやすい紹介(3/3). どのセミナーも初心者向けで、AIが全く分からなくても受けられる講座とのことなので安心です。 しかも最後には資格が取れるほどの経験までさせてくれるので、初心者から成りあがるにはセミナーが一番手っ取り早いです。 この機会にセミナーを受講してみてはいかがでしょうか? 最後までご覧いただきありがとうございました。

「畳み込みニューラルネットワークとは何か？」を分かりやすく図解するとこうなる - Gigazine

パディング 図2や3で示したように,フィルタを画像に適用するとき,画像からフィルタがはみ出すような位置にフィルタを重ねることができません.そのため,畳み込み処理による出力画像は入力画像よりも小さくなります. そこで, ゼロパディング と呼ばれる方法を用いて, 出力画像が入力画像と同じサイズになるようにする アプローチがよく用いられています.ゼロパディングはとてもシンプルで,フィルタを適用する前に,入力画像の外側に画素値0の画素を配置するだけです(下図). 図5. ゼロパディングの例.入力画像と出力画像のサイズが同じになる. ストライド 図3で示した例では,画像上を縦横方向に1画素ずつフィルタをずらしながら,各重なりで両者の積和を計算することで出力画像を生成していました.このフィルタを適用する際のずらし幅を ストライド と呼びます. ストライド$s$を用いた際の出力画像のサイズは,入力画像に対して$1/s$になります. そのため,ストライド$s$の値を2以上に設定することで画像サイズを小さく変換することができます. 画像サイズを小さくする際は,ストライドを2にして畳み込み処理を行うか,後述するプーリング処理のストライドを2にして画像を処理し,画像サイズを半分にすることが多いです. プーリング層 (Pooling layer) プーリング層では,画像内の局所的な情報をまとめる操作を行います.具体的には, Max PoolingとAverage Pooling と呼ばれる2種類のプーリング操作がよく使用されています. Max Poolingでは,画像内の局所領域(以下では$2\times2$画素領域)のうち最大画素値を出力することで,画像を変換します. Max Poolingの例.上の例では,画像中の\(2\times2\)の領域の最大値を出力することで,画像を変換している. Average Poolingでは,局所領域の画素値の平均値を出力することで,画像を変換します. Average Poolingの例.画像中の\(2\times2\)の領域の平均値を出力することで,画像を変換する. Max Pooling,Average Poolingともに上記の操作をスライドさせながら画像全体に対して行うことで,画像全体を変換します. 操作対象の局所領域サイズ(フィルタサイズ)や,ストライドの値によって出力画像のサイズを調整することができます.

畳み込みニューラルネットワークとは何か?

ディープラーニングについて調べていると、 画像認識に使われる手法として畳み込みニューラルネットワークの解説 が見つかりますが、 「図も数式もわかりにくくて頭の中が真っ白。どんな仕組みか、数式なしで知りたい!」 という方のために、本記事では、画像認識において最もホットな 「畳み込みニューラルネットワーク」について、数式なしで丁寧に解説 していきます。 初心者でも理解できるよう、画像分析に至るまでの手順も解説していますので、ぜひ最後まで読んで、畳み込みニューラルネットワークの概要を掴んでください。 畳み込みニューラルネットワーク(CNN)とは?何に使えるの?

June 1, 2024, 2:26 am