機械学習入門

イラストを使って初心者にわかりやすく解説!!
現在扱われている各種機械学習の根幹とされる「ボルツマン機械学習」を中心に、機械学習を基礎から専門外の人でも普通に理解できるように解説し、最終的には深層学習の実装ができるようになるまでを目指しました。
さらに機械学習の本では、当たり前になってしまっている表現や言葉、それが意味していることを、この本ではさらにときほぐして解説しています。
第 1 章 何も知らない鏡
第 2 章 美しさの秘訣
第 3 章 最適化問題に挑戦
第 4 章 深層学習に挑戦
第 5 章 未来を予測する
第 6 章 美しく見せる鏡
第 7 章 顔だけで美しさを

『機械学習入門』 (大関真之 著、オーム社、2016 年 11 月刊) は、魔法の鏡とお妃さまのやり取りを物語の軸に、機械学習を基礎から解きほぐしていく入門書です。副題はボルツマン機械学習から深層学習までで、版元の紹介文は、各種の機械学習の根幹とされるボルツマン機械学習を中心に、専門外の人でも理解できるように解説し、最終的には深層学習の実装ができるところまでを目指したと説明しています。版元のページには「IT エンジニア本大賞 2018 技術書部門大賞受賞」の案内があり、楽天ブックスの紹介文はイラストを使って初心者に分かりやすく解説した本としています。

全 7 章の構成、魔法の鏡の問答で回帰からボルツマン機械学習へ

目次は全 7 章です。第 1 章「何も知らない鏡」は「魔法の鏡とお妃さま」から始まり、「機械学習をやってみよう」「データから学ぶ」へ進みます。第 2 章「美しさの秘訣」は「回帰問題に挑戦」と「美しさを表す関数」、第 3 章「最適化問題に挑戦」は「モデルの限界」「新しい特徴量を作り出す」の後にニューラルネットワークの節を置き、第 4 章「深層学習に挑戦」は「過学習に注意しよう」と「バッチ学習とオンライン学習」を扱います。第 5 章「未来を予測する」は「識別をする鏡」「境界線を探せ」「穴あきデータを埋める」「データの中にある本質をつかめ」と続き、第 6 章「美しく見せる鏡」で「ボルツマン機械学習による画像処理」と「隠れ変数を仕込んで多様な世界を」へ進み、第 7 章「顔だけで美しさを」で物語を締めます。節の間には「数学の必要性」「訓練データとテストデータ」「サポートベクターマシンの汎化性能」「空間をねじ曲げるカーネル法」「機械学習と統計力学」「変分原理」などのコラムが挟まり、巻末には参考文献とあとがき、索引が付きます。

誤差を減らす学習から、確率で世界を表す学習へという技術背景

機械学習 の出発点は、データに合う関数を選び、予測と正解のずれが小さくなるように関数の形を少しずつ調整することです。この調整は最適化の問題として解かれ、表現力の高い関数を使うほど手元のデータには合わせやすくなる一方、見たことのないデータへの当てはまりが悪くなる過学習の危険も増します。訓練に使うデータと性能を確かめるデータを分けるのはこのためです。ボルツマン機械学習は、こうした関数の当てはめとは少し違う発想に立ち、データがどのような確率で現れるかをエネルギーの形で表すモデルを学習します。統計力学で磁石のふるまいを扱う模型と同じ形の確率分布を使うため、物理の言葉と機械学習の言葉が重なります。隠れ変数を持たせたボルツマンマシンは、多層のネットワークを順に学習させる方法の土台として使われた経緯があり、深層学習 へつながる流れの中に位置づけられます。本書は回帰と過学習から入り、第 6 章でボルツマン機械学習による画像処理を扱う並びになっています。

初級の表示とおすすめの読者、合わない目的

版元はおすすめの読者の段を初級としており、対象として情報 / 物理学系の大学 2、3 年生および大学院生、機械学習の基礎を学びたい方、自分の専門分野に機械学習を導入したい方、深層学習を実践したい方を挙げています。機械学習の本で当たり前のように使われる表現や言葉の中身を確かめたい人には、それらをときほぐして解説するという紹介文の方針が合います。一方で、特定のライブラリやフレームワークの操作を手順として覚えたい人には目的が合わず、実装に使う言語は版元の紹介に明記されていません。また 2016 年 11 月刊のため、それ以降に広がった手法は含まれていません。用途別に本を選び直したい場合は 機械学習と AI の技術書の選び方 も参考になります。

ライブラリで学習を回すことはできても、回帰、過学習、識別、確率モデルがどうつながっているのかを一本の筋で説明できずにいる人や、自分の専門分野のデータに機械学習を持ち込む前に考え方の土台を固めたい人にとって、回帰から深層学習、識別、ボルツマン機械学習までを一つの物語の中でたどれる本書は、手に取る価値のある一冊です。鏡とお妃さまの問答に付き合いながら、第 1 章から順に読み進めてみてください。