ニューラルネットワーク自作入門(ニューラルネットワークジサクニュウモン)

ニューラルネットワークで使われる数学の最もやさしい入門書
ー さらにコンピュータ言語 Python を使って自分自身で作ってみよう!

本書はニューラルネットワークで必要となる数学について、一歩一歩、旅する気分で触れていきながら、コンピュータ言語:Python を使いニューラルネットワークを自作します。今日ニューラルネットワークは深層学習と人工知能の重要な鍵であり、大きな実績をあげています。しかし、実際にニューラルネットワークがどのように機能するかを本当に理解している方は極少数でしょう。

本書では極カンタンなところからスタートし、ニューラルネットワークがどのように機能するかを理解していくーゆっくりと楽しい旅のお手伝いします。
読者の方には中学・高校で学んだ以上の数学の知識を必要としません、本書を通して微積分へ入門することも可能です。
本書の目的はできるだけ多くの読者に・できるだけ理解しやすくニューラルネットワーク自作をお手伝いすることです (さらに発展した課題が欲しい読者には、既にたくさんの教科書があると思います) 。

Python でコードを作成し、独自の畳み込みニューラルネットワークを作成。「手書きによる数字」を認識してみます。

Part 1 は数学的考え方に関するものです。我々は、ニューラルネットワークの基礎となる数学的考え方を、多くのイラストや例を使って丁寧に紹介していきます。

Part 2 は実践編です。人気があり習得しやすいプログラミング言語:Python を紹介しつつ、人間が手書きした「数字」を認識し、容易に実行できるニューラルネットワークを構築していきます。

Part 3 では、これらのアイデアをさらに拡張。シンプルなアイデアやコードを使用し、認識率 98 ％のニューラルネットワークへと改良を進めます。自分で書いた手書き文字でニューラルネットワークをテストし、さらに"制作者の特権"を活かしミステリアスなニューラルネットワークの心の中を覗き見してみよう。

最後に制作物を Raspberry Pi で動かしてみます。
本書で紹介するすべてのコードは、 Raspberry Pi で動くことを確認しています。
イントロダクション:本書の対象者 / この本で何ができるが / どのようにして行うのか
Part 1:どうやって動くのか
Part 2:Python でやってみよう
Part 3:さらに楽しもう
付録 A:とってもやさしい微積分入門
付録 B:Raspberry Pi でやってみよう

原著 "Make Your Own Neural Network" は、数学やプログラミングの経験が浅い読者でもニューラルネットワークを一から構築できることを目標に書かれた本です。日本語訳である本書もその方針を踏襲し、行列の掛け算から丁寧に説き起こしたうえで、 Python で手書き数字 (MNIST) を認識するネットワークを最終的に完成させるところまで一本道で進みます。

フレームワークを使わず NumPy だけで書く点は「ゼロから作る Deep Learning 」と共通していますが、本書はさらに前提知識のハードルを下げています。微分の連鎖律を視覚的に説明し、なぜ勾配が逆方向に伝わるのかを直感的に掴ませる書き方は、高校数学に不安がある読者にとって助けになります。コード量も少なく、写経に時間がかかりません。

裏を返せば、畳み込みや再帰といった発展的なアーキテクチャには踏み込まないため、本書だけで実務レベルの深層学習に進むことはできません。「ニューラルネットワークの原理を自分の手で確かめたい、でもどこから始めればいいか分からない」という最初の一歩に特化した本であり、ここで得た腹落ちを足場にして次の専門書へ進む使い方が自然です。