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フィードフォワードニューラルネットワークから同等の記号ベースの意思決定モデルを導出する方法

(Deriving Equivalent Symbol-Based Decision Models from Feedforward Neural Networks)

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田中専務

拓海さん、最近若い連中が「ニューラルネットワークの振る舞いを木に落とし込む」とか言い出していまして、現場が騒いでいます。要するに現行のAIの判断を目に見える形にするという話でしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!その通りです。ここで言う木とは決定木(Decision Tree)で、ニューラルネットワークの判断ロジックを記号的に表現し直すことで、何に基づいて判断しているかを説明できるようにする手法ですよ。

田中専務

なるほど。ただ、現場に導入するとなるとコストや効果の計測が気になります。これって要するに、今使っているモデルの振る舞いを変えずに説明できるようにするということですか?

AIメンター拓海

大丈夫です。一緒に整理しましょう。要点は三つです。第一に、元のフィードフォワードニューラルネットワーク(Feedforward Neural Network, FNN)と同等の意思決定を記号(symbol)に落とす点、第二に、決定木などの記号モデルに変換して透明性を得る点、第三に、変換後も性能を損なわないことを検証する点です。

田中専務

実務的には、どうやってその『記号』を作るのですか。生データを見て人がルールを書くのではなく、自動で出せるものかが重要です。現場に負担をかけたくないのです。

AIメンター拓海

そこが本論です。研究ではまずネットワークの内部がどのような情報(項目=item)を扱っているかを特定し、それを役割(role)と充填子(filler)に対応させてシンボルを定義します。次に、ネットワークのノードやエッジ構造に対応する有向グラフを構築し、条件分岐を決定木のテストに写像します。自動化は可能です。

田中専務

それは素晴らしい。ただ、逆に言えば変換ミスや匙加減で判断が変わるリスクもあるでしょう。検証はどのようにやるのですか。

AIメンター拓海

ここでも三点です。変換後の決定木が元のネットワークと同じ入力に対して同じ出力を出すかを比較すること、特に境界近傍の入力で一致度を見ること、そして性能指標(accuracyなど)だけでなく、人間にとっての理解可能性を評価することです。研究では例示的なネットワークでこれらを示しています。

田中専務

導入コストと効果で最後に迷うのですが、これを導入するなら現場にはどんな準備が必要ですか。データ整備だけで済みますか。

AIメンター拓海

現場は三点に注力すれば良いです。第一に、入力項目の定義・命名を揃えること。第二に、ネットワークがどの変数に依存しているかを軸にしたログ収集。第三に、変換後の決定木を業務担当者と一緒に検証する仕組みです。これだけでROIが見えやすくなりますよ。

田中専務

分かりました。では最後に、要点を私の言葉で言ってみます。これは要するに、今のAIの判断を壊さずに人が読めるルールに変えて、業務で検証しやすくする技術だ、ということですね。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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