スパース例とノイズを含むデータから複雑構造を学習するための深層学習と定性的空間推論の融合(Combining Deep Learning and Qualitative Spatial Reasoning to Learn Complex Structures from Sparse Examples with Noise)

田中専務

拓海先生、最近部下から「こういう論文を読めばいい」と言われたのですが、タイトルが長くてよく分かりません。要するに何が新しいんでしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!この研究は、少ない・雑音のある例からでも「構造」を学べる手法を示しているんですよ。要点は三つに絞れます:定性的な空間情報を使うこと、深層学習(Deep Learning、DL、深層学習)で特徴選択すること、そしてヒューリスティックで探索を効率化することです。

田中専務

定性的な空間情報というのは、距離や角度をそのまま数字で扱うのではない、ということですか。具体的にはどうやって使うのですか。

AIメンター拓海

いい質問ですよ。定性的空間推論(Qualitative Spatial Reasoning、QSR、定性的空間推論)は、人が「隣接している」「上にある」「接触している」といった言葉で関係を表す仕方です。日常でいうと、現場の作業者が見て『このブロックはこの向きで積んである』と説明する感覚に近いです。これを数値ではなく関係の組として扱うことで、少ない例からでも共通点を抽出しやすくなりますよ。

田中専務

なるほど。それで深層学習は何をしているんですか。普通は大量データが必要だと聞いていますが。

AIメンター拓海

その点がこの論文の工夫です。深層学習(Deep Learning、DL、深層学習)をそのまま大量データに適用するのではなく、まず定性的な関係の集合を抽出してから、それらの関係パターンを畳み込みネットワーク(Convolutional models、CNN、畳み込みモデル)や順序モデル(Sequential models、RNNなど、逐次モデル)で学習します。つまり、情報の次元を落とした上で学習するため、必要な例の数が格段に減るんです。

田中専務

それはうちの現場向けに言うと、データをためる前に現場の説明から学べるということですか。これって要するに、少ない実例からでも仕事の型をAIが覚えられるということ?

AIメンター拓海

そうです、その理解で合っていますよ。具体的には、現場での少数の組み立て例を与えると、AIは定性的な関係を抽出して内部表現を作り、その表現を基に新しい組み立て手順をサジェストできるんです。さらに探索段階ではヒューリスティック関数で候補を絞るため、実用的な時間で結果が出せます。

田中専務

実際の現場に入れるときのリスクは何でしょう。投資対効果や誤動作の可能性を心配しています。

AIメンター拓海

大丈夫、現実的な視点で整理しましょう。まず投資対効果では、データ収集のコストを下げられる点がメリットです。次に品質のリスクは、ヒューマンインザループ(人が介在)での検証を想定すれば低減できます。最後に運用負荷は、ルールベースではなくモデルとヒューリスティックの組合せなので、初期設定に専門家が必要ですが運用は比較的軽いです。

田中専務

分かりました。これって要するに、うちの現場でいきなり大量のセンサーデータを集めなくても、ベテラン作業者の数例のやり方からAIが“型”を学び、候補を出せるということですか。

AIメンター拓海

その理解で間違いありません。実務で大切なのは、モデルを完全に信頼するのではなく、人が評価して改善していくサイクルを作ることです。要点を三つでまとめると、1) 定性的表現で次元を削減する、2) 深層モデルで関係パターンを学ぶ、3) ヒューリスティックで探索を効率化する、です。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

ありがとうございます。では最後に、私の言葉でまとめますと、少数の雑音を含む例からでも、関係性をざっくり表現して学習させれば、新しい正しい作業のやり方をAIが提案できるということですね。これなら現場導入の目処が立ちそうです。

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