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離散連続かつ歪んだデータにおける不確実性の定量化

(Quantifying Uncertainty in Discrete-Continuous and Skewed Data with Bayesian Deep Learning)

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田中専務

拓海先生、お忙しいところすみません。最近、部下から「不確実性をきちんと出せるモデルを入れよう」と言われて困っています。そもそも不確実性って、うちみたいな現場で何の役に立つんでしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!不確実性の見える化は、投資対効果の判断とリスク管理に直結しますよ。要点は三つです。まず予測値だけでなくその信頼幅を出すこと、次にデータの偏り—例えば極端な値—への対処、最後にモデルがどこまで学べているかの区別です。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

なるほど。部下はディープラーニング(Deep Learning)を使えば良いと言っており、でも現場のデータは欠損や偏りが多い。それで「ベイズ的に不確実性を取る」とか言うんですが、素人には煙に巻かれた気分です。

AIメンター拓海

素晴らしい観察ですね!ベイズ的(Bayesian)というのは確率で『どれだけ自信があるか』を表す考え方です。身近な例で言えば、朝の天気予報が「70%の降水確率」と言うのと同じで、ただの予測値より判断がしやすくなりますよ。

田中専務

その論文は「離散連続(discrete-continuous)」とか「歪んだ分布(skewed distribution)」の話が出てきますが、それがうちのデータとどう関係するんですか。うちの受注データも多くはゼロで、たまに極端に大きい値が出ます。

AIメンター拓海

すごく実務的な例ですね!離散連続というのは「ゼロがあるが、それ以外は連続的に増減する」データ構造を指します。歪んだ分布は平均と中央値がずれているような状態で、これを普通の正規分布(Gaussian)で扱うと極端値を無視してしまうんです。つまり要するに、普通のやり方だと極端事象のリスクを見落とすということですか?ですよ。

田中専務

これって要するに、極端な損失や異常値をちゃんと評価できるモデルを使わないと、投資判断で痛い目を見るということですか?

AIメンター拓海

その通りです!論文はベイズ的な深層学習(Bayesian Deep Learning)を使って、観測ノイズ(aleatoric uncertainty)とモデルの不確かさ(epistemic uncertainty)を同時に出すことで、極端な事象に対する信頼度を改善しています。要点は三つにまとめられます。適切な確率分布を選ぶこと、離散と連続を分けて扱うこと、そして不確実性を同時に評価することです。

田中専務

実務に落とし込むとどんなメリットがあるんでしょう。導入コストとの兼ね合いで判断したいのですが。

AIメンター拓海

良い質問ですね。要点は三つあります。まず意思決定の誤判定を減らすために極値への備えができること、次に資源配分の優先度付けが定量化できること、最後にモデルの誤差が見えることで現場の信頼度が上がることです。小さく試して効果が出れば、段階的に拡大できますよ。

田中専務

分かりました。これなら現場にも説明できそうです。つまり論文の要点は、ゼロや極端値が多いデータで、適した確率分布を使ったベイズ的深層学習を行えば、予測の信頼区間を正しく出せる、ということで合っていますか。私の言葉で言うとそういうことです。

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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