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深層ニューラルネットワークを用いたジェット識別における不確かさ定量化と分布外検出のための証拠主義ディープラーニング

(Evidential Deep Learning for Uncertainty Quantification and Out-of-Distribution Detection in Jet Identification using Deep Neural Networks)

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田中専務

拓海先生、最近社内でAIの話が増えてましてね。部下から「不確かさを測れるモデルがいい」と言われたんですが、正直ピンと来ないんです。論文のタイトルに”Evidential Deep Learning”ってあって、何がそんなに新しいのか教えていただけますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!Evidential Deep Learning(EDL:証拠主義ディープラーニング)は、モデルが単にラベルを出すだけでなく「どれだけその予測に根拠があるか」を同時に出す手法ですよ。要するに、モデルが自分の“自信”を数値として示すことができるんです。

田中専務

なるほど。現場ではモデルが間違っても困りますから「自信が低いときだけ人に確認する」運用ができれば助かります。これって要するにモデルが『覚えている範囲かどうか』を教えてくれるということですか?

AIメンター拓海

その理解でほぼ合っていますよ。もう少しだけ補足しますね。EDLは予測に対する「証拠(evidence)」を学習し、それを確率分布の形で表現する。だから不確かさの評価や、訓練時に見ていないデータ、いわゆるOut-of-Distribution(OOD:分布外)データの検出に向くんです。

田中専務

それで、従来の不確かさ評価と何が違うんですか。うちの技術担当はベイズ的な手法を勧めるのですが、計算が重いと聞きますし。

AIメンター拓海

いい質問です。従来のBayesian(ベイジアン)手法は理論的には堅牢ですが、計算コストと実装の複雑さが問題になります。EDLは学習時に直接「証拠」を出すようにネットワークを訓練するため、推論時のコストが低く、運用に向きます。運用面でのメリットが大きいのです。

田中専務

ただ、うちのデータは専門領域の少量データでノイズも多いです。EDLはそんな現場でも効きますか?また、モデルが本当に“疑問”を持っているかどうかは現場で判断しにくい気がします。

AIメンター拓海

そこが今回の論文で面白い点です。研究では公開データでEDLのハイパーパラメータ調整や不確かさの分布を詳しく調べ、EDLが必ずしも一枚岩ではないことを示しています。簡単に言えば、EDLをそのまま使うと見落としや誤検出の落とし穴があるが、工夫すれば実務で使える評価指標を作れるという話です。

田中専務

なるほど。結局、運用の前にどういう指標で「自信が低い」と判断するかが重要なんですね。ところでそれを現場向けにまとめると、要点はどう言えばよいですか。拓海先生、3点で教えてください。

AIメンター拓海

大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。要点は三つです。第一に、EDLは推論時に低い計算負荷で不確かさを出せること。第二に、ただしそのまま使うと誤検出や見逃しが起きるのでハイパーパラメータ設計や閾値設定が重要であること。第三に、実装前に簡単な検証(小さなテストでOODを入れてみるなど)を必ず実施すること、です。

田中専務

分かりました。では実運用の段階では「自信が低いときに人が介入する」フローを作る、ということですね。これなら投資対効果も見えやすいです。では私の言葉で確認します――この論文は、EDLという手法を使えばモデルが自分の不確かさを示せるが、運用ではその数値をどう使うかの設計が肝要だ、という内容で合っていますか。

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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