非構造化・構造化データのための深い木構造:実行可能性、性能、解釈性 Deep Trees for (Un)structured Data: Tractability, Performance, and Interpretability

田中専務

拓海先生、最近若手から「画像にも決定木を使える論文がある」と聞いたのですが、決定木って表形式データ向けのものじゃないんですか。うちの現場で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!「決定木」は従来、表(タブular)データに強く、解釈しやすいことで経営判断に向くんですけど、画像のような非構造化データには弱かったんです。それを解決する手法が出てきたんですよ。

田中専務

具体的にはどんなふうに「画像も扱える」んですか。うちの工場でカメラ画像を分析するときも、ニューラルネットワークに頼るしかないと思っていました。

AIメンター拓海

いい質問です。ポイントは三つだけ押さえれば大丈夫ですよ。第一に、伝統的な木(Decision Trees)は「硬い分岐」しか持たないが、新しい「Generalized Soft Trees (GSTs)(一般化ソフト決定木)」は分岐を滑らかにして学習可能にしていること。第二に、画像処理で使う畳み込み(Convolution)と似た仕組みを木に組み込めること。第三に、学習方法はバックプロパゲーション(Backpropagation、誤差逆伝播法)で行うので、既存の深層学習と同様に最適化できることです。

田中専務

これって要するに従来の決定木の「可視性」を保ちながら、ニューラルネットのような表現力も得られるということですか?投資対効果の観点で理解したいです。

AIメンター拓海

まさにその通りです。要点を三つで整理しますよ。第一、解釈性(interpretability)が高いため、現場で説明しやすい。第二、画像など非構造化データに対しても高い精度を出せる。第三、木の構造を制御してノード数を少なく保てるため、計算負荷や保守コストが低くできる、です。これならROIの説明も比較的しやすいんですよ。

田中専務

なるほど。現場向けの説明がしやすいのは助かります。導入時に気をつける点はありますか。現場の人間が使えるようになるまでの手間が心配です。

AIメンター拓海

大丈夫、段階的に進めれば導入コストは抑えられます。第一段階は小さな画像データでプロトタイプを作り、解釈性の効果を確認すること。第二段階でモデルのノード数や正則化(regularization、過学習抑制)の設定を調整して、運用しやすいサイズにすること。第三段階で現場ワークフローに組み込み、担当者向けの簡単な可視化ツールを用意することです。

田中専務

専門用語で「正則化」とか言われると身構えますが、要は「複雑にしすぎないようにして現場で説明できる形にする」という理解でいいですか。

AIメンター拓海

その通りです!正則化は「モデルの複雑さにペナルティを設ける仕組み」だとイメージしてください。結果として、木の節点(ノード)が不要に増えず、決定基準が明確で説明しやすいモデルになりますよ。

田中専務

最後にもう一つだけ。うちが試すなら、まずどんな評価指標で効果を測ればいいですか。精度だけを見るのは怖いんです。

AIメンター拓海

いい着眼点ですね。要点を三つで示します。第一に、予測精度(accuracyやF1など)を基準に性能を評価すること。第二に、解釈性指標としてノード数や各ノードの分岐条件の明瞭さを評価すること。第三に、実運用での効果、例えば誤検知による工数やコスト削減の観点でKPIを設定することです。これで経営判断もしやすくなりますよ。

田中専務

分かりました。要するに、Generalized Soft Treesは「説明できるままに画像も扱えて、モデルを必要最小限に抑えられる」手法で、まずは小さなプロトタイプで運用効果を確かめ、ノード数や正則化で現場向けに調整していく、ということですね。私の言葉で言うとこうです。

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