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科目名 機械学習特論 
科目名(英訳) Advanced Machine Learning 
科目ナンバー  
担当者
(非)は非常勤講師

山内康一郎

単位数
開講学年 1年 
開講セメスター 春期毎週 
履修順序・履修情報  
担当者及び時間割 【春学期】
山内康一郎:金3-4 
カリキュラムの中での位置付け 情報工学専攻において,機械学習に関する発展的な技術を学ぶ選択科目である。
関連授業として,ニューラル情報処理特論を履修することが望ましい。 
身につく基礎力  



授業の主旨
(概要)
「人間のように自ら学ぶコンピュータが実現すれば,プログラミングが不要になる.」そのような夢を実現するべく「機械学習理論」の研究が精力的に行われている.今や機械学習は画像認識,音声認識等のパターン認識の基礎をなす理論となっているのみならず,情報科学全般の基礎の一角として大変重要な理論となりつつある.本講義ではこの機械学習の理論的基礎を理解すると共に最新の研究事例を知る事を目標とする. 
具体的
達成目標
機械学習によるパターン認識手法が、他のパターン認識手法と何が違うのかを深く理解できるようになる。 
授業計画
1 【内容】   機械学習とは何か(復習) 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
2 【内容】   線形学習器と学習器の複雑さ(学習機械の自由度と汎化能力)
学習器の複雑さとその学習能力について線形学習器を題材に考察する 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
3 【内容】   勾配降下法
パーセプトロンの学習式を導出する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
4 【内容】   Regression VS Classification
学習器には主に二つの学習方式がある。それは関数近似用と分類識別用の学習方式である。これらは似て非なるものであることを解説する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
5 【内容】   汎化能力とモデル選択
学習装置の能力は未学習サンプルに対する誤差(汎化能力という)で評価される。
これが、学習機械の構造と学習サンプルによって決まることを解説する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
6 【内容】   Support Vector Machines(SVM)(1) 
線形回帰モデルのSVMによる構成法 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:ラグランジュの未定乗数法を復習する。この理論に明るくない受講者は図書館で調査すること。 
7 【内容】   Support Vector Machines(SVM)(2) 
非線形回帰モデルのSVMによる構成法 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
8 【内容】   Deep Neural Network: 深層学習とその生物の脳との違い 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
9 【内容】   時空間パターンを学習するニューラルネットワーク 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
10 【内容】   LSTM: リカレントニューラルネットワークとしてLSTMを解説する。
特にこのネットワークの特徴である長期記憶について重点的に解説する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
11 【内容】   転移学習: 大規模なニューラルネットワークの能力をタスクに適応させるための転移学習について解説し、その課題を考察する。online, offline学習の違いについて解説するとともに、online学習の利点・欠点について考察する。特に破滅的忘却について詳しく考察する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
12 【内容】   追加学習(連続学習):追加学習について解説し、破滅的忘却を防ぐ手立てを紹介する。その一つの手法としてEWC法を紹介する 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
13 【内容】   少数shot学習:少ないサンプルを学習するだけで、学習が完了する学習方式が存在する。これについて解説する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
14 【内容】   主成分分析とAutoencoder: 主成分分析とは? autoencoderとは?これらを解説する。 
【授業外学習】   事前:次の内容についてネット検索して最新情報を調べておく
事後:授業中に出した課題を解く 
15 【内容】   まとめおよび期末課題説明 
【授業外学習】   レポート執筆 
授業方法
講義と演習,プログラミング課題 各課題では添削の上、コメントをフィードバックする。 
成績の
評価方法
レポート(80%)、出席状況(20%) 
成績の
評価基準
機械学習の概念を理解し応用ができる力が付いたかどうかを、レポートで判断する。 
教科書
No 書籍名 著者名 出版社 価格 ISBN/ISSN
1. 『 作って学ぶニューラルネットワーク - 機械学習の基礎から追加学習まで - 』  山内康一郎  コロナ社  2090  978-4-339-02911-6 
 
参考文献
No 書籍名 著者名 出版社 価格 ISBN/ISSN
1. 『Pattern Recognition and Machine Learning』  Christopher M. Bishop  Springer    0-387-31073-8 


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