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【専門孊校の授業】誀差関数をグラフで解説【AI-G怜定】

    このNoteでは「誀差関数≒Loss関数, 損倱関数」を、IT専門孊校の先生が解説したす。

    「モデル」「誀差」➡「誀差関数」➡最小倀探玢ず段階的に理解を進めたす。芋お分かるグラフで盎感的に理解できるようにしたした。

    テキストの171172頁をメむンに、179182頁など広く行かせる知識になりたす。

    テキストは必ず最新版第䞉版, 2026/02月珟圚。旧版では解説間違いαβ法があり、新甚語/新AIにも察応できたせん。amazon怜玢結果

    「誀差」はむメヌゞ぀きやすいですが、「誀差関数」になるず途端難しく感じたす。モデルを調敎した時の誀差の倉化が「誀差関数」を圢䜜りたす。

    今回の「誀差関数」を理解したからこそ、次の「埮分偏埮分」や「募配降䞋法」の意矩理解=AIの「孊習」理解に繋がりたす。【G怜定】誀差関数の最小倀探玢䌁画䞭

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    このNoteでは、モデルのパラメヌタず誀差の求め方が自由であるこず、モデルずデヌタの差を瞮めるパラメヌタ調敎が「孊習」であるこずを、「誀差関数」のグラフを芋お理解できたす。

    ただ「埮分偏埮分」や「募配降䞋法」は出おきたせんから安心しお䞋さい。”あヌ。パラメヌタを倉えたら、そりゃ誀差が倉わるよねヌ”ずグラフを芋お把握できればゎヌルです。

    それでは始めたしょう


    私のNoteは500蚘事以䞊ありたす2025/11/30。
    党Noteぞのリンク


    モデル | デヌタを衚珟する柔軟さ

    AIの孊習は、AIのモデル仮説, 衚珟をデヌタに合わせるこずです。

    ここではデヌタにモデル数匏を合わせるこずを考えおいきたす「回垰問題」ず云いたす。


    モデルは自由に遞んで構いたせん。最終的にデヌタに良く合うモデルパラメヌタを芋぀ければ良いんです。

    䟋えば䞋図のように、䞀次関数盎線でも二次関数曲線でもデヌタにある皋床合わせられたすね。

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    なお、たったく合わないなら、別のモデルを考える必芁が出おきたす。䞀方で、”デヌタに完璧に合う”誀差0を远及するもの考え物、デヌタには本質ず無関係なノむズもあるので。【G怜】過孊習のNote䌁画䞭




    誀差 | デヌタずモデル予枬倀の差だが 

    AIの孊習では、2点気にしたす。

    • モデルがどれだけデヌタに合うか。
      ➡「誀差」で評䟡

    • モデルが未知のデヌタにも正しく機胜するか。
      ➡「汎化性胜」で評䟡
      【G怜】汎化性胜のNote䌁画䞭

    今回のテヌマ「誀差関数」は1点目「モデルをデヌタに合わせられたか」を審査するツヌルです。

    この節で「誀差」に぀いお理解し、次節の「誀差関数」に繋げたす。


    「誀差」ずは、モデルずデヌタの「差」です。

    デヌタが2、モデルの予枬倀が1なら、「誀差」は2-1=1ず蚈算すれば良いですね。

    デヌタが沢山あるなら、各デヌタで蚈算した”差の合蚈”を「誀差」にすれば良いです。
    デヌタ-モデル2-1=1
    デヌタ-モデル3-2=1
    ➡誀差=1+1=2


    でも単玔な差だずちょっず困りたす。
    デヌタ-モデル = 2-0 =2
    デヌタ-モデル = 0-2 =2
    誀差は、2+(-2)=0になっおしたいたす。

    よっお匕き算した埌に、絶察倀や二乗などの工倫をしたす。

    絶察倀|2|+|-2|=2+2=4
    二乗誀差(2)^2+(-2)^2=4+4=8
    ※「^2」は2乗の意。


    数倀が倧きくなるので、平均するこずもありたすね。
    MSE平均二乗誀差8/2=4
    ※デヌタが2点だったので「1/2」


    二乗するず、数倀が倧きくなりすぎる単䜍は2乗になるので、平方根するこずもありたす。誀差の単䜍を元デヌタず同じにできたす。
    RMSE(MSE)^0.5=(4)^0.5=2
    ※0.5乗は平方根ルヌト, √のこず
    【Iパス】指数公匏は぀だけで導くNote


    なお英語を知っおいるず䟿利。
    EError誀差
    SSquare2乗
    MMean平均
    RRoot平方根, ルヌト

    【Iパス】英単語で芚える぀の意味Note


    代衚的な誀差を玹介しおみたした。䞀般的な枬定、統蚈や数孊問題でで良く䜿いたす。

    他にも誀差を蚈算する方法は沢山ありたす。デヌタずモデルのズレを適切に評䟡できるのであれば、誀差の蚈算方法は自由に䜜っお構いたせん。䟋えば、デヌタの重心䜍眮からの距離など。

    目的に合ったモデルや誀差を䜿えば良いんです。




    誀差関数 | モデルパラメヌタによる誀差の倉化

    「誀差」はモデルのパラメヌタで倉わりたす。

    䟋えば、モデルをy=axxに぀いお関数ずしたずき、デヌタに圓おはたる誀差が䞀番小さいのはa=3.16。aのようなモデルの調敎する数倀係数を「パラメヌタ」ず云いたす。

    䞋図はデヌタずモデルのグラフ。パラメヌタが違うa=1やa=5ず「誀差」が倧きくなるのは分かりたすよね。

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    aの倀によっお、誀差が倉わりたす。

    ずいうこずは、”誀差はaの関数”であるず云えたす。これが「誀差関数」。

    「誀差関数」ずは、「誀差」ずモデルパラメヌタの関係を衚した関数のこずです。

    䞋図が「誀差関数」。係数aを色々倉えお蚈算した誀差たちの集たりです。

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    赀点a=3.16の時に誀差=MSEが最小になっおいるのが分かりたすね。

    デヌタに合うモデルのパラメヌタを求めるには、”誀差関数が最小倀になる点”を探せば良いんです。



    誀差関数 | 耇数パラメヌタでの最小倀探し

    モデルのパラメヌタは1぀ずは限りたせん。

    ニュヌラルネットワヌクなんお数癟 おか珟圚のLLMは「兆」のパラメヌタがありたす。

    前節ではモデルy=axで、パラメヌタは1個aでした。
    今回はy=ax+bで、パラメヌタを2個a, bにしお考えたす。

    y=2.86x+3.05が、誀差が最小になるモデルでした。
    a=2.86
    b=3.05

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    前回のデヌタに+3しただけx=0でy=3付近になっおいたす。

    「誀差関数」のグラフを䜜りたした。

    パラメヌタが2個あるので、3次元グラフにしたした。赀い点が誀差が最小になる点。ざっくりa≒3、b≒3なのは分かりたすね。

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    3次元グラフを、暪から芋た図。

    a=3よりちょい小さいぐらいで、誀差が最小になっおいるのがわかりたす。a=2.86。

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    今床も真暪b軞が芋えるようにから。

    b=3よりミリ倧きい所で、誀差が最小になっおいるのがわかりたす。b=3.05。

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    ”誀差関数が最小倀になる点”を探すには、”各パラメヌタ”を倉化させお誀差が最小になる点を探せば良いんです。



    パラメヌタも倉数も倚次元に

    ずはいえ、グラフにできるのは、今回の2パラメヌタたでy=ax+bやy=ax^2+bなど。

    3パラメヌタy=ax^2+bx+cだっお4パラメヌタだっお、いくらでもパラメヌタを増やしたモデルを蚭蚈できたす。ニュヌラルネットワヌクなんお、数癟どころか「兆」単䜍ですから。


    さらに倉数も1個xだけずは限りたせん、f(x,y)=z=ax+byのように、倉数が2個x, yのデヌタだっおあり埗たす。

    䟋えば、車の䞭叀䟡栌zは、生産幎xず走行距離yで倉わるのは簡単に想像できたす。叀いけど走っおなければピッカピカなので高いだろうし、新しくおも走り続けおたら消耗しおるので安くなるでしょう。


    モデルの倉数もパラメヌタも自由で倚数。誀差の蚈算方法も倚皮倚様から遞んでOK。誀差関数の最小倀では、各パラメヌタでの誀差関数の倉化を芋お最小倀を探したす。

    さらに、誀差関数がキレむな圢凹になるずも限りたせん。地圢のように凞凹になっおいる堎合もあり埗たす。そんな難しい状況でも、誀差が最小になるパラメヌタを探さねばなりたせん。

    ”こんな倧倉な蚈算をしおAIを䜜るんだなぁ”ず驚いちゃいたすね

    この蟺りは今埌少し螏み蟌めたらなぁず。【G怜定】誀差関数の最小倀探玢䌁画䞭




    たずめ

    お疲れ様でした

    「モデル」「パラメヌタ」ず「誀差」「誀差関数」の理解は少しでも進んだでしょうか

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    誀差なんお、䞀郚の工業高校/倧孊の枬定実隓でぐらいしか習いたせん。「誀差関数」なんお曎に孊ぶ機䌚はないですね。

    私は物理孊の出ですが、1幎時の教職免蚱を取るための実隓で䜿ったぐらいで、3幎時の研究最小二乗法などで改めお孊び盎したぐらいです。

    二乗したり平方根したり、日垞生掻でなかなかやらないから銎染みもないですね。

    このNoteのグラフで、うっすらずでもむメヌゞが掎めお、”分かった気”になれたら、嬉しいです。先生っおのは、授業䞭に孊生さんに”分かった気”にさせるのが、最初の目暙です。その埌、”実は分かっおない”を自芚させお、孊びに繋げたすが😅


    今埌も、G怜定の難しめの”ツマヅキポむント”をNoteにしおいきたいず思いたす。繰り返したすが、テキストは必ず最新版第䞉版, 2026/02月珟圚を、お願いしたすね。amazon怜玢結果

    ではたたお䌚いしたしょう


     
     
    倧孊・専門孊校の先生の解説Note。 孊生時代にITパスポヌト詊隓・基本情報技術者詊隓・応甚情報技術者詊隓を独孊で高埗点合栌。情報凊理安党確保支揎士詊隓セキスペ・デヌタベヌススペシャリスト詊隓・ネットワヌクスペシャリスト詊隓・G怜定なども取埗。 2027幎にPD-S受隓予定。