数学と人工知能

渡辺澄夫

東京工業大学

共立女子中学高等学校・東工大出張講義2018年1月27日

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もくじ

1．人工知能とは何ですか

２．人工知能のしくみ

３．学習してみよう

４．人工知能と社会

この模擬講義では中学生高校生のみなさまに人工知能を紹介します。

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第１話 人工知能とは何ですか

＝

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人工知能とは

人間のように見る・話す・行動する・創造するコンピュータのこと

見る 話す 行動する 創造する

・・・本当に作れるの？

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人工知能を作ってみよう

カメラ・マイク・スピーカー

コンピュータ 動力源

ロボットハンド

部品を集めてきた。

（注）実際の人工知能はソフトウエアまたはプログラムであり、外見がロボットのようには見えないもののほうが多いです。絵で説明するため、このようになっております。

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作ってみた・・・

しかし・・・動きださない・・・

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何が足りないの？

表情声触覚匂い・・・

言葉歌動作表情・・・

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関数が足りない

x y

y = f(x)

関数とは 「X に対して Y を答えるもの」

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人工知能は関数なんだ！

x

y

外界からの情報

言葉 動作

y = ax2+bx+c人工知能

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人間は関数を持っている

人間

りんご・・・みかん・・・ぶどう・・・

y = f(x)

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しかし人間の関数は

言葉で説明できない

人間

これは紅茶ですが、なぜ私が

紅茶だとわかるか説明できません

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できるけど 説明できない ・・・

できるけど 説明できないことは たくさん ある

◎ 歩く 走る 泳ぐ 自転車に乗る

◎ 文字を読む 漫画を読む 友達を見つける

◎ 言葉をきく 話しをする

説明できない → 教えられなかった

人間人工知能さん

教えられない！

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人間の関数は学習で作られる

赤ちゃん

りんごみかんぶどう

小学生

？

学習

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人工知能も学習したらよい

？

りんごみかんぶどう

学習

「学習」 こそが人工知能を作るために最も大切な科学と技術である。これを「機械学習」という。「学習」ができるようになったことが現代の人工知能の発展のための決定的な要因になった。

第１話 まとめ

人工知能は関数だ。

関数は学習で作る。

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第２話 人工知能のしくみ

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１ 実世界はまったく

知りません

人工知能さん

２

人間

なぜ世界を認識できるかを言葉で語ることは難しい

例を頼りに学習します

人工知能さん

４

世界を学習できるように僕を作ってね

人工知能さん

実世界

３

学ぶ= まねる

りんご・・・みかん・・・ぶどう・・・

人工知能さん

人間 学習

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Q.学習できる人工知能は

どうしたら作れるか？

Q.人間や動物はなぜ学習できるのか？

科学

工学

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人間が学習できる仕組み

人間は神経回路を持っている。

学習する＝神経回路が

変化する

2018/1/25 Mathematical Learning Theory 20

「学習」とは

８，６，２…でしょう

先生

文字の例

文字を読みます

生徒…

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「学習」の構造

神経回路網の答えと正しい答えの誤差は

(y-f(x,w))2

誤差が小さくなるようにw を変えていく

画像 x

結合荷重 w

神経回路の答 f(x,w)

正しい答 y 誤差

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1 実世界は美しく多様じゃ

人間

沢山の練習問題

きっと世界を認識します

神経回路搭載！

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テストをします

そろそろ試練の時じゃな

ほとんど人間と同じになった

人工知能になった

２ りんご・・・

練習の鬼

練習：

1000個・・・・・・りんご

根性

差が学習誤差

３・・・

練習：

1000000個・・・・・・

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知らないものでも予測できる

5 りんご！

テスト：

未知のもの りんご!!

差が汎化誤差勝負じゃ

◎ たくさんの例を学習すると神経回路網は知らないものについても正しく答えられるようになってくる。

人間には負けないぞ。

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役立つ人工知能

自動運転

工場

福祉

医療

ネットワーク

エンターテイン美しい映像や音楽ネットワーク解析

ひとに優しいコンピュータ

遺伝子解析消費者解析

ヒューマンモデルの生成

知能ロボット自動運転

こんにちは

音楽美術映画の生成評価

（注意！） 役立つ ＝ 良いことにも 悪いことにも

よくある質問

(1) 何ができたら「本当の知能」ですか。・・・・・定義できないので、答えられません。

(2) 人間は関数にすぎないのですか。・・・・・「自由意志を持つこと」は外からではわからないです。

(3) 人間と見分けがつかなければ「人間と同じである」ことを否定できませんよね？・・・・・否定はできません。

(4) 芸術が人間の特権だったのは昔話。映画や歌や絵がどれだけ売れるか人工知能で採点します。

・・・・・芸術も多くの部分は人工知能で作れるようになるでしょう。

(5) 人工知能はもうすぐ将棋の名人よりも強くなるそうだ。お寿司をにぎることもできます。

・・・・・そうだと聞いています。

(6) 育てると人工知能ロボットは犬や猫と同じくらいかわいいことがある。・・・・・そのようなことがあると聞いています。

(7) 人間にしかできないことはあるのですか。・・・・・むむむ・・・。

第２話 まとめ

人工知能の学習は

神経回路網が行っている。

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第３話 実際に学習してみよう

人工知能は学習により何にでもなれる。

学習できることが人間が他の生物より優れていた点だった。役立つ が コワイ。

学習学習 学習 学習

学習

顔から笑・怒・悲を読み取る

「顔から笑・怒・悲を読み取る人工知能」を作ってみよう。

x1 x22

笑・怒・悲

顔の情報

学習してみた

2018/1/25 Mathematical Learning Theory

白菜の値段を予測してみた

月

月

値段

値段

学習データ赤：真青：予測

時系列予測の例：1970年1月から2013年１２月までの白菜の値段「政府統計の総合窓口」のデータです。http://www.e-stat.go.jp/SG1/estat/eStatTopPortal.do

テストデータ赤：真青：予測

27ヶ月から１ヶ月前までの白菜の値段から今月の白菜の値段を予測する

学習してみた

第３話 まとめ

人工知能は 文字を読むことや

物価を予測することや どんなことでも

学習すればできるようになる

34最終話 人工知能と社会

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未来に向かって 今は

人工知能の新しい使い方が次々に発表されています。誰でも使えるプログラムも公開されています。マスメディアでセンセーショナルに宣伝されています。ちょっとおおげさ過ぎる報道もあるようですが・・・。

（まじめに取材して報道しているメディアを応援しましょう。）

いずれにせよ、まずは基礎から。ゼロからの出発です。

どんなことに使われているのかな

○音声画像の認識 ○自動翻訳

○流行歌・映画・絵画・小説の自動生成

○法律事務の自動化

○医療診断 ○自動製薬

○自動運転 ○囲碁・将棋

○経済金融 ○会社の経営 ○消費者解析

○農作業・工場・配達の自動化

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人間の仕事が減るのかな

○でも、人間の仕事の中には人工知能でできるものも多いのではと言われています。

○ 「産業や社会がどのようであるのが望ましいか」を考え始める時期に来ています。過去に戻ることはできません。

○人工知能が広く使われるようになると、新しい仕事も生まれるかもしれないです。

○もしも人工知能によって人の仕事が減るのなら仕事をなくした人に政府が給与を払うべきという意見もあります。

○実際にどのくらい人工知能が働いてくれるかはまだわかりません。

わが社では 社員を人工知能にしました。実は社長は以前から。

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科学や技術が社会を変えることがある

蒸気機関 → 汽車・船ができる → 大規模工場ができる

→ 会社ができる → 「サラリーマン」ができる

→ ペリー来る → 明治維新

人工知能 → いままで当たり前だと思っていたことをもう一度考えなおすことが必要になる。

（例） 何のために勉強するの？何のために働くの？

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みんなの未来へ

人工知能は科学あるいは技術なので、みんなの幸せに役立つかどうかは、使い方しだいです。

もう皆さんの時代です

今度こそ人類は科学あるいは技術を賢く正しく使って欲しいと思います。

（注）歴史的に見て、人類が科学あるいは技術を賢く正しく使えなかった例が多いことを私たちは理解する必要があります。

数学と人工知能もくじ第１話　人工知能とは何ですか人工知能とは人工知能を作ってみよう作ってみた・・・何が足りないの？関数が足りない人工知能は関数なんだ！人間は関数を持っているしかし人間の関数は�言葉で説明できないできるけど　説明できない ・・・人間の関数は学習で作られる人工知能も学習したらよい第１話　まとめ　第２話　　人工知能のしくみスライド番号 17Q.学習できる人工知能は�　　　　どうしたら作れるか？スライド番号 19「学習」とは「学習」の構造スライド番号 22知らないものでも予測できる役立つ人工知能よくある質問第２話　まとめ　第３話　　実際に学習してみようスライド番号 28スライド番号 29スライド番号 30白菜の値段を予測してみた学習してみた第３話　まとめ　　最終話　人工知能と社会未来に向かって　今はスライド番号 36人間の仕事が減るのかな科学や技術が社会を変えることがあるみんなの未来へ