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2023 年度 実績報告書

多段階の学習に基づくヒューリスティクス法の解析:統計力学的アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 21K21310
研究機関東京大学

研究代表者

高橋 昂  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90906661)

研究期間 (年度) 2021-08-30 – 2024-03-31
キーワード半教師あり学習 / 統計力学 / レプリカ法 / 自己学習 / 疑似ラベル
研究実績の概要

本年度は昨年度から継続して疑似ラベルを用いた自己学習アルゴリズムの性能を詳細に解析した。その結果、自己学習は学習の繰り返し回数が少ない場合には、若干のノイズを含んだラベルに対してモデルをフィットさせるという直感的な描像のもとに動作し、信頼度の低いラベルをデータから省く疑似ラベル選択(Pseudo-label selection,PLS)というヒューリスティクスが非常に有用であることが明らかとなった。これは先行研究において、総繰り返し回数が10回程度の場合にはPLSの導入が重要であるという実験の報告と整合的である。一方、総反復回数が大きい場合には一回一回の更新におけるパラメータの変動量を小さくし、微少な更新を積み重ねる戦略が有効であることが明らかとなった。これは、疑似ラベルの損失が、パラメータ更新時に蓄積されうるノイズを打ち消す正則化のような役割を果たすためである。また、昨年度ラベルバイアスによって性能が低下することを報告したが、これはバイアス項と重みベクトルの大きさの比が大きくなる可能性があるためであり、そのような場合には疑似ラベルをソフトラベルからハードラベルへと徐々にアニーリングしていくことで回避出来ることも示している。これまでにも自己学習の反復を長時間行うことで、特定の場合にベイズ最適な分類器が得られるという理論的な成果が報告されていたが、本研究はその背後にある描像を明確にしたものあると言える。これらの結果はいくつかの学会やセミナーで発表し、論文として準備中である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Compressed Sensing Radar Detectors Under the Row-Orthogonal Design Model: A Statistical Mechanics Perspective2023

    • 著者名/発表者名
      Na Siqi、Huang Tianyao、Liu Yimin、Takahashi Takashi、Kabashima Yoshiyuki、Wang Xiqin
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 71 ページ: 2668~2682

    • DOI

      10.1109/TSP.2023.3297743

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Role of Bootstrap Averaging in Generalized Approximate Message Passing2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Takashi
    • 雑誌名

      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT)

      巻: 2023 ページ: 762-772

    • DOI

      10.1109/ISIT54713.2023.10206490

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Average case analysis of Lasso under ultra sparse conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Koki Okajima, Xiangming Meng, Takashi Takahashi, Yoshiyuki Kabashima
    • 雑誌名

      Proceedings of The 26th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics, PMLR

      巻: 206 ページ: 11317-11330

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 交互最適化法のダイナミクスについて2024

    • 著者名/発表者名
      岡島光希, 髙橋昂
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 疑似ラベルの構成法について2024

    • 著者名/発表者名
      髙橋昂
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Exploring bagging with structured data: Insights from precise asymptotics2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Takahashi
    • 学会等名
      Workshop on Learning and Inference from Structured Data: Universality, Correlations and Beyond | (smr 3850)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Statistical Mechanics Analysis of Iterative Self-Training2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Takahashi
    • 学会等名
      STATPHYS28
    • 国際学会
  • [学会発表] 高次元モデルにおける不均衡データ分類2023

    • 著者名/発表者名
      髙橋昂
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会

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公開日: 2024-12-25  

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