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LLMは「226-68=」のようなプロンプトを与えると「158」と計算してくれますが、この計算は我々が想像するよりも奇妙な方法で行っていることを紹介します [Nikankin+ICLR 2025]。 まずは前提条件を確認します。思考の連鎖は使わず、「226-68=」のようなプロンプトに対して「158」のように答えを直接出力する場合を考えます。 一例として Llama3-8B を考えます。Llama3 のトークナイザは 0 から 1000 までの数に 1 つのトークンを割り当てるので、「226-68=」を入力すると、次のトークン「158」が「0」「1」...「157」「158」「159」...「1000」などのトークンの中から、最も確率が高いものとして選ばれます。 ヤニフ・ニカンキンらの発見 [Nikankin+ICLR 2025] は、Llama3-8B は答えや入力についての粗い条件を多

LLM の注意機構には色んな機能があることが分かっています。注意機構を分析することで、なぜ LLM は文脈内学習や思考の連鎖に成功し、ひいてはなぜ LLM が外挿に成功することがあるのかについての理解が得られます。本稿ではさまざまな種類の注意機構を観察することでこの問題をひも解きたいと思います。 目次 目次 基本的な考え方 文法ヘッド 注意の受け皿とレジスタトークン 逐次ヘッドと検索ヘッド 帰納ヘッド 関数ベクトル 反復ヘッド まとめ 基本的な考え方 LLM の多くは注意機構と多層パーセプトロン (MLP) を交互に積み上げたアーキテクチャを持ちます。各層は複数の注意機構をもち、それぞれの機構を注意ヘッドと呼びます。 注意機構の役割は 文脈内の検索 ルール・アルゴリズムの実現 です。文脈とはプロンプトと今までの出力のことで、これを踏まえて次トークン予測を行います。注意機構は文脈から次トーク

既存の機械学習モデルの多くは予測精度を最大化することを目指しますが、本稿では面白さを優先する分類器を紹介します。 目次 目次 面白さを優先するとは 問題設定 手法 実験結果 おわりに 面白さを優先するとは 例えば、ユーザーのプロフィールから、そのユーザーが成人しているかどうかを分類する問題を考えましょう。 ユーザーのプロフィールに年齢の特徴量 age があれば、年齢が 18 歳以上かどうか (age >= 18) という分類ルールで精度 100% を達成できます。SNS では嘘の年齢を書いている可能性もありますが、大抵の人はおおむね正しい年齢を報告しているはずなので、精度 99% 程度は達成できるでしょう。この分類ルールの精度はとても高いですが面白くありません。 もっと突飛なルールを考えてみましょう。「登録メールアドレスの末尾が@ezweb.ne.jpなら成人、末尾が@icloud.com

AI の能力が上がるにつれて、人間が AI を監督するのが難しくなってきています。本稿では、Anthropic などのグループが ICLR 2025 で発表した Language Models Learn to Mislead Humans via RLHF（言語モデルは RLHF を通じて人間を誤解させることを学ぶ）をベースに、この問題について議論します。 この論文では、LLM が解けないほど難しいタスク、例えば難しいプログラミングのタスクに直面したとき、「分かりません」と言ったり、一目で分かるような間違ったコードを出力すると BAD ボタンを押されてしまうので、あえて出力を複雑にしたりデバッグしにくいコードを出力し、それによりユーザーは煙に巻かれる・ミスが隠蔽されるといった現象が実験により確認されています。 この現象は現実の LLM や AI サービスでも起きている可能性が高いです。自

幸せな家族はどれもみな同じようにみえるが、不幸な家族にはそれぞれの不幸の形がある。 アンナ・カレーニナの法則 (Anna Karenina principle) とは、成功の状態は一つしかないが、失敗の状態は無数にありうるという、トルストイの小説『アンナ・カレーニナ』の有名な冒頭に由来する法則です。機械学習においては、ヤミニ・バンサルらの研究 [Bansal+ NeurIPS 2021] をはじめとする、モデルの表現（埋め込み）についての以下の観察が知られています。 機械学習におけるアンナ・カレーニナの法則：性能の良いモデルはどれもみな同じような表現をもっているが、性能の悪いモデルにはそれぞれ性能の悪い表現がある。 機械学習では、「アーキテクチャや訓練方法が異なっていても、良いモデルは自然と同じようになる」という上の句に相当する現象に焦点が当てられることが多いです。 この法則は異なるモダリ

言語モデルの物理学 (Physics of Language Models) とは、FAIR (Meta) の Zeyuan Allen-Zhu が提唱した、言語モデルの研究を進めるためのコンセプトです。ざっくり言うと、「あのモデルはこう」とか「そのモデルはこのモデルよりもこう」というような博物学的な知識を深めるのではなく、17世紀にケプラーやニュートンが物理学において行ったような原理に基づいた研究を進め、「言語モデルはなぜこのような振る舞いをするのか」という問いに答えられるようになるべきという考え方です。 言語モデルの物理学の特徴は大きく2つあります。 第一は、ウェブから収集したコーパスを使わず、きっちりコントロールされたデータセットを使って言語モデルを訓練するということ。ウェブは誰も全体像を理解できないほど複雑で、ノイズにまみれています。本物の物理学でも空気抵抗や摩擦があると、「鉄球は

私が機械学習を学び始めたとき、訓練データとテストデータは異なるのだから、訓練データ上で損失を下げたとしても、テストデータでの性能が必ずしも保証されるとは限らないのではないかと感じ、理解に苦労しました。 本稿では、かつての自分を含め、統計と機械学習の初心者に向けて、なぜテストデータでも性能が理論的に保証されるのかを丁寧に解説します。 本稿の最後では、この議論を深層学習の理論に応用し、最先端の研究にまで一気に繋げます。期待値や分散などの統計学の基礎知識だけからここまで発展的な内容にまでたどり着くというのが本稿の目的です。ぜひ最後までお付き合いください。 目次 目次 期待値への集中 マルコフの不等式 チェビシェフの不等式 ヘフディングの不等式 モデルの評価 訓練の場合には同じ議論は成り立たない ユニオンバウンド 候補の数が有限の場合 候補の数が無限の場合 深層学習の理論へ 著者情報 期待値への集

正月休みに Twitter（現 X）を眺めていると面白いポストを見かけました。 これまで人類は真理とは単純なものであると考えて、 や のような単純な真理を追いかけてきたわけですが、このようなものは実は真理のうちのごく一部であり、人間には理解できないほど複雑な真理もあるのではないかという考え方です。 ❌「AIが人間より質的量的に賢くなったら人間には理解しきれなくなる」 ⭕️「この世界はもともと人間には理解しきれない構造になっていて、AIはそこを扱えるようになる」 みたいな世界観を持っていたほうが良さそうな気がする— すきえんてぃあ@書け (@cicada3301_kig) 2024年12月31日 似た話が 2018 年頃に敵対的摂動の文脈で議論されているのですが、本稿ではそのあたりの話を最近の文脈に絡めてお話します。 目次 目次 AI は人間には認知できない情報を活用できる 微弱な情報を活用

2024 年も色々やりましたので活動を振り返ります。 目次 目次 本 グラフニューラルネットワーク ★ 深層ニューラルネットワークの高速化 ★ 論文 Training-free Graph Neural Networks and the Power of Labels as Features Overhead-free User-side Recommender Systems ブログ モデルパラメータの算術 ★ 大学で読んだ情報科学関連の教科書 ★ トランスフォーマーは RNN である ★ サービス開発 Readable Amax 講演 クリック率を最大化しない推薦システム ★ Introduction to Graph Neural Networks 僕たちがグラフニューラルネットワークを学ぶ理由 ニューラルネットワークの損失地形 ★ 研究の進め方 ランダムネスとの付き合い方について

BERT や GPT の登場により、テキストを扱うモデルは大きく発展しましたが、否定というごくありふれた操作を扱うのが依然難しいです。 本稿では、その理由と、部分的な解決策を紹介します。 目次 目次 否定文を理解できないAIたち 否定文を理解できずに困ること なぜ否定文をうまく扱えないのか なぜたまに成功するのか 対処法 ファインチューニング プロンプトの工夫 否定文を意識した訓練 文書数を増やす クエリとキーを拡張する おわりに 否定文を理解できないAIたち BERT (tohoku-nlp/bert-base-japanese-v3) で A =「私はお寿司が好きです。」 B =「私の好きな食べ物はお寿司です。」 のテキスト埋め込みのコサイン類似度を求めてみましょう。A と B は同じようなことを言っており、予想されるようにコサイン類似度は 0.9695 と高いです。 では、 A =「

Amazonの推薦をいい感じにするブラウザ拡張Amaxというブラウザ拡張をリリースしました。会員登録など必要なく、もちろん無料で、ブラウザ拡張をインストールしていつも通り Amazon を使うだけでいい感じになります。手軽なのでぜひ使ってみてくださいね。 chromewebstore.google.com 私の専門は推薦システムで、特にユーザーサイドの推薦システムに力を入れて研究をしています（プロフィール）。このブラウザ拡張にはユーザーサイドの推薦システムの研究成果がふんだんに詰め込まれています。 本稿では、ブラウザ拡張の紹介のほか、開発の裏側やもとになった技術について詳しく説明します。 目次 目次 Amax の紹介 開発の裏側 ユーザーサイドの推薦システムについて おわりに 関連論文 Amax の紹介 ブラウザ拡張をインストールして、商品ページにアクセスすると、「Amax によるおすすめ

拙著『深層ニューラルネットワークの高速化』が重版して第 2 刷となりました。皆さまありがとうございます！ 深層ニューラルネットワークの高速化 (ML Systems) 作者:佐藤 竜馬技術評論社Amazon もはや恒例、重版に感謝して書き下ろし専門記事をお届けします。 本稿では、SNS などでもたびたび話題になるトランスフォーマーは RNN であるという話をします。本稿では単に形式的に包含性を指摘するだけでなく、トランスフォーマーと RNN はどの程度似ているのかや、そこから導かれる応用上の意味についても詳しくご紹介します。 本稿は『深層ニューラルネットワークの高速化』の第 6.3 節と第 7.2 節に基づいています。 過去回 拡散モデルと最適輸送（最適輸送第 5 刷） GNN の最新動向（グラフニューラルネットワーク第 3 刷） 深層学習で部分空間を扱うときは射影行列を考えるとよい（グラ

深層ニューラルネットワークの高速化 ML Systems 作者:佐藤 竜馬技術評論社Amazon 技術評論社より『深層ニューラルネットワークの高速化（ML Systems）』を上梓しました。 （※ ML Systems というのは本書が一作目となる技術評論社の新しいシリーズで、今後も機械学習 × エンジニアリングの本が刊行予定のようです。乞うご期待！） 深層ニューラルネットワークは画像、言語、音声などさまざまな領域で活躍を見せていますが、標準的なモデルサイズは年々増加の一途をたどっており、使用するのが難しくなっています。本書は深層ニューラルネットワークを高速化することでこの問題に対処する方法を紹介します。高速化により、同じハードウェアでもより大きなモデルを利用できるようになる（= 精度が高くなる）ほか、同じモデルで比較するとより安価なハードウェアに配備できるようになり、コストを削減できます

拙著『グラフニューラルネットワーク』が重版して第 5 刷となりました。皆さまありがとうございます！ 【重版速報🎉🎉🎉🎉】 機械学習プロフェッショナルシリーズの重版が決まりました😆ご愛読ありがとうございます‼️ 松井孝太・熊谷亘『転移学習』【4刷】 https://t.co/Qic24KAwxD 佐藤竜馬『グラフニューラルネットワーク』【5刷】 https://t.co/Peqn1ZQavo pic.twitter.com/VBkNp2Uwjj— 講談社サイエンティフィク🖋️📔 (@kspub_kodansha) 2024年8月1日 グラフニューラルネットワーク (機械学習プロフェッショナルシリーズ) 作者:佐藤竜馬講談社Amazon 拡散モデルと最適輸送（最適輸送第 5 刷）や GNN の最新動向（グラフニューラルネットワーク第 3 刷）でもやりましたが、重版に感謝して書き下

拙著『グラフニューラルネットワーク』が重版して第 3 刷となりました。皆さまありがとうございます！ 拡散モデルと最適輸送でもやりましたが、漫画家さんやイラストレーターさんが重版したときに重版感謝の描き下ろしイラストを投稿しているのを見ていいなと思ったので、僕も専門書が重版したときに重版感謝の書き下ろし専門記事を投稿します。 本稿では、ICLR 2024（5/7 - 5/11 @ウィーン）で発表されたグラフニューラルネットワーク (GNN) 関連の研究動向を紹介します。 ICLR 2024 で発表された GNN 関連の論文は全部で 170 本です。凄まじい量ですね。ICLR 2024 では全て合わせて 2296 本の論文が採択されたので、7.4 パーセントが GNN 関連ということになります。この分量からも、GNN が活気ある研究対象であることが伺えます。 以下では、代表的なトピックについて

グラフニューラルネットワーク (機械学習プロフェッショナルシリーズ) 作者:佐藤 竜馬講談社Amazon 講談社より『グラフニューラルネットワーク（機械学習プロフェッショナルシリーズ）』を上梓しました。 グラフニューラルネットワークはグラフデータのためのニューラルネットワークです。化合物やソーシャルネットワークのようなグラフデータの解析に使うことができます。また後で述べるように、テキストも画像もグラフなのでテキストや画像の分析にも使えますし、それらを組み合わせたマルチモーダルなデータにも適用できます。要は何にでも使うことができます。この汎用性がグラフニューラルネットワークの大きな強みです。 本稿ではグラフニューラルネットワークを学ぶモチベーションと、本書でこだわったポイントをご紹介します。 グラフニューラルネットワークは何にでも使える 付加情報をグラフとして表現できる グラフニューラルネッ

講談社サイエンティフィク様より『転移学習』をご恵贈いただきました。一通り読み終えたので感想を書きます。 転移学習 (機械学習プロフェッショナルシリーズ) 作者:松井 孝太,熊谷 亘講談社Amazon 全 414 ページとかなりの重厚感。しかも決して引き伸ばした跡がなく、むしろ原液のような濃さを感じる中身です。原理に基づいて本質的な事項が解説されており、しっかり読むととても力のつく一冊だと思いました。 転移学習の難しさを直視する 本書の大きな特徴は転移学習の難しさを誤魔化さずに正面から取り扱っている点です。 転移学習とは、元ドメインのデータ と目標ドメインのデータ が与えられたときに、目標ドメインでの性能が高いモデルを獲得する技術です。鍵になるのは元ドメインのデータであり、これをうまく活用することで従来の学習よりも「ラクに」良いモデルを得ることを目指します。ここでいうラクとは、必要な目標ドメ

先日、博士（情報学）になりました。学部と大学院をあわせた 9 年間で読んだ情報科学関連の教科書・専門書を思い出を振り返りつつここにまとめます。私は授業はあまり聞かずに独学するタイプだったので、ここに挙げた書籍を通読すれば、大学に通わなくてもおおよそ情報学博士ほどの知識は身につくものと思われます。ただし、特に大学院で重要となる論文を読み書きすることについては本稿には含めておりません。それらについては論文読みの日課についてや論文の書き方などを参考にしてください。 joisino.hatenablog.com 凡例：（半端）とは、数章だけ読んだ場合か、最後まで読んだものの理解が浅く、今となっては薄ぼんやりとしか覚えていないことを指します。☆は特におすすめなことを表します。 学部一年 寺田 文行『線形代数 増訂版』 黒田 成俊『微分積分』 河野 敬雄『確率概論』 東京大学教養学部統計学教室『統計学

『最適輸送の理論とアルゴリズム』が重版して第 5 刷となりました。皆さまありがとうございます！ 漫画家さんやイラストレーターさんが重版したときに重版感謝の描き下ろしイラストを投稿しているのを見ていいなと思ったので、僕も専門書が重版したときに重版感謝の書き下ろし専門記事を投稿します。 本稿では、最近話題の拡散モデルと最適輸送の関係を直観的に解説します。 拡散モデルは画像の生成によく用いられる生成モデルです。モデルはノイズ入りの画像を受け取り、ノイズを除去することを目指します。生成時には、完全なノイズ画像からはじめて、モデルによりノイズを除去することと、微小なノイズを加えることを繰り返して洗練させていき、自然画像を得ます。 拡散モデルの動作の図示 このように、ノイズ から自然画像 までゆらぎながら変化する過程をブラウン橋 (Brownian bridge) と言います。ブラウン運動 (Brow

深層モデルのパラメータを一列に並べてベクトルにします。このベクトルは大規模なモデルであれば何十億次元にもなります。一見、意味のない数値の羅列のようですが、このベクトルはベクトルとして深い意味があることが分かってきています。例えば、 と を異なるパラメータベクトルとすると、 や をパラメータとして持つモデルはちゃんと機能します。本稿では、このようなモデルパラメータの算術を用いた手法とその背後にある理論について解説します。 追記： 拙著『深層ニューラルネットワークの高速化』にて本稿の内容を大幅に増補しました。本稿に興味を持った方はこちらも参照いただけると嬉しいです。 深層ニューラルネットワークの高速化 ML Systems 作者:佐藤 竜馬技術評論社Amazon 追記ここまで 目次 目次 モデルスープ タスクベクトル モデルパラメータとニューラルタンジェントカーネル おわりに モデルスープ モ

共立出版さまより『Human-in-the-Loop 機械学習』をご恵贈いただきました。一通り読み終えたので感想を共有します。 映り込みが激しくて写真を撮るのが難しいことで有名な表紙 本書は機械学習モデルを訓練するためのデータを人間がどのように用意するかという問題を扱っています。本書の前半では能動学習というラベル付けデータの選び方の技法が、本書の後半では人間が付けたラベルの管理方法やラベル付けのための適切なインターフェースが紹介されています。 機械学習におけるデータをいかに作るかということは私自身とても注目している領域です。『Active Learning from the Web（能動学習を使ってウェブから機械学習データを収集する）』という論文を書いたこともありますし、PDF 翻訳サービスの Readable では能動学習に基づいたアノテーションを実際に行っています。そのため本書は非常に

IBIS 2023 のパネルディスカッション「君たちはどう研究するか」にて研究の取り組み方についてお話しました。この記事はそこでお話した内容を編集したものです。 🔍研究テーマの決め方について 📆 研究プロジェクトの進め方 😵‍💫 研究がうまくいかないときの対処法 📝 論文の書き方 おわりに 🔍研究テーマの決め方について 僕は研究テーマ選びはあまり重要ではないと考えています。どういうテーマにめぐり合うかは運なので、そこで思いつめても仕方がありません。なので、僕は自分から積極的にテーマを探しにいくということはしていません。それよりも、テーマを決めたあとの掘り下げ方という自分でコントロールする部分に集中して研究に取り組んでいます。 その人の地力によって、テーマとして成立させられるストライクゾーンが決まってくると考えています。初心者うちは、王道のテーマで王道のストーリーでしか成立させら

皆さんは自分の研究成果をどうやって広めていますか？ ひとつの研究は実働時間だけでも最低数ヶ月、全出版プロセスを考えると一年単位で取り組むこととなります。そうして手塩にかけて育てた研究が誰にも認知されない、というのはなんとも悲しいことです。 僕が所属している機械学習分野は人工知能ブームにより、日々洪水のように論文が発表され、その中で存在感を発揮するのは難しくなっています。 一昔前であれば、名のある国際会議やジャーナルに採択されればそれなりに存在感を発揮できたようですが、今では一つの会議に数千本の論文が採択されるため、採択された後にも競争に勝たなければ目立てないという事態になっています。 論文のクオリティを上げて名のある国際会議に採択されるだけでは不十分、となれば一体どうすれば良いでしょう。 有望な策は無く、天に祈って運に任せる、というのが最も一般的なパターンではないでしょうか。広く読まれる論

大学の実験で必要になって実装したのでメモしておきます。 Convolutional LSTM の説明 名前で完全にネタバレしてる感が否めないですが、Convolutional LSTM とは、LSTM の結合を全結合から畳み込みに変更したものです。 例えば画像を RNN に食わすときに、位置情報が失われないので便利です。 動画の次フレームの予測や天気予報などに使えます。 具体的には、以下のような構造になっています。 x は要素ごとの掛け算、 * は畳み込みを表します。 通常の LSTM との差分を赤で書きました。といっても、一部の掛け算が畳み込みになっているだけですが。 peephole の部分だけ要素ごとの掛け算になっていることに注意してください。 実装 Convolutinoal LSTM と、それをビルディングブロックとして使って画像予測のネットワークを実装しました。 github.

この記事は ゆゆ式 Advent Calendar 2017 - Adventar 24 日目の記事です。 はじめに joisino.hatenablog.com 前回、唯の画像を無限に生成することに（部分的に）成功した訳ですが、画像ができたら今度は声が欲しくなってきます。 そこで、 [1710.08969] Efficiently Trainable Text-to-Speech System Based on Deep Convolutional Networks with Guided Attention を chainer で実装して、唯の声で学習させてみました。 レポジトリ github.com レポジトリです。 結果 正直そこまでクオリティの高い声は生成できませんでした。 学習データが足りないのが一番の原因のようです。詳しい考察や解説は後回しにしてとりあえず結果を載せていきます

joisino.hatenablog.com ▲昔の記事 前回の試みから二年以上経ちましたがまだゆゆ式二期は発表されません。(*1) 二期が発表されないためこの記事のタイトルものんのんびよりさんから拝借することになりました。 やはり今話題のディープラーニングでなんとかするしかなさそうです。 三行で説明して Progressive Growing GAN (Tero Karras et. al. 2017) を chainer で実装して櫟井唯さん（ゆゆ式）の画像を生成しました。 こんな感じのができました。（下の方にスクロールするともっとたくさんあります。） github.com レポジトリです。 Progressive Growing GAN とは 浅いネットワークで小さい画像を生成・識別することからはじめ、段階的にネットワークと画像を大きくしていく手法です。太古に流行った AE の事前学