Azure MLで何かやる
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サトヤ+プロ生勉強会＠マイクロソフト 東北支店でのセッション資料です。 ポーカーの役の識別 / 熊の出没予測 / キャラクターの識別をAzure MLで実現しようと挑戦しました。
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- 1. Azure MLで何かやる 2015年5月30日 /サトヤ+プロ生勉強会＠マイクロソフト 東北支店 山口 健史 (@quintia) 五十嵐 祐貴 (@bonprosoft) Microsoft MVP for .NET / MSP / サトヤ 1
- 2. 土下座タイム • 今回Azure MLの惨敗しました • あまり良い結果は見せられません 2
- 3. 自己紹介 • 五十嵐 祐貴 • 所属 Microsoft MVP for .NET April 2015 Microsoft Student Partners Fellow サトヤ仙台 青葉山の上 • 自然言語処理の研究室でアルバイト 機械学習はあまり良く分かってません 3
- 4. Azure MLとは • ブラウザだけで簡単に機械学習が試せるサービス 手元で環境を整える必要が一切なし！ • 数クリックで実験からデプロイまで可能 Azureの安定したプラットフォームに支えられて動きます • Azureでホストしているサービスと連携 BlobやSQL Databaseなどとも連携可能 • 様々なモジュールが手軽に扱える Open CVやR/Pythonなども扱えます 4
- 5. Azure MLを使って何かやる 〜 機械学習のはなし 〜 山口健史 @quintia サトヤ+プロ生勉強会＠マイクロソフト 東北支店 2015/5/30
- 6. わたしのこと 大学研究室で働いているエンジニア 機械学習を勉強しているわけじゃない でも、機械学習を扱う研究室なので 門前の小僧なんとやらで 「どんな話をしているか」ぐらいは わかる（気になっている） 教科書とかチュートリアルとかを 斜め読み状態でこの場に望んでいます 6
- 7. 機械学習って、なに? 7
- 8. 機械学習って、なに? コンピュータプログラムが、ある種のタスクTと評価 尺度Pにおいて、経験Eから学習するとは、タスクTに おけるその性能をPによって評価した際に、経験Eに よってそれが改善されている場合である Wikipedia 機械学習のページ より 原文は Wikipedia 英語版 Machine Learning (Tom M. Mitchell) 1997 8
- 9. 機械学習って、なに? アルゴリズムとして明示的に 解法が与えられないタスクに対して、 そのタスクを遂行するためのモデルを、 学習データから構築すること フリーソフトではじめる機械学習入門 (荒木 雅弘) 9
- 12. 機械学習の種類 教師あり学習 Classification 識別 Regression 回帰 教師なし学習 Clustering クラスタリング Anomaly Detection 異常検出 Pattern Mining パターンマイニング 半教師あり学習 強化学習 Deep learning 深層学習 12 Distant supervision
- 13. 機械学習の種類 Azure ML studio のコンポーネント 教師あり学習 Classification 識別 Regression 回帰 教師なし学習 Clustering クラスタリング Anomaly Detection 異常検出 13
- 15. 識別 2つのクラスのどちらかに属する データの集合で学習 データを持ってきた時にどちらに 属する（可能性が高いか） を当てるタスク もしくは識別面を 当てるタスク 怪奇!!次元の呪い : 識別問題,パターン認識,データマイニングの初心者のために(後編) 情報処理, vol.43, no.5, pp.562-567 (2002) ※彩色は引用者 http://ci.nii.ac.jp/naid/110002764383 15
- 16. 識別 怪奇!!次元の呪い : 識別問題,パターン認識,データマイニングの初心者のために(後編) 情報処理, vol.43, no.5, pp.562-567 (2002) ※彩色は引用者 http://ci.nii.ac.jp/naid/110002764383 こんな感じだと 思った? 16
- 17. 識別 2変数正規分布から発生させた 乱数のデータでした なので「真の識別面」は2次曲線 怪奇!!次元の呪い : 識別問題,パターン認識,データマイニングの初心者のために(後編) 情報処理, vol.43, no.5, pp.562-567 (2002) http://ci.nii.ac.jp/naid/110002764383 この谷間を上から見ると 2次曲線になる（らしい） 17
- 18. 識別 主な手法（主な、と言いつつたくさん） 決定木 ロジスティック識別 ベイジアンネットワーク ニューラルネットワーク サポートベクターマシン 3クラス以上を識別する問題は 一工夫すれば ok 18
- 20. 回帰 数値特徴から数値特徴を出力する関数 を推定するタスク 識別とは「地と図」みたいな関係 主な手法 線形回帰 回帰木 20
- 23. クラスタリング 教師なしデータから 「近いもの」の固まりを 見つけ出すタスク 主な手法 k-means 23
- 25. 問題を 解いてみよう 25
- 26. こんな題材 26
- 27. ポーカーの役の識別 Poker Hand Data Set トランプのカード5枚分のデータ と それでできる役のデータ（正解） で1件分 学習用データ 25,010件 テスト用データ 1,000,000件 http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Poker+Hand 27
- 28. ポーカーの役の識別 ２ ２ ５ ５ ７ ７ J J J ３ ４ ５ ６ ７ ♥ ♥ ♥ ♥ ♥ ６ ６ ６ Q Q ４ ４ ４ ４ ♦ ４ ♦ ５ ♦ ６ ♦ ７ ♦ ８ ♠ 10 ♠ Ｊ ♠ Ｑ ♠ Ｋ ♠ Ａ ワンペア ツーペア スリーカード ストレート フラッシュ フルハウス フォアカード ストレートフラッシュ ロイヤルストレートフラッシュ 28
- 31. ポーカーの役の識別 ２ ２ ５ ５ ７ ７ ♥ ♥ ♥ ♥ ♥ ６ ６ ６ Q Q ４ ４ ４ ４ ♠ 10 ♠ Ｊ ♠ Ｑ ♠ Ｋ ♠ Ａ ワンペア ツーペア フラッシュ フルハウス フォアカード ロイヤルストレートフラッシュ 学習器 識別モデル 正解から学習 31 学習用データ
- 32. さて 32
- 33. こう思った人が いるはず 33
- 35. （再掲） アルゴリズムとして明示的に 解法が与えられないタスクに対して、 そのタスクを遂行するためのモデルを、 学習データから構築すること フリーソフトではじめる機械学習入門(荒木 雅弘) 35
- 36. じゃあなんでこの題材？ プログラマなら100%識別可能な ルールベースの識別器が書ける ということはどう解くのかが分かる 機械学習が間違えた時にどうして 間違えたのかが想像できる 最初はそういう問題の方がいいのでは と思った 36
- 37. データの加工 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 …… 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 7 52個の 0/1 の2値データ 1つがカード1枚を表現 つまり1行には1が5個 0:役なし から 9:ロイヤル ストレート フラッシュ （正解データ） 1行が1つの役 37
- 38. 動かしてみる 38
- 40. ところで… 40
- 42. 身近な？ ＿人人人人人人人＿ ＞ データ不足 ＜ ￣Y^Y^Y^Y^Y^Y￣ 42
- 45. ある日のメール 45
- 46. Azure MLを使ってクマ出没を予測 • 「ある地点pにおいて時間tの時に、クマが出没す るかどうか」 簡単にするために、pは宮城県全体をグリッドとした時の一部とす る • 問題点 データセットの入手 熊の出没に関わる素性 学習にどのようなモデルを用いるか 熊を人が”目撃した”データからの学習である 熊にGPSが付いているわけではない 46
- 47. データセットの入手 47
- 48. ツキノワグマ出没情報 • 宮城県公式ホームページよりダウンロード可 http://www.pref.miyagi.jp/soshiki/sizenhogo/h27kumajouhou. html • H22〜H27で合計2827件の目撃情報が獲得できた • 大体の日時と大体の場所が記録 48
- 49. 熊の出没の条件とは？ 49
- 54. 熊に出会ったときは • http://www.shizenfureaikan.jp/material/images/pdf/ animals/kuma.pdf ※興奮させないことが大切です 54
- 58. プロ生ちゃん！！！ 58
- 59. プロ生ちゃんが出演する漫画があるらしい • すぱこー http://pronama.azurewebsites.net/web-comic/ • 情報処理研究会のメンバー活躍するWebコミック http://pronama.azurewebsites.net/pronama/computer- science-club/ 59
- 60. Azure MLを使ってキャラ判別 • すぱこーのデータを入力した時に漫画中のキャラを識別する • 今話題のDeep Learningに近いお話 (になるはずだった) 60
- 61. Deep Learning • 画像の分類問題 一昔前まで いかに画像から特徴を抽出するかがキー 抽出した特徴を素性として機械学習 今 実は生画像だけでも機械が特徴を自動的に獲得してくれる(？) レイヤーが深くなるごとに全体的・抽象的となっていく 61
- 62. ConvolutionとPooling (引用: http://www.vision.is.tohoku.ac.jp/files/9313/6601/7876/CVIM_tutorial_deep_learning.pdf ) カーネルは自動で学習 or Denoising Autoencoder やRBMでプレトレーニング 62
- 64. CIFAR10で学習した例 • Deep Learningでラブライブ！キャラを識別する http://christina.hatenablog.com/entry/2015/01/23/212541 • ご注文はDeep Learningですか？ http://kivantium.hateblo.jp/entry/2015/02/20/214909 • きんいろDeepLearning http://showyou.hatenablog.com/entry/2015/05/24/174621 64（画像は各サイトからそれぞれ引用）
- 65. 最高 65
- 66. さっそくやってみる • AzureでもDeep Learning 出来るらしい http://gallery.azureml.net/Details/7d3f74981b5b42cd9687370 671c86696 • Multiclass Neural Networkモジュールを使用 Hidden layer specificationをCustom definition scriptに変更 言語はNet# と呼ばれるものを使う https://azure.microsoft.com/ja- jp/documentation/articles/machine-learning-azure-ml- netsharp-reference-guide/ 66
- 67. 書く 67
- 68. 動かす 68
- 69. 突然のエラー ＿人人人人人人人人人人人人人人人人人人＿ ＞ System.NullReferenceException ＜ ￣Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y^Y￣ 69
- 70. とりあえずデモ • します 70
- 71. 思うこと • Open CV Image Readerがちょっと使いにくい 扱えるImageのサイズに制限がある 正規化されない FileNameとピクセルごとの色データしか出力されない • WebAPIのInput/Outputが少々使いにくい 画像データを渡すのが大変 • よく内部例外にあたる どこが原因かつかみにくい 71
- 72. まとめ • Azure MLは手軽に機械学習が試せる研究室 Caffeなどの強力なツールもあるが、慣れていないと環境構築も大変 • クラウドの力で大規模なデータを扱える Azure MLはAzureと連携してクラウドの利点を最大限に活かせます • まずは試してみよう！ 無料で試せます https://studio.azureml.net 72
- 73. 謝辞 • 本セッション中の実験・データ処理にあたって、以下の 方々に多大なご協力をいただきました。 佐々木さん ( @hikomimo) ぺろさん ( @ThePerorist ) おぼさん ( @oboenikui ) 雀さん ( @WeatherSparrow ) 73