【G検定】ニューラルネットワーク

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ニューラルネットワーク

ニューラルネットワークの基本概念
ニューラルネットワークは、人間の脳内の神経細胞（ニューロン）のネットワークを模倣した計算モデルです。これらのネットワークは、ニューロンと呼ばれる基本的な要素が層を形成し、入力から出力までの情報処理を行います。層は入力層、中間層（隠れ層）、出力層の3つに大別され、個々のニューロンは入力に重みを掛け、バイアスを加えた後、活性化関数を通して出力を生成します。

ニューラルネットワークの歴史
1960年代から、ニューラルネットワークは複雑なシステムをモデル化し、情報を処理するための有望なアプローチとして研究されてきました。この時期の主な貢献には、Frank RosenblattによるPerceptronアルゴリズムやPaul WerbosによるBackpropagationアルゴリズムの開発があります。1980年代には、日本で福島邦彦らによって人間の視覚系に基づいたネオコグニトロンが開発され、ディープラーニングの発展に大きく貢献しました。

ディープラーニングとの関連
ディープラーニングは、隠れ層を増やしたニューラルネットワークの一形態であり、深層学習とも呼ばれます。これには、ReLU関数やソフトマックス関数などの活性化関数が使用され、勾配消失問題を軽減し、多クラス分類を可能にします。ディープニューラルネットワーク（DNN）は、特に層を深く連ねた形態で、表現力の高い複雑な関数の近似が可能です。これらのアルゴリズムは1960年代に考案されましたが、近年のコンピュータ技術の進化により、実用レベルでの利用が可能になりました。

ニューラルネットワークの応用
ニューラルネットワークは、入力層、出力層、重みの調整を通じて柔軟なモデル表現を可能にし、バイアス項を追加することで二値分類問題の解決や多クラス分類を可能にします。重みは学習過程で調整され、損失関数を最小化するように最適化されます。この学習過程は「バックプロパゲーション」と呼ばれる手法を用いて行われます。ニューラルネットワークのモデルには多くのバリエーションが存在し、非線形なデータの分類にも対応可能な多層パーセプトロンが開発されています。