要点まとめ・第4章 ディープラーニングの概要
活性化関数(シラバス 技術12)
キーワード6語 練習問題7問 最終確認日 2026年10月30日
作成:ウカトレ編集部(AIで作成し、別のAIが一次資料と照合)人による確認:未
1行の定義と◯×チェックは用語『活性化関数』の解説にあります。
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学習目標
ニューラルネットワークの中で活性化関数が果たす役割を説明し、代表的な活性化関数の形・使いどころ・注意点を、勾配消失問題との関係も含めて説明できるようにします。
要点
活性化関数の役割
ニューロンは、入力に重みを掛けて足し合わせた値を活性化関数に通して出力します。活性化関数が線形だと、層をいくら重ねても全体は1つの線形変換と変わらず、複雑な関係を表せません。非線形の活性化関数を挟むことで、層を深くする意味が生まれます。出力層では、出力を確率のような扱いやすい形に変える役割も担います。
主な活性化関数
- シグモイド関数:
f(x) = 1 / (1 + exp(-x))。出力は0から1の範囲です。2値分類の出力層で、正例である確率を表すのに使います。微分の最大値はx = 0のときの0.25です。 - tanh関数:出力は-1から1の範囲で、0を中心に対称です。微分の最大値は1なので、シグモイド関数より勾配が小さくなりにくい関数です。ただし、入力の絶対値が大きいと微分がほぼ0になる点は同じです。
- ReLU関数:
f(x) = max(0, x)。入力が正なら微分は常に1なので、層を深くしても勾配が小さくなりにくく、計算も軽いことから隠れ層で広く使われます。一方、入力が負の範囲では出力も微分も0です。負の入力ばかり受けるニューロンは、重みが更新されなくなります。 - Leaky ReLU関数:入力が負のときに、0.01倍のような小さな傾きをもたせた関数です。負の範囲でも勾配が0にならず、ReLU関数の弱点を和らげます。
- ソフトマックス関数:複数の値を、それぞれ0から1の範囲で合計が1になる値に変換します。多クラス分類の出力層で、各クラスの確率を表すのに使います。
勾配消失問題
誤差逆伝播法では、出力層から入力層へ向かって、各層の微分を掛け合わせながら勾配を伝えます。シグモイド関数のように微分の値が1より小さい関数を何層も重ねると、掛けるたびに勾配が小さくなります。その結果、入力層に近い層の重みがほとんど更新されなくなります。これが勾配消失問題です。隠れ層の活性化関数をReLU関数などに替えることが、代表的な対策の1つです。
使い分けの目安
- 隠れ層:ReLU関数とその改良版が基本です。かつてはシグモイド関数やtanh関数が使われていました。
- 出力層:回帰では値をそのまま出す恒等関数、2値分類ではシグモイド関数、多クラス分類ではソフトマックス関数を使います。
つまずきやすい点
- ソフトマックス関数は多クラス分類の出力層、シグモイド関数は2値分類の出力層で使い、隠れ層の主流はReLU関数である、という使い分けの混同
- tanh関数も入力の絶対値が大きいと微分がほぼ0になるため、勾配消失問題を完全には防げない点
- ReLU関数は入力が負のとき出力も微分も0になり、更新されないニューロンが生じうる点。Leaky ReLU関数はこの範囲に小さな傾きを与えて対処する
シラバスのキーワード
シラバス第1.4版に載っている語をすべて並べています。色のついた語は用語集で解説しています。「2問」などの数字は、その語を扱う練習問題の数です。
練習問題
- #0035 シグモイド関数と勾配消失 難易度 標準・単一選択 未回答 付箋
- #0036 出力層の活性化関数の選択 難易度 標準・組合せ 未回答 付箋
- #0037 ReLU系関数とtanh関数の性質 難易度 基礎・単一選択 未回答 付箋
- #0165 活性化関数の形と勾配の伝わり方 難易度 標準・単一選択 未回答 付箋
- #0352 回帰の出力層の活性化関数 難易度 基礎・単一選択 未回答 付箋
- #0353 ソフトマックスとシグモイドの関係 難易度 応用・単一選択 未回答 付箋
- #0354 勾配消失問題への対処 難易度 標準・単一選択 未回答 付箋
復習の時期が来た問題と、まだ解いていない問題から順に出題します。
混同しやすい用語
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出典
- G検定 試験出題範囲(シラバス2024)第1.4版 (技術分野 項目12 活性化関数)
- Yoshua Bengio, Patrice Simard, Paolo Frasconi, Learning long-term dependencies with gradient descent is difficult, IEEE Transactions on Neural Networks 5(2), 157–166 (1994)
- Xavier Glorot, Yoshua Bengio, Understanding the difficulty of training deep feedforward neural networks, AISTATS 2010, PMLR 9, 249–256
- Vinod Nair, Geoffrey E. Hinton, Rectified Linear Units Improve Restricted Boltzmann Machines, ICML 2010
- Xavier Glorot, Antoine Bordes, Yoshua Bengio, Deep Sparse Rectifier Neural Networks, AISTATS 2011, PMLR 15, 315–323
- Andrew L. Maas, Awni Y. Hannun, Andrew Y. Ng, Rectifier Nonlinearities Improve Neural Network Acoustic Models, ICML 2013 Workshop on Deep Learning for Audio, Speech and Language Processing