1行定義
ジョルダンネットワークとは、前の時刻の出力層の値を状態層に戻し、次の時刻の隠れ層への入力として使う、初期の再帰型ニューラルネットワークのことです。
くわしく
ジョルダンネットワークは、Michael I. Jordanが1986年の技術報告「Serial Order: A Parallel Distributed Processing Approach」で示した、初期の再帰型ニューラルネットワーク(RNN)です。もとは、人が一連の動作を正しい順序で行うしくみを説明する、認知科学のモデルとして提案されました。
しくみ
入力層・隠れ層・出力層に加えて、状態層(state units)を持ちます。各時刻の出力層の値は状態層に戻され、次の時刻には入力と状態層の値が一緒に隠れ層へ入ります。つまり、ネットワークは「自分が直前に何を出力したか」を手がかりに、次の出力を決めます。原論文では、入力にあたる部分は、どの系列を実行するかを表す「計画(plan)」のユニットと呼ばれています。
状態層の各ユニットは、1より小さい重みで自分自身に戻る結合も持ちます。そのため状態層の値は、過去の出力を古いものほど小さな重みで混ぜた平均のようになり、遠い過去の出力も弱まりながら残ります。原論文では、これらの戻りの結合の重みは固定し、状態と計画から出力を作る部分だけを学習させています。
エルマンネットワークとの違い
1990年のエルマンネットワークは、出力層ではなく隠れ層の値を戻します。ジョルダン型が次の時刻へ渡せるのは、表に出た出力だけです。エルマン型は、出力に現れない内部の状態も渡せます。現在の標準的なRNNは、エルマン型に近い構造です。
教師強制との関係
Jordanの原論文では、学習中に実際の出力の代わりに望ましい出力(正解)を状態層へ戻す方法も試し、こちらのほうが少ない試行回数で学習できたと報告しています。性能を確かめるときは、実際の出力を戻します。これは、のちに教師強制と呼ばれる方法です。
覚え方
「ジョルダンは出力を戻す」と覚えます。年代も、ジョルダン(1986年)が先、エルマン(1990年)が後です。
G検定での出題
出題のされ方
出力層の値を戻すジョルダンネットワークと、隠れ層の値を戻すエルマンネットワークの区別が中心です。構造の説明や図から、どちらの型かを答えさせる形が典型です。
混同しやすい用語
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| ジョルダンネットワークこのページの用語 | 前の時刻の出力層の値を状態層に戻し、次の時刻の隠れ層への入力として使う、初期の再帰型ニューラルネットワーク |
| エルマンネットワーク | 前の時刻の隠れ層の値を文脈層に写し取り、次の時刻の隠れ層へ入力として戻す、単純な構造のRNN |
◯×チェック
次の文が正しいか、誤りかを選んでください。
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ジョルダンネットワークでは、前の時刻の出力層の値が、次の時刻の計算に入力として使われる。
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答え ◯ 正しい
出力層から状態層へ戻る結合を持つのが特徴です。隠れ層の値を戻すエルマンネットワークとの違いとして押さえます。
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ジョルダンネットワークは、エルマンネットワークを改良するために、その後に提案されたモデルである。
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答え × 誤り
順序は逆です。Jordanの技術報告は1986年、Elmanの論文は1990年です。Elmanは論文の中で、Jordanの研究を先行研究として挙げています。
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Jordanの原論文では、状態層の各ユニットが1より小さい重みで自分自身に戻る結合も持ち、過去の出力の影響が古いものほど弱まりながら状態に残る。
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答え ◯ 正しい
状態層の値は、前の時刻の出力と、重みを掛けた自分自身の値の和です。そのため状態は、過去の出力を古いものほど小さな重みで混ぜた平均のような値になります。
この用語の練習問題
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22 回帰結合層)
- Michael I. Jordan, Serial Order: A Parallel Distributed Processing Approach, Advances in Psychology 121, 471–495 (1997; 1986年の技術報告を収録)
- Jeffrey L. Elman, Finding Structure in Time, Cognitive Science 14(2), 179–211 (1990)
- Ian Goodfellow, Yoshua Bengio, Aaron Courville, Deep Learning, MIT Press (2016) (10.2.1 Teacher Forcing and Networks with Output Recurrence)