AI用語集・ディープラーニングの要素技術

Mixupとは

ミックスアップ

別名:mixup

  • シラバス 技術25
  • ◯×チェック3問
  • 練習問題4問

最終更新日: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:未出典

1行定義

Mixupとは、2つの学習データの入力と正解ラベルを同じ比率で混ぜ合わせ、その中間にあたる新しい学習データを作るデータ拡張の手法のことです。

くわしく

Mixupは、2つの学習データをランダムに決めた比率で混ぜて、新しい学習データを作る手法です。2017年に論文が公開され、ICLR 2018で発表されました。画像なら、2枚の写真を半透明にして重ねたような画像ができます。混ぜるのは画像だけではありません。正解ラベルも同じ比率で混ぜるのが特徴です。

作り方

2つの学習データを(x1, y1)と(x2, y2)とします。xは入力、yはワンホットベクトルで表した正解ラベルです。0から1の値をとる比率λを使い、次のように作ります。

  • 入力:x = λ × x1 + (1 − λ) × x2
  • ラベル:y = λ × y1 + (1 − λ) × y2

λは、学習中にベータ分布Beta(α, α)からランダムに選び直します。αは混ぜ方の強さを決めるハイパーパラメータで、小さいほどλが0か1に近くなり、混ぜ方は弱くなります。たとえばλ = 0.7で猫と犬の画像を混ぜると、正解は「猫0.7、犬0.3」です。

なぜ効くのか

通常の学習では、モデルは学習データの点そのものに合わせ込みます。Mixupでは、データとデータの間にも答えを用意します。その結果、データの間で予測がなめらかに変わるようになり、過学習が抑えられます。提案論文では、誤ったラベルの丸暗記が減ることや、敵対的サンプルに強くなることも報告されています。入力をベクトルとして混ぜるだけなので、画像のほかに音声や表形式のデータでも効果が確かめられました。

CutMixとの違い

Mixupの画像は2枚が透けて重なるため、現実にはない不自然な見た目になります。CutMixは、一方の画像の一部を切り取ってもう一方に貼り付け、ラベルを貼った面積の比率で混ぜる方法で、この点を改めました。

覚え方

「全体を薄く重ねるのがMixup、一部を貼り付けるのがCutMix」と区別します。

G検定での出題

出題のされ方

画像全体を重ね合わせ、正解ラベルも同じ比率で混ぜる点が基本です。一部を切り貼りするCutMixや、一部を塗りつぶすCutoutとの違いが問われます。

混同しやすい用語

用語意味
Mixupこのページの用語2つの学習データの入力と正解ラベルを同じ比率で混ぜ合わせ、その中間にあたる新しい学習データを作るデータ拡張の手法
CutMixある画像の一部の長方形を別の画像の同じ位置の部分に置き換え、正解ラベルを貼り付けた面積の比率で混ぜるデータ拡張の手法

◯×チェック

3問

次の文が正しいか、誤りかを選んでください。

  1. Mixupで混合比率の分布を決めるハイパーパラメータαを大きくしすぎると、混ぜ方が強くなりすぎて、学習データにも十分に合わない未学習の状態になることがある。

    答えを見る

    答え ◯ 正しい

    提案論文では、ImageNetでαを0.1〜0.4にすると効果があり、大きすぎると未学習になったと報告しています。正則化と同じく、強さの調整が必要です。

  2. Mixupは画素を混ぜる操作にもとづくため、表形式のデータや音声のデータには使えない。

    答えを見る

    答え × 誤り

    入力をベクトルとして混ぜるだけなので、データの種類を問いません。提案論文でも、画像のほかに音声コマンドや表形式のデータで効果が確かめられています。

  3. Mixupで混ぜる2つの学習データは、正解ラベルが同じものどうしに限られる。

    答えを見る

    答え × 誤り

    2つのデータは、クラスを問わずランダムに選びます。提案論文では、同じラベルのデータどうしだけを混ぜても、Mixupによる性能の向上は得られなかったと述べています。

この用語の練習問題

4問
  1. #0062画像データ拡張手法の区別難易度 標準・単一選択未回答
  2. #0204CutMixのラベル計算難易度 標準・単一選択未回答
  3. #0394Mixupの画素値とラベル計算難易度 標準・単一選択未回答

ほかに1問あります。続けて解くと、すべての問題を順に出題します。

出典

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 最終確認日: 対応シラバス:シラバス第1.4版 技術25

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