多層パーセプトロン(MLP)は、ニューラルネットワークの一種で、入力層、隠れ層(中間層)、出力層の3つ以上の層から構成されています。以下に、MLPの構造とその動作を図を用いて説明します。
多層パーセプトロンの構造
1. 入力層 (Input Layer)
入力層は、外部からのデータを受け取る層です。各ノード(ニューロン)は、データの各特徴を表しています。 ### 2. 隠れ層 (Hidden Layer)
隠れ層は、入力データを処理し、特徴を抽出する層です。MLPには1つ以上の隠れ層があり、各隠れ層のノードは前の層の全てのノードと接続されています。隠れ層のノードは非線形活性化関数を使用して、データの非線形性を捉えます。 ### 3. 出力層 (Output Layer)
出力層は、最終的な予測結果を出力する層です。出力層のノード数は、分類問題の場合はクラス数、回帰問題の場合は予測する値の数に対応します。 ### 図解
以下に、典型的な多層パーセプトロンの構造を示す図を掲載します。
graph TD;
A[入力層] --> B[隠れ層1]
B --> C[隠れ層2]
C --> D[出力層]
subgraph 入力層
A1[特徴1]
A2[特徴2]
A3[特徴3]
end
subgraph 隠れ層1
B1[ノード1]
B2[ノード2]
B3[ノード3]
end
subgraph 隠れ層2
C1[ノード1]
C2[ノード2]
C3[ノード3]
end
subgraph 出力層
D1[クラス1]
D2[クラス2]
end
A1 --> B1
A1 --> B2
A1 --> B3
A2 --> B1
A2 --> B2
A2 --> B3
A3 --> B1
A3 --> B2
A3 --> B3
B1 --> C1
B1 --> C2
B1 --> C3
B2 --> C1
B2 --> C2
B2 --> C3
B3 --> C1
B3 --> C2
B3 --> C3
C1 --> D1
C1 --> D2
C2 --> D1
C2 --> D2
C3 --> D1
C3 --> D2
多層パーセプトロンの動作
1. 順伝播 (Forward Propagation)
入力データが入力層から隠れ層、そして出力層へと順に伝播します。各ノードは、前の層のノードからの入力を重み付けして合計し、活性化関数を適用して出力を生成します。 ### 2. 誤差逆伝播 (Backpropagation)
出力層での予測結果と実際の値との誤差を計算し、その誤差を逆方向に伝播させて各層の重みを更新します。このプロセスにより、モデルは学習し、予測精度を向上させます。 ### 活性化関数
MLPでは、シグモイド関数、ReLU(Rectified Linear Unit)、tanh(双曲線正接関数)などの非線形活性化関数が使用されます。これにより、MLPは線形分離不可能な問題も解決できます。 このように、多層パーセプトロンは複数の層と非線形活性化関数を用いることで、複雑なパターンや関係性を学習し、さまざまな機械学習のタスクに応用されています。 Citations: [1] https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E5%B1%A4%E3%83%91%E3%83%BC%E3%82%BB%E3%83%97%E3%83%88%E3%83%AD%E3%83%B3 [2] https://towardsdatascience.com/multilayer-perceptron-explained-with-a-real-life-example-and-python-code-sentiment-analysis-cb408ee93141?gi=386289e69a01 [3] https://www.datacamp.com/tutorial/multilayer-perceptrons-in-machine-learning [4] https://tmytokai.github.io/open-ed/activity/dlearning/text02/page02.html [5] https://h2o.ai/wiki/multilayer-perceptron/ [6] https://www.shiksha.com/online-courses/articles/understanding-multilayer-perceptron-mlp-neural-networks/ [7] https://zero2one.jp/ai-word/multi-layer-perceptron/ [8] https://www.youtube.com/watch?v=7YaqzpitBXw [9] https://www.geeksforgeeks.org/multi-layer-perceptron-learning-in-tensorflow/ [10] https://ainow.ai/2022/09/13/267819/ [11] https://en.wikipedia.org/wiki/Multilayer_perceptron [12] https://gen-ai-media.guga.or.jp/glossary/mlp/ [13] https://ja.d2l.ai/chapter_deep-learning-basics/mlp.html [14] https://qiita.com/maskot1977/items/d0253e1eab1ff1315dff [15] https://www.researchgate.net/figure/A-schematic-diagram-of-a-Multi-Layer-Perceptron-MLP-neural-network_fig3_257071174