ニューラルネットワークの性能を決定づけるデータの量と質

Neural Network Console
2 Jul 201911:31

Summary

TLDRThis video script by Sony's Kobayashi discusses the pivotal role of data quantity and quality in determining the performance of deep learning technologies. It outlines the three key steps in developing intelligent functions: preparing a dataset, designing a neural network architecture, and training the model. The script emphasizes that while neural network architecture can be reused or optimized, data must be specifically curated for each function. It also highlights the direct correlation between data volume and deep learning performance, suggesting that more data leads to better performance without a ceiling, contrary to traditional machine learning approaches. The script concludes by stressing the importance of both data volume and quality in achieving high performance in deep learning applications.

Takeaways

  • 🧠 Deep Learning Performance: The script discusses how the performance of deep learning technologies is determined by the quantity and quality of data, emphasizing the importance of data in the development of intelligent features.
  • 📈 Data Quantity and Quality: It highlights that both the amount and the quality of data are crucial for deep learning, with more data leading to better performance without an apparent ceiling.
  • 🔍 Data Needs: The script mentions the need for a large and diverse dataset to train neural networks effectively, comparing it to human learning through various experiences.
  • 🛠️ Neural Network Architecture: The architecture of the neural network is a key factor in performance, alongside the dataset, and can be improved using various techniques or automated exploration.
  • 📚 Data Preparation: The process of preparing the dataset, such as collecting pairs of input images and their classifications, is a foundational step in developing deep learning models.
  • 📈 Data Scale Impact: The script provides evidence that deep learning performance scales linearly with the logarithm of the data amount, with no visible limit even at 3.5 billion images.
  • 🌐 Data Growth Rate: It points out that the world's data volume is growing exponentially, suggesting that deep learning performance will continue to improve as more data becomes available.
  • 🔧 Data Quality Considerations: The quality of data is multifaceted, including factors like diversity, noise levels, and whether the data is representative of the real-world distribution.
  • 🔬 Data Evaluation: The script suggests evaluating the quality of data by whether humans can make accurate judgments from it, as a benchmark for surpassing human performance.
  • 📉 Data Overhead: It notes that while higher resolution data can improve performance, it may also lead to increased computational requirements, necessitating a balance between resolution and practicality.
  • 📝 Data Collection Strategy: The amount of data needed depends on the desired performance level and the complexity of the problem, with the script suggesting starting with a proof of concept and then scaling up.

Q & A

  • What is the main topic discussed in this video script?

    -The main topic discussed in this video script is the importance of data quantity and quality in determining the performance of deep learning technologies.

  • Why is the amount of data important for deep learning models?

    -The amount of data is important for deep learning models because it directly correlates with the performance of the model. More data allows for the model to learn more effectively and achieve higher accuracy.

  • What is the role of data quality in deep learning?

    -Data quality is crucial in deep learning as it ensures that the data is representative, diverse, and free from noise and errors, which can significantly impact the model's performance.

  • What are the three steps involved in developing intelligent features using deep learning?

    -The three steps involved are: 1) Preparing a dataset for training the neural network, 2) Designing the neural network architecture, and 3) Training the network using the prepared dataset.

  • How does the performance of deep learning models change with the increase in data quantity?

    -The performance of deep learning models tends to improve linearly with the increase in data quantity, with no apparent ceiling even with extremely large datasets.

  • What is the significance of the graph mentioned in the script that shows classification accuracy versus the number of images?

    -The graph is significant as it visually demonstrates the direct relationship between the amount of data used for training and the classification accuracy achieved, indicating that performance scales with data quantity.

  • How does the increase in the world's data volume contribute to the advancement of deep learning techniques?

    -The increase in the world's data volume provides more data for training deep learning models, which is a key factor in the continuous improvement of their performance.

  • What are some of the techniques used to achieve high performance with limited data?

    -Techniques such as data augmentation, transfer learning, and semi-supervised learning are used to achieve high performance with limited data.

  • Why is it necessary to consider both the quantity and quality of data when developing deep learning models?

    -Both the quantity and quality of data are necessary because they jointly influence the model's ability to learn effectively and generalize well to new, unseen data.

  • What is the recommended approach when deciding on the resolution of data for deep learning models?

    -The recommended approach is to collect data at the highest possible quality within the constraints of storage and computational resources, as higher resolution data can be downscaled if necessary but cannot be upscaled without loss of quality.

  • How can one estimate the required amount of data to achieve a certain performance level?

    -One can estimate the required amount of data by first collecting a small dataset, training the model, and then incrementally reducing the data quantity while evaluating performance. This process helps to understand the relationship between data quantity and model performance.

Outlines

00:00

🤖 Deep Learning and Data Quality and Quantity

Kobayashi from Sony discusses the importance of data quality and quantity in determining the performance of deep learning technologies. He explains that while the architecture of neural networks is crucial, the performance is ultimately dictated by the dataset used for training. Kobayashi emphasizes that deep learning can develop intelligent features with minimal developer involvement, requiring only a well-prepared dataset and an appropriate network architecture. He also mentions that as the volume and quality of data increase, so does the performance of deep learning models, with no apparent ceiling even with billions of images. This is in contrast to traditional machine learning where performance plateaus after a certain amount of data. The script also suggests that the amount of data needed for deep learning is vast compared to human learning, and that the performance of deep learning is directly linked to the amount and quality of the data used.

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📈 The Impact of Data on Deep Learning Performance

The script highlights that increasing the amount of data used in deep learning directly correlates with improved performance, a feature that distinguishes it from traditional machine learning methods. It mentions an experiment where reducing the data by half and re-evaluating the model shows a linear improvement in classification accuracy with the logarithm of the data amount. The graph referenced, from a 2018 paper, illustrates this point, showing that even with 3.5 billion images, performance continues to improve without an apparent limit. The speaker also notes that the rapid increase in the world's data volume is a significant factor in the ongoing improvement of deep learning techniques. The script concludes by stating that while deep learning has surpassed traditional methods, the performance gap is widening, and in many practical applications, achieving high performance without a substantial amount of data is becoming increasingly challenging.

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🔍 Strategies for Collecting and Utilizing Data in Deep Learning

The final paragraph discusses the ongoing research into techniques like data augmentation and transfer learning to achieve high performance with less data. However, it stresses that the most optimal performance is still achieved with a large dataset. The speaker anticipates that in the future, organizations will need to closely collaborate with field sites to obtain the necessary amount of real data for cutting-edge research and development. The paragraph also touches on the importance of data quality, including the need for diverse and representative data, the impact of noise, and the preference for high-resolution and multi-modal data. The speaker advises collecting high-quality data within the limits of storage capacity and computational power, as the quality and quantity of data directly influence the performance of deep learning models. The script concludes by suggesting that determining the required amount of data depends on the desired performance level and the complexity of the problem at hand.

Mindmap

Keywords

💡Deep Learning

Deep Learning is a subset of machine learning that uses artificial neural networks to model and solve complex problems. In the context of the video, it is the core technology being discussed for its ability to develop intelligent features with relative ease. The script mentions that the performance of deep learning models is heavily dependent on the quality and quantity of data used for training.

💡Data Quality and Quantity

Data quality refers to the accuracy, relevance, and consistency of data, while data quantity pertains to the amount of data available. The script emphasizes that both are crucial for the performance of deep learning models. High-quality data ensures that the models make accurate predictions, and a sufficient quantity of data helps in training robust models.

💡Neural Networks

Neural networks are a set of algorithms designed to recognize patterns. They are the building blocks of deep learning. The script discusses the importance of designing the architecture of neural networks and how it influences the learning process and the final performance of deep learning models.

💡Dataset

A dataset is a collection of data used for training and evaluating machine learning models. In the script, the dataset is described as the educational material for neural networks, where a large and diverse dataset is necessary for the networks to learn effectively and make accurate classifications.

💡Feature Development

Feature development in deep learning involves creating new capabilities or functionalities for a model. The script explains that feature development using deep learning is straightforward but requires careful consideration of the data used for training, as the model's performance is directly linked to the data's quality and quantity.

💡Performance

In the context of the video, performance refers to the effectiveness and accuracy of deep learning models. The script illustrates that performance is determined by the neural network architecture and the dataset used, with the latter having a significant impact on the model's ability to learn and make predictions.

💡Data Augmentation

Data augmentation is a technique used to increase the diversity of data by applying transformations to the existing data. The script does not explicitly mention this term, but it is implied when discussing the importance of having a varied dataset to improve model performance.

💡Neural Network Architecture

This refers to the design and structure of a neural network, including the number of layers and the connections between them. The script discusses how the architecture can be optimized using various techniques and is a key factor in the performance of deep learning models.

💡Data Labeling

Data labeling is the process of assigning categories or tags to data. In the script, the importance of accurate data labeling is highlighted, as incorrect labels can lead to poor model performance when training for tasks like image classification.

💡Data Collection

Data collection is the process of gathering data for use in machine learning models. The script touches on the importance of collecting high-quality and sufficient quantities of data to ensure that deep learning models can achieve the desired performance levels.

💡Proof of Concept (PoC)

A proof of concept is an initial demonstration of a concept to evaluate its feasibility. In the script, it is suggested as a method to verify the potential of a deep learning model with a limited amount of data before committing to full-scale development.

Highlights

The video discusses the importance of data quantity and quality in determining the performance of deep learning technologies.

Deep learning can develop intellectual functions with ease, requiring three main steps: preparing a dataset, designing a neural network architecture, and training the network with the dataset.

The performance of deep learning is largely determined by the dataset and neural network architecture.

Improvements in neural network architecture can be achieved through various techniques or automatic structure exploration.

Data is essential for each specific function being developed, unlike the architecture which can be somewhat reused across different functionalities.

Deep learning requires a vast amount of data to learn all aspects of a new function, unlike humans who can learn from experiences.

The performance of deep learning models increases with the amount of data, without a clear upper limit, as demonstrated by the graph showing classification accuracy improving linearly with the logarithm of the number of images.

The growth of data worldwide at a rate of approximately 1.4 times per year supports the continuous improvement of deep learning performance.

Data quality is crucial for deep learning performance, including factors such as diversity, noise levels, and the representativeness of the dataset.

High-quality data is preferred for deep learning, even though high resolution can sometimes be problematic due to increased memory and computational requirements.

The amount of data needed depends on the target performance level and the difficulty of the problem being addressed.

Data collection should aim for high-quality data within the limits of storage capacity to allow for flexibility in later stages of development.

The video suggests a method to estimate the required amount of data by initially collecting a small dataset, training the model, and then iteratively reducing the data to observe performance changes.

Deep learning development often begins with a proof of concept using a small dataset to verify feasibility before full-scale development.

The video will discuss efficient methods for data collection in a subsequent session.

Transcripts

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はいソニーの小林です

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この動画ではディープラーニングを用いて開発した技術の性能を決定づける

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データの量と質についてデータの要としての需要さ

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またどの程度の質のデータ踊ろう程度の量集めればよいのかについてお話したいと思い

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ます

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ディープラーニングについて知りたいという方は動画の説明欄に

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かこの動画の再生いる人がありますのでどうぞそちらの方をご覧下さい

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過去の動画でも解説してきたようにディープラーニングを用いることでとても簡単に

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知的な機能を開発することができます

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知的機能を開発するように必要なのはこちらを3つのステップですまずはニューラル

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ネットワークを学習させるための教材に相当するデータセットを用意するステップ

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例えば画像分類器を学習する場合入力画像とその答え

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この場合入力した画像をどのように分類すべきかの情報のペアを出来るだけ沢山用意

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するというステップです

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そしてニューロネット r のアーキテクチャを設計するステップ

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こちら先ほど用意した教材をもとに学習を行うのを設計する作業に相当します

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あとは step 2で用意したのを step 1で用意したデータセットで学習

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すれば

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画像認識が得られるということになります

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deep learning においては実績機能を作成する際に開発者が関与するの

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はデータセットというらネットワークのアーキテクチャの日ということになりますので

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最終的な性能決定づける要素もこの2つ

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データセットと new らーネットワークアーキテクチャの2つということになり

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ますこのちーにょるネットワークのアーキテクチャについては過去の動画で紹介してき

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たような

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自身の論文で紹介されているさまざまなテクニックを用いて制度を改善したりあるいは

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構造自動探索のような機能を用いて自動で最適化することができます

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また作成する機能が変わったとしても設計に必要な老舗というのはある程度

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流用することができるようなものです

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一方でデータは基本的に作成する機能ごとに用意する必要があるものです

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人間の場合は生まれてから成長するまでの間に様々な経験を積んで成長してきています

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ので新しいことを覚えるのにも必ずしもそこまで多くの学習をしようとしないことも

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あります

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一方のニューラルネットワークがそういった経験を持っているわけではありませんので

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これから獲得しようとする機能のすべてを与えられたデータセットのみから学ぶことに

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なります

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このため人に何かを教える場合と比較すると直感的には膨大と感じるような量のデータ

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を与える必要があります

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実際本格的にディープラーニングを用いた開発を行うようになると

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ミューラーネットワークのアーキテクチャ開発に割く時間よりもデータに対して咲く

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時間の方がはるかに大きくなってくるのではないかと思います実際ディープラーニング

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において学習に用いるデータ

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の量と質は性能に直結しますまずはデータのようについてですけれども

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従来型の機械学習手法の多くではデータの数を増やしていくとデータが少ないうちは

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性能が向上するもののある一定以上になると性能が頭打ちするというのが一般的でした

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deep learning がこの点データを増やせば増やすほどそれに応じて

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ニューラネットワークの希望を大きくすれば天井知らずに性能が向上し続けるという

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特徴があります

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この特徴は例えばデータを半分に減らしながら何度も学習と評価を行うというとても

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簡単な実験を行うことで皆さんどなたでも確かめることができるものです

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こちらのグラフは2018年のこちらの論文から引用したものですけれども

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画像文例問題における縦軸分類制度と横軸

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画像枚数の関係を表すものです

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横軸が対数軸で学習に用いる画像の枚数

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グラフの右端は35億枚になっていますつまりこちらが10億枚1億枚1000万倍と

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いうことになります

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一目瞭然かと思いますけれども横軸データの数の対数に対して直線的に分類性能が向上

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していることがお分かりいただけるかと思います

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こういった現象は従来からよく知られていたものですけれども

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35億枚というデータ量になってもなおその傾向が続いている

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天井が見えないということを示すグラフとしてこちらをご紹介しました

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以前の動画でもディープラーニングベースの手法の性能は年々向上し続けている

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説明しましたけれども世界におけるデータの量は1年で約1.4倍に年で約2倍の

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ペースで増え続けていることが知られていますこのデータの増加がディープラーニング

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ベースの手法の性能が今後も向上し続けるだろう

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予測させる一つの大きな根拠になっています

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リブランディング登場以前の研究開発ではデータがなくとも頭を使って新しい手法を

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考案することで世界最高性能を実現できるということもありました

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ところが過去の動画でも紹介したとおり deep learning 登場後は画像

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認識に限らない様々な分野でディープラーニングベースの手法が従来手法の性能を

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引き離し続けているというのが現状です

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もちろん deep learning 以外の処方に要請の年々向上しているんです

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けれども

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ディープラーニングの性能向上フェイスと比較すると緩やかで結果的にディープ

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ラーニングと他の手法との性能差を開く一方というのが現状ですそういうわけですので

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特に実益

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世論の向上などを目標とした研究の多くでは今後大量のデータがないといくら頭

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を使っても最高性能が達成できない高性能の達成を目標とするような研究開発において

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は最先端の研究に取り組むことすらできないという状況になりつつあります

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こういった状況ですので少ないデータでもなんとか高い性能を実現しようという手法に

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ついても研究開発が進んでいます

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具体的にはデータをごめんてーしょん虎さあラーニング

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m-ラーニングセミスター倍増ラーニングなどがありますこれらのテクニックについて

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もまた機会があればご紹介したいと思っていますけれどもただいくら

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そういった手法を駆使した年

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でもやはり結局大量のデータがある条件で最も高い性能が実現することができるという

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点についてはしっかりと認識しておく必要があるかと思います

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今後企業や大学の研究室によっては最先端の研究開発を行うために大量の実データを

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持つ現場との密な連携が必要になってくるということが予想されます

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そしてデータの量だけで

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はなくてデータの質も性能に直結しますデータの質とひとことで言ってもそれには様々

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なものがあります

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例えばに多様なデータばかりではなくてバリエーション豊かなデータがあるのかどうか

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他の言い方をすれば最終的にニューラルネットワーク入力されるデータの母集団から

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偏りなく

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均等にサンプリングされたようなデータになっているかということが重要になります

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他にもノイズが少ないデータであるかどうか例えば犬の画像であるにも関らず猫である

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いった間違ったラベルが与えられているデータが混ざっていると性能は低下します

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また完全な実データの再現になっていないようなシュミュレーションデータを用いた

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学習

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かご紹介した元のようなテクニックを用いてディープラーニングで生成したような

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データを用いた場合も全て実データから学習した場合と比較すると基本的に性能が低下

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するということになりますまた低解像度のデータよりもよりリッチな情報を持つ高解像

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度のでた

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である方が大量のデータが与えられた条件ではより高い性能を実現できます

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え画像ロー3から認識を行うのではなくて画像音声など複数のもうなるからなるデータ

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の方が高い性能を実現できる可能性があります

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そして機械学習においてはたびたびプライバシー保護のために匿名化などの処理が行わ

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れますけれどもこれは入力データの持つ情報量を欠落させる処理になりますので性能と

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いう指標の日で考えると何も

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確保されていない生データの方が有利であるということになります

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それでは具体的にどの程度の質のデータをどの程度の量集めればよいかについてです

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けれどもこれは実際のところ取り組む課題により異なるため一概には言えないという

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ことになります

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does データの質については例えば人の性能を超えることを目指す場合は

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人がそのデータを見て正確な判断を下せるかどうかというのがひとつの目安になります

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いくらディープラーニングの性能は高いからといって人でも認識が困難で出たから高い

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性能を得るというのは困難ですりプラーニンも魔法ではありませんので目標とする性能

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を得るためにはまずその性能を実現するために十分な情報が入力データに含まれている

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ことが絶対条件になります

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一方で実用上はデータの解像度が高すぎることが問題になることもあります

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基本的には解像度が高ければ高いほど性能には有利なわけですけれども

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解像度が高くなるとニューラルネットワークの学習ずにそれだけ多くのメモリや演算に

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を必要とすることになります

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このため目悪い不足に陥ったりあるいは学習に多くの時間がかかるようになってしまい

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ます

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このため現実的には認識できるのに十分の範囲で解像度を落とすという判断も必要に

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なってきます

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とはいえ解像度を下げるという作業は元データさえあれば後から

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いつでも行うことができますのでデータ収集の段階においては

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それーじ容量などの許す範囲でできるだけ高品質なデータを収集できるようにしておく

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と良いかと思います

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え続いてデータの量についてですけれども

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どの程度のデータ類は必要かを決める主な要素は2つです

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まず一つ目は実用化のためにドロー程度の性能が必要か

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どの程度の性能を目指しているのかそして2つめは解こうとする問題の難しさです

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どの程度の性能が必要かについては取り組む課題によって大きく異なってきます

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例えばお客さんにコンテンツや商品をお勧めするというようであれば実際に購入するか

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ピースが例えば30%に満たなかったとしても時々気に入るコンテンツや商品が提示

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できるだけでも有益ということになります

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ところが認証例えばカメラに映った顔画像をもとに鍵を開けるというような

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アプリケーションを考えた場合は99.99%のような高い性能が求められる

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えなかにはそういった課題もあります他にも取り組む課題によっては目標性能の

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見積もりも難しいということもあるかと思いますけれども

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このあたりの目標性能

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積もることができる場合は目標性能は必要なデータ数を算出にあたっての強力な写真に

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なります

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問題の難しさについては例えば画像が明るいか暗いかを判断するような非常に簡単な

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問題であれば

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2中あるいは数百程度の画像で十分な精度が得られることもあります一方で1000

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種類の一般物体を見分けるというような

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問題で高い性能を得るにはかなりの数のデータを集める必要が出てきます

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べ人間にも小学生でも解けるような簡単な認識問題もあれば何でも経験を積んだ熟練者

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でないと認識ができないような難しい問題もあります

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課題によって難易度が異なる習得に必要な学習量

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ニューラネットワークの場合データ量が異なるというのは人もニューラネットは今も

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同じだと言えます

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目標とする性能を達成するために必要なデータ量ミス守るためにはある程度の量の

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データを集めたら一度

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学習して性能評価してみるというステップを踏むのが有効です

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具体的には数千数万程度のデータを収集して三浦ネットワークを学習しますそしてそこ

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からデータ数を半分

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さらに半分と減らしながら性能を評価していきます

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すると先に挙げたようなデータ量と性能のグラフを描くことができます

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エディプランニングにおいてその性能はデータを増やせば増やすほど向上するという

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ことはわかっていますのでこのグラフを延長してみることであと何倍ほどデータを

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進めれば目標の性能が達成できるかについて

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そのおおよその見積もりを得ることができるということになります

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このような特性からもディープラーニングを用いた技術の開発ではまず proof

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of concept

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po し実証実験と言って少ないデータで実現可能性を検証してその後で本格的な開発

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に要する時間やコストを見積もるということがよく行われています

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りぷら兄が学習してみないとドロー程度の性能が得られるか分からないために開発期間

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の見積もりが難しいと言われることもありますけれども

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このようなステップを踏むことによって開発期間やコストの見積もり精度を高めること

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ができるかと思います

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a そういうわけで今回はディープラーニングについてデータの量と質がいかに重要で

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あるかとしてどの程度の

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質の泥とどの程度を集めればよいかについてお話しました

play11:20

二次会は具体的にどのようにデータを収集すればよいのか

play11:23

効率的にデータを収集する方法についてお話したいと思います

play11:28

ni

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