分類問題とは

ぶんるいもんだいclassification problem別名 分類、クラス分類

1行定義

分類問題とは、入力データが、あらかじめ決められたいくつかのクラス(カテゴリ)のうちどれに当たるかを予測する、教師あり学習の問題のことです。

くわしく

分類問題は、データを決められた箱のどれかに振り分ける問題です。迷惑メールかどうかの判定、画像に写った動物の種類の判別、顧客が解約するかどうかの予測などが当たります。教師あり学習は、出力の種類によって分類問題と回帰問題に大きく分かれます。

回帰問題との違い

回帰問題は、売上金額や気温のような連続した数値を予測します。分類問題は、「迷惑メール」「通常のメール」のようなカテゴリを予測します。

見分けるときは、手法の名前ではなく出力の形を見ます。ロジスティック回帰は名前に「回帰」とありますが、クラスに属する確率を出し、分類に使います。決定木は、分類と回帰のどちらにも使えます。

2クラス分類と多クラス分類

クラスの数で、2クラス分類(二値分類)と、3つ以上のクラスを扱う多クラス分類に分けます。ニューラルネットワークでは、2クラス分類の出力層にシグモイド関数、多クラス分類の出力層にソフトマックス関数を使うのが一般的です。1つのデータに複数のクラスを同時に付けるマルチラベル分類では、クラスごとにシグモイド関数を使います。誤差関数には交差エントロピーを使います。

代表的な手法には、ロジスティック回帰、サポートベクターマシン(SVM)、決定木、ランダムフォレスト、ニューラルネットワークなどがあります。多くのモデルは各クラスに属する確率や点数を出し、しきい値などでクラスを決めます。

評価の仕方

正解率だけでは不十分なことがあります。不良品が1%しかないデータでは、すべてを「良品」と答えても正解率は99%になります。混同行列をもとに、適合率、再現率、F値、ROC曲線・AUCなどを目的に合わせて使い分けます。

クラスタリングとの違い

クラスタリングも、データをグループに分けます。ただし正解のラベルを使わない教師なし学習で、各グループの意味は後から人が解釈します。

覚え方

「数を当てるのが回帰、箱を当てるのが分類」と覚えます。

G検定での出題

出力が連続値の回帰問題との区別(名前に回帰とあるロジスティック回帰は分類に使うことなど)、2クラス分類と多クラス分類の違い、具体的なタスクへの当てはめが問われます。

混同しやすい用語

用語意味
回帰問題入力データから、価格や気温のような連続した数値を予測する、教師あり学習の問題
クラスタリング正解ラベルのないデータを、特徴の似たものどうしが同じグループ(クラスタ)になるように分ける、教師なし学習の手法

違いを表で比べる:分類問題と回帰問題

◯×チェック

  1. 多くの分類モデルは、各クラスに属する確率やスコアを出力し、それにしきい値を当てはめたり最大のものを選んだりして、最終的なクラスを決める。

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    答え ◯ 正しい

    たとえば2クラス分類では、陽性の確率が0.5以上なら陽性とする、のように決めます。しきい値を変えれば、同じモデルでも判定の結果が変わります。

  2. 学習データになかった種類のデータが入力されると、通常の分類モデルはそれを新しいクラスとして自動的に追加し、そのクラスを答える。

    答えを見る

    答え × 誤り

    通常の分類モデルは、学習時に決めたクラスのどれかを必ず答えます。未知の種類のデータも既存のクラスに割り当ててしまうため、新しいクラスを扱うにはラベルを付けて学習し直します。

  3. 来月の売上金額を予測するタスクは、金額が整数で表されるため分類問題に当たる。

    答えを見る

    答え × 誤り

    金額は大小の順序と連続的な幅をもつ数値なので、回帰問題です。出力が数値か、決められたカテゴリかで区別します。

練習問題

分類問題の問題(6問)
  1. 生成AIの活用場面
  2. 回帰問題と分類問題の区別
  3. 多クラス分類の実現方法
  4. ロジスティック回帰の係数とオッズ
  5. クラスタリングと分類の使い分け
  6. ソフトマックスとシグモイドの関係

AIで作成 人による確認:未 誤りを報告

出典と作成について

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。手順は編集方針)

公開日: 最終更新日: 最終確認日:

対応シラバス:シラバス第1.4版 技術7

出典

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