AIの起源は古代ギリシャにあり

今日のAIや深層学習（ディープラーニング）は、2,000年以上前から蓄積されてきた世界中の優秀な発明家たちの功績に成り立っています。AIがどこに向かっているのか、現在の状況になるまでの経緯から理解していきましょう。AIはどこから始まったのか、その真相に迫ります。

AI研究の歴史は1世紀以上にわたり、最近ではますます脚光を浴び非常に重要な分野になりました。パターン認識と機械学習においては特に、経験から学習する人工ニューラルネットワーク（NN）の比較的新しい呼び方である「ディープラーニング（DL）」が大変革をもたらしました。今やDLは、産業及び日常生活で頻繁に使用されています。スマホの画像及び音声認識、言語の自動翻訳などがその一例に当たるでしょう。

英語圏諸国では、DLの起源は自国にありと信じている人が多いですが、実際には、DLは英語圏以外の国で発明されました。広範囲にわたるコンピューティングの歴史の中からAIに絞って見てみましょう。

初期コンピューティング時代のパイオニアたち

最古の機械式計算機に数えられる、紀元前1世紀のギリシャで作成された「アンティキティラ島の機械」があります。さまざまな大きさの37個の歯車で動作し、天体事象を予測するのに使われていました（写真1）。

 

写真1：紀元前1世紀のギリシャで作成されたアンティキティラ島の機械
種々サイズの37個の歯車で構成・天体事象の予測に使用されていた（写真：DU ZHI XING/Shutterstock.com）。

アンティキティラ島の機械 

その後1505年にニュルンベルクのピーター・ヘンライン（Peter Henlein）が丸型懐中時計を完成させるまでの1,600年間、その精巧さを超えるものは現れませんでした。しかしヘンラインの機械は、アンティキティラ島の機械と同じく、いわゆる入力した数値から結果を計算する機械ではなく、単にギア比を使って時間を振り分けたものでした。分数を出す際は秒数を60で割り、時間数を出す際は分数を60で割ります。

 

基礎算数用自動計算機と歯車式計算機パスカリーヌ

しかし1623年、テュービンゲンのヴィルヘルム・シッカート（Wilhelm Schickard）が、史上初の基礎算数用自動計算機を発明しました。その後1640年にはブレーズ・パスカル（Blaise Pascal）が歯車式計算機パスカリーヌを、1670年にはゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツ（Gottfried Wilhelm Leibniz）が「段付き歯車」と呼ばれた機械式計算機を発明し、これは足し算・引き算・掛け算・割り算の四則演算すべてを可能にした最初の計算機でした。1703年にライプニッツは、現在事実上あらゆるコンピューターで使われている二進法のアプローチについて説いた「Explanation of Binary Mathematics（二進法算術の解説）」という書著を発行しています。

数理解析やデータ分析はここからさらに発展し続けました。1800年頃には、カール・フリードリヒ・ガウス（Carl Friedrich Gauss）とアドリアン＝マリ・ルジャンドル（Adrien-Marie Legendre）によって、線形回帰による最小二乗法のパターン認識（「シャローラーニング」ともいわれる）が生み出されました。ガウスがこの技術を使用して過去の観測を分析し、さまざまな手法で予測子のパラメータを調整することで小惑星ケレスの新しい位置を正確に予測、そして再発見したことは有名な話です。 

 

パンチカードでプログラムできる自動織機 

この頃に実用的なプログラム制御式機械第一号がフランスで誕生しました。パンチカードでプログラムできる自動織機です。つまり1800年頃に、ジョゼフ・マリー・ジャカール（Joseph Marie Jacquard）と仲間たちが世界初のプログラマーになったということです。

1837年になると、イギリスのチャールズ・バベッジ（Charles Babbage）が「解析機関」というさらに汎用的なプログラム制御式機械を設計しました。当時はまだライプニッツの二進算術ではなく面倒な十進法に基づいていたため、誰もこの設計に成功していませんでした。しかし1991年になると、バベッジのそれほど一般的ではない階差機関2号機の試作機が実働していました。

20世紀の初頭には、インテリジェンスによる機械が著しく進歩しました。ここからは、1900年以降に起きたAIの発展に関連する出来事をご紹介します。

• 1914年、スペインのレオナルド・トーレス・イ・ケベード（Leonardo Torres y Quevedo）は、電磁部品を使った歴史上最初のチェス機械を作成しました。人間側が介入することなく、どの位置からでも終盤戦におけるキングとルーク（キャスリング）を展開させることができました。それまでチェスは知的活動と考えられていました。

• 1931年、オーストリアのクルト・ゲーデル（Kurt Gödel）は、整数を元にした世界初の万能なコーディング言語を発明し、AI理論及びいわゆる理論コンピューター科学を生み出しました。ゲーデルはこれを利用して、一般的な計算定理証明機を解説し、数術、計算、及びAIの根本的な制約を特定しました。その後1960年代及び1970年代に開発されたAIやエキスパートシステムの多くは、ゲーデルが導入した定理証明や演繹推論のアプローチを適用しています。

• 1935年、アメリカの数学者アロンゾ・チャーチ（Alonzo Church）は、ゲーデルによる1931年の研究結果をさらに発展させたものを発表し、Entscheidungsproblemまたは決定問題を解決し、ラムダ計算といわれる新しい万能な言語を導入しました。これが一般的なプログラミング言語LISPの基礎です。イギリスのアラン・チューリングは1936年、さらに別の強力な理論的概念を元に上記言語を再公式化し、この概念は現在「チューリングマシン」（写真2）といわれています。チューリングはAI主観テストも提案しています。

 

写真2：イギリスのアラン・チューリングは1936年、現在は「チューリングマシン」といわれている理論的概念を元に一般的なプログラミング言語LISPを再公式化（写真：EQRoy/Shutterstock.com）

• 1935年から1941年までに、コンラート・ツーゼ（Konrad Zuse）は、世界初の完全動作するプログラム制御式コンピューター「Z3」を開発しました。また1940年代になると、世界初の高水準プログラミング言語を設計し、これを利用して世界初の汎用チェスプログラムを開発しました。さらに1950年には、世界初の商用コンピューター「Z4」を開発しました。UNIVAC第一号が発表される数カ月前のことでした。

• 「AI」という名称は、ジョン・マッカーシー（John McCarthy）が1956年のダートマス会議で使用した用語ですが、このトピックについてはパリで行われたコンピューターと人間の思考に関する有名な会議（「Les Machines à Calculer et la Pensee Humaine」）において言及されていました。ハーバート・ブルデラー（Herbert Bruderer）はこれがAIに関する最初の会議であると強く主張しています。この会議には世界各国のエキスパートが出席しており、ノーバート・ウィーナー（Norbert Wiener）は、上述したトーレス・イ・ケベードの有名なチェス機械と対戦しました。

• 1950年代後半、フランク・ローゼンブラット（Frank Rosenblatt）がパーセプトロンと「シャローニューラルネット」用のシンプルな学習アルゴリズムを開発しました。これらは実際には、1800年前後にガウスとルジャンドルによって導入されたさまざまな旧型線形回帰でした。ローゼンブラットはその後、さらに進んだディープネットについても考案しましたが、それほど進歩することはありませんでした。

•  1965年、ウクライナのアレクセイ・イヴァフネンコ（Alexey Ivakhnenko）とヴァレンティン・ラパ（Valentin Lapa）は、任意の層数を持つ深層の多層パーセプトロンに対する学習アルゴリズムについて、初めて著書を出版しました。フィードワードネットワークに「ディープラーニングの父」がいるならば、それはイヴァフネンコということになります。イヴァフネンコのネットは、2000年以降所標準（最大8層）から見ても深い層でした。また現在の深層NNのように、彼らは階層的で分散される入力データの内部表現を作成することを学びました。ここ数十年でディープラーニングは非常に重要なものになっています。人間の脳に多少関連しているAIの専門分野の一部です。人間の脳には約1000億のニューロンが存在し、それぞれが10,000の他のニューロンとつながっています。そのいくつかは、データ（聴覚、視覚、触覚、痛覚、空腹感）を使って他のニューロンを運ぶ入力ニューロンです。それ以外は筋肉を制御する出力ニューロンです。ほとんどのニューロンは、思考中には隠れています。例えば人間の脳は、ニューロンがお互いどのくらいの強さで影響し合っているのか、またそれらは生まれてからすべての経験をどのように符号化するのかを判断するため、繋がりの強さまたは重さを変更することで学習します。現代のDLの人工ニューラルネットワークは、これが元になっており、旧方式と比べて学習率が向上しています。

•  1969年、マービン・ミンスキー（Marvin Minsky）とシーモア・パパート（Seymour Papert）は、シャローラーニングの限界について書いた有名な著書「パーセプトロン：計算幾何学入門（Perceptrons: an introduction to computational geometry）」を発表し、アレクセイ・イヴァフネンコとヴァレンティン・ラパが5年前に解いた問題について議論しました。「ミンスキーの本はNN関連の研究を遅らせた」と言われてきましたが、それは事実ではなく、またはアメリカ以外で行われていた研究を対象にはしていませんでした。その後数十年間、特に東ヨーロッパの研究者たちの多くは、イヴァフネンコたちの理論を基礎にしてきました。2000年に入ってからも、多く引用されてきたイヴァフネンコの深層ネットトレーニング方法を使用しています。

 

1970年までの歴史についてはこれくらいにしておきましょう。続きは、また次回のブログでさらに詳しくご紹介します。

 

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 著者

 Jürgen Schmidhuber

メディア上では「現代版AIの父」と呼称されるJürgen は、15歳の頃、自分より賢い自己改善型AIの開発を目指していたが断念。1991年に創立した自身の研究所で開発したLong Short-Term Memory (LSTM)を含むDeep Learning Neural Networksは、機械学習の先駆けと言われている。様々な賞を受賞、あらゆるメディアに寄稿、基調講演者として活躍し、人々に役立つAIの開発を目標とするNNAISENSEの科学部門責任者として現在も活躍中。さらに政府機関へのAIアドバイザでもある。

さらなる彼の経歴については、上記Mouserサイトでご参照ください。

AI開発の行方・AIストラテジスト・シャーロット・ハン氏インタビュー！

 

 

科学技術者・AIストラテジスト・基調講演プレゼンタと多くの肩書を持つシャーロット・ハン氏を迎えて、AI開発に関する今後数年の変化や考察を聞いてみました

  

インタビュー：Marcel Consée　＆マウザーエレクトロニクス

Q: 技術開発の経緯を見て、今後5年間で大規模な範囲にAIの導入を図る事業部門はどこだと思われますか？

シャーロット：まずは、コストとデータの検証が必要となります。ビジネスでは、効率アップによる増益またはコスト削減を目的としてAIを導入しますので。

データはAIの生命線です。データがなければAIは機能しませんので、変革が最初に起こるのはデータが存在している場所です。

これをヒントに考えると、ビジネスの最前線、セールス及びマーケティングに焦点があたります。 

これらの事業部門が他よりも早くAIを採用すると思われる理由は、売上に直接影響があるからというだけではありません。例えば「ウェブサイトに来た人」、「ホワイトペーパーをダウンロードした人」、「営業担当者と話をした人」、また「カートの中身を削除した理由」など、彼らが顧客をより理解するためでもあります。

 AIは、見込み客を自動的に振り分け、営業担当者に彼らをフォローするようタイミングよく促すことができます。またAIは、クライアントごとにパーソナライズ化したコンテンツやメッセージを提供し、顧客の求めるものを予測することもできます。

さらにセールス及びマーケティングは、AIを採用しても他の機能への影響が少ないため、AIを実装するリスクの低い分野でもあります。

次に、それら事業部門との関係性が高く、見落としてはならないのがカスタマーサポート部門です。 

既にデータ収集を開始し、顧客の行動を理解しようとしているなら、セールス及びマーケティングが得たインサイトを使用して、カスタマーサポートに活かさなければ意味がありません。つまり、顧客の維持が顧客生涯価値を高めるため、新規の顧客を獲得することよりも、既存の顧客を満足させ長い関係性を維持する方が容易であると考えます。

既存のサポート部門を今すぐ切り替えることはできませんが、、そのうち24時間体制でも疲れることなく、短時間で応答することができるバーチャルカスタマーサポートが生まれるでしょう。

他にもAIを導入する可能性が明らかに高いのは、パフォーマンスの改善や生産性の向上を絶えず試され・要求されるサプライチェーンだと思われます。

エッジコンピューティング（またはエッジAI）の台頭により、すべてのデータを中央サーバーに集約し処理して戻す処理を行わずとも、エッジコンピュータではすぐにデータを分析することができ、また即座に意思決定を行うことも可能になりました。これにより待機時間は大幅に短くなります。

例えば製造領域にロボットと異常検出ソフトを導入すれば、迅速にプロセスを効率化し、精度を向上させることができます。セールス及びマーケティング部門においてAIが顧客の欲しいものを予測できると述べましたが、サプライチェーンにおいても同様の方法で、AIが大規模に需要と供給のバランスを保ってくれます。これは何も物理的な商品に限ったことではありません。エネルギー会社は、送電網への需要急増を予測し、グリーンエネルギーを最適化するため、ますますリアルタイムの需要予測に興味を示しています。

また、サプライチェーンでは、ほとんどのデータは個人データではなく、プロセスまたは機械によって生成されるため、データプライバシーリスクへの対処はほぼ発生しないものと思われます。さらに、新型コロナウィルスの収束後にこの経済的打撃からできるだけ迅速に回復するには、きちんと管理された信頼できるサプライチェーンを装備していることが切り札になると確信しています。残念ながら、ここでAI採用に積極的でない組織とは差が付くことになるでしょう。

 

Q: 5年間でAIのインパクトを最適化するには、どのような技術的進歩が必要だと思われますか？

シャーロット：AIを実装するために、遥か彼方にある銀河系の星のような、見たこともない未来の技術を夢見る必要はないと思います。必要なのはデータの「民主化」だと思います。

クラウドコンピューティングはもちろん技術を進歩させましたが、5Gネットワークが普及する時代には、エッジコンピューティングがAI導入に拍車をかけることになるでしょう。

エッジコンピュータは比較的安価で、さらにAIアクセスへのプロセスを減らしてくれます。

企業内で解決しなければならないこともあります。残念ながらiPadにタブローをインストールしていればデータを使えると思っている幹部社員がまだいることです。

そもそもAIを導入する目的は、データがパイプラインをスムーズに流れるインフラを構築することです。必要な時に利用できる「オンデマンドの水道水」が理想形です。データの80%までが構造化されていない場合は特に、データのパイプラインまたはインフラの設置が非常に重要となります。つまり、データが構造化されていてもいなくても、複数の情報源からデータを収集して取り込むことができる適切なアーキテクチャを構築することが、会社にとってAI活用の第一歩となるのです。

そしてこのアーキテクチャがあれば、必要な時にデータを高速処理・移動し、インサイトや分析結果を取得してビジネスプロセスを短縮することができるようになります。

AIの採用時に幹部社員が頭を悩ますもう一つの課題は、社内にAIを処理できる人材が不足している事実です。そのため、AutoMLやAI-as-a-Serviceの重要性ばかり高まっていきます。これらを導入すると、概念をテスト、検証してから、会社に適したAIイニシアチブへ投資することができます。

 

Q: 学習型AIは利用できるデータの量と質に依存してるため、データをできるだけ中立的でバイアス（偏り）のない状態に保つには何をしたらよいでしょうか？メインのAIのためにインプットデータを「精製する」には再帰的なAIを複数採用すべきでしょうか？

シャーロット：これは難しい質問ですね。というのは、例えば完璧なトレーニングを受けた高性能のモデルを所有していたとしてもいずれは古くなりますし、「コンセプトドリフト」といわれるものが起こることもあります。コンセプトドリフトとは、入力データと出力データの関係性が予期せず変化することをいい、通常は予測の精度が劣化します。

さらに、AIがDNN（Deep Neural Network）でトレーニングされている場合、DNNには隠れた層が数多くあるため、DNNが導き出した結論の理由を人間が理解または説明することができないのです。これが俗にいう「AIのブラックボックス問題」です。つまり、これらが解決されない限り、メインのAIを機能させるために別のAIを採用するというのは得策ではないということです。一方良いニュースもあります。現在多くの研究者が、AIが自ら説明できるようにするためのツール開発に取り組んでいます。このような背景によって、エクスプレイナブルAI（説明可能なAI）という分野が生まれ、解説及び搭載可能なモデルを開発するチームの支援を目指しています。

その日が来るまでは人間による判断に依存しなければなりません。つまりこの質問に対するベストアンサーは「私たち人間」です。

AIプロジェクトに携わる人たちは、バイアス問題を常に意識し、できる限りバイアスのないデータを収集しなければなりません。トレーニングプロセス中にデータセットにバイアスを見つけた場合は、バイアスをゼロにしなければなりません。さらに、プロジェクトや製品へより透過性を与え、厳しい監査プロセスを課し、できるだけ迅速に問題点を認識できるようにします。また別種の複数のテストデータを準備し、システムにバイアスがないことを保証することが重要です。システムが最新であることを確認するこの作業を定期的に継続して行います。

私たちは人間ですので、それぞれのバイアスがあります。AIチームの背景や経歴はバラバラである方が、お互いがお互いをチェックし、バランスを保つことができるため、チーム内で盲点を取り除きやすいチームということになります。

また人間が判断したデータをAIが審査して、異常を検出し、不一致箇所を指摘できるように、私たちがAIをトレーニングすることもできます。

 

Q:プログラムをリライトできる学習AIに特定の倫理ガイドラインを実装することは可能ですか？価値システムが各業界に枝分かれすることを考えると、これはむしろ望ましいことなのでしょうか？

シャーロット：安心してください。AIが自身でプログラミングをして制御不能になるまでにはまだ程遠い状態です。

「核兵器の不拡散に関する条約」があるように、世界が同意するハイレベルな倫理ガイドラインを持つことは重要ではありますが、行動計画はそれぞれ異なるため、個人、組織、企業などすべてが、全く同じAIの倫理規則において細かく定めることは非現実的です。

例えば自動運転車を所有していたとして（そのころには車を所有する必要がなくなるとしても）、その車には、通りを横切る犬を跳ねないようにハンドルを右に切り、結果的に私自身が死ぬかもしれないという選択をしてほしくないと思います。しかし実際自分の車が迷わず犬を轢いたとしたら、不快な思いをせずにいられるでしょうか？そして最終的に私は、モラルを最優先させ、私が命を落としてもベビーカーの赤ちゃんを救うよう設計するメーカーから車を買うのでしょうか？余り自信はありません。これがいわゆる「トロッコ問題」です。

私たちが規則を準備していたとしても、まだAIではうまく機能しません。例えば英語という言語を見てみましょう。「非の打ちどころのない英語」を完璧に話せる人は一人もいません。言語はその使用者たちによって変化し続けているのが現実だからです。完璧な文法で話す人は一人もいないのです。

AIも同様に、トレーニングを受けたデータによって進化します。

ルールをベースにするAIは、存在する全てのルールを書き込むことはできないため、拡張することができません。AIは、あらゆる可能性を探り、最適化した最善の戦略を見つけるよう設計されます。抜け道を探すよう、故意にトレーニングされるのです。ルールを書き足せば書き足すほど、AIが見つける抜け道の数は増えます。

道徳的価値は、各企業・組織が定める製品の設計哲学に反映され、消費者はそれに同意すればお金を払うようになると私は思います。洗練されていない資本主義的な考え方かもしれませんね。

政府機関が新しい技術を理解し、適切に管理できるようになるまでには常にかなりの時間がかかりますが、それでも政府の役割は重要です。しかし、私たちの時代は、国際社会から集まった機関が「AI兵器の不拡散」を主導していかなければなりません。ただし条約は本当は人間を規制するためのものになります。

 

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シャーロット・ハン

アジア圏生まれ、アメリカの大学で学んだ後、NVIDIAをはじめ業界大手企業でDeep Learning ＆AI のMarketing Managerなどを経験し今に至る。人々の生活に役立つAI技術設計について、様々なイベント、メディアを通じて発信中。

http://www.charlottehan.com/