1 KYOTO UNIVERSITY KYOTO UNIVERSITY ウェブから能動学習の観点で 有益なデータを取得する 佐藤竜馬 Active Learning from the Web (WWW 2023)

2 KYOTO UNIVERSITY データのラベル付けにはコストがかかる 猫 犬 猫 アノテーションは 大変…… : :

3 KYOTO UNIVERSITY 能動学習によりラベル付けのコストは軽減される ◼ 能動学習では 1000 個のラベルなしデータが与えられ、 モデルの様子を見ながら珠玉の 10 個を選びラベル付けをする ◼ ラベルなしデータの良さそう度合い（獲得関数）としては 様々な効果的な指標が提案されている モデル やりとり 数千のデータプール ラベルなしデータ 獲得関数

4 KYOTO UNIVERSITY 既存の能動学習ではラベルなしデータを集めるのが大変 ◼ 既存の能動学習の問題点（本研究の着眼点） ⚫ ラベルなしデータを用意するのが大変 ラベルなしとはいえ、なんでも良いという訳ではない タスクに関係のある 1000 データを集めるのは大変 既存研究はこれらをタダで収集できると仮定しているが、 現実そうではないと我々は主張する ⚫ 既存法データサイズは数千～せいぜい数百万に限定

5 KYOTO UNIVERSITY 提案法は初のウェブスケールの能動学習手法 ◼ 本研究はウェブをラベルなしデータの源（数百億サイズ！）と みなして能動学習を適用することを提案 ウェブはそこにあるので自前で構築する手間はない ウェブは広いので有用なデータがあると期待できる ◼ 本研究は初のウェブスケールの能動学習手法 ウェブから有用な機械学習用のデータを自動で集めてこられる モデル やりとり 数億のデータ ラベルなしデータ

6 KYOTO UNIVERSITY 数百億ものデータから良いデータを見つけるのは難しい ◼ 言うのは簡単だが、実行するのは難しい なぜこの問題設定がチャレンジングなのか： ◼ 数百億ものデータをひとつひとつ検査して良さそう度合いを測り 珠玉のデータセットを選ぶのは手に負えない ◼ 数百億ものデータはそもそも手元にダウンロードするのすら無理 ◼ 適当にサンプリングすると関係のないデータばかりになる 動物分類したいのに自撮り画像ばかり残る

7 KYOTO UNIVERSITY 解決策：ユーザーサイドの検索システム

8 KYOTO UNIVERSITY ユーザーサイド検索はユーザー独自の検索を実現する ◼ ユーザーサイドの検索システムとは、ユーザーが外部の ウェブサービスの検索システムを自分で作る技術 佐藤が [Sato WSDM 2022] で発表 ◼ ウェブサービス（Google、Amazon、Flickr、インスタグラム） の検索エンジンを利用するとき、検索のランキングはふつう、 サービスサイドが決定する ◼ ユーザー自身が独自の基準で検索したいときもある → そういう時にユーザーサイドの検索システム Ryoma Sato. Retrieving Black-box Optimal Images from External Databases. WSDM 2022.

9 KYOTO UNIVERSITY ユーザーサイド検索はユーザー独自の検索を実現する ◼ 入力：ユーザーが定義した任意の関数 s(x) 出力：s(x) を最大化するアイテム x（画像等のデータ） スコア s(x) Tiara は [Sato 2022 WSDM] で 提案されたユーザーサイド検索アルゴリズム スコア関数はユーザーが定義する 構図に基づいた類似度、色に基づいた類似度 etc ターゲットサービスは変更可 Flickr のデータベース 高スコア クエリ ユーザー 画像

10 KYOTO UNIVERSITY ユーザーサイド検索はユーザー独自の検索を実現する ◼ 入力：ユーザーが定義した任意の関数 s(x) 出力：s(x) を最大化するアイテム x（画像等のデータ） ターゲットサービスは変更可 Flickr のデータベース 画像内容に 基づく類似度 スコア Flickr からの類似画像検索 高スコア クエリ ユーザー 画像

11 KYOTO UNIVERSITY ユーザーサイド検索はユーザー独自の検索を実現する ◼ 入力：ユーザーが定義した任意の関数 s(x) 出力：s(x) を最大化するアイテム x（画像等のデータ） ターゲットサービスは変更可 Flickr のデータベース 色彩に基づく 類似度スコア Flickr からの色彩類似画像検索 高スコア クエリ ユーザー 画像

12 KYOTO UNIVERSITY ユーザーサイド検索はユーザー独自の検索を実現する ◼ 入力：ユーザーが定義した任意の関数 s(x) 出力：s(x) を最大化するアイテム x（画像等のデータ） ターゲットサービスは変更可 Flickr のデータベース 色彩に基づく 類似度スコア インスタグラムからの色彩類似画像検索 高スコア クエリ ユーザー 画像

13 KYOTO UNIVERSITY 提案法 Seafaring

14 KYOTO UNIVERSITY 能動学習の獲得関数をスコア関数としてデータを検索 ◼ 提案法 Seafaring は検索のスコア関数に能動学習の 獲得関数を用いる ◼ これにより、ウェブから有用な機械学習用のデータを自動で集 めてこられる ターゲットサービスは変更可 能動学習の 獲得関数 モデル 設定 訓練に 有用な データ

15 KYOTO UNIVERSITY 実験

16 KYOTO UNIVERSITY ランダム手法と従来の能動学習と比較 ◼ ベースライン手法の紹介 ◼ Random： 候補のラベルなしデータ集合は Seafaring と同じ そこからラベル付けデータを選ぶ方法がランダム 候補は多いが選び方が適当 ◼ SmallExact： 候補のラベルなしデータ集合をランダムに 1000 件取得 そこからラベル付けデータを選ぶ方法は Seafaring と同じ 獲得関数を使い、一つずつ検査して最良のデータを選ぶ 候補は少ないが選び方は厳密（従来の能動学習）

17 KYOTO UNIVERSITY 制御された環境での実験：Seafaring の勝利 ◼ 環境 1: OpenImage を使ってローカルに構築した巨大なプール ◼ パネルはそれぞれ二値分類問題を表している Canivore: この画像は肉食動物か？ ラベル付け枚数 Seafaring が高性能

18 KYOTO UNIVERSITY 実世界環境での実験：Seafaring の勝利 ◼ 環境 2: 実世界の Flickr 環境（数百億サイズ） 先ほどの例よりも全体的に AUC が高いのは、 異なるラベルの定義を使っているため ラベル付け枚数 Seafaring が高性能

19 KYOTO UNIVERSITY 結論

20 KYOTO UNIVERSITY 提案法はウェブから自動で機械学習用のデータを収集 ◼ 提案法 Seafaring は数百億サイズの能動学習を実現する ◼ ウェブは「そこにある」ので自前でデータを用意する手間がない ◼ ウェブは広いので、さまざまなタスクに対して有用なデータを獲得 できる 論文： https://arxiv.org/abs/2210.08205 コード：https://github.com/joisino/seafaring Seafaring は世界初のウェブスケールの能動学習手法である