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【TECH BLOG】自己学習するAIと推薦システムへの応用 〜 Open Ended Learningの紹介

こんにちは、データシステム部のAnirudh Gururaj Jamkhandiです。私はECにおけるユーザーの購買率向上を目指して、推薦アルゴリズムの研究開発に携わっています。

高機能な計算機の登場により、現在では様々な業界で機械学習が飛躍的に利用されています。特に、深層学習は特定のタスクにおいては、人間の能力をはるかに超える結果を出しています。しかし、人間にとっては初歩的な能力である、自ら問題を生成したり他のタスクに一般化する能力はまだありません。近年、そういった課題を解決するための学習アルゴリズムの開発が盛んに行われています。本記事では、そのようなアルゴリズムの1つである「Open Ended Learning」を紹介します。

はじめに

この10年間、機械学習の技術はこれまでになく発展し、実社会への導入が行われてきました。Artificial Intelligence Index Report 2019によると、グローバル企業の50%以上が、少なくとも1つの機能にAIを採用していると言われています。AIは楽観的な予測と大規模な投資が行われてきた一方で、特に自動運転・家事代行・音声アシスタント技術の開発においては、失望・信頼の喪失や投資減(「AIウィンター」)の時期も見られます。このような落ち込みの理由として考えられるのは、学習アルゴリズムが汎化されない、あるいは不測の事態にうまく適応できないことです。この問題は、アルゴリズムに収益を依存している企業、特にECにも大きく影響します。従って、不測の事態でもうまく機能する学習アルゴリズムの開発は実サービスにおいて重要な課題となっています。

ZOZOでは、機械学習アルゴリズムが様々な場面で利用されています。例えば、ユーザーへのアイテムのレコメンド、画像検索などがあります。これらのタスクでは、各領域の専門家が根本的な問題を特定し、指標やインプットを最適化することで問題解決する必要があります。特に推薦システムでは、データの少ない新規ユーザー、新規アイテム、多様性などに対応するモデル開発をすることになります。このような複雑な課題を認識し、かつ解決できるアルゴリズムはあるのでしょうか。本記事では、このような多様で複雑な問題を生成・特定し、同時に未知の状況にもうまく一般化して解決できる「Open Ended Learning(以下、OEL)」という手法を紹介します。

Open Ended Learningの紹介

state-of-the-artとされる既存手法からさらに改善する方法は、問題を選んだり時には作ったりして、それを解決しようとするアプローチでした。そうすることでアルゴリズムが改善され、それが課題解決に役立ちます。一方、人工生命の研究者が提唱する自然進化に基づくアプローチは、問題を解決するだけでなく、問題を自動生成するアルゴリズムを作ることです。OELとは、学習モデルが好奇心を絶やさず、自ら挑戦的な学習機会を生み出すような学習のことです。設定した問題のみを解決する機械学習アルゴリズムとは異なり、OELは私たちの想像を超える驚きを生み出してくれる可能性も秘めています。

Open Ended Learningの研究の現状

人工生命の研究者たちは、以前からOELの研究・調査をしてきました。しかし、取り組むべき課題の複雑さが増すにつれ、進化のために利用できるデータが足りないことに気付き、この研究が活発化し始めました。主要な例としては、Uber AIのWangらが「二足歩行ロボット」に適用したPOET(Paired Open Ended Trailbrazer)やDeepMindが「かくれんぼ」や「旗取りゲーム」などに応用した研究があります。いずれの研究も、ある環境で学んだ経験を別の環境に応用させるOELによって汎化性能を改善しています。最近よく見られるGenerative Adversarial Networks(GAN)OELの一種です。

ZOZOでも様々な状況でのレコメンデーションをシミュレートすることで、既存性能を超えるアルゴリズム開発を試みています。強化学習に基づき、逐次的なユーザー行動のモデル化を行い、長期的なエンゲージメントを最大化する手法です。

次に、このようなシステムとユーザー行動の相互作用を使って動的に変化させる、つまりインタラクティブな推薦システムの設計を紹介します

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