科学者と機械学習の協業をめざして

人間の洞察力が科学を発展させるが

ジェームズ・ワットによって熱機関が開発された後、科学者はその原理を解明して性能を向上させるために熱力学の構築を始めました。最初はボイル・シャルルの法則のような圧力や体積といった観測可能な物理量の内挿的モデル化から始まりました。科学者は、単なる特定現象の内挿モデル構築に留まらず、この宇宙であまねく成立するエントロピー増大の法則や、自由エネルギーといった原理・法則・概念を発見するに至りました。これによって、熱機関の理論であった熱力学が化学反応における新たな指針を予言し、ハーバー・ボッシュ法という化学肥料製造技術の開発に繋がりました。つまり、単なる内挿モデルを超えた一般原理（外挿モデル）の解明が、当時の大きな社会課題であった食料不足を解決したのです。一方で近年の科学の発展に欠かせない、高分子材料の構造形成や宇宙の大規模構造形成、人間・生物の群衆行動といった複雑現象では、人間の洞察だけではこの科学の成功ループを回せません。

内挿モデルの構築に機械学習を活用

近年、機械学習モデルを用いてそのような複雑な科学データの内挿モデルを構築する研究が活発に行われています。一方で機械学習は、原理的に与えられたデータの内挿モデル構築を得意としており、外挿モデルの発見は苦手としています。

機械学習と科学者をつなぐ

内挿モデル構築が得意な機械学習から解釈可能な情報を取り出し、外挿モデル構築が得意な人間に提供できれば、複雑現象の原理・法則を探索する科学者を支援する枠組みが実現できます。そこでは、二つのアプローチが研究されています。一つは深層ニューラルネットワーク（DNN）のような表現力の高い機械学習が作成したモデルから解釈可能な情報を抽出する方法で、学習済みのDNNから保存則のような物理法則を抽出する方法が開発されています。もう一つは、複雑構造を良く表現する特徴量を用いる方法で、位相的データ解析法等がその代表的な手法の一つです。さらに二つのアプローチを融合させる研究もあります。

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先生情報 / 大学情報

一橋大学ソーシャル・データサイエンス学部ソーシャル・データサイエンス学科准教授本武陽一先生

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データ駆動科学、物理学、情報科学

先生が目指すSDGs

メッセージ

これからは、良い意味でも悪い意味でも何が起こるかわからない世界になるので、予想可能で安定な道をめざそうとするのではなく、予想できない挑戦的な環境を楽しむ心を持つと良いと思います。安定に生きるためにやるべきことを言い訳にして、楽しいことをしないのはもったいないです。やるべきと言われることをやらなくても、自分がやりたいこと、それに対する自分の能力の限界、それらの前提の元で生き残っていくための道筋を考え続けていれば、だいたいなんとかなるものです。自分で道を探す人にとって、大学はとても良い場の一つです。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

一橋大学に関心を持ったあなたは

一橋大学の大きな特色として、まず第１に挙げられるのは、我が国で最も伝統のある社会科学の総合大学として、常に学界をリードしてきたという長い歴史と実績、並びにこの伝統を受け継ぎ、人文科学を含む広い分野で、新しい問題領域の開拓と解明を推進する豊富な教授陣に恵まれていることです。第２は、商学部・経済学部・法学部・社会学部の垣根が低く、学生は各学部の開設科目を自由に履修することができます。また、１０人から１５人程度の少人数で行われているゼミナール制度（必修）を核とする少数精鋭教育も本学の特色のひとつです。