12/20 パターン認識(2)

補足

演習室内は飲食禁止です．ペットボトル等を持ち込む場合も，バッグの中にしまってください．

試験について

試験は1月25日(木) 3限 13:10-になりました．試験時間は60分の予定です．
詳細が決まり次第，アルゴリズム入門共通資料のページで公開されます．
試験採点後に採点した答案用紙を返却 (正確にはスキャンしたPDFファイルをITC-LMSで本人が参照できるようにする)する予定です(採点に異議がある場合は，期限までのクレームを受け付ける予定)．
2010年度共通問題
2011年度共通問題
2012年度共通問題
2013年度共通問題
2014年度共通問題
2015年度共通問題
2016年度共通問題

前回の感想，質問より

Q.: アラインメントの判定をギャップ：-2、一致：+1、不一致：-1としているのは、この講義だけ仮に設定しているだけなのだろうかと思った。
A.: はい．アミノ酸配列のアラインメントの場合は，一致不一致の場合もどの組合せかによってスコアを変更するのが普通です．教科書のプログラムでも，関数 q(x, y) と関数g()を取り替えると，別のスコアを用いることが可能になっています．
Q: アラインメントの発想はよくわかったが、一致・不一致・ギャップのそれぞれの重み付けをどうするかが重要かつ難しいところであって、それをどう決めるのだろうか。
A.: 扱う問題ごとに重み付けが違いますが，「どう決めるのか」が重要だというのは正しい考察です．計算機上の文字列の類似度を扱う時の，「編集距離」というのは，人間の感じる類似度とマッチするように「適当に」決めることが多いのですが，遺伝子配列，アミノ酸配列などは，DNA変異の生物学的なモデルにもとづき置換行列 (https://en.wikipedia.org/wiki/Substitution_matrix 参照) という形で重み付けしているようですね．
Q.: ruby check.rb ex07.rbを動かすと、alignがパスしたところで必ずフリーズしてしまう。可能性としてalignの書き間違いを疑ったがむしろ、alignの次のtracebackをまだいじっていないためにフリーズしているのかもしれない。
A.: はい．tracebackを修正しないと，align_dp の実行が終わらないため，checkプログラムも止まってしまいます．
Q.: ディープラーニングの話がばっさり割愛されたのは残念だった。手書き文字の認識とか画像のタグ付けとかが当てはまるんだろうか。
A.: ディープラーニングは様々な分野のパターン認識に用いられますが，特に成功を収めているのは，ご指摘のとおり手書き文字の認識や画像のタグ付けなどの問題になります．この章の例のように「似ている」の定義を与えるのではなく，画像と人間による認識結果という対を大量に与えて，同じように認識するような関数を求めるという「教師あり学習 (supervised learning)」の枠組みで用いられることが多いと思います．機械学習自体も大量のデータが入手でき，計算機の能力が向上したこの20年程度は流行っていましたが，「ディープラーニング」は「同じように認識するような関数」として，多層のニューラルネットワークを用いることによって表現力を増すことができました．一方で，学習の難しさや速度が遅いという問題があったのですが，学習アルゴリズムの改良，　GPU等による計算速度の向上，大量の教師データが入手可能になったことなどにより，実用になってきています．

前回の課題について

ITC-LMSの掲示板12/13課題，質問への書き込みは 12/20 9:00現在で 57名が済んでいます．

今日の練習，投票

第7章の練習，投票

投票システム

vote.rbをダウンロードして(「リンク先のファイルを別名で保存」で，ホームフォルダの下のalgo17を選択(なければ作る)．".txt"を「追加しない」を選ぶ)，ホームディレクトリに保存します．ドックからターミナルを起動して，

cd algo17

を済ませてから，

ruby vote.rb 選択肢番号

のように使います．

irbを使いながら(一旦終了せずに)，投票システムも使うには，ターミナルのメニューバーの「シェル」->「新規タブ」を選ぶか，[Command]+[T]で別のタブを開いて(あるいは[Command]+[N]で別のウィンドウを開いて)，投票システムを使うことをお勧めします．このあたりのことは，「はいぱーワークブック」の15.4 ターミナルの便利な使い方に書いてあるので参考にしてください．

テキストの補足

誤差の回避法について第6章の練習，投票のところに，この講義独自の例を追加しました．

実際のRuby処理系での実数の倍精度表現は，以下のようにすれば見ることができます．以下は0.5 の倍精度表現を見ています．


irb(main):034:0> a = 0.5
=> 0.5
irb(main):035:0> s = ("0"*64 + [a].pack("E").unpack("Q")[0].to_s(2))[-64..-1]
=> "0011111111100000000000000000000000000000000000000000000000000000"
irb(main):036:0> [s[0], s[1..11], s[12..-1]]
=> ["0", "01111111110", "0000000000000000000000000000000000000000000000000000"]

第4章のチェックは配布プログラム中のcheck.rb では prime のチェックがうまくいかないようです．とりあえずは修正版のcheck.rbを ~/algo17 にダウンロードすると直るはずです．
ターミナルでは，メニューバーから，「シェル」->「新規ウィンドウ」あるいは，「コマンドキー(⌘)」+「N」で新たなターミナルウィンドウを開くことができます．

ウィンドウが多くなるのが面倒な人は，「シェル」->「新規タブ」あるいは「コマンドキー(⌘)」+「T」で同じウィンドウ内に新しいタブでターミナルを開くことができます．

ターミナルを開くたびに
```
cd ~/algo17
```
と入力してください．これらの機能を使うと，irbを抜けずにvoteできます．
ターミナルの基本的な使い方は，はいぱーワークブックの15.2 ターミナルの基本的な使い方を，より高度な使い方は，15.4 ターミナルの便利な使い方を参照してください．
cdというコマンドと「~」の意味は，はいぱーワークブックの14.4 コマンドを使ったファイル操作の14.4.1 ディレクトリを読むと分かります．
Webブラウザ上で，ターミナルの実行，Ruby関数の実行，ファイルの編集ができる iruby が利用可能になっています．ターミナル上で，
```
iruby notebook
```
を実行すると，Webブラウザ上で対応するタブが開きます．
第1章で，irbを起動直後に，
```
include(Math)
```
を入力するように書いています．毎回入力するのが面倒な場合は，ホームディレクトリの下に「.irbrc」というテキストファイルを作り，その中に
```
include(Math)
```
と書いておくと，irb起動時にこのファイルの中身を実行してくれるので，毎回指定しなくても大丈夫です．ただし，このファイルの実行中にエラーが出ないように正しく記述剃る必要があります．また，
```
Math.sqrt(2)
```
のような形で指定すれば，
```
include(Math)
```
は不要です．
ある程度大きなプログラムを作る場合は，テキストエディタを使って入力してファイルに保存しておくと，後から修正したり再利用が容易におこなえます．テキストエディタの説明は，はいぱーワークブック「8. テキストエディタ」を参照してください．
miを使う場合に改行コードがCR(Mac)になっている場合は，LF(UNIX)にしてから保存してください．
この講義で作成したプログラムのファイルは自分のホームディレクトリ(ホームフォルダ)の下に「algo17」という名前のディレクトリ（フォルダ）を作って，その下に置くようにしています．スライドや教科書でファイル名が指定されている場合もあるので，その場合は指定されたファイル名を使うようにしてください．
情報科学入門: Rubyを使って学ぶ / 配付プログラムの中には練習問題のチェックプログラムが含まれています．たとえば，第1章の練習問題をテストする時には，同じディレクトリに，練習問題で作成したプログラムを教科書で指定されたファイル名で置いて，
```
ruby check.rb ex01.rb
```
と実行すると，関数を与えた時の入力と出力があっていることが確認できます．詳しくは，補足説明 (練習問題確認プログラムの使い方)を御覧ください．

今日の課題

講義中に投票を求められるので，投票システムを使って投票をしてください．
ITC-LMSの掲示板12/20の課題，質問に以下の内容を書き込んでください．プログラムを除いて100文字以上は書き込みをお願いします．
講義の感想，質問を書きこんでください．講義で用いなかった教科書の練習問題に対して書きたい人は書きこんでも構いません．

自宅で自習をする人のために

アルゴリズム入門共通資料の中に講義で使うRuby言語の処理系のインストール法があります．