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Sequence-to-Sequenceモデル

Sequence-to-Sequenceモデルが、入力を出力シーケンスに変換し、翻訳、チャットボット、音声認識などのAIタスクをどのように強化するかをご覧ください。

Sequence-to-Sequence(Seq2Seq)モデルは、次のようなディープラーニングアーキテクチャの基本的なクラスです。 ディープラーニングアーキテクチャの基本的なクラスである。 固定長の入力シーケンスを固定長の出力シーケンスに変換するように調整された、ディープラーニングの基本的なクラスである。 である。この機能により、入力と出力の関係が逐次的で非順序的である複雑な問題を解くのに不可欠となる。 入力と出力の関係がシーケンシャルで非線形であるような複雑な問題を解くのに不可欠です。単一の入力を単一のラベルに対応付ける標準的なモデルとは異なります、 Seq2Seqモデルは経時的なコンテキストの理解に優れており、次のような自然言語処理(NLP)の多くをサポートしています。 自然言語処理(NLP) 翻訳サービスや音声アシスタントなど、日常的に使用される多くの自然言語処理(NLP)アプリケーションを強力にサポートします。

エンコーダー・デコーダー・アーキテクチャー

Seq2Seqモデルのコアフレームワークは、エンコーダー・デコーダー構造に依存している。 のような基礎研究で導入された概念である。 Sequence to Sequence Learning with Neural Networks論文のような基礎研究で導入された概念である。この このアーキテクチャは、タスクを2つの異なるフェーズに分割する。

  • エンコーダー:このコンポーネントは、入力シーケンスをアイテムごとに処理する。 フレーム)。入力された情報は、文脈ベクトルとして知られる固定長の内部表現に圧縮される。 ベクトルに圧縮する。従来、エンコーダーは リカレントニューラルネットワーク(RNN)または または ロング・ショート・ターム・メモリー(LSTM) ネットワークを使って構築される。
  • デコーダー:入力がエンコードされると、デコーダーはコンテキスト・ベクトルを受け取り、出力シーケンスを一段階ずつ生成する。 出力シーケンスを生成する。デコーダは、前の予測値と文脈ベクトルに基づいて、シーケンスの次の項目を予測する。 コンテキスト・ベクトルに基づいて、シーケンスの次の項目を予測する。高度な実装では アテンション・メカニズムを利用することが多い。 基本的なエンコーダーとデコーダーのペアに見られる情報ボトルネックを緩和する。

実際のアプリケーション

Seq2Seqモデルの柔軟性により、単純なテキスト解析にとどまらず、様々な領域で適用することができる。

  • 機械翻訳おそらく 最も有名なアプリケーションであるSeq2Seqは、Google翻訳のようなパワーツールをモデル化している。 Google 翻訳。このモデルは、ソース言語(英語など)の文章を受け入れ、ターゲット言語(スペイン語など)の文章を出力する。 (文法や文構造の違いを流暢に処理しながら、ソース言語(English)の文を受け入れ、ターゲット言語(スペイン語など)の文を出力する。 文法や文構造の違いを流暢に処理する。
  • テキストの要約これらの このモデルは長い文書や記事を取り込み、簡潔な要約を生成することができる。入力テキストの核となる意味を理解することで デコーダは、入力テキストの核となる意味を理解することで、重要な情報を保持した短いシーケンスを生成する。 自動化されたニュース集約に不可欠な技術である。
  • 画像キャプションコンピュータビジョンと Seq2Seqモデルは、コンピュータビジョンとNLPを橋渡しすることで 画像の内容を記述することができる。畳み込みニューラルネットワーク(CNN)が視覚的特徴を抽出するエンコーダーとして機能し、RNNやトランスフォーマーが説明的な画像を生成するデコーダーとして機能する。 RNNまたはTransformerが説明文を生成するデコーダーとして機能する。これは マルチモーダルモデルの代表例である。
  • 音声認識これらのシステムでは このシステムでは、入力は音声信号フレームのシーケンスであり、出力はテキスト文字または単語のシーケンスである。 この技術は SiriやAlexaのようなバーチャル・アシスタントを支えている。

関連概念との比較

Seq2Seqモデルを他のアーキテクチャと区別することは、その特異的な有用性を理解する上で重要である。

  • 対標準的な分類:基本的な画像分類に使われるような標準的な分類器は 標準的な分類器は、単一の入力 (画像など)を単一のクラスラベルに対応付ける。対照的に、Seq2Seqモデルはシーケンスをシーケンスに対応付け、可変の出力長を可能にする。 可変の出力長。
  • 対物体検出:以下のようなモデル Ultralytics YOLO11のようなモデルは、1フレーム内の空間的な検出に重点を置いている。 オブジェクトとその位置を特定する。YOLO 画像を構造的に処理するのに対し、Seq2Seqモデル はデータを時間的に処理する。しかし、以下のようなタスクでは領域が重複する。 オブジェクト追跡のようなタスクでは領域が重なる。 ビデオフレーム上の物体の軌跡を特定する場合、逐次的なデータ解析が必要となる。
  • 対トランスフォーマートランスフォーマー Transformerアーキテクチャは Seq2Seqを現代的に進化させたものだ。オリジナルのSeq2SeqモデルはRNNと ゲーテッド・リカレント・ユニット(GRU)に依存していた、 Transformerは自己アテンションを利用してシーケンスを並列処理し、スピードと精度を大幅に向上させた。 の向上を実現している。

実施例

翻訳のための完全なSeq2Seqモデルは複雑だが、次のようなライブラリによって構成要素にアクセスできる。 PyTorch.以下の例では 単純なLSTMベースのエンコーダを初期化する方法を示します。

import torch
import torch.nn as nn

# Initialize an LSTM layer (The Encoder)
# input_size=10 (feature dimension), hidden_size=20 (context vector size)
encoder = nn.LSTM(input_size=10, hidden_size=20, batch_first=True)

# Create a dummy input sequence: Batch size 1, Sequence length 5, Features 10
input_seq = torch.randn(1, 5, 10)

# Forward pass processing the sequence
output, (hidden_state, cell_state) = encoder(input_seq)

# The hidden_state represents the 'context vector' for the sequence
print(f"Context Vector shape: {hidden_state.shape}")
# Output: torch.Size([1, 1, 20])

ビデオフレームを通して物体を追跡するような、コンピュータビジョンにおけるシーケンスタスクの探求に興味がある方にとって、Ultralyticsのトラッキングモードを探求することは、非常に有益です。 Ultralytics トラッキング・モードの探求は、実用的なエントリー・ポイントを提供します。 実用的なエントリーポイントです。基礎となるメカニズムの理解を深めるために スタンフォードCS224n NLPコースは、シーケンスモデリングとディープラーニングに関する包括的な教材を提供しています。 シーケンスモデリングとディープラーニング

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