最近「Scratch ではじめる機械学習」を読んでいる．Scratch を使って「機械学習」を体験することができて，非常に楽しめている．書評記事はまた別に書く予定！本書の中で「第4章 : 機械学習について学ぼう」を読んでいたら「単純パーセプトロン」を使った分類（フルーツのグループ分け）を体験できる Scratch プロジェクトが紹介されていた．実際に試すことができるので紹介する！

Scratchではじめる機械学習 ―作りながら楽しく学べるAIプログラミング (オライリー・ジャパン)

作者:石原淳也,倉本大資
オライリー・ジャパン

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フルーツのグループ分け(単純パーセプトロン) on Scratch

さっそく試す🍎🍌

緑色の旗🚩を押すとランダムに「10個」のリンゴ🍎が配置される．その中から自由にリンゴを1個選んでクリックするとバナナ🍌になり，そこから学習をする．最適な境界線を導き出すまで繰り返し学習をするので，その過程を見るのも面白い．最初は分類しやすい場所のリンゴを選ぶと良いと思う．最終的には境界線が収束する．他にもリンゴを選んでクリックするとバナナになり，その状態からもう1度学習をする．

f:id:kakku22:20210613154309p:plain — 右上のリンゴを1個バナナにしたところ

f:id:kakku22:20210613154331p:plain — さらに3個のリンゴをバナナにしたところ

そして次に好きな場所で「スペース」を押すと，重みを計算してリンゴ🍎かバナナ🍌が配置される．以下は試しに中央あたりに追加してみた．このように境界線によってうまく分類（フルーツのグループ分け）できていることを確認できる．

f:id:kakku22:20210613154451p:plain — 中央あたりに追加したらバナナに分類されたところ

「単純パーセプトロン」とは

そもそも今回紹介した Scratch プロジェクトのテーマになっている「単純パーセプトロン」とは，深層学習（ディープラーニング）に必要となるニューラルネットワークの基礎になるモデルで「複数の入力と重み」から「単一の出力 (0 or 1)」を返す．以下のような数式で表現できる．

$y = \begin{cases} 1 & (w_1x_1 + w_2x_2 \cdots w_nx_n \geq \theta ) \\ 0 & (w_1x_1 + w_2x_2 \cdots w_nx_n < \theta ) \end{cases}$

とは言え，あくまで「直線（線形分離）」になるため，うまく分類できないこともある．Scratch の例だと，リンゴとリンゴに挟まれた場合など，場所によってはうまく境界線を導き出すことができず，ずっと学習をし続けてしまうこともある．「単純パーセプトロン」に関しては解説記事などを読んでもらえればと！

ハトでもわかる単純パーセプトロン from takosumipasta

www.slideshare.net

実装を確認する

Scratch プロジェクトの実装も簡単に調べられる．詳細な実装解説は「Scratch ではじめる機械学習」には載っていないけど，座標を入力値として繰り返し重みを修正していくなど「ブロック定義（学習する）」の解説は載っている．実装を全体的に確認して理解できないところもあったけど，勉強になる．またそもそも Scratch の実装 Tips としても参考になる部分も多く，拡張機能「ブロック（ペンを上げる／ペンを下げる）」を使って線を引いたり，「ブロック定義」を使ってモジュール化をしたり．

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