数学嫌いも味方につける！滑らかなAIの心臓「ソフトプラス関数」の仕組みを徹底解説
山崎講師
こんにちは。ゆうせいです。
数学嫌いも味方につける！滑らかなAIの心臓「ソフトプラス関数」の仕組みを徹底解説
こんにちは。ゆうせいです。
あなたはAI（人工知能）がどのようにして物事を判断しているか、想像してみたことはありますか？
実は、AIの中には人間の神経細胞を模した仕組みがあり、そこで重要な役割を果たしているのが関数です。
今日は、その中でも特に滑らかで優しい性質を持つ「ソフトプラス関数」についてお話ししますね。
難しそうな名前に聞こえるかもしれませんが、正体を知ればきっと仲良くなれるはずです。
一緒に、AIの頭脳の中を覗いてみましょう！
ソフトプラス関数って一体なに？
ソフトプラス関数は、主にディープラーニング（深層学習）という分野で使われる活性化関数の一つです。
活性化関数と言われても、ピンときませんよね？
これは、入力された情報を次の神経細胞に渡す際に、どれくらいの強さで伝えるかを決めるスイッチのようなものだと考えてください。
例えば、あなたが誰かに背中を叩かれたとします。
弱く叩かれたら「あ、触られたな」と思うだけですが、強く叩かれたら「痛い！」と反応しますよね。
このように、入ってきた刺激に対して、どのような出力（反応）を出すかを計算するのが関数の役割です。
数式で見てみよう
ソフトプラス関数の式は、次のように表されます。
急にアルファベットが並んで驚かせてしまったかもしれません。
でも安心してください。
ここで使われている記号の意味を、一つずつ紐解いていきましょう。
専門用語を噛み砕いて解説
- exp（エキスポネンシャル）これは「指数関数」のことです。ネイピア数と呼ばれる特別な数字（約2.718）を何乗するかを表します。イメージとしては、雪だるま式に数字が膨れ上がっていく魔法の装置だと思ってください。
- log（ログ）これは「対数関数」のことです。先ほどのexpとは逆の働きをします。巨大になりすぎた数字を、扱いやすいサイズにギュッと縮めてくれる役割を持っています。
- x（エックス）これは「入力値」です。AIに与えられる生データや、前の層から伝わってきた刺激の強さを指します。
この式全体を眺めてみると、「急激に大きくした数字に1を足して、最後にちょうどいい大きさに戻している」という構造になっています。
ソフトプラス関数のメリットとデメリット
どんな道具にも得意不得意があるように、ソフトプラス関数にも特徴があります。
他の関数と比較しながら、その個性を探ってみましょう。
メリット：とにかく滑らかである
ソフトプラス関数の最大の長所は、グラフにしたときにカクカクした部分がなく、ずっと滑らかな曲線を描くことです。
数学の世界ではこれを「微分可能」と呼びます。
よく比較される対象に、ReLU（レルー）関数というものがあります。
ReLUは0以下の入力をすべて0にしてしまうため、0の地点でグラフがポキッと折れ曲がってしまいます。
一方、ソフトプラス関数は、0の付近でも優しくカーブを描きながら変化します。
この滑らかさのおかげで、AIの学習（最適化）が非常にスムーズに進む場合があるのです。
デメリット：計算に時間がかかる
残念ながら、優しい性格ゆえの弱点もあります。
それは、計算が少しだけ複雑で、コンピュータに負荷がかかることです。
先ほど紹介したexpやlogの計算は、単純な足し算や掛け算よりも時間がかかります。
膨大なデータを処理するAIにとって、ほんの少しの計算の遅れが、全体の学習時間に大きな影響を与えることもあります。
そのため、スピードを重視する場面では、より単純な関数に席を譲ることもあるのです。
まとめ：AIの優しさを支える数学
ソフトプラス関数について、少しは身近に感じていただけたでしょうか？
一見すると冷たい数式の塊に見えますが、そこには「急激な変化を避けて、滑らかに情報を伝えたい」という設計者の意図が込められています。
今回学んだ内容を整理してみましょう。
- ソフトプラス関数は、AIの判断スイッチである活性化関数の一種。
や
を使って、滑らかな出力を生み出している。
- カクカクしないので学習が安定しやすいが、計算にはパワーが必要。
もしあなたがこれからAIエンジニアを目指したり、データサイエンスを学んだりしたいなら、まずはグラフを描くツールを使って、この関数の形を実際に見てみることをおすすめします。
数式が図形として目に飛び込んできたとき、本当の理解が始まりますよ！
次の一歩として、このソフトプラス関数とライバル関係にあるReLU関数についても調べてみませんか？
違いを知ることで、なぜソフトプラス関数がわざわざ開発されたのか、その理由がもっと深く納得できるはずです。
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投稿者プロフィール
- 代表取締役
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セイ・コンサルティング・グループ株式会社代表取締役。
岐阜県出身。
2000年創業、2004年会社設立。
IT企業向け人材育成研修歴業界歴20年以上。
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学生時代は趣味と実益を兼ねてリゾートバイトにいそしむ。長野県白馬村に始まり、志賀高原でのスキーインストラクター、沖縄石垣島、北海道トマム。高じてオーストラリアのゴールドコーストでツアーガイドなど。現在は野菜作りにはまっている。
