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MLAMLモデルの開発複数選択

医療診断モデルを開発しています。データセットには疾患陽性サンプルが全体の2%しかなく、高度なクラス不均衡(クラス間のサンプル数の大きな偏り)があります。モデル開発において取るべき適切なアプローチを2つ選択してください。

A
評価指標として精度(Accuracy:全サンプルに対する正解数の割合)のみを使用する
評価指標として精度(Accuracy)のみを使用することはクラス不均衡データでは信頼できず、少数クラスの検出能力を正確に評価できません。
B
SMOTE(Synthetic Minority Over-sampling Technique:少数クラスの合成サンプルを人工的に生成するオーバーサンプリング手法)などによるデータバランス調整、またはマジョリティクラスのアンダーサンプリングを適用する
✓ 正解
SMOTEなどのオーバーサンプリングやマジョリティクラスのアンダーサンプリングでクラス比率を改善する手法で、データレベルでクラス不均衡を補正できます。
C
SageMaker XGBoostのscale_pos_weightハイパーパラメータに陰性クラスと陽性クラスのサンプル数比率を設定してクラス不均衡を補正する
✓ 正解
XGBoostのscale_pos_weightに陰性/陽性サンプル比率を設定することで少数クラスの誤分類ペナルティを増大させ、追加データ生成なしにアルゴリズムレベルで不均衡を補正できます。
D
陰性クラスのサンプルをすべて削除してクラス比率を1:1にしてからトレーニングを実施する
陰性クラスのサンプルをすべて削除してクラス比率を1:1にしてからトレーニング実施することは、重要な情報を失い汎化性能が大きく低下します。

解説

クラス不均衡データでは陰性ばかり予測しても高精度になるためAccuracyは信頼できず、AUC-ROC・F1スコア・Recall(再現率)で評価すべきです。 選択肢Aの評価指標として精度(Accuracy)のみを使用することはクラス不均衡データでは適切ではありません。多数派クラスを常に予測するだけで高いAccuracyが得られてしまい、少数クラス(疾患陽性)の検出能力を正確に評価できません。 選択肢BのSMOTEなどによるデータバランス調整やアンダーサンプリングは有効なアプローチです。少数クラスの合成サンプル生成や多数クラスのサンプル削減によりクラス比率を改善し、モデルが少数クラスの特徴を学習しやすくなります。 選択肢CのXGBoostのscale_pos_weightに陰性/陽性比率を設定することも有効なアプローチです。少数クラスの誤分類に対するペナルティを大きくすることでクラス不均衡を補正し、追加データ生成なしに対応できます。 選択肢Dの陰性クラスのサンプルをすべて削除することは、モデルの学習に必要な大量の情報を失い汎化性能が大きく低下するため不適切です。

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