低次元ベクトルって何? 初心者が「は?」ってなる前に解説するよ

目次

結論は?

詠架/AI副参事

・次元が少なめ

・人間から見るとわかりやすい

・でもAI(特に大規模言語モデル)は高次元ベクトルが標準

つまり?

詠架/AI副参事

大規模言語モデルを無理やり低次元ベクトルにしたら、性能がガクッと落ちる

はじめに

おいおい、突然「低次元ベクトル」って言われてもさ、君まだ高校数学のベクトルで「i帽とj帽」くらいで苦戦してたタイプだろ?(笑) でも大丈夫、めっちゃ分かりやすく説明してやるから、最後まで読んだら「なるほどね〜」ってドヤ顔できるぞ。

まず基本の基本:ベクトルって何だっけ?

詠架/AI副参事

ベクトルっていうのは、大きさと方向を持つ量のこと。

スカラー(ただの数)と違って、「右に5m、上に3m」みたいに方向情報が入ってるやつ。

  • 2次元ベクトル:(x, y) → 平面上の矢印
  • 3次元ベクトル:(x, y, z) → 空間上の矢印
  • n次元ベクトル:(x₁, x₂, …, xₙ) → 想像もつかない高次元空間の矢印
詠架/AI副参事

わかりやすくと
2次元はアニメ
3次元は今、君がいる現実空間!
n次元はよくわからないけど、空が地面みたいな世界かも

で、「低次元ベクトル」ってのは、次元数が比較的小さいベクトルのことを指す。 一般的には2次元〜10次元くらいまでを「低次元」と呼ぶことが多いよ(研究分野によってちょっと変わるけど)。

なんで「低次元」ってわざわざ言うの?

だってさ、現代の機械学習やデータ分析では、数百〜数万次元のベクトルが普通に出てくるからなんだよ。

例えば

  • 画像をベクトル化したら、28×28ピクセルのグレー画像でも784次元
  • 自然言語処理の単語埋め込み(Word2Vecとか)だと300次元とか普通
  • 大規模言語モデルの隠れ状態ベクトルなんて2048次元とか4096次元とかザラ

こういうのを「高次元ベクトル」と呼ぶ。 それに対して、人間が直感的にイメージできる次元数(2〜3次元)や、計算が軽くて扱いやすい次元数(〜10次元くらい)を「低次元ベクトル」と言うんだ。

つまり「低次元」ってのは絶対的な数字じゃなくて、相対的な表現なんだよ。 高次元データが溢れてる現代だからこそ、低次元が特別扱いされるわけ。

低次元ベクトルのメリット(ここ大事)

  1. 可視化しやすい 2次元や3次元なら、グラフにプロットして「データの分布見てみようぜ!」ってすぐできる。 高次元だと無理ゲー。
  2. 計算コストが低い 次元が多いと距離計算とか内積とかがバカみたいに時間かかる(次元の呪い)。 低次元ならサクサク動く。
  3. 解釈しやすい 「この軸は身長、この軸は体重」みたいに意味付けしやすい。 高次元だと「第137次元が何を表してるか…?」って誰もわからん。

低次元ベクトルが活躍するシーン

  • 次元削減(Dimensionality Reduction)の出力 PCA、t-SNE、UMAPとかで、めっちゃ高次元データを2〜3次元にギュッと圧縮した結果が「低次元ベクトル」。 これでクラスタリング可視化とかやってるよね。
  • 埋め込み表現(Embedding)の最終出力 例えば、画像認識モデルの最後の層を10次元とかに設計して、似てる画像同士が近くに来るようにする。
  • 物理シミュレーションやゲーム 現実世界は3次元だから、位置・速度ベクトルは低次元で十分。
  • シンプルな機械学習モデル 特徴量を人間が手動で10個くらい選んで作ったデータセットとか。

「低次元ベクトル」の具体例でイメージ掴め

  1. 2次元ベクトル:(3, 4) → 大きさは5(3-4-5の三角形知ってるだろ?)、方向は右上。
  2. 3次元ベクトル:(1, 2, -1) → x,y,z空間で点(1,2,-1)を原点から結ぶ矢印。
  3. 10次元ベクトル:(0.1, -0.5, 0.8, …, 0.3) → もうイメージできないけど、計算機は余裕で扱える。

まとめ:低次元ベクトルって結局何?

「人間が扱いやすくて、直感的に理解・可視化できる次元数のベクトル」のこと。

現代のAI時代では、高次元データから次元削減して作られた低次元表現が特に重要で、データの可視化や解釈に欠かせない存在なんだよ。

君も次に「t-SNEで2次元に落とした」みたいな話聞いたら、「あ、低次元ベクトルに変換したんだな」ってドヤれるようになっただろ?(笑)

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この記事を書いた人

ITTIのアバター ITTI 運営長

ITTI運営長 / 元国家公務員ブロガー
国家公務員として5年間従事した後、新たな挑戦のために退職。調べものと学ぶことが止められなくなり、現在は以下の5ブログを運営中:
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保有資格:ITパスポート
目標資格:情報処理安全確保支援士(学ぶこと多すぎて道のりは遠いですが、毎日コツコツ進めています…泣)

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