2024-05-10

AI予測とは？できることや活用事例、アルゴリズムをわかりやすく解説！

この記事のポイント

AI予測は膨大なデータを分析し、未来の出来事やトレンドを予測するための手法です。
意思決定の精度を高め、リスク管理に寄与するなど多くのメリットがありますが、大量のデータや専門的なスキルを必要とするデメリットもあります。
AI予測の導入は、企業文化の変革も伴うため、戦略的アプローチが求められます。

監修者プロフィール

坂本将磨

Microsoft AIパートナー、LinkX Japan代表。東京工業大学大学院で技術経営修士取得、研究領域：自然言語処理、金融工学。NHK放送技術研究所でAI、ブロックチェーン研究に従事。学会発表、国際ジャーナル投稿、経営情報学会全国研究発表大会にて優秀賞受賞。シンガポールでのIT、Web3事業の創業と経営を経て、LinkX Japan株式会社を創業。

AI予測技術が私たちのビジネスや生活にもたらす革新的な変化は、計り知れないものがあります。
AIを戦略的に活用することで、企業は持続可能な競争優位性を確保し、新しいビジネスチャンスを掴むために必要な洞察を得ることができるのです。

そこでこの記事では、機械学習やデータ分析を駆使したAI予測の基本的な仕組みから、その利用事例、必要性、さらにはメリットやデメリットに至るまでを、わかりやすく説明します。

ビジネスの意思決定を劇的に向上させるAI予測の技術について理解を深め、未来のトレンド予測やリスクの軽減にどのように活用できるかを学びましょう。

AI予測とは？

AI予測とは、機械学習アルゴリズムを活用してデータから未来の出来事やトレンドを予測するプロセスです。

過去のデータパターンを分析し、複雑な計算を用いて予測モデルを構築することで、ビジネスや社会問題に対する先見的な意思決定を可能にします。

AI予測の仕組み

AI予測は、大量のデータから有意義な情報を抽出し、将来起こりうる事象を予測するために「機械学習アルゴリズム」を用います。
これらのアルゴリズムは、データ内の複雑なパターンや関係性を見つけ出し、それを基に予測モデルを構築します。

こうしたモデルは、過去のデータを学習することで精度を高め、未知のデータに対しても正確な予測を行うことができます。

AI予測が必要な理由とそのメリット

AI予測は企業にとって多くのメリットをもたらします。

データに基づく意思決定

AI予測を活用することで、企業は過去のデータと現在のパフォーマンスを分析し、その知見を基に未来の戦略や計画を立てることができます。
従来の直感や経験に頼る方法と比べ、データに基づいた意思決定は客観性と信頼性に優れています。

その結果、市場の変化にスピーディーに対応し、効果的なリスク管理を実現できます。

正確な需要予測

AIによる予測分析を導入すれば、より正確な需要予測が可能となり、在庫の過多や不足を防ぐことができます。

需要予測の精度が上がることで、生産計画や在庫管理の最適化が図れるだけでなく、製品の廃棄量や供給過剰によるコストの削減にも貢献します。

最適な計画立案

AI予測は、マーケティングキャンペーンのタイミングや対象の選定、新製品の投入計画など、ビジネスの様々な場面で最適な計画を立てるのに役立ちます。
予算を効果的に配分し、投資収益率（ROI）を最大化することが可能になります。

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このように、AI予測を積極的に取り入れることで、企業は市場の変化に柔軟に適応し、競争力を高めることができるでしょう。

AI予測の仕組み

AI予測は、機械学習アルゴリズムを用いてデータから規則性やパターンを見出し、未来の事象を予測します。

代表的なアルゴリズムには、ニューラルネットワーク、決定木、線形回帰、*ベイズ分析+などがあります。

データの収集と前処理

AI予測の第一歩は、予測に必要なデータを収集することです。
データは、社内の業務データや外部のオープンデータなど、様々な情報源から集められます。

集めたデータは、欠損値の処理や異常値の除去、正規化などの前処理を行い、機械学習アルゴリズムに適した形式に整えます。

特徴量の選択と設計

前処理が完了したデータから、予測に役立つ特徴量（変数）を選択します。特徴量は、データの中から予測対象との関連性が高い情報を抽出したものです。

例えば、売上予測であれば、過去の売上実績、季節性、経済指標などが特徴量となり得ます。
特徴量の選択と設計は、予測モデルの性能に大きな影響を与えます。

モデルの学習と評価

選択した特徴量を用いて、機械学習アルゴリズムにデータを学習させます。
学習の際は、データを訓練データとテストデータに分割し、訓練データでモデルを学習させ、テストデータで性能を評価します。

この過程を繰り返し、最適なモデルを構築します。

予測の実行と結果の解釈

構築したモデルに新しいデータを入力し、予測を実行します。予測結果は、確率や数値など様々な形式で出力されます。
結果の解釈には、ドメイン知識や統計学の知見が必要です。

予測結果を適切に解釈し、意思決定に活用することが重要です。

AI予測の仕組みを理解することで、データの質や特徴量の設計、モデルの選択など、予測精度に影響を与える要因を把握し、より効果的なAI予測の実現につなげることができます。

AI予測の主要なアルゴリズムと予測方法

AI予測では、様々な機械学習アルゴリズムが用いられます。各アルゴリズムは、データの特性や予測の目的に応じて使い分けられます。

ここでは、主要なアルゴリズムとその予測方法について説明します。

ニューラルネットワーク

ニューラルネットワークは、人間の脳のニューロンを模倣した多層構造のモデルです。入力層、隠れ層、出力層から成り、各層のノード間の結合の重みを調整することで、複雑な非線形関係を学習できます。

予測の際は、入力データが各層のノードを通過し、重みづけられた信号が伝播されます。最終的な出力値が予測結果となります。ニューラルネットワークは、大量のデータを学習することで、高い予測精度を達成できます。

ニューラルネットワークは、画像認識や自然言語処理など、高度な予測タスクに適しています。

決定木

決定木は、データを分類するための木構造モデルです。
ルートノードから始まり、各ノードでは特徴量の条件に基づいて分岐が行われます。葉ノードには、予測結果が割り当てられます。

決定木は、解釈性に優れ、特徴量の重要度を可視化できます。

予測では、新しいデータがルートノードから条件に従って分岐し、到達した葉ノードの予測結果が出力されます。決定木は、分類問題や回帰問題に広く利用されています。

線形回帰

線形回帰は、変数間の線形関係をモデル化する手法です。目的変数と説明変数の関係を、線形の数式で表現します。線形回帰は、シンプルで解釈性が高く、数値予測に適しています。

予測の際は、説明変数の値を線形式に代入することで、目的変数の値が算出されます。

線形回帰は、変数間の関係が線形であることを前提とするため、非線形な関係を捉えることは困難です。

ベイズ分析

ベイズ分析は、ベイズの定理に基づいて、事前確率と観測データから事後確率を求める手法です。

事前確率は、観測前の予測対象の確率分布を表し、観測データに基づいて更新されます。ベイズ分析は、不確実性を考慮した予測に適しています。

予測では、事前確率と観測データを用いて、事後確率を計算します。事後確率は、予測対象の発生確率を表します。ベイズ分析は、データが少ない場合でも、専門家の知識を事前確率に反映させることで、予測精度を向上させることができます。

以上のように、AI予測では、データの特性や予測の目的に応じて、適切なアルゴリズムを選択することが重要です。各アルゴリズムの特徴を理解し、効果的に組み合わせることで、高い予測精度を達成できます。

AI予測のデメリットと対処法

AI予測は多くのメリットをもたらす一方で、いくつかのデメリットや課題も存在します。ここでは、主なデメリットとその対処法について説明します。

大量の高品質データの必要性

AI予測では、大量の高品質データが必要不可欠です。データの量が不足していたり、質が低かったりすると、予測モデルの性能が大きく低下します。また、データのバイアスや欠損値などの問題もモデルの精度に悪影響を及ぼします。

対処法としては、社内のデータ収集体制を整備し、データの品質管理に注力することが重要です。外部のオープンデータや提携先のデータを活用することで、データ量を増やすことも有効です。

さらに、データの前処理や異常値の検出などを適切に行い、データの質を高める必要があります。

専門知識を持つ人材の確保

AI予測では、機械学習やデータ分析の専門知識を持つ人材が必要です。
これらの人材は、データの収集や前処理、モデルの選択や評価、結果の解釈などの一連の過程を担います。しかし、AI分野の人材は不足しており、確保が難しいのが現状です。

対処法としては、社内教育の充実や外部研修への参加を通じて、既存の従業員のスキルアップを図ることが挙げられます。また、大学や研究機関との連携により、優秀な人材を確保することも有効です。

AIツールやクラウドサービスを活用することで、専門知識を持たない従業員でもAI予測に取り組める環境を整備することも重要です。

モデルの解釈性と説明責任

AI予測モデルは、複雑なアルゴリズムを用いているため、その内部動作を解釈することが困難な場合があります。
特にニューラルネットワークなどの深層学習モデルは、ブラックボックス化しやすく、予測結果の根拠を説明することが難しいという問題があります。

対処法としては、モデルの解釈性を重視し、説明可能なアルゴリズムを選択することが挙げられます。決定木やベイズ分析など、解釈性の高いアルゴリズムを活用することで、予測結果の根拠を明確に示すことができます。

また、LIME（Local Interpretable Model-Agnostic Explanations）などの手法を用いて、ブラックボックスモデルの予測根拠を可視化することも有効です。

予測結果の過信と意思決定への依存

AI予測の高い精度を過信し、予測結果に盲目的に依存してしまうことは危険です。予測モデルは、過去のデータに基づいて構築されているため、未知の事象や突発的な変化に対して脆弱である可能性があります。

対処法としては、AI予測をあくまでも意思決定の補助ツールとして位置づけ、最終的な判断は人間が行うことが重要です。予測結果の限界を理解し、他の情報源や専門家の意見も踏まえて、総合的に意思決定を行う必要があります。

また、予測モデルの定期的な更新や評価を行い、予測精度の維持に努めることも欠かせません。

以上のように、AI予測のデメリットに適切に対処することで、その効果を最大限に引き出すことができます。データの質の向上、専門人材の確保、モデルの解釈性の重視、予測結果の適切な活用など、多角的な取り組みが求められます。

AI予測の具体的な導入事例

AI予測は、様々な業界や分野で活用され、ビジネスや社会課題の解決に貢献しています。ここでは、AI予測の具体的な導入事例を紹介します。

製造業における設備の予知保全

製造業では、AI予測を活用して設備の故障を予測し、予知保全を実現しています。設備のセンサーデータや稼働状況のデータを分析することで、異常の兆候を早期に発見し、故障を未然に防ぐことができます。これにより、突発的な設備の停止を防ぎ、生産効率の向上と保守コストの削減を図ることができます。

例えば、クボタは、AI技術を活用した設備の予知保全システムを導入しています。このシステムは、設備の振動データや温度データなどを分析し、異常の兆候を検知します。
これにより、設備の故障を事前に予測し、計画的なメンテナンスを行うことで、生産ラインの稼働率向上と保守コストの削減を実現しています。

クボタのAI活用：AIによる設備保全
設備モニタリングシステム (参考:クボタ)

金融業におけるリスク管理と不正検知

金融業では、AI予測を活用して信用リスクの評価や不正取引の検知を行っています。顧客の取引履歴や行動パターンのデータを分析することで、デフォルトリスクや不正の可能性を予測できます。

これにより、リスクの早期発見と適切な対策の実施が可能になり、金融機関の健全性の維持と顧客保護の強化につながります。

金融業界におけるAIの活用例
金融審査のAIモデル (参考:日本リスク・データバンク株式会社

例えば、みずほ銀行は、AI技術を用いた与信管理システムを導入しています。このシステムは、企業の財務データや非財務データを分析し、信用リスクを評価します。これにより、与信判断の精度向上と審査業務の効率化を実現し、リスク管理体制の強化を図っています。

ヘルスケアにおける疾患の早期発見と予防

ヘルスケア分野では、AI予測を活用して疾患の早期発見と予防に取り組んでいます。患者の医療データや生活習慣のデータを分析することで、特定の疾患の発症リスクを予測できます。
これにより、早期の介入と予防措置の実施が可能になり、患者の健康維持と医療コストの削減につながります。

例えば、富士通は、AI技術を用いた糖尿病の重症化予測システムを開発しています。このシステムは、患者の診療データや検査データを分析し、糖尿病の重症化リスクを予測します。

このシステムにより、適切な治療方針の選択と早期の介入が可能になり、患者のQOL（生活の質）の向上と医療費の適正化に寄与しています。

AIによる糖尿病予測
糖尿病版類似症例検索システム (参考:FUJITSU

セキュリティ強化

セキュリティ業界では、AI予測は不正アクセスやサイバー攻撃の予兆を検知し、それに先手を打つために重要な役割を果たします。不正侵入検知システムが通常のパターンから逸脱した異常なネットワーク活動やユーザー行動を識別し、リアルタイムでセキュリティチームにアラートを発することで、即座の対策をとることが可能になります。

例えば、セカンドサイトアナリティカ株式会社では、「クレジットカードの不正利用をAIによってリアルタイムに検知できるプロダクト」である不正検知エンジンを開発しています。

これはAIモデルを用いて、多様なデータを基に不正利用を検知し、未然に防ぐためのシステムです。実際に、この「不正検知エンジン」を導入した企業では、不正利用の件数を約80%削減できたと報告されています。

AIによる不正検知エンジン (参考:PR TIMES)