はじめに
G検定に出題される用語は、定義が似ていて混同しやすいものが多いです。
特に強化学習分野における「価値関数」「状態価値関数」「行動価値関数」などは、試験で正しく理解していなければ誤答しやすい部分です。
そこで今回は、AIを活用して「試験に出る用語を音楽のリズムで覚える」楽曲を制作しました。
AIを活用した楽曲制作
今回の楽曲は、歌詞の生成に生成AI（ChatGPT）を使用し、音楽制作にはAI作曲ツール（Suno AI）を用いて制作しました。
音楽スタイルはアップテンポの教育向けポップスで、学習をリズミカルに進められるよう工夫されています。
タイトル・歌詞の紹介
曲のタイトル
価値関数のうた
歌詞
Vは状態だけを評価 Qは状態と行動評価
方策関数 状態から行動を選ぶルール 方策関数 価値関数ではない
状態価値関数 V関数 状態で方策実行
そのときの期待累積報酬 将来の報酬に貢献する期待値
行動価値関数 Q関数 状態で行動したとき
その後の報酬どれだけ期待できるか 期待累積報酬で評価
状態はどこにいるか 行動はそこでなにをするか
状態価値関数 その状態にいる価値
行動価値関数 その状態でその行動をとった価値
Vは状態だけを評価 Qは状態と行動評価
遷移確率 次の状態への移りやすさ
報酬関数 即時報酬の大きさを返す
楽曲の視聴
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- Suno AI
価値関数のうた（Suno AI）
歌詞の解説
価値関数（全体像）
価値関数は、ある方策πのもとで得られる期待累積報酬を表します。
期待累積報酬は、通常、将来の報酬に割引をかけた合計（割引和）として扱います。
最適価値（V*・Q*）は、すべての方策の中で最も良い方策を仮定した値であり、一般のV・Qとは区別します。
状態価値関数（V）
「その状態にいること自体が、今後どれくらい報酬に結びつくか」を表す期待値です。
状態sで方策πに従ったときに見込まれる期待累積報酬を意味します。
直感的には「マップ上のマスそのものの良さ」を表します。
（参考）確認用数式：
\(V^{\pi}(s)=\mathbb{E}_{\pi}\!\left[\sum_{t=0}^{\infty}\gamma^{t}R_{t+1}\mid S_{0}=s\right]
\)
行動価値関数（Q）
「その状態で特定の行動を選ぶと、その後どれくらい報酬が見込めるか」を表す期待値です。
状態sで行動aを選んだ後、方策πに従ったときの期待累積報酬を意味します。
直感的には「このマスでこの一手を打つ」良さを表します。
（参考）確認用数式：
\(Q^{\pi}(s,a)=\mathbb{E}_{\pi}\!\left[\sum_{t=0}^{\infty}\gamma^{t}R_{t+1}\mid S_{0}=s \; A_{0}=a\right]
\)
VとQの関係
Vは、その状態で取り得る行動aそれぞれのQ(s,a)を、方策πがその行動を選ぶ確率で重み付けして合計したものです。
（参考）確認用数式：
\(V^{\pi}(s)=\sum_{a}\pi(a\mid s)Q^{\pi}(s,a)
\)
方策関数（π）
「状態から行動を選ぶルール」であり、価値関数そのものではありません。
価値は「そのルールに従って進んだときの見込み」を数値化したものです。
遷移確率（P）と報酬関数（R）
遷移確率Pは「次の状態への移りやすさ」を表します。
報酬関数Rは「即時的に得られる報酬の大きさ」を返します。
価値関数は、PとRに基づいて“先々までもらえる点数の見込み”をまとめたものです。
最適化との関係
「貪欲方策」はQを最大化する行動を常に選ぶ方策です。
試験では、一般のV・Q（方策依存）と、最適V*・Q*（最適方策依存）の区別に注意が必要です。
楽曲に込めたメッセージ
この楽曲には「G検定に出る重要な用語を、正しく・確実に覚える」ことを目的としたメッセージを込めています。
単なる暗記ではなく、音楽に合わせて繰り返すことで自然に口ずさめるようになり、試験本番でも混乱せずに回答できる力を養う狙いがあります。
まとめ
本記事では、AIを活用して制作した学習支援ソング「価値関数のうた」を紹介しました。
生成AIによる正確な歌詞と、Suno AIによる音楽生成を組み合わせることで、試験対策とエンタメ性を兼ね備えた新しい学習スタイルが実現できます。
G検定を受験予定の方は、ぜひこの楽曲を繰り返し聴いて用語を定着させてください。
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