quantum kernelとか

これを回してみている

この部分から読む
quant_kernel = TrainableFidelityQuantumKernel(feature_map=fm, training_parameters=training_params)

ソースコードはこれ

GPTに食わせてみる
このコードは、Qiskitプロジェクトの一部であり、訓練可能な量子カーネルを実装しています。以下は、コードの主要なポイントを日本語で説明します。
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ライセンス情報:
- このコードはApacheライセンスバージョン2.0の下でライセンスされています。このライセンスに従ってコードを使用できます。
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ドキュメンテーション文字列:
- スクリプトの冒頭には、コードのライセンス情報と説明文が含まれています。この説明文は、コードの目的やライセンスに関する情報を提供します。
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モジュールのインポート:
- 必要なモジュールやクラスをインポートしています。これらのモジュールは後でコード内で使用されます。
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TrainableFidelityQuantumKernel
クラス:- このクラスは訓練可能な量子カーネルを実装します。量子カーネルは、量子機械学習タスクに使用されるカーネル関数の一種です。
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__init__
メソッド:- クラスのコンストラクタで、各種パラメータとオプションを受け取ります。これには特徴マップ、信頼性、訓練可能なパラメータ、PSD(正定値半定値)の強制、重複評価の戦略などが含まれます。
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_get_parameterization
メソッド:- このメソッドは、入力ベクトルを訓練可能なパラメータに変換します。新しいパラメータ化されたベクトルを使用してカーネルの計算を行います。
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_get_symmetric_parameterization
メソッド:- このメソッドは、入力ベクトルを対称な訓練可能なパラメータに変換します。これはカーネル行列の対角成分以外の要素を計算するために使用されます。
このコードは、量子機械学習タスクで使用される訓練可能な量子カーネルを実装するためのものであり、Qiskitを使用しています。特に、カーネル関数を訓練可能なパラメータとして持ち、異なる量子状態の類似度を評価するのに使用されます。

ローカルで謎に定義ジャンプができない、ライブラリのコード落としてくるか

Quantum Kernel Trainer
このコードは、Quantum Kernel Trainerと呼ばれるクラスを提供するPythonプログラムです。Quantum Kernelは、量子コンピュータを使用してカーネルトリックを実行するための方法です。カーネルトリックは、機械学習のカーネル法において、非線形データを扱うために使用されます。
以下はこのコードの主要な部分の解説です:
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QuantumKernelTrainer
クラス: このクラスは、Quantum Kernel のトレーニングを行うためのユーティリティを提供します。Quantum Kernel はトレーニング可能な量子カーネルフィーチャーマップのパラメータをトレーニングするのに使用されます。 -
__init__
メソッド: このメソッドは、QuantumKernelTrainer クラスのコンストラクタです。以下の引数を受け取ります。-
quantum_kernel
: トレーニング可能なQuantum Kernel オブジェクト。 -
loss
: 損失関数を指定するオプション。デフォルトではNone
ですが、文字列として "svc_loss" を指定することもできます。 -
optimizer
: トレーニングに使用する最適化アルゴリズム。デフォルトはNone
で、qiskit_algorithms.optimizers.SPSA
がデフォルトで使用されます。 -
initial_point
: 最適化アルゴリズムの初期点。デフォルトはNone
です。
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プロパティとセッターメソッド:
quantum_kernel
、loss
、optimizer
、およびinitial_point
の各プロパティに対して、値を取得および設定するためのメソッドが提供されています。 -
fit
メソッド: このメソッドは、Quantum Kernel をトレーニングするために使用されます。訓練データとラベルを受け取り、最適なカーネルパラメータを見つけるために最適化を実行します。最適なカーネルとトレーニング結果を返します。 -
_set_loss
メソッド: 損失関数を設定する内部メソッドです。文字列として指定された場合、デフォルトのカーネル損失関数を設定します。 -
_str_to_loss
メソッド: 文字列をカーネル損失関数オブジェクトにマップする内部メソッドです。"svc_loss" という文字列の場合、SVCLoss
オブジェクトを作成します。
このコードは、Quantum Kernel をトレーニングするためのフレームワークを提供し、量子コンピューティングを機械学習に応用する際に役立ちます。具体的な利用例や機械学習モデルとの統合が不足しているため、具体的な用途に合わせて追加のコードが必要かもしれません。

Fidelity Quantum Kernel
このコードは、Qiskitプロジェクトの一部であり、Fidelity Quantum Kernelと呼ばれるクラスを提供するものです。Fidelity Quantum Kernelは、量子状態の類似性を評価するためのカーネル関数を実装します。以下に、このコードの主要な部分を日本語で解説します。
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ライセンスと著作権に関する注釈: このコードはApacheライセンスバージョン2.0の下でライセンスされており、ライセンスの詳細はLICENSE.txtファイルまたは指定されたURLで入手できます。このライセンスのもとで変更や派生作品を行う場合、元の著作権通知を保持する必要があります。
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FidelityQuantumKernel
クラス: このクラスは、Quantum Kernelを実装するためのクラスです。Quantum Kernelは、量子状態の類似性を評価するために使用されます。このカーネル関数は、2つのパラメータ化された量子回路(フィーチャーマップ)で定義された2つの量子状態の重なりとして定義されます。カーネル関数は以下のように表されます。[K(x,y) = |\langle \phi(x) | \phi(y) \rangle|^2]
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__init__
メソッド: このメソッドは、FidelityQuantumKernel
クラスのコンストラクタです。以下の引数を受け取ります。-
feature_map
: フィーチャーマップとして使用するパラメータ化された量子回路。デフォルトではqiskit.circuit.library.ZZFeatureMap
が2つのキュビットで使用されます。フィーチャーの数とフィーチャーマップのキュビット数が一致しない場合、カーネルはフィーチャーマップを調整しようとします。 -
fidelity
: 量子状態の類似性を計算するために使用されるqiskit_algorithms.state_fidelities.BaseStateFidelity
のインスタンス。デフォルトではqiskit_algorithms.state_fidelities.ComputeUncompute
が使用されます。 -
enforce_psd
:True
の場合、カーネル行列が正定値半正定値行列に射影されます(デフォルトはTrue
)。 -
evaluate_duplicates
: 重複するサンプルが見つかった場合にカーネル行列の要素を評価する戦略を定義します。可能な値は次のとおりです。-
"all"
: トレーニング時に対角要素を含むすべてのカーネル行列要素を評価します。 -
"off_diagonal"
: トレーニング時に対角要素を1に設定し、その他の要素を評価します(デフォルト値)。 -
"none"
: トレーニング時に対角要素を1に設定し、同じサンプルの要素を評価しません。
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evaluate
メソッド: カーネル関数を評価するためのメソッドです。入力としてx_vec
とy_vec
の2つのデータ行列を受け取り、カーネル行列を返します。カーネル行列の要素は、指定されたフィーチャーマップを使用して2つの量子状態の重なりを計算して得られます。 -
その他のメソッドとプロパティ:
fidelity
プロパティは、このカーネルで使用される類似性計算のためのBaseStateFidelity
インスタンスを返します。evaluate_duplicates
プロパティは、重複するサンプルの評価戦略を返します。
このコードは、量子機械学習の一部として、量子状態の類似性を評価するためのカーネル関数を提供するために使用されます。特に、カーネル行列の評価と、重複するサンプルの扱いに関する機能が実装されています。

Fidelity Quantun Kernel実装するだけでどうにかならないかな

適当なコードを吐いてくれたのでこれベースで考える
spsaはoptimizerの実装使っていいと思うが
import numpy as np
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score
# データセットの読み込み
X, y = load_iris(return_X_y=True)
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
# SPSA アルゴリズムの実装
def spsa(f, theta0, alpha, beta, gamma, max_iterations):
theta = theta0
for k in range(max_iterations):
ck = gamma / (k + 1) ** beta
delta = 2 * np.random.randint(0, 2, size=theta0.shape) - 1
theta_plus = theta + ck * delta
theta_minus = theta - ck * delta
ghat = (f(theta_plus) - f(theta_minus)) / (2.0 * ck * delta)
ak = alpha / (k + 1 + A) ** alpha
theta = theta - ak * ghat
return theta
# SVC スコアの計算関数
def svc_score(params):
C, gamma = params
model = SVC(C=C, gamma=gamma)
model.fit(X_train, y_train)
predictions = model.predict(X_test)
return -accuracy_score(y_test, predictions) # 最適化では最小化を行うため、スコアの符号を反転
# ハイパーパラメータの初期値
initial_params = np.array([1.0, 0.01]) # 初期 C と gamma
alpha = 0.602
beta = 0.101
gamma = 0.1
A = 50
max_iterations = 100
# SPSA 最適化の実行
optimal_params = spsa(svc_score, initial_params, alpha, beta, gamma, max_iterations)
# 最適化されたハイパーパラメータで SVC モデルをトレーニング
C_opt, gamma_opt = optimal_params
model_opt = SVC(C=C_opt, gamma=gamma_opt)
model_opt.fit(X_train, y_train)
predictions_opt = model_opt.predict(X_test)
score_opt = accuracy_score(y_test, predictions_opt)
print("Optimized Parameters: C =", C_opt, ", gamma =", gamma_opt)
print("Optimized Accuracy:", score_opt)

optimizerの使い方的なやつ
if callable(self._optimizer):
opt_results = self._optimizer(fun=loss_function, x0=self._initial_point)
else:
opt_results = self._optimizer.minimize(
fun=loss_function,
x0=self._initial_point,
)

loss functionの評価はこんな感じだ、これなら作れそう
class SVCLoss(KernelLoss):
r"""
This class provides a kernel loss function for classification tasks by fitting an ``SVC`` model
from scikit-learn. Given training samples, :math:`x_{i}`, with binary labels, :math:`y_{i}`,
and a kernel, :math:`K_{θ}`, parameterized by values, :math:`θ`, the loss is defined as:
.. math::
SVCLoss = \sum_{i} a_i - 0.5 \sum_{i,j} a_i a_j y_{i} y_{j} K_θ(x_i, x_j)
where :math:`a_i` are the optimal Lagrange multipliers found by solving the standard SVM
quadratic program. Note that the hyper-parameter ``C`` for the soft-margin penalty can be
specified through the keyword args.
Minimizing this loss over the parameters, :math:`θ`, of the kernel is equivalent to maximizing a
weighted kernel alignment, which in turn yields the smallest upper bound to the SVM
generalization error for a given parameterization.
See https://arxiv.org/abs/2105.03406 for further details.
"""
def __init__(self, **kwargs):
"""
Args:
**kwargs: Arbitrary keyword arguments to pass to SVC constructor within
SVCLoss evaluation.
"""
self.kwargs = kwargs
def evaluate(
self,
parameter_values: Sequence[float],
quantum_kernel: TrainableKernel,
data: np.ndarray,
labels: np.ndarray,
) -> float:
# Bind training parameters
quantum_kernel.assign_training_parameters(parameter_values)
# Get estimated kernel matrix
kmatrix = quantum_kernel.evaluate(np.array(data))
# Train a quantum support vector classifier
svc = SVC(kernel="precomputed", **self.kwargs)
svc.fit(kmatrix, labels)
# Get dual coefficients
dual_coefs = svc.dual_coef_[0]
# Get support vectors
support_vecs = svc.support_
# Prune kernel matrix of non-support-vector entries
kmatrix = kmatrix[support_vecs, :][:, support_vecs]
# Calculate loss
loss = np.sum(np.abs(dual_coefs)) - (0.5 * (dual_coefs.T @ kmatrix @ dual_coefs))
return loss

gptより、partial便利
partial
はPythonの標準ライブラリfunctools
の一部で、関数に対して一部の引数を固定化し、新しい関数を作成するために使用されます。この技術は「部分適用(partial application)」と呼ばれます。
あなたのコードのコンテキストでpartial
を使う目的は、self._loss.evaluate
関数に一部の引数を事前に設定することです。具体的には、quantum_kernel
、data
、およびlabels
という引数を固定し、これらの引数が設定された状態で新しい関数loss_function
を作成しています。
これにより、loss_function
を呼び出す際に、これらの固定された引数を再び指定する必要がなくなります。このアプローチは、特にコールバック関数やイベントハンドラを設定する際に便利です。また、コードの可読性を高め、関数の再利用性を向上させることができます。
例として、以下のようにpartial
を使用することができます。
from functools import partial
def my_function(a, b, c):
return a + b + c
# ここでpartialを使って、aとbを固定する
new_function = partial(my_function, a=1, b=2)
# new_functionを呼び出すときには、cのみを指定すれば良い
result = new_function(c=3) # これは my_function(1, 2, 3)と同じ結果になる
このようにpartial
を使うことで、関数の一部の引数を固定し、より柔軟で再利用可能な関数を作成することができます。