勾配降下法でニューロンを学習させる

勾配降下法は、勾配と逆方向に動くことで重みを少しずつ改善します。

w ← w - learning_rate × dL/dw

確率的勾配降下法で sigmoid ニューロンを学習させてください。各エポックでサンプルを与えられた順番どおりに処理し、各サンプルについて：

z = sample · weights + bias、y = 1 / (1 + e^(-z))
delta = 2 × (y - target) × y × (1 - y)
weights[i] ← weights[i] - learning_rate × delta × sample[i]（すべての i について）、その後 bias ← bias - learning_rate × delta

train_neuron(samples, targets, weights, bias, learning_rate, epochs) を実装してください。

入力

samples: m 個の学習例。各例は n 個の値を持ちます。

targets: m 個の正しい出力（0 から 1）。

weights, bias: 初期の重み（n 個）とバイアス。

learning_rate, epochs: ステップ幅と、データを何周するか。

出力

学習後の重みと、その後に学習後のバイアス（n + 1 個の数）を返してください。

制約

1 ≤ m ≤ 50、1 ≤ n ≤ 10、1 ≤ epochs ≤ 1,000

0 < learning_rate ≤ 5

-5 ≤ 各値 ≤ 5

例

例 1

入力：
samples = [
    [1.0]
]
targets = [1.0]
weights = [0.0]
bias = 0.0
learning_rate = 1.0
epochs = 1

期待される出力：
[0.25, 0.25]

解説

y = σ(0) = 0.5、delta = 2 × (0.5 - 1) × 0.25 = -0.25。重み：0 - 1 × (-0.25) × 1 = 0.25。バイアス：0 - 1 × (-0.25) = 0.25。結果は [0.25, 0.25] です。

例 2

入力：
samples = [
    [0.0, 0.0],
    [0.0, 1.0],
    [1.0, 0.0],
    [1.0, 1.0]
]
targets = [0.0, 0.0, 0.0, 1.0]
weights = [0.0, 0.0]
bias = 0.0
learning_rate = 2.0
epochs = 500

期待される出力：
[6.346558, 6.339863, -9.592092]

解説

これは論理 AND ゲートです。500 エポック後、2つの重みはどちらも大きな正の値になり、バイアスは大きな負の値になるため、入力 [1, 1] だけが 0.5 を超える出力になります。

参考資料

提出せずにサンプルテストでコードを確認できます。

例 1 未実行

入力：

samples = [
    [1.0]
]
targets = [1.0]
weights = [0.0]
bias = 0.0
learning_rate = 1.0
epochs = 1

期待される出力：

[0.25, 0.25]

あなたの出力

例 2 未実行

入力：

samples = [
    [0.0, 0.0],
    [0.0, 1.0],
    [1.0, 0.0],
    [1.0, 1.0]
]
targets = [0.0, 0.0, 0.0, 1.0]
weights = [0.0, 0.0]
bias = 0.0
learning_rate = 2.0
epochs = 500

期待される出力：

[6.346558, 6.339863, -9.592092]

あなたの出力

提出時に非公開テスト4件も実行されます。失敗したテストがあれば、そのテストが表示されます。チャレンジを解くとすべて見られます。

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🧩 この Kotlin オンライン実行ツールについて

CodeUtility Kotlin Executor は、ブラウザ上でそのまま Kotlin コードを記述・コンパイル・実行できるツールです - インストールや IDE、SDK の設定は不要です。実際の Kotlin コンパイラを隔離されたサンドボックスで動かしているため、安全かつ本物の実行体験を提供します。

このツールは複数の Kotlin バージョン - 1.6、1.9、2.1 - に対応しており、構文の更新を試したり、コードの互換性を検証したり、コルーチン、データクラス、sealed インターフェースといった最新機能を実験できます。

Kotlin の基礎を学ぶ学生、スニペットを試す Android 開発者、あるいはブラウザを離れずに JVM 環境でロジックを検証したいバックエンドエンジニアに最適です。

各スニペットは安全なコンテナ化ランタイム内で実行され、安定したパフォーマンスと安全なコード実行を実現します。

単なるコードランナーではありません

同じ実行環境で、複数ファイル対応エディター、分離された実行ターミナル、ランタイム別ライブラリ、永続ワークスペース、共有、リアルタイム共同作業を利用できます。

この実行環境の使い方

ランタイムを選択し、ファイルを開くか作成してコードを記述し、［実行］を選択します。出力はターミナルに表示されます。サインインしたユーザーは、ワークスペースにファイルを保存し、ライブラリをインストールして、共有を通じて共同作業できます。

バージョンを選択して現在のファイルを編集するか、ワークスペース内の別のファイルを開きます。
コードを実行し、求められた場合はターミナルに入力して、保存された実行履歴を確認します。
複数のコードスニペットが必要な作業では、ライブラリ、ワークスペースツール、共有、チャットを利用します。

コーディングを開始する

バージョン実行する前にランタイムを選択します。インストールされたライブラリは、選択した言語バージョンに属します。
「開いているファイル」には、開いていないテキストファイルがリストされます。1 つを選択すると、利用可能なエディタータブで開きます。
「実行」は、プログラムで使用可能なワークスペースを使用してアクティブなファイルを実行します。
Stop は、制限時間前に現在の実行を終了します。
詳細モードでは、ファイルエクスプローラーと移動可能でサイズ変更可能なターミナルを備えた IDE レイアウトが開きます。

ワークスペースとライブラリ

新しいファイルは、選択した親ディレクトリにファイルを作成し、エディタで開きます。
新しいフォルダーは、サポートされているネストの深さまでのディレクトリを作成します。
ファイルをアップロードすると、1 つ以上の安全なファイルがディレクトリに追加されます。
ダウンロードでは、ファイルまたは圧縮されたディレクトリがデバイスに保存されます。
コピーは、ワークスペースファイルまたはディレクトリを複製します。
[名前の変更] を実行すると、ファイル名が変更され、開いているタブと履歴が更新されます。
Move は項目を再配置します。ファイルやディレクトリもドラッグできます。
削除は、確認後に項目を削除し、開いているエディタータブを閉じます。
プリインストールされたライブラリには、このランタイムにすでに含まれているパッケージが表示されます。
Add Lib は、アカウントと選択したランタイム用のプライベートパッケージをインストールします。

ターミナルとサポート

実行履歴により、前と次の保存された出力が開きます。
出力をコピーすると、現在の端末テキストがコピーされます。
出力をクリアすると、確認後に保存されている実行出力がすべて削除されます。
Explain ではアクティブなコードを要約します。
[最近] では、最近の説明と結果が開きます。
設定により、フォント、テーマ、表示されるツールバーボタンが変更されます。

共有とコラボレーション

共有は、現在のファイル、ディレクトリ、またはワークスペース全体をスナップショットまたはライブワークスペースとして公開します。リンクへのアクセスと変更を保存できるユーザーを制御します。
ログには、共有ワークスペースに保存されたコラボレーターのアクションが記録されます。
チャットを共有すると、サインインした参加者はメッセージを送信したり、メンバーにメンションしたり、コードブロックを共有したり、オンラインまたは入力中のメンバーを確認したりできます。
ライブコラボレーションでは、コラボレーターのカーソルと保存されたファイルの更新が表示されます。表示専用ユーザーは、最新バージョンをロードすることも、一時的な編集を保存することもできます。

割り当てと制限

実行時間は、サーバーの実行ごとに 20 秒に制限されます。より早く終了したい場合は、「停止」を使用します。
ワークスペースストレージでは、サインインしているユーザーのワークスペースと言語ごとに、ファイル 100 個、ディレクトリ 100 個、合計 10 MiB が許可されます。
ファイルとフォルダーは、ファイルごとに 1 MiB、ネストされたディレクトリレベルは 5 に制限されます。コードによって生成されたファイルは、同じクォータに従います。
プライベートライブラリは、アカウントおよびランタイムごとにインストールされるパッケージが 10 個に制限されています。
共有スナップショットには、ファイルあたり 1 MiB、合計 2 MiB まで、最大 100 個のファイルを含めることができます。
共有の招待は、共有ごとに最大 25 人をサポートし、アクセス権と保存権限は個別に管理されます。
チャットの共有では、メッセージあたり 2,000 文字、共有あたり 10,000 メッセージが許可されます。
クォータの強制は、コードの実行中にも適用されます。ファイル数、サイズ、ストレージ、またはネストの制限を超える書き込みは安全に拒否されます。

知っておくと便利 信頼できるコードのみを実行し、パッケージをインストールしてください。実行は分離され制限されていますが、プログラムは強制クォータまで書き込み可能なワークスペース内のファイルを変更できます。

💡 初心者向け Kotlin 基本ガイド

1. 変数と定数の宣言

Kotlin では、不変には val、可変には var を使います。

val name: String = "Alice"
var age: Int = 30
val pi = 3.14  // 型推論

// 定数
const val MAX_USERS = 100

2. 条件分岐（if / when）

if 式、または複数分岐に when を使います。

val x = 2
if (x == 1) {
    println("一")
} else if (x == 2) {
    println("二")
} else {
    println("その他")
}

when (x) {
    1 -> println("一")
    2 -> println("二")
    else -> println("その他")
}

3. ループ

繰り返しには for、while、do-while を使います。

for (i in 0..2) {
    println(i)
}

var n = 3
while (n > 0) {
    println(n)
    n--
}

4. 配列

Kotlin では arrayOf() で配列を扱えます。

val numbers = arrayOf(10, 20, 30)
println(numbers[1])

5. リスト操作

動的なリストには mutableListOf を使います。

val nums = mutableListOf(1, 2, 3)
nums.add(4)
nums.removeAt(0)

for (n in nums) {
    print("$n ")
}

6. コンソール入力/出力

入力は readLine()、出力は println() を使います。

print("名前を入力してください: ")
val name = readLine()
println("こんにちは、$name")

7. 関数

関数は fun キーワードで定義し、戻り値の型は省略可能です。

fun add(a: Int, b: Int): Int {
    return a + b
}

println(add(3, 4))

8. マップ

mutableMapOf はキーと値のペアを保持します。

val ages = mutableMapOf("Alice" to 30)
println(ages["Alice"])

9. 例外処理

エラー処理には try、catch、finally を使います。

try {
    val result = 10 / 0
} catch (e: ArithmeticException) {
    println("エラー: ${e.message}")
}

10. ファイル入出力

ファイル操作には java.io の File を使います。

import java.io.File

File("file.txt").writeText("こんにちは、ファイル")
val text = File("file.txt").readText()
println(text)

11. 文字列操作

Kotlin の文字列は多くのメソッドと文字列補間をサポートしています。

val text = "Hello World"
println(text.length)
println(text.substring(0, 5))
println(text.contains("World"))

12. クラスとオブジェクト

Kotlin のクラスは簡潔で、デフォルトコンストラクタをサポートします。

class Person(val name: String) {
    fun greet() = println("こんにちは、私は$nameです")
}

val p = Person("Alice")
p.greet()

13. Null 安全性

Kotlin は null 許容型と非 null 型を区別します。安全のために ? と ?: を使います。

val name: String? = null
println(name?.length ?: 0)