1つのニューロンの勾配

ニューロンを学習させるには、各重みが誤差にどう影響するかを知る必要があります。1つの学習例について：

z = inputs · weights + bias
y = sigmoid(z) = 1 / (1 + e^(-z))
損失 L = (y - target)²

連鎖律により、delta = dL/dz = 2 × (y - target) × y × (1 - y) とすると：

dL/dw_i = delta × x_i
dL/dbias = delta

neuron_gradients(inputs, weights, bias, target) を実装してください。

入力

inputs, weights: 同じ長さ n のリスト。

bias: ニューロンのバイアス。

target: この例の正しい出力（0 から 1）。

出力

n + 1 個の数のリストを返してください。各重みの勾配を順番に並べ、最後にバイアスの勾配を置きます。

制約

1 ≤ n ≤ 100

-10 ≤ 各入力、重み、バイアス ≤ 10

0 ≤ target ≤ 1

例

例 1

入力：
inputs = [1.0, 2.0]
weights = [0.5, -0.25]
bias = 0.0
target = 1.0

期待される出力：
[-0.25, -0.5, -0.25]

解説

z = 1×0.5 + 2×(-0.25) = 0 なので y = 0.5。delta = 2 × (0.5 - 1) × 0.5 × 0.5 = -0.25。勾配：[-0.25×1, -0.25×2, -0.25] = [-0.25, -0.5, -0.25]。

例 2

入力：
inputs = [3.0]
weights = [0.0]
bias = 0.0
target = 0.0

期待される出力：
[0.75, 0.25]

解説

z = 0、y = 0.5。delta = 2 × (0.5 - 0) × 0.5 × 0.5 = 0.25 なので、勾配は [0.25×3, 0.25] = [0.75, 0.25]。勾配が正なら、その重みは下げるべきです。

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：

inputs = [1.0, 2.0]
weights = [0.5, -0.25]
bias = 0.0
target = 1.0

期待される出力：

[-0.25, -0.5, -0.25]

あなたの出力

例 2 未実行

入力：

inputs = [3.0]
weights = [0.0]
bias = 0.0
target = 0.0

期待される出力：

[0.75, 0.25]

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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バージョン

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🦀 このRustオンライン実行ツールについて

CodeUtility Rust Executor は、ブラウザ上でRustコードをそのまま書いて実行できるツールです。インストールやツールチェーンの準備、ローカル環境は不要です。安全なサンドボックス上で動作し、実際のRustコンパイラ 1.70、1.72、1.73、1.74 に対応しています。

本ツールは本物の rustc コンパイラでクラウド上でコンパイル・実行するため、正確で一貫した結果が得られます。変数、所有権、借用、パターンマッチ、トレイト、ジェネリクスなどモダンなRustの機能を気軽に試せます。

Cargoのインストールやローカルのセットアップなしで、特にメモリ安全性、エラーハンドリング、並行処理など Rustのコア概念を学ぶのに最適です。すべてが数秒でブラウザ内で動作します。

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。

💡 Rustの基本と、上のエディタで試せるサンプル

1. 変数と定数の宣言

変数は let、定数は const、可変変数は mut を使います。

let x = 10;
let pi: f64 = 3.14;
let name = "Alice";
let is_active = true;

const MAX_USERS: u32 = 100;

2. 条件分岐（if / match）

条件分岐は if、パターンマッチには match を使います。

let x = 2;
if x == 1 {
    println!("One");
} else if x == 2 {
    println!("Two");
} else {
    println!("Other");
}

match x {
    1 => println!("One"),
    2 => println!("Two"),
    _ => println!("Other"),
}

3. ループ

Rust は for、while、無限 loop をサポートしています。

for i in 0..3 {
    println!("{}", i);
}

let mut n = 3;
while n > 0 {
    println!("{}", n);
    n -= 1;
}

4. 配列

Rustの固定長配列は角括弧で表します。ビューにはスライスを使います。

let nums = [10, 20, 30];
println!("{}", nums[1]);

5. ベクタ（可変長配列）

Vec は可変長配列に使います。

let mut fruits = vec!["apple", "banana"];
fruits.push("cherry");
fruits.pop();

for fruit in &fruits {
    println!("{}", fruit);
}

6. コンソール入出力

出力は println!、入力は std::io を使います。

use std::io;

let mut name = String::new();
println!("Enter your name:");
io::stdin().read_line(&mut name).unwrap();
println!("Hello, {}", name.trim());

7. 関数

関数は fn を使い、-> で戻り値の型を指定します。

fn greet(name: &str) -> String {
    format!("Hello, {}", name)
}

println!("{}", greet("Alice"));

8. HashMap

キーと値のデータには std::collections::HashMap を使います。

use std::collections::HashMap;

let mut person = HashMap::new();
person.insert("name", "Bob");
println!("{}", person["name"])

9. エラー処理

Rustでは Result と match（または unwrap()）でエラーを扱います。

fn fail() -> Result<(), String> {
    Err("Something went wrong".to_string())
}

match fail() {
    Ok(_) => println!("Success"),
    Err(e) => println!("{}", e),
}

10. ファイルI/O

std::fs でファイルの読み書きを行います。

use std::fs;

fs::write("file.txt", "Hello File").unwrap();
let content = fs::read_to_string("file.txt").unwrap();
println!("{}", content);

11. 文字列操作

Rustの文字列はヒープに確保され、多くのメソッドが使えます。

let mut text = String::from(" Hello Rust ");
println!("{}", text.trim());
println!("{}", text.to_uppercase());
text = text.replace("Hello", "Hi");
println!("{}", text);

12. 構造体とメソッド

データ型には struct、メソッド定義には impl を使います。

struct Person {
    name: String,
}

impl Person {
    fn greet(&self) -> String {
        format!("Hi, I'm {}", self.name)
    }
}

let p = Person { name: "Alice".to_string() };
println!("{}", p.greet());

13. 参照と借用

値の借用には &、可変参照には &mut を使います。

fn update(x: &mut i32) {
    *x += 1;
}

let mut value = 10;
update(&mut value);
println!("{}", value);