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experiment-design

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experiment-design について

厳密な実験計画を立てる研究者向けのClaude Codeスキルです。研究課題を実験マトリクス、リソース見積もり、実行計画、分析計画に落とし込み、統制条件と再現性も確認します。

主な機能

  1. 01仮説と変数の定義
  2. 02単一変数アブレーションの計画
  3. 03多因子実験マトリクスの作成
  4. 04計算資源とストレージの見積もり
  5. 05設定テンプレートと実行スクリプト
  6. 06結果分析方針の事前策定

活用シーン

  1. 01統制されたアブレーション実験の計画
  2. 02実験実行に必要なコストの見積もり
  3. 03再現可能な実行・分析手順の準備

インストール

コマンドをコピーしてターミナルで実行します。

$npx skills add https://github.com/fcakyon/labrat --skill experiment-design

インストール後、Claude Code で/experiment-designを入力して読み込まれたか確認します。

詳細

実験設計の方法論

研究者が厳密な実験を設計できるよう支援します。この方法論に沿って、体系的に進めてください。

ステップ 1:研究課題を理解する

実験を設計する前に、次の点を確認してください。

  • 実験で裏付けるべき具体的な仮説または主張を尋ねます
  • 従属変数(指標)と独立変数(因子)を特定します
  • ベースラインを明確にします。現在の最良結果またはデフォルト設定は何ですか?

ステップ 2:単一変数の分離

すべてのアブレーション研究で、一度に変更する変数は必ず 1 つだけにします。各因子について、次の手順を実施します。

  1. 因子を定義する — 何を変化させるか(例:損失関数、学習率、アーキテクチャの構成要素)
  2. 水準を列挙する — この因子が取り得るすべての値(例:CE、focal、VAR)
  3. それ以外をすべて固定する — 何を一定に保つかを記録します(シード、データ分割、エポック数、ハードウェア)
  4. 結果を予測する — 実行前に、予想する結果とその理由を述べます

各アブレーション行のテンプレート:

| Run ID | Factor | Value | Fixed Config | Expected Outcome |
|--------|--------|-------|-------------|-----------------|

ステップ 3:実験マトリックス

複数因子を扱う研究では、構造化されたマトリックスを使用します。

  1. 完全要因計画 — 因子が少なく(≤3)、各因子の水準も少ない(それぞれ≤3)場合
  2. 逐次的な絞り込み — 因子が多い場合:まず単一因子のアブレーションを実施し、その後、最良の設定を組み合わせます
  3. ラテン方格 — 完全要因計画では費用がかかりすぎる場合:代表的な組み合わせをサンプリングします

実施を決める前に、必ず総実行数を計算してください。

Total runs = product of all factor levels
GPU hours = total runs × hours_per_run

ステップ 4:リソースの見積もり

実験計画ごとに、次の項目を見積もります。

  • GPU 時間:実行数 × 1 回あたりの実行時間(ユーザーのハードウェアで確認してください)
  • API 費用:外部 API(Gemini、OpenAI など)を使用する場合は、トークン数 × 価格を見積もります
  • 経過時間:逐次依存関係と GPU の利用可能状況を考慮します
  • ストレージ:チェックポイントのサイズ × 実行数

総費用が妥当な範囲を超える場合は、その旨を伝え、優先順位付けを提案してください。

ステップ 5:設定スタブの生成

ユーザーが既に使用している設定形式に合わせて、設定スタブを生成します。形式を合わせるため、まず既存の設定を確認してください。

  • ファイル形式(YAML、JSON、TOML)
  • キーの命名規則
  • 出力先のディレクトリ構造
  • ロギング/トラッキングの連携(wandb、neptune、tensorboard)

ステップ 6:実行計画

具体的な実行計画を作成します。

  1. 依存関係に沿って実行を並べます(まずベースライン、次にアブレーション)
  2. GPU 間で並列化できる実行を特定します
  3. プロジェクトで既に使われているパターンに合わせて、シェルスクリプトまたはバッチランナーを作成します
  4. 長時間実行に備えたチェックポイント戦略を含めます

ステップ 7:分析計画

実行前に、結果の分析方法を定義します。

  • 比較する指標(主要指標と副次指標)
  • 該当する場合は統計的有意性検定(対応のある t 検定、ブートストラップ CI)
  • 失敗またはクラッシュした実行の扱い
  • 可視化:作成するプロット(比較表、棒グラフ、学習曲線)

検証チェックポイント

実験計画を確定する前に、次の点を確認してください。

  • 各アブレーションで変更する変数は 1 つだけ
  • ベースラインが明確に定義され、同じ設定で実行される
  • リソースの見積もりが予算内に収まっている
  • 設定スタブが既存のプロジェクト形式に合っている
  • 実行開始前に分析計画が定義されている
  • 再現性のためにシードが固定されている

出力形式

必ず次の内容を出力してください。

  1. 実験マトリックス表 — 各実行の設定をすべて記載します
  2. リソースの見積もり — GPU 時間、API 費用、ストレージ
  3. 実行スクリプト — プロジェクトの規約に沿った、すぐに実行できるコマンド
  4. 分析計画 — 指標、比較、可視化

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