クラスタリングとは？一つのサーバーとして働く秘密

ざっくりと

クラスタリングとはサーバ群を一つにすることです。

概要説明

クラスタリングとは複数のサーバーをまとめることである。 なぜならば、これによって高いパフォーマンスと耐障害性が得られるからだ。

例えば、一部のサーバーがダウンしても他のサーバーで作業を続行できる。 そして、単一システムとして動作する。 つまり、各サーバーの能力を最大限に活用する手段だ。

だから、大規模なシステムでよく使われる。

職業職種

システム管理者

クラスタリングは、彼らの最良のツールだ。なぜなら、高いパフォーマンスと耐障害性を提供するからだ。例えば、大規模なデータベース管理などで活用される。

データセンターの運営者

クラスタリングは、彼らにとって必須の手段だ。なぜなら、高い信頼性とパフォーマンスが要求されるからだ。例えば、大規模なWebサイトの運営などに用いられる。

ITコンサルタント

クラスタリングは、彼らの提案の一部だ。なぜなら、クライアントのITインフラの効率化や信頼性向上のために重要だからだ。例えば、ITインフラの最適化提案などで提案される。

クラスタリングの名前の由来は、英語の”Cluster”（群、集団）と、動詞の”-ing”（進行形）からきています。

代表例

Google

Googleは、大規模なクラスタリングを使用している。なぜなら、膨大なデータを処理し、サービスを提供するためには高いパフォーマンスと耐障害性が必要だからだ。例えば、Google検索エンジンはクラスタリングの技術により動作している。

Amazon

Amazonも、クラスタリングを駆使している。なぜなら、数百万人ものユーザーにサービスを提供するためには、高いパフォーマンスと耐障害性が不可欠だからだ。例えば、AmazonのWebサービス（AWS）では、クラスタリングが広く使用されている。

Microsoft

Microsoftは、自社のクラウドサービス「Azure」でクラスタリングを用いている。なぜなら、大量のデータを安全に管理し、高速なサービスを提供するためだ。例えば、AzureのSQLデータベースはクラスタリングにより、高いパフォーマンスを実現している。

手順例

クラスタリングの目的の定義

クラスタリングを始める前に、目的を明確に定義することが大切だ。なぜなら、目的によって最適な手法が変わるからだ。例えば、Webサイトのユーザーデータをクラスタリングする場合、目的がユーザーの行動パターンを理解することであれば、ユーザーのアクティビティに基づくクラスタリングを選ぶかもしれない。

適切なデータの選択と前処理

クラスタリングに適したデータを選び、前処理を行うことが必要だ。なぜなら、データの質がクラスタリングの結果に大きく影響するからだ。例えば、欠損値がある場合は補完を行い、数値データとカテゴリデータが混在している場合は適切に変換やスケーリングを行う必要がある。

クラスタリング手法の選択

データと目的に合わせて、適切なクラスタリング手法を選択することが大切だ。なぜなら、手法によって結果が変わるからだ。例えば、データが線形分離可能な場合はK-meansを、複雑な形状のクラスタを抽出したい場合はDBSCANを選ぶかもしれない。

クラスタリングの実行と結果の解釈

選択した手法を使ってクラスタリングを実行し、結果を解釈することが必要だ。なぜなら、解釈なしのクラスタはビジネスや研究の意思決定に活かすことができないからだ。例えば、顧客セグメンテーションであれば、各クラスタの顧客が共有する特性や行動パターンを理解することが重要になる。

結果の評価と改善

最後に、クラスタリングの結果を評価し、必要に応じて手法を改善または再実行することが重要だ。なぜなら、クラスタリングは試行錯誤が必要な分析手法で、一度で最適な結果が得られることは少ないからだ。例えば、結果が期待通りでない場合、データの前処理を見直す、別のクラスタリング手法を試すなどの改善が可能だ。

類似語

セグメンテーション

セグメンテーションは、クラスタリングに近い概念である。なぜなら、両者とも大きなデータセットをより管理しやすいグループに分割することを目指すからだ。例えば、顧客セグメンテーションは、顧客データを似た特性を持つグループ（クラスタ）に分ける。

分類

分類もまた、クラスタリングと似た行為である。なぜなら、両者ともデータを特定のグループに割り当てるからだ。しかし、クラスタリングはグループのラベルがデータから発見されるのに対し、分類では既知のラベルに基づいてデータがグループに割り当てられる。

群化

群化は、クラスタリングの類義語である。なぜなら、両者ともデータを特定の特性に基づいてグループ化することを指すからだ。例えば、商品の群化は、商品の特性に基づいて似た商品を同じグループ（クラスタ）にする。

反対語

分散

分散は、一元化とは反対に情報やリソースを分割して利用することだ。クラスタリングが複数のサーバを一つの集合体として動かすのに対して、分散は各サーバが独立して動くことで、負荷を軽減する。例えば、分散データベースでは、データは複数のサーバ上に分散して保存される。

分断

分断は、集まっているものを分割することだ。クラスタリングが複数の要素を一つにまとめるのに対して、分断は一つの要素を複数に分ける。例えば、ネットワークでの分断はネットワークの一部が他の部分から切り離されることを指す。

分割

分割は、全体をいくつかの部分に分けることだ。クラスタリングが複数のサーバを単一のシステムとして扱うのに対し、分割はシステムをいくつかの部分に分ける。例えば、ハードディスクのパーティション分割では、1つのハードディスクを複数の独立した領域に分ける。

会話例

授業での質問

Q.「先生、クラスタリングって何？」
A.「それは、複数のサーバをまとめて一つの大きなシステムとして使うことだよ。」

授業のグループ作業中

Q.「クラスタリングを使うと何がいいんだ？」
A.「高い信頼性と処理能力を得られるよ。一つのサーバが故障しても他のサーバが仕事を引き継ぐからだ。」

授業終了後の友人同士の会話

Q.「今度の宿題、クラスタリングについて調べるって言ってたよね？」
A.「そうだよ。それについて色々調べて、レポートを書くんだ。」

注意点