Inteligentne systemy decyzyjne: Uczenie maszynowe sztuczne sieci neuronowe

Podobne dokumenty
Inteligentne systemy decyzyjne: Uczenie maszynowe sztuczne sieci neuronowe

Sieci Neuronowe. Wykład 1 Wstęp do Sieci Neuronowych

Podstawy Sztucznej Inteligencji (PSZT)

Sztuczne Sieci Neuronowe

Wstęp do teorii sztucznej inteligencji Wykład III. Modele sieci neuronowych.

Sztuczne sieci neuronowe

Literatura. Sztuczne sieci neuronowe. Przepływ informacji w systemie nerwowym. Budowa i działanie mózgu

Temat: Sztuczne Sieci Neuronowe. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Sztuczne sieci neuronowe

Sieci neuronowe do przetwarzania informacji / Stanisław Osowski. wyd. 3. Warszawa, Spis treści

Sztuczna Inteligencja Tematy projektów Sieci Neuronowe

Inteligentne systemy informacyjne

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Zagadnienia optymalizacji i aproksymacji. Sieci neuronowe.

1. Historia 2. Podstawy neurobiologii 3. Definicje i inne kłamstwa 4. Sztuczny neuron i zasady działania SSN. Agenda

8. Neuron z ciągłą funkcją aktywacji.

HAŁASU Z UWZGLĘDNIENIEM ZJAWISK O CHARAKTERZE NIELINIOWYM

Sztuczne Sieci Neuronowe. Wiktor Tracz Katedra Urządzania Lasu, Geomatyki i Ekonomiki Leśnictwa, Wydział Leśny SGGW

synaptycznych wszystko to waży 1.5 kg i zajmuje objętość około 1.5 litra. A zużywa mniej energii niż lampka nocna.

PROGNOZOWANIE OSIADAŃ POWIERZCHNI TERENU PRZY UŻYCIU SIECI NEURONOWYCH**

Metody Sztucznej Inteligencji II

Optymalizacja optymalizacji

Inteligentne systemy przeciw atakom sieciowym

Sieci neuronowe w Statistica

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE

Sztuczne sieci neuronowe (SNN)

Zastosowania sieci neuronowych

PRÓBA ZASTOSOWANIA SIECI NEURONOWYCH DO PROGNOZOWANIA OSIADAŃ POWIERZCHNI TERENU POWSTAŁYCH NA SKUTEK EKSPLOATACJI GÓRNICZEJ**

Najprostsze modele sieci z rekurencją. sieci Hopfielda; sieci uczone regułą Hebba; sieć Hamminga;

Seminarium magisterskie. Dyskusja nad tematem pracy magisterskiej pisanej pod kierunkiem pani Dr hab. Małgorzaty Doman

IMPLEMENTACJA SIECI NEURONOWYCH MLP Z WALIDACJĄ KRZYŻOWĄ

Temat: Sieci neuronowe oraz technologia CUDA

Sieci neuronowe w Statistica. Agnieszka Nowak - Brzezioska

Podstawy sztucznej inteligencji

S O M SELF-ORGANIZING MAPS. Przemysław Szczepańczyk Łukasz Myszor

Sieć przesyłająca żetony CP (counter propagation)

Wstęp do teorii sztucznej inteligencji Wykład II. Uczenie sztucznych neuronów.

I EKSPLORACJA DANYCH

ELEMENTY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI. Sztuczne sieci neuronowe

Zastosowanie metod eksploracji danych Data Mining w badaniach ekonomicznych SAS Enterprise Miner. rok akademicki 2013/2014

Sztuczne Sieci Neuronowe

Badacze zbudowali wiele systemów technicznych, naśladujących w komputerze ludzki mózg. Najbardziej pożyteczne okazały się sieci neuronowe.

Zastosowania sieci neuronowych

Automatyczna predykcja. Materiały/konsultacje. Co to jest uczenie maszynowe? Przykład 6/10/2013. Google Prediction API, maj 2010

wiedzy Sieci neuronowe

Podstawy Sztucznej Inteligencji Sztuczne Sieci Neuronowe. Krzysztof Regulski, WIMiIP, KISiM, B5, pok. 408

WYKŁAD 4 PLAN WYKŁADU. Sieci neuronowe: Algorytmy uczenia & Dalsze zastosowania. Metody uczenia sieci: Zastosowania

Prof. Stanisław Jankowski

SIECI REKURENCYJNE SIECI HOPFIELDA

Elementy Sztucznej Inteligencji. Sztuczne sieci neuronowe cz. 2

Systemy uczące się wykład 2

Eksploracja Danych. wykład 4. Sebastian Zając. 10 maja 2017 WMP.SNŚ UKSW. Sebastian Zając (WMP.SNŚ UKSW) Eksploracja Danych 10 maja / 18

Sieć Hopfielda. Sieci rekurencyjne. Ewa Adamus. ZUT Wydział Informatyki Instytut Sztucznej Inteligencji i Metod Matematycznych.

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Sztuczna inteligencja

Widzenie komputerowe

Algorytm wstecznej propagacji błędów dla sieci RBF Michał Bereta

METODY INTELIGENCJI OBLICZENIOWEJ wykład 5

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 6 Wsteczna propagacja błędu - cz. 3

Uczenie sieci typu MLP

Systemy pomiarowo-diagnostyczne. Metody uczenia maszynowego wykład I dr inż. 2015/2016

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych w prognozowaniu szeregów czasowych (prezentacja 2)

Zastosowania sieci neuronowych - automatyka identyfikacja sterowanie

Metody klasyfikacji danych - część 1 p.1/24

Elementy kognitywistyki III: Modele i architektury poznawcze

Algorytmy sztucznej inteligencji

Metody sztucznej inteligencji

Klasyfikatory: k-nn oraz naiwny Bayesa. Agnieszka Nowak Brzezińska Wykład IV

Definicja perceptronu wielowarstwowego

Uczenie sieci neuronowych i bayesowskich

SZTUCZNA INTELIGENCJA W MEDYCYNIE

Sieci neuronowe jako sposób na optymalizacje podejmowanych decyzji. Tomasz Karczyoski Wydział W-08 IZ

Optymalizacja ciągła

Systemy pomiarowo-diagnostyczne. Metody uczenia maszynowego wykład III 2016/2017

Wykład 1: Wprowadzenie do sieci neuronowych

Budowa sztucznych sieci neuronowych do prognozowania. Przykład jednostek uczestnictwa otwartego funduszu inwestycyjnego

ALGORYTMY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI

Sztuczne sieci neuronowe Ćwiczenia. Piotr Fulmański, Marta Grzanek

1. Logika, funkcje logiczne, preceptron.

Wstęp do sztucznych sieci neuronowych

Rozdział 1 Sztuczne sieci neuronowe. Materiały do zajęć dydaktycznych - na podstawie dokumentacji programu Matlab opracował Dariusz Grzesiak

6. Perceptron Rosenblatta

Elementy kognitywistyki III: Modele i architektury poznawcze

Celem tych ćwiczeń jest zapoznanie się z klasyfikacją za pomocą sieci neuronowych.

Systemy Inteligentnego Przetwarzania wykład 7: Sieci RBF

Identyfikacja obiektów dynamicznych za pomocą sieci neuronowych

SIEĆ NEURONOWA JAKO NARZĘDZIE APROKSYMACJI I KLASYFIKACJI DANYCH. Jakub Karbowski Gimnazjum nr 17 w Krakowie

ALGORYTM RANDOM FOREST

Elementy modelowania matematycznego

Metody i techniki sztucznej inteligencji / Leszek Rutkowski. wyd. 2, 3 dodr. Warszawa, Spis treści

SZTUCZNE SIECI NEURONOWE

ID1SII4. Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Obliczenia Naturalne - Sztuczne sieci neuronowe

Lekcja 5: Sieć Kohonena i sieć ART

Sztuczne sieci neuronowe. Krzysztof A. Cyran POLITECHNIKA ŚLĄSKA Instytut Informatyki, p. 335

SIECI RBF (RADIAL BASIS FUNCTIONS)

Sztuczne Sieci Neuronowe

Sieci neuronowe i ich ciekawe zastosowania. Autor: Wojciech Jamrozy III rok SMP / Informatyka

Elementy inteligencji obliczeniowej

Wstęp do kognitywistyki. Wykład 3: Logiczny neuron. Rachunek sieci neuronowych

Transkrypt:

Inteligentne systemy decyzyjne: Uczenie maszynowe sztuczne sieci neuronowe wykład 1. Właściwości sieci neuronowych Model matematyczny sztucznego neuronu Rodzaje sieci neuronowych Przegląd d głównych g zastosowań Dr inż. PawełŻwan Katedra Systemów Multimedialnych Politechnika Gdańska

Cechy sieci neuronowych Modelowanie liniowe a modelowanie nieliniowe: Modele liniowe (aproksymacja liniowa) często nie sprawdzają się prowadząc c do zbyt szybko wyciąganych wniosków w o niemożności matematycznego opisu danego systemu. Zdolność sieci do odwzorowywania nadzwyczaj złożonych z onych funkcji nieliniowych,, co umożliwia ich szerokie zastosowania Tworzenie modeli przy pomocy sieci neuronowych jest najwygodniejszym rozwiązaniem zaniem problemu. Niezależno ność złożoności algorytmu od wielowymiarowości (łatwość aproksymacji funkcji nieliniowych z dużą ilości cią zmiennych)

Cechy sieci neuronowych Samodzielność konstruowania modeli potrzebnych użytkownikowi u bez znajomości a a priori przepisu na działanie anie - automatyczne uczenie się na podanych przez niego przykładach. W celu zaprojektowania sieci neuronowej należy: - zgromadzić reprezentatywne dla problemu dane - przykłady praktyczne - Uruchomić algorytmu uczenia w celu wytworzenia w pamięci sieci potrzebnego modelu. Działanie anie sieci musi realizować wszystkie potrzebne funkcje związane zane z działaniem aniem wytworzonego modelu dla danych, które nie musiały y być obecne podczas treningu systemu

Przygotowanie danych Sieci neuronowe wymagają od użytkownika: u - wiedzy empirycznej dotyczącej cej wyboru i przygotowania danych uczących: cych: a) dane uczące ce (ang. training data) do treningu b) dane weryfikujące (ang. validation data) do treningu c) dane testowe (ang. test data) do testowania po treningu - wyboru właściwej w architektury (struktury sieci) - lecz nie wymagają posiadania szczególnie specjalistycznej wiedzy teoretycznej niezbędnej do zbudowania modelu matematycznego. Sieć buduje model sama na podstawie nauki. Poziom wiedzy teoretycznej niezbędnej do skutecznego zbudowania modelu jest przy stosowaniu sieci neuronowych znacznie niższy niż w przypadku stosowania tradycyjnych metod statystycznych.

Automatyczne tworzenie modelu matematycznego Sieci neuronowe automatycznie tworzą model matematyczny dla danego zagadnienie na podstawie danych uczących cych W wyniku procesu uczenia umieją odwzorować różne złożone one zależno ności pomiędzy sygnałami ami wejściowymi i wyjściowymi. Obiekt (wektor) wejściowy Obiekt (wektor) wyjściowy x 1 x 2 x n... Zmienne parametry sieci... y 1 y 2 y n X=(x 1,x 2,,x n ) Y=(y 1,y 2,,y n )

Sieć neuronowa jako czarna skrzynka rozwiązuj zująca dany problem Do nauki sieci neuronowej potrzebne są wektory (obiekty) wejściowe x i wraz z właściwymi im obiektami (wektorami) wyjściowymi y i dane treningowe (X,Y) dane walidacyjne (X,Y) Sieć neuronowa obserwacja skuteczności (błędu walidacyjnego) kontrola nauki Aplikacja (działanie sieci) związana jest z generowaniem przez sieć wektorów wyjściowych y i na podstawie wektorów x i, które nie były użyte podczas treningu. dane testowe X Sieć neuronowa klasyfikacja Y*

Sieć neuronowa a ludzki mózgm Początek dziedziny praca: W. S. McCulloch, W. Pitts, A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity, Bulletin of Mathematical Biophysics, No 5, 1943, pp. 115-133. która zawiera pierwszy matematyczny opis komórki nerwowej i powiązanie tego opisu z problemem przetwarzania danych. Oparcie działania sieci na prostym modelu, przedstawiającym wyłącznie najbardziej podstawową istotę działania biologicznego systemu nerwowego. Naśladownictwo (w pewnym, bardzo ograniczonym zakresie działania ludzkiego mózgu. Odporność na uszkodzenia nawet znacznej części elementów (właściwość biologicznych systemów nerwowych)

Sieć neuronowa a ludzki mózgm Mózg to bardzo duża (ok. 10 miliardów) liczba elementarnych komórek nerwowych czyli neuronów połączonych w formie skomplikowanej sieci. Średnio na jeden neutron przypada kilka tysięcy połączeń, ale dla poszczególnych komórek ilości połączeń mogą się miedzy sobą różnić. Biologiczny neuron:

Sieć neuronowa a ludzki mózgm * Biologiczny neuron zostaje zamieniony na model matematyczny, i z takich cegiełek budowane są skomplikowane struktury decyzyjne naśladujące pewne funkcjonalności ludzkiego mózgu.

Model matematyczny sztucznego neuronu Wartość wyjściowa neuronu o jest określana w oparciu o wzór: o=f(w T x), gdzie: w wektor wag połączeń wejściowych x wektor wartości sygnałów wejściowych f funkcja aktywacji Dodatkową wagą jest waga progowa, dlatego wektory w i x określone są jako: w=[w 1,w 2,...,w n,w n+1 ], x=[x 1,x 2,...,x n,-1]

Funkcje aktywacji neuronów Wymagane cechy funkcji aktywacji to: - ciągłe przejście pomiędzy swoją wartością maksymalną a minimalną(np. 0-1), - łatwa do obliczenia i ciągła pochodna, - możliwość wprowadzenia do argumentu parametru beta do ustalania kształtu krzywej.

Naprostrzy klasyfikator neuronowy dyskretny dychotomizator klasyfikacja n wymiarowego obiektu do jednej z dwóch klas może e składa adać się tylko z jednego neuronu Gdy wyjście neuronu o 0 0 0 klasyfikacja do klasy 1., gdy wyjście neuronu o<0 klasyfikacja do klasy 2. g 1 : -2x 1 + x 2 + 3 = 0 g2: -4x 1 + 3x 2 + 6 = 0

Podział sieci neuronowych Podział ze względu na metodę treningu: - trening bez nadzoru - trening z nadzorem

Podział sieci neuronowych Podział ze względu na strukturę: - sieci jednokierunkowe x=[x 1,x 2,...,x N,-1] wektor wejściowy y=[y 1,y 2,...,y I,-1] wektor wyjściowy pierwszej warstwy ukrytej z=[z 1,z 2,...,z J,-1] wektor wyjściowy drugiej warstwy ukrytej o=[o 1,o 2,...,o K,-1] wektor wyjściowy Macierze U,V,W zawierają Współczynniki wagowe dla wszystkich Połączeń synaptycznych

Podział sieci neuronowych - sieci ze sprzęż ężeniem zwrotnym * wejście przynajmniej jednego neuronu jest połą łączone bezpośrednio lub pośrednio z jego wejściem * przykład: sieć Hopfielda

Podział sieci neuronowych - Sieci komórkowe * topologia oparta na dowolnej regularnej strukturze geometrycznej * przykład: topologia płaskiej p siatki prostokątnej: tnej: - Neurony zgrupowane w I wierszach i J kolumnach - Dowolna komórka połączona jest tylko z neuronami w najbliższym sąsiedztwie (konieczna def. promienia sąsiedztwa np.1) - Zastosowanie: Przetwarzanie obrazów dwuwymiarowych

Przykłady zastosowań sieci neuronowych Funkcje pełnione przez sieć można ująć w kilka podstawowych grup: aproksymacji i interpolacji rozpoznawania i klasyfikacji wzorców kompresji predykcji i sterowania asocjacji Sieć neuronowa pełni w każdym z tych zastosowań rolę uniwersalnego aproksymatora funkcji wielu zmiennych, realizując funkcję nieliniową o postaci y = f(x), gdzie x jest wektorem wejściowym, a y realizowaną funkcją wektorową wielu zmiennych. Duża liczba zadań modelowania, identyfikacji, przetwarzania sygnałów da się sprowadzić do zagadnienia aproksymacyjnego.

Przegląd d zastosowań sieci Przy klasyfikacji i rozpoznawaniu wzorców sieć uczy się podstawowych cech tych wzorców, takich jak odwzorowanie geometryczne układu pikselowego wzorca, rozkładu składników głównych wzorca, czy jego innych parametrów. Dobre uczenie polega na podawaniu wzorców o dużych różnicach, stanowiących podstawę podjęcia decyzji przypisania ich do odpowiedniej klasy. Przy predykcji zadaniem sieci jest określenie przyszłych odpowiedzi systemu na podstawie ciągu wartości z przeszłości. Mając informacje o wartościach zmiennej x w chwilach poprzedzających predykcje x(k-1), x(k-2),..., x(k-n), sieć podejmuje decyzje, jaka będzie estymowana wartość x(k) badanego ciągu w chwili aktualnej k.

Przegląd d zastosowań sieci W zagadnieniach identyfikacji i sterowania procesami dynamicznymi sieć neuronowa pełni zwykle kilka funkcji. Stanowi model nieliniowy tego procesu, pozwalający na wypracowanie odpowiedniego sygnału sterującego. Pełni również funkcje układu śledzącego i nadążnego, adaptując się do warunków środowiskowych w tej dziedzinie najczęściej stosuje się sieci ze sprzężeniem zwrotnym. W zadaniach asocjacji sieć neuronowa pełni rolę pamięci skojarzeniowej. Można wyróżnić pamięć asocjacyjną, w przypadku której skojarzenie dotyczy tylko poszczególnych składowych wektora wejściowego oraz pamięć heteroasocjacyjną, gdzie zadaniem sieci jest skojarzenie ze sobą dwóch wektorów. Jeśli na wejście sieci podany będzie wektor odkształcony (np. o elementach zniekształconych szumem bądź pozbawiony pewnych elementów danych), sieć neuronowa jest w stanie odtworzyć wektor oryginalny, pozbawiony szumów, generując przy tym pełna postać wektora stowarzyszonego z nim.

cdn... czyli... plan wykładu drugiego Uczenie sieci jednokierunkowych reguła delta i algorytm wstecznej propagacji błęb łędu Metody poprawy szybkości nauki sieci dobór r parametrów w nauki Dobór r optymalnej architektury sieci Generalizacja, a zapamiętywanie sieci metody kontroli zdolności generalizacyjnych sieci