Neuronové sítě Marcel Jiřina.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Lineární klasifikátor
Advertisements

PKML.
Stodůlky 1977 a 2007 foto Václav Vančura, 1977 foto Jan Vančura, 2007.
Města ČR – orientace na mapě
Zpracování informací a znalostí Další přístupy k vyhledávání textových dokumentů Doc. RNDr. Jan Rauch, CSc. Katedra informačního a znalostního inženýrství.
*Zdroj: Průzkum spotřebitelů Komise EU, ukazatel GfK. Ekonomická očekávání v Evropě Březen.
Příprava R&R studie Obsluha by měla měřit alespoň 10 dílů - nebo více Vyberte díly, které reprezentují výrobní proces z dlouhodobého hlediska Vyberte alespoň.
Algoritmy a struktury meuropočítačů ASN – C2
Aktuální informace o vyšetřování c-erb-2 genu v referenční laboratoři a návrh změny v indikačních kritériích Hajdúch M., Petráková K., Kolář Z., Trojanec.
Automatická fonetická segmentace pomocí UNS Registr - 36 neuronových sítí MLNN (pro každou českou hlásku jedna UNS) Trénovací množina: databáze promluv.
Topologie neuronových sítí (struktura, geometrie, architektura)
SSC - cvičení 3 MATLAB - BPG algoritmus 1.Vytvořit tréninková data 2.Vytvořit objekt sítě 3.Natrénovat síť 4.Simulace Funkce pro učení: learngd … základní.
Téma 3 ODM, analýza prutové soustavy, řešení nosníků
Urči název a zařaď do příslušné skupiny
Tomáš NETERDA 1961 Sportovní kariéra : plavecké třídy ZŠ Komenského gymnázium Dašická plavecká škola
Dynamické rozvozní úlohy
DOK „Umělá inteligence“ v DOK (i jinde). NEURONOVÉ SÍTĚ.
Násobíme . 4 = = . 4 = = . 4 = = . 2 = 9 .
Využití umělých neuronových sítí k urychlení evolučních algoritmů
Rozpoznávání tištěných znaků pomocí LVQ sítí Neuronové sítě 2006/2007 Jan Hroník, Pavel Krč.
Výzkumy volebních preferencí za ČR a kraje od
NÁSOBENÍ ČÍSLEM 10 ZÁVĚREČNÉ SHRNUTÍ
Téma: SČÍTÁNÍ A ODČÍTÁNÍ CELÝCH ČÍSEL 2
VY_32_INOVACE_INF_RO_12 Digitální učební materiál
Animace Demo Animace - Úvodní animace 1. celé najednou.
Lineární rovnice Běloun 91/1 a
Elektronická učebnice - I
MODERNÍ A KONKURENCESCHOPNÁ ŠKOLA reg. č.: CZ.1.07/1.4.00/ Základní škola, Šlapanice, okres Brno-venkov, příspěvková organizace Masarykovo nám.
VY_32_INOVACE_ 14_ sčítání a odčítání do 100 (SADA ČÍSLO 5)
Střední škola Oselce Škola: SŠ Oselce, Oselce 1, Nepomuk, Projekt: Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Název: Modernizace.
Neuronové sítě Jakub Krátký.
Zábavná matematika.
Dělení se zbytkem 6 MODERNÍ A KONKURENCESCHOPNÁ ŠKOLA
Dělení se zbytkem 5 MODERNÍ A KONKURENCESCHOPNÁ ŠKOLA
Vlastnosti sčítání a odčítání
Letokruhy Projekt žáků Střední lesnické školy a střední odborné školy sociální ve Šluknově.
Stav studie „Seroprevalence VHC u injekčních uživatelů drog“ k Národní monitorovací středisko pro drogy a drogové závislosti Úřad vlády ČR tel.
Jazyk vývojových diagramů
Čtení myšlenek Je to až neuvěřitelné, ale skutečně je to tak. Dokážu číst myšlenky.Pokud mne chceš vyzkoušet – prosím.
Únorové počítání.
52_INOVACE_ZBO2_1364HO Výukový materiál v rámci projektu OPVK 1.5 Peníze středním školám Číslo projektu:CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu:Rozvoj vzdělanosti.
Dělení se zbytkem 8 MODERNÍ A KONKURENCESCHOPNÁ ŠKOLA
Náhoda, generátory náhodných čísel
Sexuální život u pacientů s mentálním postižením v ÚSP
Zásady pozorování a vyjednávání Soustředění – zaznamenat (podívat se) – udržet (zobrazit) v povědomí – představit si – (opakovat, pokud se nezdaří /doma/)
SČÍTÁNÍ A ODČÍTÁNÍ V OBORU DO 100
TRUHLÁŘ II.ročník Výrobní zařízení Střední škola stavební Teplice
DĚLENÍ ČÍSLEM 7 HLAVOLAM DOPLŇOVAČKA PROCVIČOVÁNÍ
Fyzika 2 – ZS_4 OPTIKA.
MS PowerPoint Příloha - šablony.
1 Celostátní konference ředitelů gymnázií ČR AŘG ČR P ř e r o v Mezikrajová komparace ekonomiky gymnázií.
Technické kreslení.
Úkoly nejen pro holky.
NEURONOVÉ SÍTĚ (c) Tralvex Yeap. All Rights Reserved.
END 1.Přítelem 2.Druhem 3.Milencem 4.Bratrem 5.Otcem 6.Učitelem 7.Vychovatelem 8.Kuchařem 9.Elektrikářem 10.Instalatérem 11.Mechanikem 12.Návrhářem 13.Stylistou.
Přednost početních operací
DĚLENÍ ČÍSLEM 5 HLAVOLAM DOPLŇOVAČKA PROCVIČOVÁNÍ Zpracovala: Mgr. Jana Francová, výukový materiál EU-OP VK-III/2 ICT DUM 50.
Slovní úlohy řešené soustavou rovnic
Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
KONTROLNÍ PRÁCE.
Gymnázium, Broumov, Hradební 218
Porovnání výroby a prodejů vozidel ve světě
Neuronové sítě Jiří Iša
© Institut biostatistiky a analýz ANALÝZA A KLASIFIKACE BIOMEDICÍNSKÝCH DAT prof. Ing. Jiří Holčík, CSc.
W i ref (t+1) = W i ref (t) + h ci (t) [X(t) - W i ref (t)], i Nc h ci (t) 0, t  proces konverguje Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN – P3 SOM algoritmus.
Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN - P14 Hopfieldovy sítě Asociativní paměti rekonstrukce původních nezkreslených vzorů předkládají se neúplné nebo.
Neuronové sítě. Vývoj NS 1943 – W. McCulloch, W. Pittse – první jednoduchý matematický model neuronu 1951 – M. Minsky - první neuropočítač Snark 1957.
Neuronové sítě.
Neuronové sítě.
Neuronové sítě.
Transkript prezentace:

Neuronové sítě Marcel Jiřina

Neuronové sítě Inspirovány poznatky o neuronech a nervových sítích živých organizmů Schopnost extrahovat a reprezentovat závislosti v datech, které nejsou zřejmé Schopnost řešit silně nelineární úlohy Schopnost učit se Schopnost zevšeobecňovat Využití pro klasifikaci, regresi a predikci časových řad

Biologická inspirace

Biologická inspirace

Tvar impulsu vysílaných do axonu Biologická inspirace Tvar impulsu vysílaných do axonu

Biologická inspirace Synapse (elektrická, chemická)

Biologická inspirace

Biologická inspirace Paměť a její mechanizmy Paměťové mechanismy Reflexní paměť – více podnětů Deklarativní paměť – asociačního charakteru Paměťové mechanismy Krátkodobý paměťový mechanismus Střednědobý paměťový mechanismus Dlouhodobý paměťový mechanismus Principy učení Asociativní učení Neasociativní učení

Umělá neuronová síť Umělá neuronová síť je distribuovaný výpočetní systém sestávající z dílčích podsystémů (neuronů), který je inspirován neurofyziologickými poznatky o struktuře a činnosti neuronů a nervových systémů živých organizmů, a který je ve větší či menší míře realizuje.

Model neuronu neuron je základní výpočetní jednotkou neuronových sítí

Model neuronu obsahuje několik vstupů, které jsou ohodnoceny vahami a jeden výstup v neuronu pobíhají dva procesy: výpočet (post-synaptického) potenciálu výpočet hodnoty výstupu pomocí aktivační funkce, nejčastěji tzv. sigmoidy

Struktura sítě pro větší výpočetní sílu se neurony uspořádávají do sítí neuronů

Typy neuronových sítí Existuje celá řada typů neuronových sítí Každý typ se hodí pro jinou třídu úloh Základními úlohami neuronových sítí jsou klasifikace a regrese (aproximace) Podle přítomnosti „učitele“ můžeme neuronové sítě dělit na sítě s učitelem a bez učitele

Typy neuronových sítí Existuje celá řada neuronových sítí, např. Vícevrstvá perceptonová síť (MLP) Hopfieldova síť Kohonenovy samoorganizující se mapy Síť RBF ... Každá neuronová síť je vhodná pro jiné třídy úloh. Některé neuronové sítě se mohou vzájemně doplňovat.

Proces učení neuronových sítí Pro učení (trénování NS) je třeba mít dostatek reprezentativních příkladů Trénovací, výběrová, testovací množina Na začátku učení bývají váhy nejčastěji nastaveny na náhodná čísla Proces učení se snaží minimalizovat odchylku (chybu) mezi skutečným (aktuálním) a požadovaným výstupem Každá neuronová síť má jiný algoritmus učení, vesměs jsou to ale iterační procesy

Návrh neuronové sítě Pro řešení každé úohy musí být navržena jedinečná neuronová síť Otázka vhodného výběru sítě Výběr struktury sítě, tj. počet vstupů, výstupů, vrstev, skrytých neuronů, typ aktivačních funkcí, atd. Výběr trénovacího algoritmu Problém over-sizing, over-learning (over-fitting)

Vícevrstvá perceptonová síť Nejrozšířenější a nejpoužívanější síť Jak pro klasifikaci tak pro regresi (a tedy i predikci časových řad) Síť s učitelem Aktivační funkcí je nejčastěji sigmoida Otázka výběru počtu vrstev a počtu neuronů Kromě základního algoritmu backpropagation existuje řada sofistikovaných metod učení, např. metoda sdružených gradientů, Levenbergova-Marquardtova metoda atd.

Vícevrstvá perceptonová síť K nevýhodám sítě patří obtížné řešení problému lokálních minim a poměrně dlouhá doba učení Zlepšení pomocí momentu, šumu, dalších neuronů

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť Věta (Kolmogorovova, 1957) Nechť n > 1 je přirozené číslo a f je spojitá reálná funkce. Potom lze tuto funkci reprezentovat vztahem kde a jsou spojité funkce jedné proměnné. libovolnou rozumnou, tj. spojitou, funkci lze zapsat (reprezentovat) s pomocí do sebe vnořených funkcí jediné proměnné.

Vícevrstvá perceptonová síť Příklad trénování vícevrstvé perceptronové sítě x1 x2 třída 0.8680 0.2640 1 0.1790 0.4230 0.6940 0.1630 0.5380 0.6450 0.6230 0.0030 0.7870 0.2680 0.4610 0.3860 0.6030 0.2790 0.1700 0.8050 ...

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť

Vícevrstvá perceptonová síť Metody zlepšující chování sítě Velikost parametru učení Moment Šum Přidání neuronů

Síť RBF Radial Basis Function (RBF), síť radiálních jednotek Pevný počet vrstev Dva typy neuronů: radiální a perceptronového typu (nejčastěji lineární) Váhy v první vrstvě jsou nastavovány pevně na začátku učení, ve druhé vrstvě podobně jako u vícevrstvé perceptronové sítě nebo přímo regresí

Síť RBF Síť se učí velmi rychle Vhodná jak pro klasifikaci, tak pro regresi

Síť RBF Postsynaptický potenciál Aktivační funkce Adaptace vah

Síť RBF Příklad: Např. bod se transformoval na

Kohonenova síť Kohonenova síť (SOM, SOFM) Bez učitele, provádí proto pouze analýzu vstupních dat, přesněji druh shlukové analýzy Obsahuje jedinou vrstvu radiálních neuronů, které mohou být uspořádaný to tzv. mřížky Síť je možné rozšířit tak, aby byla schopna klasifikace (Learning Vector Quantization – LVQ)

Kohonenova síť Struktura Kohonenovy sítě

Kohonenova síť

Kohonenova síť Proces učení (adaptace vah)

Kohonenova síť Vzdálenosti vzoru k neuronům Výběr nejbližšího neuronu Adaptace vah

Kohonenova síť Adaptační funkce

Kohonenova síť

Kohonenova síť Kohonenovu neuronovou síť lze rozšířit tak, aby mohla klasifikovat → učící vektorová kvantizace (Learning Vector Quantization – LVQ) LVQ1, LVQ2, LVQ3 Princip spočívá v přiřazení ohodnocení třídy neuronům na základě četností, s jakou se vyskytují v dominantní skupině.

Hopfieldova síť Navržena J. Hopfieldem v roce 1982 Autoasociativní paměť Pracuje s bipolárními (binárními) hodotami vstupů/výstupů Spojitá varianta Hopfieldovy sítě se používá pro řešení optimalizačních problémů

Hopfieldova síť

Hopfieldova síť Učení Vybavování

Hopfieldova síť Učení

Hopfieldova síť Vybavování

Hopfieldova síť Příklad

Technické realizace umělých neuronových sítí

Technické realizace umělých neuronových sítí

Technické realizace umělých neuronových sítí Neuronové čipy (neuročipy)

Technické realizace umělých neuronových sítí Optické realizace neuronových sítí

Technické realizace umělých neuronových sítí Holografický klasifikátor (autoasociativní paměť)

Softwarové prostředky pro NS Matlab Neural Network Toolbox

Softwarové prostředky pro NS

Softwarové prostředky pro NS

Softwarové prostředky pro NS x = [0 1 2 3 4 5 6 7 8]; y = [0 0.84 0.91 0.14 -0.77 -0.96 -0.28 0.66 0.99]; net = newff([0,8],[10,1],{'logsig','purelin'},'traingd'); net.trainParam.epochs = 2000; net.trainParam.goal = 0.001; net = train(net,x,y);

Softwarové prostředky pro NS y2 = sim(net,x) plot(x,y,'bo',x,y2,'r*')

Softwarové prostředky pro NS

Softwarové prostředky pro NS Statistica Neural Networks

Softwarové prostředky pro NS Statistica Neural Networks

Literatura české učebnice Mařík V., Štěpánková O., Lažanský J. a kol.: Umělá inteligence 4. Academia, Praha, 2003. Šíma J., Neruda R.: Teoretické otázky neuronových sítí. Matfyzpress, Praha, 1996. zahraniční učebnice Bishop C. M.: Neural Networks for Pattern Recognition. Oxford University Press, NewYork, 1995. Fausett, L.: Fundamentals of Neural Networks. Prentice Hall, New York, 1994. Hassoun M. H.: Fundamentals of Artificial Neural Networks. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, 1995. Haykin, S.: Neural Networks: A Comprehensive Foundation. Macmillan Publishing, New York, 1994. Rojas R.: Neural Networks: A Systematic Introduction. Springer-Verlag, Berlín, Heidelberg, New York, 1996.