Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 01.06.2007 | Доступ: свободный | Студентов: 1825 / 81 | Оценка: 4.38 / 3.75 | Длительность: 22:59:00
ISBN: 978-5-9556-0094-9
Специальности: Программист
Лекция 3:

Построение современной нейросетевой технологии

Аннотация: На основе подхода, освещенного в лекции 1, подробно исследуется пример построения системы принятия решений. Экспериментально устанавливается корректность построений, приводящих к использованию логической нейронной сети. Обсуждаются проблемы формализованного представления и обработки нейронной сети.
Ключевые слова: трудно формализуемая задача, ассоциативное мышление, нейросеть, ПО, ООО, автор, распараллеливание, супер-ЭВМ, моделирование, слово, фирма, путь, алгоритм, запись, предикат, высказывание, входной слой, информация, синапсическая связь, передаточная функция, нейрон, рецептор, значение, достоверность, исчерпывающее множество событий, отсечение, нейротехнология, отрицание, вес, конъюнктор, дизъюнктор, значения порогов, тип данных, прибыль, средняя величина, поиск, сеть, максимум, множества, однослойная сеть, систолическая схема вычислений, персептрон, слоистость, граф, веса синапсических связей, матрица следования, объект, связь, матрица следования, работ, многослойная модель, длина, статическая цепочка, транзистивная связь, транзистивная связь, матрица, подмножество, статический путь возбуждения, статический путь возбуждения, динамическая цепочка, затухание сигнала, динамический путь возбуждения, синапс, память, генератор, вторжение, опыт, эволюция, нейрокомпьютер, выходной нейрон, схемотехнический подход, комбинаторика, путь возбуждения, поле, вектор, ответное поле, ситуационное управление, операции, самообучающаяся система, параллелизм, программная модель, выход, программа, нейроподобный элемент, размерность, компьютер, внешнее устройство

"В огороде бузина, а в Киеве дядька".

Поговорка

Действительно, как связать между собой вещи несовместимые, вызывающие насмешку, но несомненно влияющие на степень мрачных раздумий о смысле жизни?..

И здесь мы сталкиваемся с действительно трудно формализуемой задачей, требующей мобилизации наших способностей ассоциативного мышления!

\dots Бытует теоретико-практическая предпосылка, объявляющая, что нейросеть формируется "под задачу". Однако в природе есть идеальная, универсальная, "унифицированная" нейросеть - наш мозг!.. И каждый из нас не испытывает серьезных технических трудностей, если, совершая жизненную ошибку, становится не коммерсантом-коробейником, а, скажем, блестящим специалистом по реликтовым захоронениям в мезозойский период. Более того, говорят, что если человек талантлив в одном, то он талантлив во всем.

В книге "От кого мы произошли?" (М.: ООО "АиФ Принт", 2000), в главе "Почему мы смотрим друг другу в глаза?" Э. Мулдашев говорит об известных ему 22 параметрах, отражающихся на глазной области лица и динамически описывающих морально-психологическое состояние собеседника-партнера. Однако обсчитать на компьютере удалось лишь два. Автор удивлен той колоссальной скоростью, с которой ведет такую обработку человеческий мозг: "Воистину велик Бог, создавший такое компьютерное совершенство мозга!"

Мы можем добавить, что кошка тоже смотрит в глаза своему благодетелю, оценивая его расположение: даст еду или не даст? А вот волк не смотрит в глаза. Он бегло, с холодным равнодушием взглядывает из клетки на движущееся пока еще мясо: палач избегает взгляда своей жертвы.

Мы уже не удивляемся высокой скорости мозга. Мы знаем, что это - распараллеливание обрабатываемой информации. И мы понимаем, что без параллельных вычислительных средств заниматься моделированием работы мозга, т.е. "больших" нейросетей, - бессмысленно.

Именно возможности параллельной обработки информации, наряду с допустимым отсутствием формальных расчетов - только на основе ассоциативного мышления, - привлекли к себе внимание проектировщиков супер-ЭВМ в период т.н. "Японского вызова" в начале 1980-х годов.

3.1. Начинаем решать пример

"В России революция - дрогнула мать

сыра земля, замутился белый свет…"

Артем Веселый, "Россия, кровью умытая"

Нейросетевые технологии основаны на моделировании деятельности мозга. А как сказал Р. Шеннон, "Моделирование есть искусство" [29]. И как любое искусство, модель нейросети может базироваться на примерах, опыте и общих рекомендациях.

Рассмотрим пример, который навеян славным временем революционной перестройки, предлагающей нам эталоны актуальности, культурного ориентира и предприимчивости.

Вася и Петя - друзья. Нет, не в том смысле: они почти нормальной сексуальной ориентации. Скорее в смысле вечной святой мужской дружбы, без смущения применяющей слово "друг". Обозначим А - множество друзей,

А = \{Вася, Петя\}

Вася и Петя - крутые парни. Они плохо учились в школе, и это хорошо! Они создали "крышу", под которой успешно трудится ряд палаток

\begin{array}{rl}
С =& \{"Оксана", "Роксана", \\
&"Марина","Регина", \\
&"Св. Аполлинария"\}\end{array}

заботливо опекаемые хозяйками, соответственно, Оксаной и Роксаной, Мариной и Региной, а также Аполлинарией. Палатки реализуют продукцию фирм

В = \{Красный Киллер, Пират, Ночная Бабочка\}

Фирма Красный Киллер в секретных подвалах славных подразделений бойцов холодной войны на основе бабушкиного самогона и контрабандного синтетического спирта гонит всемирно известную вино-водочную продукцию отличного качества. Фирма Пират производит аудио- и видеопродукцию и другие культурные ценности. Фирма Ночная Бабочка стряпает французскую косметику из мосластых московских дворняг.

Ситуацию контролирует дядя Рамзай из налогового ведомства, который имеет свой маленький частный бизнес. С каждой сложившейся ситуацией, определяемой тем, кто из друзей какие палатки "накрыл" и чья продукция находилась на реализации, дядя Рамзай связывает свою долю прибыли, основанную, мягко говоря, на шантаже. Дядя Рамзай имеет свой штат осведомителей: пару бомжей - жертв предыдущей амнистии, и пару-тройку голопузых апологетов трудного детства, которые с некоторой долей достоверности, за небольшую мзду и мелкое попустительство, доставляют ему информацию.

Дядя Рамзай - прогрессивный бизнесмен, и оценки прибыли решает проводить на высоком математическом уровне, обратившись за помощью к нам (рис. 3.1). Мы хорошо учились в школе, и это - плохо! Мы, как истинные альтруисты и ученые-бессеребренники, с радостью поможем ему, - бесплатно.

Предмет исследования

Рис. 3.1. Предмет исследования

А информации приходится обрабатывать дяде Рамзаю много. Он, прямо скажем, работает в условиях неопределенности и усиленных помех. Судите сами. Оксана делит любовь между Васей и Петей. Роксана - пока нет. Марина и Регина, жалея, подкармливают юных следопытов. Аполлинария вообще закадрила хахаля из местной мэрии и разъезжает в длиннющем "линкольне". Тщетно пытаясь разрушить узы бескорыстной дружбы, фирма Пират напрямую подмазала Васю, снизив нагрузку вымогательства на свою продукцию. Петя, кажется, пошел на нарушение Конвенции и вторгается в область, контролируемую конкурентами. (Ох, не избежать благородной разборки, со стрельбой и окровавленными трупами!) Скоро отмотает свой срок Никита, и предприятие расширится и т.д., и т.д., и т.д. \dots

Все такие обстоятельства прямо или косвенно влияют на долю прибыли дяди Рамзая.

Однако, разбираясь в столь сложной ситуации - для демонстрации действительно очень трудно формализуемой задачи, - мы чувствуем, как чем-то липким покрываются наши честные ладошки. А потому мы решительно отталкиваемся от \dots и со сладким упоением возносимся на уровень милого сердцу абстрактного, математического, формально-логического мышления.

Но, прежде всего, принимая столь ответственный заказ, мы хотим четко уяснить, что хочет дядя Рамзай, - чтобы все же максимально формализовать задачу. И после долгих согласований мы устанавливаем:

  1. Он хочет, задавая исходную информацию на входе той системы, которую мы для него создадим, на основе, возможно, не полной или недостоверной информации своих агентов, все-таки распознать с наибольшей определенностью, что это за ситуация (на какую ситуацию в наибольшей степени указывают сложившиеся обстоятельства), чтобы знать, на какой навар можно рассчитывать.
  2. Он хочет, задавая исходную ситуацию на входе системы, установить среднюю величину прибыли (учитывая, что в разной степени речь идет о нескольких возможных ситуациях).
  3. Он хочет сделать вывод о частоте появления различных ситуаций, чтобы перераспределить тарифные ставки за умолчание о шалостях Васи и Пети.

Итак, ступим на путь абстрагирования.

Пусть по стечению обстоятельств, которые мы будем называть событиями, принимаются решения. Решения образуют конечное множество. Каждое решение соответствует некоторой, в общем случае не единственной, комбинации событий. Предположим наличие нескольких вариантов одного события.

Введем "удобную", не обязательно единственно возможную, иерархию событий на основе их совместимости и алгоритмически привычного представления.

Считая, что варианты каждого вида событий образуют исчерпывающее множество, алгоритм работы системы можно записать как

if \ \ A1  \ \ then
\\
 \ \          if  \ \ B1  \ \ then  \ \ R1  \ \ else
\\
 \ \  \ \                  if  \ \ (C1\vee C2\vee C3)
\\
 \ \  \ \  \ \ 				then  \ \ R2  \ \ else  \ \ R3
\\
else
\\
if  \ \ B3  \ \ then  \ \ R4  \ \ else  \ \ R5.

Здесь R1 - R5 - принимаемые решения.

Одно решение соответствует некоторой, в общем случае не единственной, комбинации событий. Для изображения таких комбинаций воспользуемся записями, например, вида А1\wedge (В2\vee В3)\wedge (С4\vee С5). Это означает, что Вася отправился в палатку то ли к Регине, то ли к Аполлинарии, торгующей продукцией то ли фирмы Пират, то ли фирмы Ночная Бабочка. Однако эта же запись означает, что все составляющие ее конъюнкции А1\wedge В2\wedge С4, А1\wedge В3\wedge С4 и др. приводят к одному и тому же решению.

Проанализировав и перебрав все возможные ситуации, с учетом одинакового принимаемого решения, получим систему логических высказываний - предикатов, как основу формализации задачи при построении нейросети:

\left \begin{array} {1}
if A1\wedge B1\wedge (C1\vee C2\vee C3\vee C4\vee C5) \ then\  R1;\\
if A1\wedge (B2\vee B3)\wedge (C1\vee C2\vee C3) \ then\  R2;\\
if A1\wedge (B2\vee B3) \wedge (C4\vee C5) \ then\  R3;\\
if A2\wedge B3\wedge (C1\vee C2\vee C3\vee C4\vee C5) \ then\  R4;\\
if A2\wedge (B1\vee B2)\wedge (C1\vee C2\vee C3\vee C4\vee C5) \ then\  R5.\end{array} ( 3.1)

Тогда, например, первое логическое высказывание означает "Если Вася отправился в одну из пяти палаток, и все они торгуют сегодня продукцией фирмы Красный Киллер, то следует принять решение R1 (например, заказать туристическую путевку)".

Второе логическое высказывание означает: "Если Вася посетил одну из палаток С1, С2 или С3, торгующих сегодня продукцией фирм В2 и (или) В3, то следует принять решение R2 " и т.д.

Эльвира Герейханова
Эльвира Герейханова

Раньше это можно было зделать просто нажав на тест и посмотреть результаты а сейчас никак

Елена Лобынцева
Елена Лобынцева
Помогите разобраться как можно подобрать НС для распознавания внутренней области выпуклого многоугольника?