Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 01.06.2007 | Доступ: свободный | Студентов: 1822 / 80 | Оценка: 4.38 / 3.75 | Длительность: 22:59:00
ISBN: 978-5-9556-0094-9
Специальности: Программист
Лекция 7:

Нейросетевые самообучающиеся системы управления

< Лекция 6 || Лекция 7: 12 || Лекция 8 >

7.2. Нейросетевое воплощение

" \dots Медузин сел за письменный стол и просидел с час в глубокой задумчивости; потом вдруг "обошелся посредством" руки, схватил бумагу и \dots написал:

  1. Российская грамматика и логика \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots много употребл.
  2. История и география \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots употребляет довольно
  3. Чистая математика \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots плох
  4. Французский язык \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots. виноградн. много
  5. Немецкий язык \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. пива очень много
  6. Рисование и чистописание \dots \dots \dots \dots \dots. \dots \dots \dots \dots.. одну настойку
  7. Греческий язык \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. все употребляет

После этих антропологических отметок Иван Афанасьевич записал соответственную им программу:

Ведро сантуринского \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots. 16 руб.

1/2 ведра настойки \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. 8 "

1/2 ведра пива \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. 4 "

2 бутылки меду \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots 50 коп.

Судацкого 10 бутылок \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots 10 "

3 бутылки ямайского \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. 4 "

Сладкой водки штоф \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots.. 2 " 50 коп.

_____________________

Итого: 45 руб."

А.И. Герцен. "Кто виноват?"

Упражнение:

постройте нейросеть, позволяющую предсказывать действительные расходы учителя латинского языка и содержателя частной школы И.А. Медузина при оценке контингента гостей приближающегося дня тезоименитства.

Мы уже построили нейросеть для важной задачи принятия решений и вручили ее Заказчику – дяде Рамзаю. Однако, задумчиво глядя в синее небо под бодрящий рокот набегающей волны теплого течения Гольфстрим, мы не можем прогнать мыслей об обобщениях, вариациях и применениях…

Итак, еще раз тщательно проследим принцип динамического совмещения процесса обучения системы управления с процессом выдачи решений, изложенный выше, и установим в схеме на рис. 7.2 целесообразность, место и способ использования нейронной сети как основного реального средства искусственного интеллекта. Прежде всего, мы понимаем, что основным естественным и целесообразным местом применения нейросети здесь является база знаний, ранее реализованная с помощью ассоциативной памяти (рис. 7.1). Нам только надо позаботиться о том, чтобы "крутились" там не численные значения информации, а вес этой информации или ее достоверность. То есть не сама информация должна обрабатываться нейросетью, а ее логический эквивалент. Ведь мы поняли, что принцип искусственного интеллекта направлен на параллельную обработку логических высказываний, а вовсе не ориентирован напрямую на числовую обработку информации, как это делается при решении некоторых "нейроподобных" задач при использовании нейросети в роли спецпроцессора.

Пусть нейросеть в роли базы знаний имеет текущий вид, представленный на рис. 7.3.

Нейроны-рецепторы оказались закрепленными за значениями элементов входного вектора. Это значит, что в режиме обучения (или в процессе динамической корректировки) установилось соответствие на основе положения "величина возбуждения данного p -го нейрона входного слоя принимает значение достоверности того, что xi= xi(p) .

Здесь могут фигурировать не точные значения параметров, а некоторые диапазоны их изменения, как это указывалось в 3.2.

Как мы ранее делали, при обучении мы полагаем эту достоверность равной единице, а в процессе распознавания может быть что угодно, даже не удовлетворяющее свойству полноты событий.

Управляющая система с нейросетью

Рис. 7.3. Управляющая система с нейросетью

"Показывая" сети на этапе обучения различные эталоны, методом трассировки мы можем добиться установления соответствия вида {Входы xi} -> Rq , наполнив тем самым базу знаний. Каждое решение Rq при этом тоже указывает на определенное значение вектора – результата Yq, компоненты которого суть управляющие воздействия системы. То есть нейроны Rq фактически закрепляются за ситуациями, по которым мы знаем векторы характеристик или значений параметров принимаемых решений – векторы значений управляющих воздействий.

Для нахождения этих значений управляющих воздействий в зависимости от значений исходных данных может быть использовано моделирование, наряду с экспериментом или с экспертными оценками. Таким образом, модель, эксперимент или эксперт играют роль учителя. (Мы ранее уже высказали сомнение насчет существования и действенности "чистого" самообучения.)

Первоначально обученная таким образом нейросеть может быть уже использована в рабочем режиме (распознавания) и в режиме совместной работы с моделью. При этом мы понимаем, что нейросеть обучена недостаточно, и, подобно пристрелке реперов "в свободное от работы" время, мы пытаемся с помощью модели испытать и, в случае необходимости, дополнить знания нейросети.

Модель случайно или направленно – по обоснованному плану "выбрасывает" некоторую ситуацию, характеризующуюся значением компонент входного вектора Х. По каждой компоненте определяется вес или достоверность того, что ее значение совпадает с подмножеством значений этой компоненты, представленных входным слоем нейросети, или с диапазонами значений этой компоненты.

Например, сеть "знает" реакцию на значение (опустим индекс) x = 2, x = 5, x = 6. Модель выбросила значение х = 5,7. Это может означать необходимость формирования значений возбуждения Vx=2 = 0 , Vx=5 = 0,3 , Vx=6 = 0,7 . Здесь индексы возбуждений указывают нейроны входного слоя, закрепленные за данным значением параметра. Так делается по всем компонентам входного слоя.

Пусть, "пройдя" по сети, данные возбуждения входного слоя привели к преодолению порога возбуждения нейронов выходного слоя R5 ( VR5 = a ), R7 ( VR7 = b ), R12 ( VR12 = c ). При этом нейрону R5 соответствует вектор управляющих воздействий Y5 = (y1(5), y2(5), ..., yn(5)) , нейрону R7вектор Y7 = (y1(7), ..., yn(7)) , нейрону R12вектор Y12 = (y1(12), ..., yn(12)) . Тогда мы находим предполагаемый ответ нейросети:

\begin{array}{l}
      y_1 = \cfrac {ay^{(5)}_1 + by^{(7)}_1 + cy^{(12)}_1}{a+b+c}, \\
      \dots\dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \\
      y_n = \cfrac {ay_n^{(5)} + by_n^{(7)} + cy_n^{(12)}}{a+b+c} \end{array}

Подставляем данное решение в модель и устанавливаем, удовлетворяет ли нас оно, – например, по величине промаха. Если удовлетворяет, мы делаем положительный вывод об обученности нейросети и продолжаем ее испытание по другим исходным данным. Если нет – сеть необходимо "доучить", продемонстрировав самый высокий логический уровень обратной связи.

Для этого мы должны ввести в действие новые рецепторы, закрепив их за теми значениями исходных данных или их диапазонами, которые ранее не были представлены. Например, нам придется закрепить рецептор за значением х = 5,7.

Далее, мы должны выделить нейрон выходного слоя и закрепить его за соответствующим правильным решением, которое мы должны получить с помощью модели.

Далее, мы должны выполнить трассировку для того, чтобы задание нового эталона с единичной достоверностью исходных данных приводило к максимальному возбуждению выделенного нейрона выходного слоя, ответственного за получение правильного решения.

Таким образом, сеть может обучаться до тех пор, пока не перестанет давать "сбоев". А поскольку в вероятностном аспекте это вряд ли возможно, то в таком режиме она должна работать в течение всего жизненного цикла, реализуя известную пословицу "Век живи – век учись"…

Здесь наглядно представлена замечательная возможность нейросети: табличная аппроксимация функции многих переменных , снабженная процедурой интерполяции (экстраполяции) для нахождения произвольного значения вектора-аргумента и приближенного соответствующего значения векторной функции. При этом входной вектор возбуждений рецепторов преобразуется в максимальное или усредненное значение возбуждения нейронов выходного слоя, указывающего на соответствующее значение вектора-функции. Так что практически столь простым способом мы построили аппроксимацию векторной функции от векторного аргумента!

Такую аппроксимацию можно выполнить и "в более явном виде", ибо каждая компонента yj решения Y = {y1,..., yп} может отыскиваться отдельно в результате предварительной трассировки (рис. 7.4). То есть сеть может быть построена и обучена так, чтобы заданное значение Х = {x1,..., xт} приводило к максимальному (или усредненному) значению возбуждения нейрона выходного слоя, указывающего соответствующее значение y1 , к максимальному (или усредненному) значению возбуждения другого нейрона выходного слоя, указывающего на значение у2 и т.д. Выходной слой оказывается разбит на области, каждая из которых закреплена за своим параметром уi , i =1,..., п. Тогда полученное преобразование можно условно записать X -> {Вых(у1), Вых(у2),..., Вых(уп)} .

Следует обратить внимание не только на высокую производительность такого рода самообучающихся систем в рабочем режиме, но и на их адаптивность, развиваемость, живучесть и т.д.

Раздельное нахождение управляющих параметров с помощью нейросети

Рис. 7.4. Раздельное нахождение управляющих параметров с помощью нейросети
< Лекция 6 || Лекция 7: 12 || Лекция 8 >
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?