|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Біологічні нейрони і нейромережіЯк уже зазначалося, ідея створення проекту штучних нейронних мереж виникла внаслідок бажання штучно відтворити процеси мислення людського мозку. Нервова система і мозок людини складаються з нейронів, сполучених між собою нервовими волокнами. Нервові волокна здатні передавати електричні імпульси між нейронами. Всі процеси передавання подразнень від нашої шкіри, вух і очей до мозку, процеси мислення й управління діями — все це реалізоване в живому організмі як передавання електричних (електрохімічних) імпульсів між нейронами. Компонентою мозку, яка забезпечує можливість оброблення інформації, є нейрон (neuron), який складається з трьох основних зон: дендритів (dendrites) — відгалужень нервових клітин, що проводять нервовий імпульс до клітини, сома (soma) — тіла нейрона і аксона (axon) (інші назви аксона: неврит, нейрит) — відростка нервової клітини, по якому проходять нервові імпульси від клітин. Дендрити виконують функцію введення електричних (електрохімічних) сигналів, сома оброблює сигнали, і аксони утворюють вихідні маршрути для оброблених сигналів. Рис. 9.9 ілюструє модель окремого біологічного нейрона. Як видно із рисунка, кожний нейрон має паростки нервових волокон двох типів — дендрити, які приймають імпульси, і єдиний аксон, через який нейрон може передавати імпульси. Аксон контактує з дендритами інших нейронів через спеціальні утворення — синапси, які впливають на силу імпульсу. Сила зв'язку синапсового з'єднання між аксоном збудженого (активізованого) нейрона і дендритами отримуючого нейрона визначає вплив імпульсу. Через цей дуже простий механізм вхідним сигналам від сусідніх нейронів можна присвоювати пріоритети або коефіцієнти важливості щодо процесів акумуляції сигналів сомами. Ці пріоритети мають подібне призначення, як запам'ятовуючий пристрій чи пам'ять у мережі. Хоч тривалість відповіді для окремого нейрона приблизно в тисячу разів повільніша, ніж цифрова комутація в комп'ютері, мозок здатний до розв'язання комплексних проблем, як наприклад, бачення і мови. Це забезпечується за допомогою поєднання величезної кількості повільних нейронів (процесорів) у безмірно велику комплексну мережу. Кількість нейронів у людському мозку приблизно дорівнює 10і6, і кожний із них формує приблизно 104 синапси з іншими нейронами. Це є прикладом паралельного розподіленого оброблення інформації (parallel distributed processing — PDP), яке уможливлює кожне завдання поділити на безліч субзавдань, що виконуються одночасно. Можна вважати, що в результаті проходження через синапс сила імпульсу змінюється в певну кількість разів, яку будемо називати вагою синапса. Імпульси, що поступили до нейрона одночасно через кілька дендритів, підсумовуються. Якщо сумарний імпульс перевищує деяку порогову величину, то нейрон збуджується (рівень калію в ньому досягає критичної межі), формує власний імпульс і передає його далі через аксон. Важливо зазначити, що ваги синапсів можуть змінюватися згодом, а отже змінюватиметься і поведінка відповідного нейрона. Неважко побудувати математичну модель описаного процесу. На рис. 9.10 зображена схема нейрона з трьома входами (дендритами), причому синапси цих дендритів мають ваги w\, wi,. Нехай по синапсах поступають імпульси силами відповідно х\, Хг, хт,, тоді після проходження синапсів і дендритів до нейрона поступають імпульси w\X\, W2X2, изд- Нейрон перетворює отриманий сумарний імпульс (функцію стану) х = w\X\ + изд + wyXi відповідно до деякої передавальної функції f(x). Силу вихідного імпульсу можна обчислити за формулою: у = f(x)=f(w\X\ + м?гхг + + муХз)- Отже, нейрон повністю описується своїми вагами wK, що визначають функцію стану, і передавальною функцією /(х). Функцію fix) інколи називають функцією активації або функцією перетворення. Отримавши ряд імпульсів (вектор) на вході, нейрон передає деякий імпульс (число) у на виході. Штучні нейронні мережі не є точними копіями біологічної системи людського мозку, проте вони відтворюють такі здатності людини, як узагальнення, навчання, абстрагування і навіть інтуїцію. Все залежить від того, наскільки вдало вибрана математична модель нейронів і структура взаємозв'язків між окремими нейронами в нейромережі. Причому слід зауважити, що немає єдиного підходу до побудови нейромереж, конструкція їх значною мірою залежить від уміння авторів штучно відтворити функції біологічного нейрона: від правильності оцінювання вхідних значень, визначення стану нейрона, адекватності передавальної функції вихідному імпульсу. Математична модель штучного нейрона (далі — нейрона) має структуру, яка тією чи іншою мірою відтворює описану математичну модель біологічного нейрона. Введемо такі позначення: N — загальна кількість нейронів у нейромережі; j — індекс нейрона (/' = 1,2,..., N); n — кількість входів у j-ий нейрон 0=1,2,..., tij); xtj — значення сили імпульсу /-входу в у'-нейрон; wij ■ — вага імпульсу /-входу ву'-нейрон.
товуючи готові нейропакети (наприклад, нейропакет BrainMaker американської фірми «California Scientific Software»), усі ці функції максимально автоматизовані, користувачеві потрібно задати пише кількість параметрів задачі (вимірність простору) і програма автоматично вибере необхідну мережу, потім вибрати низки даних (наприклад, в електронній таблиці Excel) для навчання і тестування та виконувати інструкції в інтерактивному режимі. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |