Introducere în rețele neuronale (neurale)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Jump to navigation Jump to search


Introducere[modificare | modificare sursă]

O rețea neuronală este modelarea matematică a procesului învățare (sau memorare) al unei ființe care dispune de un minim de neuroni organizați într-un organ ce îi permite coordonarea funcțiilor vitale (creier). Referitor la ființe există două mari tipuri de rețele neuronale :

  • de tip Read Only – sunt transmise de la o generație la alta prin ADN – ele dezvoltându-se pe parcursul a milioane de ani și a zeci de mii de generații și care permit indivizilor dintr-un grup să aibă anumite caracteristici unice – de exemplu – capacitatea de a vorbi;
  • de tip Dinamic – se dezvoltă pe parcursul vieții unui individ prin învățare, exersare și repetiție și nu se transmit genetic la următoarea generație, însă modifică codul ADN al rețelelor de tip Read Only (în sensul îmbunătățirii). Aceste rețele permit de exemplu rezolvarea ecuațiilor de gradul 2.

În ultima jumătate de secol, odată cu apariția sistemelor de calcul electronice, oamenii de știință au încercat să modeleze procesul de învățare prezent la ființele superioare, folosind rețelele neuronale. Acestea se doresc a fi folosite (și sunt folosite) în domenii în care predictibilitatea unui eveniment sau răspunsul oportun la un eveniment nu poate fi rezolvată folosind funcții matematice.

În continuare voi descrie procesul de învățare de către o ființă umană a modului în care se execută corect o operațiune nouă și modul de modelare a acesteia folosind rețelele neuronale.

Enunțul problemei[modificare | modificare sursă]

Un foarte bun specialist în domeniul IT și-a cumpărat o ramă digitală pe care dorește să o agațe pe un perete din locuința sa. Ajuns acasă, constată faptul că nu are unde să o agațe deoarece nu are nici un cui bătut în perete. Din auzite, știe că ar putea rezolva problema cu un cui și un ciocan. Cumpără o pungă de cuie de la magazin și împrumută un ciocan de la un vecin. Din rușine nu îl întreabă pe acesta și cum se folosește ciocanul. Ce șanse de reușită are specialistul nostru IT să bată cuiul din prima (considerând că peretele este dintr-un material ce permite înfigerea unui cui)?

Rezolvare[modificare | modificare sursă]

Pentru a reuși să bată un cui într-un perete fără să își zdobească degetele, este necesară îndeplinirea corectă a patru cerințe:

  • A = Modul în care este ținut cuiul cu mâna (de la mijloc, de lângă floare, de lângă vârf);
  • B = Poziționarea cuiului față de perete (perpendicular pe acesta sau înclinat);
  • C = Modul în care lovește ciocanul floarea cuiului (perpendicular sau înclinat);
  • D = Forța cu care se aplică prima lovitură (scăzută, potrivită, puternică)

Din punct de vedere al modelării procesului folosind rețelele neuronale, cele patru cerințe se consideră a fi ponderi într-o rețea neuronală ce pot avea diverse valori:

  • Ponderea A – modul în care este ținut cuiul cu mâna – de la mijloc=1, de lângă floare=2, de lângă vârf =3;
  • Ponderea B – poziționarea cuiului față de perete – vertical=1, înclinat=1;
  • Ponderea C – modul în care lovește ciocanul floarea cuiului – perpendicular = 1, înclinat =2;
  • Ponderea D - forța cu care se aplică prima lovitură - scăzută = 2, potrivită = 1, puternică = 3.

Pentru baterea unui cui din prima lovitură este necesar ca: specialistul IT să țină cuiul de la mijloc, perpendicular pe perete (astfel încât acesta să nu sară și ciocanul să nu îi zdrobească degetele), să lovească floarea cuiului perpendicular și cu o forță potrivită (astfel încât cuiul să nu se îndoaie). Este destul de greu să credem că va reuși din prima incercare, atâta vreme cât a văzut cum se bat cuie doar la televizor.

Valorile ponderilor pentru ca procesul de batere al unui cui să fie realizat corect:

  • Ponderea A = 1 (cuiul este ținut de la mijloc);
  • Ponderea B = 1 (cuiul este fie vertical fie înclinat);
  • Ponderea C = 1 (ciocanul să fie perpendicular pe floarea cuiului);
  • Ponderea D = 1 (forța primei lovituri este potrivită);

Din fericire, specialistul nostru dispune de miliarde de neuroni care se pot organiza în REȚELE NEURONALE ce îi permit să rezolve problema dacă nu din prima, atunci din câteva încercări.

O încercare de înfigere a cuiului are succes dacă ponderile rețelei neuronale au valorile A=1, B=1,C=1, D=1. Înainte de a-și propune să bată cuiul, rețeaua neuronală nu există, astfel încât A=0, B=0, C=0, D=0.[1]

Specialistul IT crede că va avea succes dacă A=2 (ține cuiul de lângă floare), B=1 (cuiul este perpendicular pe suprafața peretelui), C=1 (lovește perpendicular), D=1 (forța de lovire este potrivită).[2]

Din păcate pentru el, degetele îi vor spune că nu a avut dreptate. Analizează situația și își modifică în consecință stilul de lucru: A=1 (ține cuiul de la mijloc), B=1 (cuiul este perpendicular pe suprafața peretelui), C=1 (lovește perpendicular), D=2 (forța de lovire este puternică).[3] Nici de această dată nu reușește deoarece cuiul se îndoaie. Reanalizează situația, folosindu-se de experiența și cunoștințele dobândite până atunci și ajunge la concluzia că s-ar putea să aibă succes dacă: A=1 (ține cuiul de la mijloc), B=1 (cuiul este perpendicular pe suprafața peretelui), C=1 (lovește perpendicular), D=1 (forța de lovire este potrivită).[4]

Spre marea lui bucurie reușește. În urma acestei experiențe s-a ales cu ramă digitală pe perete și cu o rețea neuronală nou-nouță care îi va da pe viitor posibilitatea să bată cuie fără să se accidenteze la degete.

A reușit din 3 încercări. Foarte probabil că un cimpanzeu nu ar fi reușit nici după 1000 de încercări – Putem spune că între inteligență și numărul de încercări pe care îl facem pentru a duce la bun sfârșit o acțiune, există o relație directă : cu cât numărul de încercări este mai mic (viteza de reglare a rețelei neuronale), cu atât coeficientul de inteligență este mai mare.

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Referințe și note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Figura 1, despretot.info
  2. ^ Figura 2, despretot.info
  3. ^ Figura 3, despretot.info
  4. ^ Figura 4, despretot.info