Санкт-Петербургский государственный университетинформационных технологий, механики и оптики

Содержание

Слайд 2

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Проблематика

Дилемма стабильности-пластичности памяти

Общая идея адаптивного резонанса

Наличие внутреннего

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Проблематика Дилемма стабильности-пластичности памяти Общая идея адаптивного резонанса Наличие
«детектора новизны»
Введение «шаблона критических черт»
Введение «ориентирующей системы»
Правило 2/3 (два из трех)
Встречное ожидание

Слайд 3

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Принципиальная архитектура ART1

состоит из двух нейронных слоев – сравнения С

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Принципиальная архитектура ART1 состоит из двух нейронных слоев –
и распознавания R, соединенных матрицами памяти B и T, двух приемников G1 и G2 и блока сброса.

Рис. принципиальная архитектура ART1

Слайд 4

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Принципиальная архитектура ART1

Слой сравнения

G1

сброс

Х

С

+

+

Р

Поступление входного вектора Х на слой сравнения

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Принципиальная архитектура ART1 Слой сравнения G1 сброс Х С
С

Управляющее воздействие блока G1

Формирование вектора С

Работа слоя распознавания

Модификация вектора С вектором R, поступившим из распознающего слоя

G2

Слайд 5

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Принципиальная архитектура ART1

Слой распознавания

G1

Bij

сброс

С

R

-

+

-

осуществляет классификацию входных векторов.

Р

Поступление в слой

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Принципиальная архитектура ART1 Слой распознавания G1 Bij сброс С
распознавания вектора весов Вj

Классификация входного вектора посредством реализации идеологии WTA, латеральное торможение

G1=0

Формирование вектора R, обнуление G1

Формирование вектора встреч-ного ожидания Р

Сброс сигнала нейрона победителя если вектор С не похож на Х

Слайд 6

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Принципиальная архитектура ART1

Приемники G1 и G2

G1. Выходной сигнал G1

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Принципиальная архитектура ART1 Приемники G1 и G2 G1. Выходной
равен 1, если хотя бы одна компонента двоичного входного вектора X равна единице; однако если хотя бы одна компонента вектора R равна единице, G1 устанавливается в нуль.
G2. Выход G2, равен единице, если входной вектор X имеет хотя бы одну единичную компоненту. Более точно, G2 является логическим ИЛИ от компонент вектора X.

Модуль сброса

Вычисляет сходство между векторами C и X как отношение количества единиц в C к их количеству в X. Если это отношение ниже установленного порога, то вырабатывается сигнал сброса возбужденного нейрона в слое распознавания и сеть продолжает поиск среди ранее запомненных образов.

Слайд 7

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Инициализация сети
Распознавание
Сравнение
Поиск
Обучение

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Инициализация сети Распознавание Сравнение Поиск Обучение

Слайд 8

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Инициализация сети

Установление весов матриц В и Т

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Инициализация сети Установление весов матриц В
для корректного функциони-рования АРТ:

ρ - уровень сходства, устанавливается в диапазоне от 0 до 1 (выбирается на основе требований решаемой задачи).
Большие величины ρ ведут к высокой «разборчивости» сети, низкие – в слабой.
В процессе функционирования величина ρ должна адаптивно изменяться.

Слайд 9

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Распознавание

G1

G2

T

B

сброс

С

Х

С

R

+

-

+

-

G1=1

G2=1

+

+

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Распознавание G1 G2 T B сброс

Слайд 10

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Распознавание

где Bj - весовой вектор, соответствующий нейрону j

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Распознавание где Bj - весовой вектор,
в слое распознавания, С – выходной вектор нейронов слоя сравнения (в этот момент С=Х), NETj – возбуждение нейрона j в слое распознавания.

Нейрон с максимальным NET становится единственным победителем.

Как обсуждалось ранее, распознавание реализуется вычислением свертки для каждого нейрона слоя распознавания, определяемой следующим выражением:

G1

Bij

сброс

С

R

+

-

Слайд 11

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Сравнение

G1

Bij

сброс

С

R

-

+

-

G1=0

P

- Х классифицирован

Нейрон-победитель формирует вектор R

Поскольку

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Сравнение G1 Bij сброс С R
вектор R теперь не нулевой, то G1 устанавливается в 0

Формирование вектора P

Сравнение P и X - в соответствии с правилом «два из трёх»

Заключение о классификации или…

Выработка сигнала сброса

где D – количество единиц в векторе X,
N – количество единиц в векторе С

Торможение возбужденного нейрона-победителя

Слайд 12

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Сравнение

Блок сброса сравнивает вектор С и входной

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Сравнение Блок сброса сравнивает вектор С
вектор Х, вырабатывая сигнал сброса, когда их сходство S ниже порога сходства. Вычисление этого сходства упрощается тем, что оба вектора являются двоичными.
Следующая процедура проводит требуемое вычисление сходства:
Вычислить D – количество единиц в векторе Х;
Вычислить N – количество единиц в векторе С.
Вычислить сходство: S=N/D
Например, примем, что:
X = 1011101, D = 5,
C = 0011101, N = 4,
S= N/D = 4/8 = 0.8

S может меняться от 0 (наихудшее соответствие) до 1 (наилучшее).

Заметим, что правило двух третей делает C логическим произведением входного вектора X и вектора P. Однако P равен Tj - весовому вектору выигравшего соревнование нейрона. Таким образом, D может быть определено как количество единиц в логическом произведении векторов Tj и X.

Слайд 13

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Поиск

Торможение возбужденного на предыдущем этапе нейрона-победителя в
слое

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Поиск Торможение возбужденного на предыдущем этапе
распознавания ведет к:
обнулению всех компонент вектора R,
G1 устанавливается в «1»
входной вектор X еще раз предъявляется в качестве C.
Теперь только другой нейрон может стать победителем в слое распознавания, соответственно, и другое встречное ожидание P будет предъявлено слою сравнения. Если и на этот раз P не соответствует X, то и этот нейрон в слое распознавания будет заторможен.

Слайд 14

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Поиск

Процесс поиска среди ранее запомненных образов будет

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Поиск Процесс поиска среди ранее запомненных
продолжен до тех пор, пока не наступит один из двух исходов:
Будет найден ранее запомненный образ, сходство которого с входным вектором X превышает порог, т. е. S>ρ. В этом случае процесс классификации остановится и сеть перейдет в режим дообучения для модификации матриц весов Tj и Bj, связанных с нейроном-победителем в слое распознавания.
Среди запомненных образов не будет найдено ни одного, соответствующего входному. В этом случае свободный нейрон в слое распознавания, веса которого равны единице, будет назначен этому образу.
В соответствии с правилом «2/3» вектор С будет идентичен входному вектору X, S=1 и условие S>ρ будет выполнено. Матрицы весов Bj и Tj будут настроены для соответствия новому входному образу.

Слайд 15

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

Обучение представляет собой процесс, в котором набор

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение Обучение представляет собой процесс, в
входных векторов подается последовательно на вход сети, а веса сети изменяются при этом таким образом, чтобы сходные векторы активизировали соответствующие им нейроны.
Заметим, что это - неуправляемое обучение, здесь нет учителя и нет целевого вектора, определяющего требуемый ответ.

Рассмотренный далее обучающий алгоритм используется как в случае успешного, так и в случае неуспешного поиска.

Слайд 16

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

В такой интерпретации «большие» вектора С производят

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение В такой интерпретации «большие» вектора
меньшие величины весов bij, чем «маленькие» вектора С. Это свойство самомасштабирования делает возможным разделение двух векторов в случае, когда один вектор является поднабором другого; т. е. когда набор единичных компонент одного вектора составляет подмножество единичных компонент другого.

Пусть вектор весов Bj (связанный с возбужденным нейроном j распозна-ющего слоя) равен нормализованной величине вектора C. Эти веса вычис-ляются следующим образом:

сi – i-я компонента выходного вектора слоя сравнения;
j – номер выигравшего нейрона в слое распознавания;
bij – вес связи, соединяющей нейрон i в слое сравнения с нейроном j в слое распознавания;
L – константа > 1 (обычно 2).
Сумма в знаменателе представляет собой количество единиц на выходе слоя сравнения, т.е.«размер» этого вектора.

Слайд 17

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

Если масштабирования нет, то предъявляя X2 увидим,

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение Если масштабирования нет, то предъявляя
что оба нейрона в слое распознавания будут иметь одинаковый уровень активации равный «1».

Для понимания важности свойства самомасштабирования рассмотрим пример классификации ранее известных сети векторов Х1=10000 и Х2=11100.

Слайд 18

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

Х1=10000, Х2=11100.

А если L=3, то:

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение Х1=10000, Х2=11100. А если L=3, то:

Слайд 19

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

тогда, подавая на вход сети вектор Х1, получим

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение тогда, подавая на вход сети
возбуждение в слое распознавания «1» – для нейрона 1 и «3/5» - для нейрона 2

таким образом, нейрон 1 (правильный) станет победителем. Аналогично,
предъявление вектора Х2 возбудит нейрон 1 до уровня «1», и нейрон 2 до
уровня «9/5», тем самым снова правильно выбрав победителя.

Слайд 20

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Распознавание

теперь пусть на вход поступает вектор X3 =

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Распознавание теперь пусть на вход поступает
1 1 0 0 0.

Нейрон 2 побеждает, С примет значение 1 1 0 0 0, следовательно,
S примет значение «1», и в силу выполнения критерия сходства поиск будет
остановлен.

Слайд 21

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

Х1=10000, Х2=11100.

А если L=1.5, то:

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение Х1=10000, Х2=11100. А если L=1.5, то:

Слайд 22

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Распознавание

теперь пусть снова на вход поступает вектор X3

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Распознавание теперь пусть снова на вход
= 1 1 0 0 0.

Нейрон 1 побеждает, С примет значение 1 1 0 0 0, следовательно,
S примет значение «1», и в силу выполнения критерия сходства поиск будет
остановлен.
Т.е. варьируя параметр L мы можем изменять предпочтения сети.

Слайд 23

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист.

Этапы работы сети

Обучение

Отметим, что для правильного функционирования сети необходима

Павлов А.В. Инт.Инф.Сист. Этапы работы сети Обучение Отметим, что для правильного функционирования
инициализация весов матрицы B малыми значениями, так как в случае инициализации большими значениями возможен вариант, когда ранее запомненный входной вектор будет активировать не «свой» нейрон, а новый – сеть будет лишена способности «вспоминать», бесконечно обучаясь и ничего не вспоминая из прошлого.
Веса матрицы Тj, связанной с новым запомненным вектором, изменяются так, чтобы они стали равны соответствующим двоичным величинам вектора С:
tij = сi для всех i, где tij - вес связи между нейроном-побудителем j в слое распознавания и нейроном i в слое сравнения.
Имя файла: Санкт-Петербургский-государственный-университетинформационных-технологий,-механики-и-оптики.pptx
Количество просмотров: 107
Количество скачиваний: 0