Neuronové sítě. Vlasta Radová Západočeská univerzita v Plzni katedra kybernetiky



Podobné dokumenty
Fiala P., Karhan P., Ptáček J. Oddělení lékařské fyziky a radiační ochrany Fakultní nemocnice Olomouc

Ambasadoři přírodovědných a technických oborů. Ing. Michal Řepka Březen - duben 2013

Vytěžování znalostí z dat

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN - P1

Neuropočítače. podnět. vnímání (senzory)

PV021: Neuronové sítě. Tomáš Brázdil

Rosenblattův perceptron

Umělé neuronové sítě

5. Umělé neuronové sítě. Neuronové sítě

Architektura - struktura sítě výkonných prvků, jejich vzájemné propojení.

Neuronové sítě Ladislav Horký Karel Břinda

Membránový potenciál, zpracování a přenos signálu v excitabilních buňkách

3. Vícevrstvé dopředné sítě

Neuronové sítě (11. přednáška)

Nervová soustava je základním regulačním systémem organizmu psa. V organizmu plní základní funkce jako:

Fyziologický vývoj mozku v dětském věku

5. Umělé neuronové sítě. neuronové sítě. Umělé Ondřej Valenta, Václav Matoušek. 5-1 Umělá inteligence a rozpoznávání, LS 2015

Trénování sítě pomocí učení s učitelem

Nervová soustává č love ká, neuron r es ení

Nervová soustava. Funkce: řízení organismu. - Centrální nervová soustava - mozek - mícha - Periferní nervy. Biologie dítěte

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN - P11

Klíčové pojmy: Informační mohutnost, mozek, myšlení, nepřesné algoritmy, neuron, neuronová síť, simulace, umělá neuronová síť.

VY_32_INOVACE_19_OPAKOVANI_NERVOVA_SOUSTAVA_CLOVEKA. 45 minut Datum ověření:

Sešit pro laboratorní práci z biologie

Předmět: PŘÍRODOPIS Ročník: 8. Časová dotace: 2 hodiny týdně. Konkretizované tématické okruhy realizovaného průřezového tématu

Neuronové sítě v DPZ

1 Neuronové sítě - jednotlivý neuron

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

Neuronové sítě AIL002. Iveta Mrázová 1 František Mráz 2. Neuronové sítě. 1 Katedra softwarového inženýrství. 2 Kabinet software a výuky informatiky

ZÁKLADNÍ FOTOMETRICKÉ VELIČINY

Kurz psychologie a sociologie na FSV

Organismus je řízen dvojím způsobem, hormonálně a nervově. Nervový systém se dělí na centrální a periferní.

Nervová soustava Centrální nervový systém (CNS) mozek mícha Periferní nervový systém (nervy)

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

Výukový materiál v rámci projektu OPVK 1.5 Peníze středním školám

7. Nervová soustava člověka

Číslicové obvody základní pojmy

Typy umělých neuronových sítí

Základy umělé inteligence

9. Léčiva CNS - úvod (1)

Číselné vyjádření hodnoty. Kolik váží hrouda zlata?

Anotace: Materiál je určen k výuce přírodopisu v 8. ročníku ZŠ. Seznamuje žáky se základními pojmy a informacemi o stavbě a funkci nervové soustavy.

Neuronové sítě. 1 Úvod. 2 Historie. 3 Modely neuronu

KONTROLNÍ A ŘÍDÍCÍ SOUSTAVY. kontrolu a řízení organismu zajišťují 2 soustavy: o nervová soustava o hormonální soustava

Smysly. Biologie dítěte. Zrak Sluch Čich Chuť Hmat

Nervová soustava Centrální nervový systém (CNS) mozek mícha Periferní nervový systém (nervy)

Obsah DÍL 1. Předmluva 11

Adiktologie 1. ročník, zimní semestr 2005/2006

Základní pojmy. Program: Algoritmus zapsaný v programovacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Jedná se o posloupnost instrukcí.

1. 5. Minimalizace logické funkce a implementace do cílového programovatelného obvodu CPLD

2. RBF neuronové sítě

U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

Neuronové sítě Učení bipolárního perceptronu

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř. 17. listopadu 49. Výukový materiál zpracovaný v rámci projektu Výuka moderně

Katedra kybernetiky laboratoř Inteligentní Datové Analýzy (IDA) Katedra počítačů, Computational Intelligence Group

Modely selektivní interakce a jejich aplikace

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

CNS. NEUROANATOMIE I. - Struktury centrálního nervového systému

SEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY

VY_32_INOVACE_E 15 03

Digitální učební materiál

Úvod Příklad Výpočty a grafické znázornění. Filip Habr. České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská

Dálkový průzkum Země. Ústav geoinformačních technologií Lesnická a dřevařská fakulta MENDELU

SMYSLOVÁ A NERVOVÁ SOUSTAVA

Algoritmy I. Číselné soustavy přečíst!!! ALGI 2018/19

Klasifikace předmětů a jevů

Digitální učební materiál

Je pachová zátěž problémem? Eva Rychlíková Zdravotní ústav Kolín

Senzorická fyziologie

Zpracování informace v NS Senzorická fyziologie

Principy počítačů I Netradiční stroje

Základní škola Karviná Nové Město tř. Družby 1383

Neurony a neuroglie /

Booleovská algebra. Booleovské binární a unární funkce. Základní zákony.

Psychologie 09. Otázka číslo: 1. Člověka jako psychologický celek označujeme pojmem: psychopat. osobnost

U Úvod do modelování a simulace systémů

Technická fakulta. Katedra technologických zařízení staveb. Využití neuronových sítí pro integraci PZTS do inteligentních budov.

Kódy a kódování dat. Binární (dvojkové) kódy. Kód Aikenův

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Toolbox pro neuronové sítě pro prostředí Mathematica

Vnímání Metodický list

Lineární diskriminační funkce. Perceptronový algoritmus.

Bioelektromagnetismus. Zdeněk Tošner

Fourierova transformace

Kódováni dat. Kódy používané pro strojové operace

DIGITÁLNÍ FOTOGRAFIE

Digitální učební materiál

Kybernetika. vznikl koncepční rámec kybernetiky

Ostrov objevů multismyslové kurzy pro nejmenší Konference Mensa pro rozvoj nadání

NEURONOVÉ SÍTĚ EVA VOLNÁ CZ.1.07/2.2.00/

10. Reflexy a reakční doba.

SMYSLY VY_32_INOVACE_10_12_PŘ

Aplikovaná numerická matematika

Měření na unipolárním tranzistoru

5. Optické počítače. 5.1 Optická propojení

12. Booleova algebra, logická funkce určitá a neurčitá, realizace logických funkcí, binární kódy pro algebraické operace.

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Řečové technologie pomáhají překonávat bariéry

a) vnímání = proces, kterým zachycujeme to, co v daném okamžiku působí na naše smysly

Transkript:

Neuronové sítě Vlasta Radová Západočeská univerzita v Plzni katedra kybernetiky

Motivace pro výzkum umělých neuronových sítí lidský mozek pracuje jiným způsobem než běžné číslicové počítače počítače přesně a rychle provádějí posloupnosti instrukcí, které pro ně byly formulovány člověk dokáže lépe řešit řadu výpočetně náročných úkolů (šachy, porozumění řeči, zpracování vizuální informace) snaha napodobit schopnosti mozku a vytvořit umělou neuronovou síť Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 2

Lidský mozek skládá se asi ze 00 miliard výpočetních elementů - neuronů neurony mezi sebou komunikují prostřednictvím sítě vazeb vstup do sítě zajišťují tzv. receptory (zrak, sluch, čich, chuť, hmat) podnět z receptorů je ve formě elektrických impulsů přenášen do centrálního nervového systému, kde je zpracován podle výsledku zpracování jsou řízeny tzv. efektory (tj. výkonné orgány) a odezva člověka na daný podnět se projeví ve formě rozmanitých akcí celková struktura nervového systému lze přirovnat zpětnovazebnímu systému řízení Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 3

Biologický neuron biologický neuron je základní buňkou biologických neuronových sítí vstupy (dendrity) výstup sousedního neuronu synapse tělo (soma) výstup (axon) Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 4

Biologický neuron (pokračování) části biologického neuronu tělo (soma) výstup (axon) jediný, poměrně dlouhý (až 60 cm) vstupy (dendrity) poměrně krátké (do 3 mm), je jich až několik tisíc rozhraní (synapse) jednosměrné brány umožňující přenos signálu pouze ve směru axon dendrit, je jich asi 0 tisíc na každý neuron Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 5

Biologický neuron (pokračování) přenášené signály jsou elektrické impulsy, jejich přenos je ovlivněn uvolňováním budicích a tlumicích látek v synapsích excitátory (budicí látky) umožňují, aby neuron generoval impuls inhibitory (tlumicí látky) snižují schopnost neuronu generovat impuls překročí-li hodnota budicích signálů hodnotu tlumicích signálů o určitý práh, nastává tzv. aktivace neuronu na výstupu neuronu se objeví impuls Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 6

Biologický neuron (pokračování) po vygenerování impulsu se neuron na určitou dobu (tzv. období pauzy) dostane do stavu, kdy nereaguje na žádné podněty chování neuronu lze popsat diskrétně v čase období pauzy není pro všechny neurony stejně dlouhé neurony v mozku pracují asynchronně Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 7

Model biologického neuronu biologický neuron model neuronu x x 2 x 3 w w 2 w 3 y x n w n x i vstupy w i váhy y výstup n počet vstupů neuronu Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 8

Model neuronu McCullochův Pittsův model navržen v roce 943 pro výstup platí: x x 2 x 3 x n w w 2 w 3 w n y + =, 0, vstupy x i, i =,,n, mohou nabývat pouze hodnot 0 nebo podle toho, zda je přítomen signál nebo ne) váhy w i, i =,,n, w i =+ pro budicí signály (excitátory), w i =- pro tlumicí signály (inhibitory) b je práh () ()< Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 9

Vlastnosti McCullochova Pittsova modelu jednoduchý má pouze 2 stavy (0 a ) jedná se o binární model váhy jsou pevně nastavené pouze na - nebo + prahy jsou pevně stanoveny neumožňuje realizovat všechny logické funkce (umožňuje AND, OR, NOT, ale neumožňuje XOR) Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 0

Model neuronu perceptron diskrétní verze poprvé uvedena v roce 958 F. Rosenblatem x x 2 x 3 w w 2 w 3 y pro výstup platí: + = ()+ = x n w n b = T ()+ f je aktivační funkce w = [w, w 2,, w n ] T je váhový vektor x = [x, x 2,, x n ] T je vstupní vektor ξ = w T x+b je aktivační hodnota Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky

Model neuronu perceptron (pokr.) Nejčastěji užívané aktivační funkce bipolární binární unipolární binární + pro ξ 0 f ( ξ ) = sgn( ξ ) = pro ξ < 0 f ( ξ) f ( ξ ) = + pro ξ 0 0 pro ξ < 0 f ( ξ) ξ ξ Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 2

Model neuronu perceptron (pokr.) Nejčastěji užívané aktivační funkce bipolární spojitá 2 f ( ξ ) = + exp( λ ξ) unipolární spojitá f ( ξ ) = + exp( λ ξ ) lineární f ( ξ ) = λ ξ f ( ξ) λ ξ f ( ξ) λ ξ f ( ξ) λ ξ λ strmost aktivační funkce Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 3

Model neuronu perceptron (pokr.) binární aktivační funkce jsou speciálním případem spojitých pro λ bipolární spojitá a unipolární spojitá funkce se též nazývají sigmoidální funkce (mají tvar písmene S) Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 4

Činnost perceptronu s bipolární binární aktivační funkcí x x 2 x 3 w w 2 w 3 y + = ()+ = x n w n b = T ()+ f ( ξ) ξ + pro ξ 0 f ( ξ ) = sgn( ξ ) = pro ξ < 0 Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 5

Činnost perceptronu s bipolární binární aktivační funkcí (pokr.) pro n=2 + =sgn + 2 2 + = w x w 2 y x 2 b +, + 2 2 + 0 =, + 2 2 +<0 x 2!. =[, 2 ] T + 2 2 +=0 perceptron rozdělí vstupní rovinu x x 2 na dvě poloroviny, jedné přiřadí +, druhé - x Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 6

Činnost perceptronu s bipolární binární aktivační funkcí (pokr.) Perceptron s bipolární binární aktivační funkcí rozdělí vstupní prostor x = [x, x 2,, x n ] T na dvě oblasti, jedné přiřadí +, druhé -. Nadplocha, která vstupní prostor rozděluje, je dána rovnicí w T x = 0. Vlasta Radová: Neuronové sítě. Západočeská univerzita v Plzni, katedra kybernetiky 7