background image

J

J

a

a

k

k

 

 

d

d

z

z

i

i

a

a

a

a

 

 

s

s

i

i

e

e

 

 

n

n

e

e

u

u

r

r

o

o

n

n

o

o

w

w

a

a

 

 

Sieci neuronowe to gor cy temat. Wed ug niektórych naukowców stanowi  one ostateczne rozwi zanie 

problemu sztucznej inteligencji. S dzi si ,  e urz dzenia te potrafi  my le  twórczo jak cz owiek i sprawnie jak 
maszyna. S  te  jednak i sceptycy, którzy twierdz ,  e sieci to tylko przelotna moda: nie s  w stanie zrobi  nic, 
czego nie by by w stanie zrobi  klasyczny komputer.  

K

K

o

o

m

m

p

p

u

u

t

t

e

e

r

r

 

 

i

i

 

 

s

s

i

i

e

e

 

 

Jak dzia a standardowy komputer? To nic innego, jak maszyna do wykonywania algorytmów. Wszystkie 

jego dzia ania sprowadzaj  si  do wykonywania szeregów bardzo prostych czynno ci. Ka dy krok musi by 
dok adnie zaplanowany. Taka maszyna dobrze wi c sobie radzi ze skomplikowanymi obliczeniami, lecz ma 
problemy z dzia aniami, jakie z  atwo ci  wykonuje ka dy cz owiek: rozpoznawaniem twarzy czy tre ci 
wypowiadanych s ów. Tu nie ma bowiem jasnych kryteriów, wiele zale y od wyra nych, ale trudnych do 
precyzyjnego sformu owania cech.  

Z

Z

a

a

m

m

i

i

a

a

s

s

t

t

 

 

p

p

r

r

o

o

g

g

r

r

a

a

m

m

u

u

 

 

Konstruktorzy sieci neuronowych podj li prób  stworzenia maszyn, które by yby wolne od takich 

ogranicze . Program opisuj cy kolejne kroki zadania zostaje zast piony p ynn  struktur  rozproszonych jednostek 
przetwarzania, których konstrukcja jest inspirowana sposobem dzia ania neuronów, podstawowych sk adników 
mózgu. W tym celu u ywa si  szeregu bardzo prostych komputerów czy procesorów, nazywanych w a nie 
neuronami, które pogrupowane s  w po czone ze sob  warstwy. Ka da sie  sk ada si  z przynajmniej dwóch 
warstw 

 

wej ciowej i wyj ciowej; zazwyczaj te  mi dzy

 

nimi znajduj  si  warstwy po rednie. Poszczególny neuron 

ma jedna z cze wyj ciowe i przynajmniej jedno wej ciowe (a przewa nie jest ich kilka). Sie  przetwarza liczby: 
ka dy neuron sumuje warto ci na swym wej ciu po pomno eniu ich przez w a ciwy ka demu  czu wspó czynnik 
zwany wag . Dzi ki temu z zespo u liczb na wej ciu otrzymujemy inny zestaw liczb na warstwie wyj ciowej. Tak 
wi c sie , podobnie jak klasyczny komputer, przetwarza dane sprowadzone do postaci cyfrowej. Ró nica polega 
jednak na tym,  e w tym przypadku nie ma programów, a o kszta cie oblicze  decyduje rozk ad wag: to one 
stanowi  o tym, które  cie ki sieci b d  mia y wp yw na wynik.

  

  

  

N

N

a

a

u

u

c

c

z

z

y

y

c

c

i

i

e

e

l

l

 

 

n

n

e

e

u

u

r

r

o

o

n

n

ó

ó

w

w

 

 

Sztuka budowania sieci polega na tym, by owe warto ci liczbowe odpowiada y interesuj cym nas 

w asno ciom danych. Na przyk ad na wej ciu mo emy poda  cyfrowy zapis d wi ku ludzkiej mowy, by na wyj ciu 
uzyska  opis kolejnych liter alfabetu sk adaj cych si  na wypowiedziane zdanie. Oczywi cie, brak programu nie 
oznacza,  e sie  dzia a cudem. Proces pisania kodu zast piony jest przez uczenie sieci. Kluczow  rol

 

odgrywaj 

wspomniane wagi. To one przecie  decyduj  o wyniku, jaki pojawi si  na warstwie wyj ciowej. Uczenie nast puje 
poprzez zadanie sieci, w której wagi poszczególnych neuronów s  pocz tkowo ustawione  przypadkowo, 
przyk adowych danych. Dane maj  tak  sam  struktur , jak informacje, które pó niej uk ad b dzie obrabia . 
Nauczyciel ocenia, na ile wynik na poszczególnych neuronach wyj ciowych odpowiada jego oczekiwaniom. Je li 
jest niepoprawny, sie  zmienia wagi tych neuronów, które s  po czone ze  le ocenion  jednostk  wyj ciow . 
Dzi ki temu po serii kilkuset czy kilku tysi cy przyk adów sie  nadaje du 

wag  tym po czeniom, które maj  du y 

wp yw na uzyskanie poprawnego wyniku, a minimalizuje wp yw czynników nieistotnych. 

background image

Z

Z

r

r

o

o

z

z

u

u

m

m

i

i

e

e

 

 

n

n

a

a

r

r

z

z

d

d

z

z

i

i

a

a

 

 

Ciekaw  cech  sieci jest to,  e nauczyciel nie jest w stanie zrozumie  mechanizmu, jaki pozwala sieci 

uzyska  odpowiedni rezultat. Struktura dróg, jakimi informacja pod

a z wej cia na wyj cie, jest zbyt 

skomplikowana. Wskazuje on jedynie, kiedy pope niony zosta  b d i na ile jest on powa ny. Wa ne jest, by dobra 
przyk ady na tylko charakterystyczne, by umo liwi

 

sieci uchwycenie interesuj cych  nas cech. Przyk adowo   nie 

b dziemy w stanie uzyska  informacji o masie kuli, daj c na wej ciu dane o jej barwie i powierzchni. Niezb dne 
jest te  uwzgl dnienie w asno ci materia u, z jakiego jest ona zrobiona. Okazuje si ,  e jako 

nauki ma daleko 

wi ksze znaczenie ni  doskonalenie konstrukcji uk adu poprzez modyfikowanie liczby warstw, po cze  mi dzy 
neuronami i innych sprz towych czynników.

  

N

N

e

e

u

u

r

r

o

o

n

n

y

y

 

 

w

w

 

 

p

p

r

r

a

a

k

k

t

t

y

y

c

c

e

e

 

 

Takie systemy doskonale radz  sobie w tych w a nie sytuacjach, w których zawodz  tradycyjne  metody 

oblicze . Umiej  one na przyk ad rozpoznawa  tekst. Je li zbudujemy sie  i na jej warstwie wej ciowej dawa 
b dziemy opis poszczególnych punktów obrazu zeskanowanej strony, to do 

atwo mo na nauczy  sie 

rozpoznawa  poszczególne litery i zamieni  plik .bmp w odpowiadaj cy mu pod wzgl dem zawarto ci plik 
tekstowy. Podobnie mo na nauczy  sieci rozpoznawania mowy czy nazywania przedmiotów widzianych na 
zdj ciach. Na technologii sieci neuronowej opiera si  wiele programów, na przyk ad Recogniform Desktop Leader 
czy InvoicePack firmy Captiva S.C.   narz dzie do archiwizacji rachunków, wykorzystuj ce technologi  sieci 
neuronowych do rozpoznawania pisma. Sieci neuronowe znajduj  zastosowanie w wielu dziedzinach  ycia. U ywa 
si  ich do przewidywania

 

zmiany kursów akcji na gie dzie. Niektórzy znani inwestorzy uzyskuj  z ich pomoc 

znakomite, a przy tym bardzo wymierne rezultaty. Bardzo pilnie strzeg  oni jednak kluczowej informacji: tego, jakie 
dane dotycz ce papierów warto ciowych podawane s  na wej ciu sieci. Du y rozg os zdoby  projekt Uniwersytetu 
w Kioto, gdzie podejmuje si  prób  stworzenia opartego mi dzy innymi na osi gni ciach w dziedzinie sieci 
neuronowych robota, który dorównywa  ma mo liwo ciami ludzkiemu mózgowi. Na razie stworzono robota, 
którego moc przetwarzania ma zbli a  si  do zdolno ci kota, ale prace post puj . Wa n  rol  w tym projekcie 
odgrywa polski naukowiec, Andrzej Buller. Zaawansowane s  badania nad zastosowaniem sieci neuronowych do 
systemów zarz dzaj cych sygnalizacj 

wietln . Podobno znany klub pi karski AC Milan zamierza u y  sieci 

neuronowych do przewidywania kontuzji wartych miliony dolarów pi karzy

  

C

C

o

o

 

 

d

d

a

a

l

l

e

e

j

j

?

?

 

 

To w a nie fakt,  e sieci radz  sobie z problemami, wobec których bezsilne s  klasycznie skonstruowane 

komputery, sk ania ich entuzjastów do daleko posuni tego optymizmu. Sceptycy maj  jednak cz

ciowo 

s uszno

, wskazuj c na wa ne ograniczenia tej technologii. Otó  takie konstrukcje bardzo s abo radz  sobie 

w a nie w tych dziedzinach, w których klasyczne komputery s  najsilniejsze. Trudno jest nauczy  je dok adnych 
oblicze , przeszukiwania baz danych czy innych operacji na symbolach. Nie jest to niemo liwe, ale stosowanie 
zwyk ych komputerów okazuje si  tu prostsze, ta sze i skuteczniejsze. Nie nale y s dzi ,  e z dnia na dzie  sieci 
neuronowe zast pi  tradycyjne komputery. Najbardziej wydajne systemy oparte s  na wspó pracy obu technologii. 
Dobrym przyk adem mo e by  system Text Analysys, który analizuje znaczenie tekstu w celu sporz dzania 
streszcze  d ugich tekstów, wykorzystuj c zarówno analiz  neuronow , jak i klasyczn  baz  danych informacji 
j zykowych.

  

 

background image

T

T

r

r

u

u

d

d

n

n

e

e

 

 

t

t

e

e

r

r

m

m

i

i

n

n

y

y

 

 

A

A

l

l

g

g

o

o

r

r

y

y

t

t

m

m

 

 

opis kroków s u

cych do wykonywania danego zadania. Realizacj  algorytmu jest program.

 

N

N

e

e

u

u

r

r

o

o

n

n

 

 

podstawowy element systemy nerwowego zwierz t i ludzi. Przez analogi  mianem tym okre la

 

si  te 

pojedyncze elementy sieci neuronowej. 

S

S

i

i

e

e

c

c

i

i

 

 

n

n

e

e

u

u

r

r

o

o

n

n

o

o

w

w

a

a

   rodzaj architektury systemu komputerowego. Polega on na przetwarzaniu danych przez 

neurony pogrupowane w warstwy. Odpowiednie wyniki uzyskuje si  dzi ki procesowi uczenia, który polega na 
modyfikowaniu wag tych neuronów, które s  odpowiedzialne za b d.

 

W

W

a

a

g

g

a

a

 

 

wspó czynnik, przez który mno one s  dane wychodz ce przez poszczególne wyj cia z neuronu. Uczenie 

sieci polega na odpowiednim zmienianiu wag. 

W

W

a

a

r

r

s

s

t

t

w

w

a

a

 

 

neurony w sieci pogrupowane s  w warstwy. Informacje s  przetwarzane przez kolejne warstwy, od 

wej ciowej do wyj ciowej. Pomi dzy neuronami tej samej warstwy nie ma po cze .