Czym jest głęboka sieć neuronowa?
Głęboka sieć neuronowa (DNN) to rodzaj modelu uczenia maszynowego, który naśladuje sposób, w jaki ludzki mózg przetwarza informacje. W przeciwieństwie do tradycyjnych algorytmów, które działają zgodnie z predefiniowanymi regułami, DNN mogą uczyć się wzorców z danych i przewidywać na podstawie wcześniejszych doświadczeń - tak jak my.
Sieci DNN są podstawą głębokiego uczenia, zasilając aplikacje takie jak agenci AI, rozpoznawanie obrazu, asystenci głosowi, chatboty AI.
Czym jest architektura sieci neuronowej?
"Głęboki" w DNN odnosi się do posiadania wielu ukrytych warstw, umożliwiając sieci rozpoznawanie złożonych wzorców.
Sieć neuronowa składa się z wielu warstw węzłów, które otrzymują dane wejściowe z innych warstw i generują dane wyjściowe, aż do osiągnięcia ostatecznego wyniku.
Sieć neuronowa składa się z warstw węzłów (neuronów). Każdy węzeł pobiera dane wejściowe, przetwarza je i przekazuje do następnej warstwy.
- Warstwa wejściowa: Pierwsza warstwa, która pobiera surowe dane (np. obrazy, tekst).
- Warstwy ukryte: Warstwy pomiędzy wejściem i wyjściem, które przekształcają dane i wykrywają wzorce.
- Warstwa wyjściowa: Tworzy ostateczną prognozę.
Sieci neuronowe mogą mieć dowolną liczbę ukrytych warstw: im więcej warstw węzłów w sieci, tym większa złożoność. Tradycyjne sieci neuronowe składają się zwykle z 2 lub 3 warstw ukrytych, podczas gdy sieci głębokiego uczenia mogą mieć do 150 warstw ukrytych.
Sieci neuronowe a głębokie sieci neuronowe
W skrócie: sieć neuronowa, która wykracza poza dane wejściowe i może uczyć się na podstawie wcześniejszych doświadczeń, staje się głęboką siecią neuronową.
Sieć neuronowa postępuje zgodnie z zaprogramowanymi regułami, aby podejmować decyzje na podstawie danych wejściowych. Na przykład w grze w szachy sieć neuronowa może sugerować ruchy w oparciu o wstępnie ustalone taktyki i strategie, ale jest ograniczona do tego, co dostarczył programista.
Głęboka sieć neuronowa idzie jednak dalej, ucząc się na podstawie doświadczenia. Zamiast polegać wyłącznie na ustalonych regułach, DNN może dostosowywać swoje decyzje w oparciu o wzorce, które rozpoznaje w dużych zbiorach danych.
Przykład
Wyobraź sobie, że piszesz program do rozpoznawania psów na zdjęciach. Tradycyjna sieć neuronowa wymagałaby jawnych reguł do identyfikacji cech takich jak sierść czy ogon. Z drugiej strony, sieć DNN uczyłaby się na podstawie tysięcy oznaczonych obrazów i z czasem poprawiałaby swoją dokładność - radząc sobie nawet z trudnymi przypadkami bez dodatkowego programowania.
Jak działa głęboka sieć neuronowa?
Po pierwsze, każdy neuron w warstwie wejściowej otrzymuje nieprzetworzone dane, takie jak piksele z obrazu lub słowa ze zdania, i przypisuje wagę do tych danych wejściowych, wskazując, jak istotne są one dla zadania.
Niska waga (poniżej 0,5) oznacza mniejsze prawdopodobieństwo, że informacja jest istotna. Te ważone dane wejściowe są przekazywane przez warstwy ukryte, gdzie neurony dalej dostosowują informacje. Trwa to przez wiele warstw, aż warstwa wyjściowa dostarczy ostateczną prognozę.
Skąd głęboka sieć neuronowa wie, czy ma rację?
Głęboka sieć neuronowa wie, czy ma rację, porównując swoje przewidywania z oznaczonymi danymi podczas uczenia. Dla każdego wejścia sieć sprawdza, czy jej przewidywania są zgodne z rzeczywistym wynikiem. Jeśli się myli, sieć oblicza błąd za pomocą funkcji straty, która mierzy, jak daleko odbiegała od przewidywań.
Następnie sieć wykorzystuje propagację wsteczną do dostosowania wag neuronów, które przyczyniły się do błędu. Proces ten powtarza się w każdej iteracji.
Jakie są różne rodzaje sieci neuronowych?
W jaki sposób głęboka sieć neuronowa poprawia się z czasem?
Głęboka sieć neuronowa doskonali się z czasem, ucząc się na błędach. Po dokonaniu prognozy - na przykład zidentyfikowaniu problemu klienta lub zarekomendowaniu produktu - sprawdza, czy była ona prawidłowa. Jeśli nie, system dostosowuje się, aby poprawić się następnym razem.
Na przykład w obsłudze klienta DNN może przewidzieć, jak rozwiązać zgłoszenie. Jeśli prognoza była błędna, uczy się na tym błędzie i staje się lepsza w rozwiązywaniu podobnych zgłoszeń w przyszłości. W sprzedaży DNN może dowiedzieć się, które leady najlepiej konwertują, analizując poprzednie transakcje, poprawiając z czasem swoje rekomendacje.
Tak więc z każdą interakcją DNN staje się bardziej dokładna i niezawodna.
Inna logika niż ludzki umysł
Modele głębokiego uczenia często funkcjonują jako czarne skrzynki, co oznacza, że ludzie nie zawsze mogą zobaczyć, w jaki sposób dochodzą do wniosków. Na przykład, sieć może rozpoznać psa, ale nie jest jasne, czy skupiła się na sierści, uszach czy czymś innym.
Naukowcy próbowali zwizualizować sposób, w jaki sieci przetwarzają obrazy, ale w przypadku bardziej złożonych zadań - takich jak język lub prognozy finansowe - logika pozostaje ukryta. Choć algorytmy te wydają się nowe, wiele z nich opracowano dziesiątki lat temu. Postępy w dziedzinie danych i mocy obliczeniowej sprawiają, że są one dziś praktyczne.
Dlaczego głębokie sieci neuronowe stają się coraz bardziej popularne?
1. Poprawa mocy obliczeniowej
Jednym z głównych powodów wzrostu popularności sieci DNN jest to, że moc obliczeniowa jest szybsza i tańsza. Moc obliczeniowa zrobiła różnicę w osiągnięciu szybkiej konwergencji.
2. Rosnąca dostępność zbiorów danych
Innym kluczowym czynnikiem jest dostępność dużych zbiorów danych, których głębokie sieci neuronowe potrzebują do skutecznego uczenia się. Ponieważ firmy generują więcej danych, DNN mogą odkrywać złożone wzorce, z którymi tradycyjne modele nie mogą sobie poradzić.
3. Ulepszenia w przetwarzaniu nieustrukturyzowanych danych
Ich zdolność do przetwarzania nieustrukturyzowanych danych, takich jak tekst, obrazy i dźwięk, otworzyła również nowe zastosowania w obszarach takich jak chatboty, systemy rekomendacji i analizy predykcyjne.
Czy sieci neuronowe mogą pracować z nieustrukturyzowanymi danymi?
Tak, sieci neuronowe mogą pracować z nieustrukturyzowanymi danymi i jest to jedna z ich największych zalet.
Sztuczne sieci neuronowe, które pracują z nieustrukturyzowanymi danymi, nazywane są uczeniem bez nadzoru. Jest to święty Graal uczenia maszynowego i jest bardziej analogiczny do tego, jak uczą się ludzie.
Tradycyjne algorytmy uczenia maszynowego mają trudności z przetwarzaniem nieustrukturyzowanych danych, ponieważ wymagają inżynierii cech - ręcznego wyboru i ekstrakcji odpowiednich cech. W przeciwieństwie do nich, sieci neuronowe mogą automatycznie uczyć się wzorców w surowych danych bez konieczności ręcznej interwencji.
W jaki sposób głębokie sieci neuronowe wykorzystują trening do nauki?
Głęboka sieć neuronowa uczy się poprzez przewidywanie i porównywanie ich z prawidłowymi wynikami. Na przykład podczas przetwarzania zdjęć przewiduje, czy obraz zawiera psa i śledzi, jak często otrzymuje prawidłową odpowiedź.
Sieć oblicza swoją dokładność, sprawdzając procent poprawnych przewidywań i wykorzystuje tę informację zwrotną do poprawy. Dostosowuje wagi neuronów i uruchamia proces ponownie. Jeśli dokładność się poprawi, zachowuje nowe wagi; jeśli nie, próbuje innych regulacji.
Cykl ten powtarza się przez wiele iteracji, aż sieć będzie w stanie konsekwentnie rozpoznawać wzorce i dokonywać dokładnych prognoz. Po osiągnięciu tego punktu mówi się, że sieć osiągnęła zbieżność i została pomyślnie wytrenowana.
Oszczędność czasu kodowania i lepsze wyniki
Sieć neuronowa została tak nazwana, ponieważ istnieje podobieństwo między tym podejściem do programowania a sposobem działania mózgu.
Podobnie jak mózg, algorytmy sieci neuronowych wykorzystują sieć neuronów lub węzłów. Podobnie jak mózg, neurony te są dyskretnymi funkcjami (lub małymi maszynami), które przyjmują dane wejściowe i generują dane wyjściowe. Węzły te są ułożone w warstwy, dzięki czemu wyjścia neuronów w jednej warstwie stają się wejściami dla neuronów w następnej warstwie, aż neurony w zewnętrznej warstwie sieci wygenerują ostateczny wynik.
Istnieją zatem warstwy neuronów, z których każdy otrzymuje bardzo ograniczone dane wejściowe i generuje bardzo ograniczone dane wyjściowe, podobnie jak w mózgu. Pierwsza warstwa (lub warstwa wejściowa) neuronów przyjmuje dane wejściowe, a ostatnia warstwa neuronów (lub warstwa wyjściowa) w sieci wyprowadza wynik.
Czy trafne jest nazywanie tego typu algorytmu "siecią neuronową"?
Ludzki mózg jest oczywiście znacznie bardziej złożony i potężniejszy niż sieć neuronowa. Nazwanie algorytmu "głęboką siecią neuronową" było zamachem wizerunkowym, ale może stworzyć nierealistyczne oczekiwania co do tego, co można osiągnąć za pomocą tych technik. To powiedziawszy, są ludzie, którzy próbują przeprojektować mózg, używając bardzo złożonej sieci neuronowej, w nadziei, że w ten sposób będą w stanie odtworzyć ogólną inteligencję podobną do ludzkiej w rozwoju botów. Jak zatem sieć neuronowa i techniki uczenia maszynowego mogą pomóc nam w rozwiązaniu problemu rozpoznawania psów?
Cóż, zamiast ręcznie definiować atrybuty psa, algorytm głębokiej sieci neuronowej może zidentyfikować ważne atrybuty i poradzić sobie ze wszystkimi specjalnymi przypadkami bez programowania.
.svg)
.webp)
