Νευρωνικό Δίκτυο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα (Αγγλικά: Artificial Neural Networks), ή απλώς νευρωνικά δίκτυα (Αγγλικά: Neural Networks) είναι ένα μαθηματικό μοντέλο για την επεξεργασία πληροφορίας που προσεγγίζει την υπολογιστική και αναπαραστατική δυνατότητα μέσω συνάψεων. Το μοντέλο είναι εμπνευσμένο απο τα βιοηλεκτρικά δίκτυα που δημιουργούνται στον εγκέφαλο ανάμεσα στους νευρώνες (νευρικά κύτταρα) και στις συνάψεις (σημεία επαφής των νευρικών απολήξεων).

Στο μαθηματικό μοντέλο των νευρωνικών δικτύων υπάρχουν κομβικά σημεία (nodes) στα οποία καταλήγουν συνδέσεις από άλλους κόμβους του δικτύου, στις οποίες συνήθως αποδίδεται κάποιο βάρος.

Πρακτικά, ένα νευρωνικό δίκτυο βελτιστοποιεί μία συνάρτηση, σύμφωνα με κάποιους περιορισμούς.

Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, ως μαθηματικό μοντέλο, προέκυψαν από τον τομέα της Τεχνητής Νοημοσύνης.

[Επεξεργασία] Ορισμός νευρωνικού δικτύου

Το νευρωνικό δίκτυο είναι ένα δίκτυο από υπολογιστικούς κόμβους (νευρώνες, νευρώνια), συνδεδεμένους μεταξύ τους. Είναι εμπνευσμένο από το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ), το οποίο προσπαθούν να προσομοιώσουν.

Οι νευρώνες είναι τα δομικά στοιχεία του δικτύου. Υπάρχουν δύο είδη νευρώνων, οι νευρώνες εισόδου και οι υπολογιστικοί νευρώνες: Οι νευρώνες εισόδου δεν υπολογίζουν τίποτα, μεσολαβούν ανάμεσα στις εισόδους του δικτύου και τους υπολογιστικούς νευρώνες. Οι υπολογιστικοί νευρώνες πολλαπλασιάζουν τις εισόδους τους με τα συναπτικά βάρη και υπολογίζουν το άθροισμα του γινομένου. Το άθροισμα που προκύπτει είναι το όρισμα της συνάρτησης μεταφοράς.

Εάν $x k i$ είναι η $i$ -οστή είσοδος του $k$ νευρώνα, $w k i$ : το $i$ -οστό συναπτικό βάρος του $k$ νευρώνα και $\phi\,(\cdot)$ η συνάρτηση μεταφοράς (ή "συνάρτηση ενεργοποίησης") του νευρωνικού δικτύου, τότε η έξοδος $y k$ του $k$ νευρώνα δίνεται από την εξίσωση:

$y_k = \phi\,(\sum_{i=0}^N x_{ki}w_{ki})$

Στον $k$ -οστό νευρώνα υπάρχει ένα συναπτικό βάρος $w k 0$ με ιδιαίτερη σημασία, το οποίο καλείται πόλωση ή κατώφλι (bias, threshold). Η τιμή της εισόδου του είναι πάντα η μονάδα, $x k 0 = 1$ . Εάν το συνολικό άθροισμα από τις υπόλοιπες εισόδους του νευρώνα είναι μεγαλύτερο από την τιμή αυτή, τότε ο νευρώνας ενεργοποιείται. Εάν είναι μικρότερο, τότε ο νευρώνας παραμένει ανενεργός. Η ιδέα προέκυψε από τα βιολογικά νευρικά κύτταρα.

[Επεξεργασία] Συναρτήσεις μεταφοράς

Η συνάρτηση μεταφοράς μπορεί να είναι βηματική (step transfer function), γραμμική (linear transfer function), μη γραμμική (non-linear transfer function), στοχαστική (stochastic transfer function).