В Институте интеллектуальных кибернетических систем Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" предложили новый метод для обучения ограниченной машины Больцмана (вид нейросети), позволяющий оптимизировать процессы семантического кодирования, визуализации и распознавания данных. Результаты исследования опубликованы в журнале "Optical Memoryand Neural Networks".
В настоящее время большую популярность приобретает изучение глубоких нейронных сетей различной архитектуры: сверточных, рекуррентных, автоэнкодерных. Ряд высокотехнологичных компаний, среди которых – Microsoft и Google, используют глубокие нейронные сети для проектирования различных интеллектуальных систем. Вместе с глубокими нейронными сетями приобрел популярность термин "глубокое" обучение.
В системах глубокого обучения автоматизируется сам процесс выбора и настройки признаков. То есть, сеть самостоятельно определяет и использует наиболее эффективные алгоритмы для иерархического извлечения признаков. Для метода глубокого обучения характерно обучение на больших выборках при помощи единого оптимизационного алгоритма. Типичные алгоритмы оптимизации настраивают параметры всех операций одновременно и эффективно оценивают влияние каждого параметра нейросети на ошибку с помощью так называемого метода обратного распространения.
"Способность искусственных нейронных сетей обучаться является наиболее интригующим их свойством. Подобно биологическим системам, нейронные сети сами моделируют себя, стремясь достичь лучшей модели поведения", — отметил профессор Института кибернетических систем НИЯУ МИФИ Владимир Головко.
Прорыв в обучении нейросетей произошел в 2006 году, после научной публикации Джеффри Хинтона с описанием техники предварительной тренировки нейросети. В статье говорилось, что можно эффективно предобучать многослойную нейронную сеть, если обучать каждый слой отдельно при помощи ограниченной машины Больцмана, а затем дообучать методом обратного распространения ошибки. Эти сети получили название нейронных сетей глубокого доверия (Deep Belief Networks, DBN).
Профессор Института кибернетических систем НИЯУ МИФИ Владимир Головко проанализировал проблематику и основные парадигмы глубокого машинного обучения, предложив новый метод для обучения ограниченной машины Больцмана. Ученый показал, что классическое правило обучения этой нейросети является частным случаем предложенного им метода.
"Американские ученые Минский и Пейперт в свое время выявили, что однослойный персептрон с пороговой функцией активации формирует линейную разделяющую поверхность с точки зрения классификации образов и поэтому не может решить задачу "исключающее или". Это провоцировало пессимистические выводы насчет дальнейшего развития нейронных сетей. Однако последнее утверждение справедливо только для однослойного персептрона с пороговой или монотонной непрерывной функцией активации – например, сигмоидной. При использовании сигнальной функции активации однослойный персептрон может решить задачу "исключающее или", так как он разбивает входное пространство образов на классы при помощи двух прямых", – рассказал Владимир Головко.
В работе также были проанализированы перспективы применения глубоких нейронных сетей для сжатия, визуализации и распознавания данных. Кроме того, Головко предложил подход к реализации семантического кодирования (хеширования) с помощью глубоких автоассоциативных нейронных сетей. Этот метод глубокого обучения может быть очень полезен в поисковиках для нейросетей, которые, по утверждению автора, будут показывать высокую скорость поиска релевантных изображений.
Практическую ценность данных научных разработок сложно переоценить: они уже нашли применение в таких областях, как компьютерное зрение, распознавание речи и биоинформатика.