Багаторівневі системи - Студопедія
Ми розглянули методи, що дозволяють формувати узагальнені описи ситуацій відповідно до тих рішень, які були приписані ситуаціям, що входили до навчальної вибірки. У процесі функціонування системи робота з формуванню класів ситуацій та уточненню раніше сформованих класів відбувається постійно, оскільки навчальна вибірка може вичерпувати всього багатства можливих ситуацій, що складаються об'єкті управління.
Узагальнення може відбуватися багатьох етапах, і тому вихідні описи ситуацій і узагальнені їх описи утворюють ієрархічну структуру, у кожному шарі якої знаходяться описи, отримані з вихідних з допомогою тих чи інших процедур узагальнення. Якщо вихідні описи прийняти за нульовий рівень, то першому рівні будуть знаходитися описи, отримані безпосередньо з описів ситуацій, що лежать на нульовому рівні. На другий рівень потраплять описи, які виникнуть за рахунок застосування процедур узагальнення до описів першого рівня тощо. Так виникає «шаровий пиріг», показаний на рис. 5. Ситуації на всіх рівнях узагальнення відповідають деяким рішенням щодо управління. В ідеальному випадку на верхньому рівні системи класифікації виникають описи, кожному з яких відповідає певне рішення з управління. У найчастіших випадках за недостатньої навчальної вибірці остаточне поділ класів може статися. Воно ніколи не настає при недетермінованому процесі формування узагальнених ситуацій.
Якщо рішення з управління самі мають деяку структуру, то при формуванні «шаруватого пирога» потрібно співвіднести рівні управління в структурі управлінського рішення, що приймається, з рівнями класифікатора.
Якщо маєтьсяуправління (рішення)U,яке складається зппослідовних управлінь, то в «шаровому пирізі» виникаєпрівнів класифікації. Ієрархічність управління дозволяє формувати узагальнені описи за значно менше кроків, ніж у випадку.
Таким чином,блок узагальнення та класифікації ситуаційявляє собою багатошарову мережу. За його побудові виконується наступна послідовність процедур. Спочатку вихідне опис поточної ситуації поповнюється всіма додатковими відомостями з допомогою роботи процедур поповнення описів. Потім до отриманих описів застосовуються процедури узагальнення. Отримані результати, що стосуються першого рівня «шаруватого пирога», розглядаються знову як вихідний опис. До них знову застосовуються методи поповнення та відбувається черговий крок узагальнення. Так триває доти, доки на черговому рівні до отриманих фрагментів не можна буде застосувати ні процедури поповнення, ні процедури узагальнення, що не призводять до суперечливих управлінських рішень.
Деякі математичні методи процедур узагальнення та класифікації
Алгоритм "кора" (М.М. Бонгард)
М.М. Бонгард аналізуючи недоліки алгоритму роботи персептрона Розенбалата, запропонував деякі суттєві вдосконалення цього алгоритму для завдань розпізнавання образів (зокрема геометричних образів, а також «пізнання» законів формування арифметичних таблиць). Як ключовий недолік персептрона він вказував той факт, що зв'язки А-елементів з рецепторами не залежать від того, яке завдання має вирішувати перцептрон - ці зв'язки встановлюються за допомогою жеребу ще до того, як перцептрон показують матеріал навчання.
Алгоритм, запропонований Бонгардом, складається з 4 блоків, яківін назвав: 1)біполярні клітини; 2)гангліозні клітини; 3)підкіруванняі 4)кора.
Проеціюючи структуру даної схеми Бонгарда на наше завдання, можна встановити таку відповідність: 1) біполярні клітини - збирання вихідних даних про ситуацію (моніторинг); 2) гангліозні клітини - перевірка даних, виконання найпростіших аналітичних операцій над даними; 3) підкорка — попередній аналіз ситуації, перетворення вектора ознак усіх об'єктів; 4) кора — узагальнення опису ситуацій та віднесення ситуації до одного з відомих класів, або у разі неможливості такого віднесення — утворення нового класу подій.
Важливою особливістю є багатоповерховість даного алгоритму. При цьому результат навчання різних поверхів може мати різний ступінь загальності (біполяри не навчаються, гангліозні вчаться для сукупності завдань, підкорка і кора для цього завдання). При такому підході, зустрівшись з новим завданням, система починає переучувати верхні, найменш стабільні поверхи. І лише якщо таке переучування не дає результату («різко змінився світ»), починається переучування нижніх поверхів.
Очевидно, в рамках вирішуваних нами завдань найбільший практичний інтерес представляє робота останнього з перерахованих блоків - кори, що є, по суті, блоком пошуку розділяє правила серед логічних функцій.
На концептуальному рівні алгоритм роботи блоку «кора» можна так.
1 етап. Цей етап не входить безпосередньо в блок "кора", а є як би підготовчим (по суті це вихід блоку "підкірування"). На цьому етапі відбувається виділення бінарних ознак (перехід від довільних ознак до двійкових теоретично завжди можливий — для цього достатньо вважати, що кожне допустимезначення ознаки виступає як самостійна ознака або що на множині його значень введені якісь предикати, що перетворюють їх значення на двійкові змінні).
2 етап. Генеруються випадковим чином функції від двійкових аргументів, що вийшли, що приймають також двійкові значення. Кожна така функція сприймається як потенційне елементарне розділяюче правило.
3 етап. Вибір ефективних розділяючих правил таких, що для всіх негативних прикладів функція звертається в 0, а для позитивних - хоча б один раз 1 (але чим більше, тим краще розділяє правило).
4 етап. Логічне об'єднання (диз'юнкція) всіх ефективних розділяючих правил одне глобальне правило.
5 етап. Перевірка (верифікація) глобального правила на навчальній вибірці - перевірка правильності побудови та виключення надмірності.
6 етап. Перевірка глобального правила на екзаменаційній вибірці. Якщо на екзаменаційній вибірці розділяюче правило працює неправильно, то ця вибірка розглядається як додаткова частина навчальної вибірки і процедура пошуку роздільного правила повторюється заново (перехід до другого етапу).
Робота алгоритму "кора" базується на наступних принципах.
1) Система, здатна навчатися на різній кількості прикладів, обов'язково повинна мати досить високу початкову організацію. І ця організація не може бути досягнута під час попереднього навчання. Вона має бути привнесена ззовні конструктором системи.
2) "Кора" відноситься до вхідного матеріалу гранично формально. Вона шукає логічні функції від кожної з пар ознак, зовсім не замислюючись над змістом цих функцій. Єдиний критерій пошуку - перетин, що виробляється функцією на просторі ознак.
З одного боку, у цьому слабкість кори. Вона перевіряє всі логічні функції від усіх бінарних ознак, тоді як, «розуміючи» їхній зміст, кора могла б іноді скоротити перебір. З іншого боку, у такому бездумно-формальному підході — джерело універсальності кори. Алгоритм роботи кори не залежить від того, яке змістовне значення того чи іншого набору ознак.
3) У кору потрапляють тільки параметри, що коротко кодуються. Природно накласти те саме обмеження і на кору. У застосуванні до кори розглянутого типу стислість означає, що опис містить невелику кількість кон'юнкцій. Іншими словами, опис класів має складатися з небагатьох висловлювань, з'єднаних зв'язкою «або». Це зумовлює необхідність введення певних критеріїв відбору під час навчання:
- Кон'юнкція, що запам'ятовується як ознака, повинна бути істинна на досить великій кількості об'єктів навчання деякого класу (вимога, щоб кожна кон'юнкція характеризувала багато об'єктів, по суті, збігається з вимогою створення узагальненого опису класу, а не запам'ятовування об'єктів з матеріалу навчання );
- Необхідно перевіряти ступінь незалежності різних ознак - у всіх варіантах перетин, що виробляється «кандидатом в ознаки» на безлічі об'єктів, має тим чи іншим способом порівнюватися з перерізами, зробленими вже відібраними ознаками;
- Кон'юнкція, що характеризує об'єкти одного класу, не повинна характеризувати жодного об'єкта іншого класу.
4) Усюди, де розумно вважати об'єкти які у якомусь сенсі з «частин», може бути доцільним будувати висловлювання, які спираються одночасно як у властивості частин, і на властивості об'єктів загалом. У таких випадках доцільно розглядати багатоповерхову кору.
Старша кора має справу з описами об'єктів і критерієм для неї є поділ класів. Матеріал до неї може надійти безпосередньо від операторів, що перетворюють весь об'єкт, або від молодшої кори.
До молодшої кори потрапляють короткі описи об'єкта. Її завдання — відокремити одні об'єкти від інших, і якщо це вдається, то результат потрапляє у старшу кору як новий вихідний матеріал. Зауважимо, що оскільки критерієм для молодшої кори є не відокремлення класу від класу, а лише поділ об'єктів на два підмножини, в неї можна навіть не вводити інформацію про належність об'єктів тому чи іншому класу.
Вочевидь, у разі потреби можна побудувати кору третього рангу, четвертого рангу тощо. буд. операторомрозвал на купи,або вихід кори (i+1)-го рангу
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: