Кіріспе
Генеративті топографиялық карта (GTM) – бұл машиналық оқыту әдісі, өзін-өзі ұйымдастыру картасының (SOM) ықтималдық аналогы болып табылады, конвергенцияға бейім және қысқартылатын маңай немесе азаятын қадам мөлшері қажет етпейді. Бұл генеративтік модель: деректер алдымен төмен өлшемді кеңістікте нүктені ықтималдық бойынша таңдау, содан кейін нүктені байқалатын жоғары өлшемді кіріс кеңістігіне (тегіс функция арқылы) бейнелеу, және осы кеңістікте шу қосу арқылы туындайды деп есептеледі. Төмен өлшемді ықтималдық таралымының, тегіс бейнелеудің және шудың параметрлері күту-максимизациялау (EM) алгоритмін қолдану арқылы оқу деректерінен үйреніледі. GTM 1996 жылы Кристофер Бишоп, Маркус Свенсен және Кристофер К.И. Уильямстың мақаласында ұсынылған.
Алгоритмнің егжей-тегжейі
Бұл тәсіл тығыздық желілерімен тығыз байланысты, олар маңыздылықты іріктеу және көп қабатты перцептрон арқылы сызықтық емес жасырын айнымалы модельін құру үшін қолданылады. GTM-де жасырын кеңістік – дерек кеңістігіне сызықтық емес түрлендірілген деп есептелетін нүктелердің дискретті торы. Содан кейін дерек кеңістігінде гаусс шуы туралы болжам жасалады, нәтижесінде модель гаусс қоспасының шектеулі түріне айналады. Модельдің ықтималдығын EM әдісі арқылы максималдауға болады. Теориялық тұрғыдан алғанда, кез келген сызықтық емес параметрлік деформация қолданылуы мүмкін. Оптималды параметрлерді градиенттік төмендеу және т.б. әдістермен табуға болады. Сызықтық емес түрлендіруге ұсынылған тәсіл – радиалды негіз функциясы желісін (RBF) пайдаланып, жасырын кеңістік пен дерек кеңістігі арасында сызықтық емес түрлендіру жасау. RBF желісінің түйіндері ерекшелік кеңістігін құрайды, ал сызықтық емес түрлендіру осы ерекшелік кеңістігінің сызықтық түрлендірілуі ретінде қарастырылуы мүмкін. Бұл тәсілдің ұсынылған тығыздық желісі әдісіне қарағанда артықшылығы – оны аналитикалық түрде оңтайландыруға болады.
RBF network then form a feature space and the nonlinear mapping can then be taken as a linear transform of this feature space. This approach has the advantage over the suggested density network approach that it can be optimised analytically.
Қолданылуы
Деректерді талдау кезінде GTM негізгі компоненттер талдауының сызықтық емес нұсқасы болып табылады, ол жоғары өлшемді деректерді төмен өлшемді жасырын кеңістіктегі көздерге қосылған Гаусс шуынан туындайтын модельдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, акцияларды олардың жоғары өлшемді уақыт қатарларының пішіндеріне сүйене отырып, 2D кеңістікте орналастыру. Басқа қолданыстар дерек нүктелерінен кем көздерді қажет етуі мүмкін, мысалы, қоспа модельдер. Генеративті деформациялық модельдеуде жасырын және дерек кеңістіктерінің өлшемдері бірдей болады, мысалы, 2D кескіндер немесе 1 аудио дыбыс толқындары. Бұл модельдеу түрінде "шаблон" деп аталатын қосымша "бос" өлшемдер қосылады, мысалы, 1D дыбыс толқынын 2D кеңістікте орналастыру. Содан кейін бастапқы өлшемдерді біріктіру арқылы алынған қосымша сызықтық емес өлшемдер қосылады. Кемітілген жасырын кеңістік 1D дерек кеңістігіне қайта проекцияланады. Берілген проекцияның ықтималдығы, бұрынғыдай, Гаусс шуы моделіндегі деректердің ықтималдығының және деформация параметрі бойынша априорлы бөліктің көбейтіндісімен анықталады. Пружинаға негізделген дәстүрлі деформациялық модельдеуден айырмашылығы, бұл аналитикалық түрде оңтайландыруға мүмкіндік береді. Алайда, бұл "деректерді өндіру" тәсілі, яғни деформацияның пішіні ықтимал деформацияларды түсіндіру үшін мағыналы болмауы мүмкін, себебі ол өте жоғары, жасанды және кездейсоқ құрылған сызықтық емес жасырын кеңістікке негізделген. Осы себепті априорлы бөлік адам сарапшысы жасағаннан гөрі деректерден оқытылады, бұл пружинаға негізделген модельдерде мүмкін.
Кохоненнің өзін-өзі ұйымдастыру карталарымен салыстыру
Өзін-өзі ұйымдастыру картасындағы (SOM) түйіндер еркін қозғалса, GTM түйіндері рұқсат етілген түрлендірулермен және олардың ықтималдықтарымен шектеледі. Егер деформациялар дұрыс болса, жасырын кеңістіктің топологиясы сақталады. SOM нейрондардың биологиялық моделі ретінде жасалған және ол эвристикалық алгоритм болып табылады. Керісінше, GTM нейроғылымға немесе танымға ешқандай қатысы жоқ және ықтималдыққа негізделген модель болып табылады. Осылайша, ол SOM-нан бірнеше артықшылықтарға ие, атап айтқанда: ол деректерге қатысты тығыздық моделін нақты формулирлейді. картаның оқу деңгейін бағалайтын шығын функциясын қолданады. сенімді оңтайландыру процедурасын (EM алгоритмін) пайдаланады. GTM 1997 жылы Бишоп, Свенсен және Уильямс жазған техникалық есепте (Техникалық есеп NCRG/96/015, Астон университеті, Ұлыбритания) ұсынылды, ол кейіннен Neural Computation журналында жарияланды. Бұл туралы Маркус Свенсеннің докторлық диссертациясында (Астон, 1998) да айтылған.
it explicitly formulates a density model over the data. it uses a cost function that quantifies how well the map is trained. it uses a sound optimization procedure (EM algorithm). GTM was introduced by Bishop, Svensen and Williams in their Technical Report in 1997 (Technical Report NCRG/96/015, Aston University, UK) published later in Neural Computation. It was also described in the PhD thesis of Markus Svensen (Aston, 1998).