Кіріспе

Адаптациялық резонанс теориясы (АРТ) – Стивен Гроссберг пен Гейл Карпентердің ақпаратты өңдеудің қырларына қатысты әзірлеген теориясы. Ол қадағаланған және қадағаланбаған оқыту әдістерін қолданатын, үлгілерді тану және болжау сияқты мәселелерді шешетін жасанды нейрондық желілердің бірнеше моделін сипаттайды. АРТ моделінің негізгі түсінігі – нысанды анықтау мен тану көбінесе "жоғарыдан төменге" бақылаушының күтулері мен "төменнен жоғарыға" сезімдік ақпараттың өзара әрекеттесуі нәтижесінде жүзеге асады. Модельде "жоғарыдан төменге" күтулер жад үлгісі немесе прототипі түрінде болады, ол сезім органдары анықтаған нысанның нақты ерекшеліктерімен салыстырылады. Бұл салыстыру нәтижесінде категорияға жататындығының өлшемі пайда болады. Егер сезім мен күту арасындағы айырмашылық "күзеу параметрі" деп аталатын белгілі бір шектен аспаса, сезілген нысан күтілген классқа жатады. Осылайша, жүйе "пластикалық тұрақтылық" мәселесіне шешім ұсынады, яғни қолданыстағы білімді бұзбай жаңа білімді қабылдау, бұл да "күмекейлі оқыту" деп аталады.

Оқыту

АРТ-қа негізделген нейрондық желілерді оқытудың екі негізгі әдісі бар: баяу және жылдам. Баяу оқыту әдісінде тану нейронының салмақтарының кіріс векторға қарай оқыту дәрежесі дифференциалдық теңдеулермен үздіксіз мәндерге есептеледі, сондай-ақ кіріс векторының ұсынылған уақытына байланысты болады. Жылдам оқытуда салмақты түзетудің дәрежесін есептеу үшін алгебралық теңдеулер қолданылады және екілік мәндер пайдаланылады. Жылдам оқыту әртүрлі міндеттер үшін тиімді әрі жемісті болғанымен, баяу оқыту әдісі биологиялық жағынан негізделген және үздіксіз уақыт желілерімен (яғни кіріс векторы үздіксіз өзгеріп отыратын жағдайда) қолданылуы мүмкін.

Түрлері

ART 1 – екілік кірістерді ғана қабылдайтын ART желілерінің ең қарапайым түрі. ART 2 желілік қабілеттерді үздіксіз кірістерді қолдау үшін кеңейтеді. ART 2 A – ART 2-нің оңайлатылған түрі, оның жұмыс уақыты күрт үдеп, сапалық нәтижелері толық ART 2 іске асырудан сирек нашарлайды. ART 3 ART 2-ге негізделеді, жүйенің теңдеулеріне натрий (Na+) және кальций (Ca2+) иондарының симуляцияланған концентрацияларын қосу арқылы синаптық белсенділікті реттеудің қарапайым нейротрансмиттерлерін симуляциялайды, бұл сәйкессіздіктерді тудыратын санаттарды ішінара тежеудің физиологиялық тұрғыдан дәл құралы болып табылады. ARTMAP, сондай-ақ «Болжамдық ART» деп те аталады, екі сәл өзгертілген ART 1 немесе ART 2 модулін бақыланатын оқыту құрылымына біріктіреді, онда бірінші модуль кіріс деректерін, ал екінші модуль дұрыс шығыс деректерін қабылдайды, содан кейін бірінші модульдегі қырағылық параметрін дұрыс жіктеу үшін мүмкіндігінше аз түзету үшін пайдаланылады. Fuzzy ART ART-тың үлгіні тануға тұманды логиканы енгізеді, осылайша жалпылау қабілетін арттырады. Fuzzy ART-тың міндетті емес, бірақ өте пайдалы мүмкіндігі – толықтырушы кодтау, бұл үлгілік жіктемелерге белгілердің жоқтығын енгізу құралы болып табылады және тиімсіз және қажетсіз санаттардың көбеюіне қарсы күреседі. Қолданылатын ұқсастық өлшемдері L1 нормасына негізделген. Fuzzy ART шуға өте сезімтал екені белгілі. Fuzzy ARTMAP – бұл жай ғана Fuzzy ART модулін пайдаланатын ARTMAP, нәтижесінде тиімділігі артады. Қарапайымдалған Fuzzy ARTMAP (SFAM) – жіктеу міндеттеріне арналған Fuzzy ARTMAP-тың күрт қарапайымдалған түрі. Гаусс ART және Гаусс ARTMAP ART және ARTMAP-ты бірнеше үлгілік каналдарға кеңейтеді. Олар қадағалаусыз оқыту, қадағалаулы оқыту және нығайту оқыту сияқты бірнеше оқыту парадигмаларын қолдайды. TopoART Fuzzy ART-ты топологиялық оқыту желілерімен, мысалы, өсуші нейрондық газбен біріктіреді. Бұған қоса, ол шуды азайту механизмын қосады. TopoART-ты одан әрі оқыту парадигмаларына кеңейтетін бірнеше туынды нейрондық желілер бар. Гиперсфералық ART және Гиперсфералық ARTMAP Латеральды алдын ала қойылған адаптивтік резонанс теориясы (LAPART) нейрондық желілері екі Fuzzy ART алгоритмін үйренген қауымдастықтарға негізделген болжамдар жасау механизмін құру үшін біріктіреді. Екі Fuzzy ART-тың біріктірілуі бірегей тұрақтылыққа ие, бұл жүйеге нақты шешімге жылдам жетуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ол Fuzzy ARTMAP сияқты логикалық қорытынды шығару және қадағалауды жүзеге асырады.

Сын

Fuzzy ART және ART 1 нәтижелері (яғни, үйренген санаттар) оқу деректерінің өңделу ретіне өте сезімтал екендігі байқалды. Бұл әсерді жайлатылған оқыту жылдамдығын қолдану арқылы белгілі бір деңгейде азайтуға болады, бірақ кіріс деректер жинағының мөлшеріне қарамастан, ол қалады. Сондықтан Fuzzy ART және ART 1 есептемелері статистикалық тұрақтылық қасиетіне ие емес. Бұл мәселені екі желінің де тұрақты оқытуын қамтамасыз ететін тиісті механизмдердің қосалқы салдары ретінде қарастыруға болады. Санаттарды кластерлерге біріктіретін TopoART және Hypersphere TopoART сияқты жетілдірілген ART желілері бұл мәселені шеше алады, себебі кластерлердің пішіні байланысты санаттардың құрылу ретіне тәуелді емес. (Сұл. 3 (g, h) және 4-суретті қараңыз).