Скачать 297.11 Kb.
|
Департамент образования г. Москвы ГБОУ гимназия №1503 «НЕЙРОННЫЕ СЕТИ. ИХ ПРИМЕНЕНИЕ, РОЛЬ И ЗНАЧИМОСТЬ В СОВРЕМЕННОЙ И БУДУЩЕЙ ЭКОНОМИКЕ» (исследовательская работа) Выполнил ученик 10 класса Браженко Дмитрий Руководитель: Куприков Александр Васильевич Москва 2013 год Нейронные сети. Их применение, роль и значимость в современной и будущей экономике План:
Опасность не в том, что компьютер однажды начнет мыслить, как человек, а в том, что человек однажды начнет мыслить, как компьютер. (Сидни Дж. Харрис) Введение В современном мире экономические расчеты должны быть очень точными, опираться на предыдущий опыт. Традиционные методы, такие как прогнозирования спроса на новую продукцию путем общественного опроса анализа полученных данных вручную, анализ качества продукции путем тестирования отдельных экземпляров, управление потенциальными рисками стандартными способами, медленно, но верно отходят на второй план из-за относительно низкой точности. Нейронные сети представляют собой новую и весьма перспективную вычислительную технологию, которая дает совершенно новые подходы к исследованию динамических задач в экономической области. Изначально нейронные сети открыли новые возможности в области распознавания образов, далее к этому прибавились статистические и основанные на методе поиска сложных взаимосвязей (искусственного интеллекта) средства поддержки принятия решений и решения задач в сфере экономики. [5] Способность к моделированию нелинейных процессов, работе с зашумленными данными и адаптивность позволяет применять нейронные сети для решения широкого класса задач, которые охватывают самые разнообразные области интересов. Распознавание образов, обработка зашумленных или неполных данных, ассоциативный поиск, классификация, оптимизация, прогноз, диагностика, управление процессами, сегментация данных, сжатие информации, сложные отображения, моделирование нестандартных процессов, распознавание речи. [1] В последние несколько лет на основе нейронных сетей было разработано множество программных систем для применения в таких вопросах, как операции на товарном рынке, оценка вероятности банкротства банка, оценка кредитоспособности, контроль над инвестициями, размещение займов. Смысл использования нейронные сетей в экономике заключается вовсе не в том, чтобы вытеснить традиционные методы или изобретать велосипед, а это еще одно возможное средство для решения задач. Благотворное влияние на развитие нейросетевых технологий оказало создание методов параллельной обработки информации. Гипотеза состоит в том, что нейронные сети считаются инструментом, способным выявить сложнейшие зависимости. В своей работе я хочу проверить это. Практическая значимость проводимого мною исследования связана с тем, что сейчас еще не очень большое количество компаний использует нейронные сети в качестве основного инструмента. Поэтому при «обычном» расчете они могут допускать ошибки, которые можно выявить с помощью «нейросетевого» подхода. Свою работу я разделил на 5 глав. В первой главе я раскрываю общие понятия нейронных сетей, их смысл. Во второй главе я привожу программные реализации, т.е. программы, созданные для работы с нейронными сетями. В главе №3 я привожу подробные примеры использования нейронных сетей на практике. В четвертой главе я выбираю два примера и, используя технологию нейронных сетей, я провожу исследования, результаты которого описываю в работе. Цель написания работы:
Задачи:
1. Понятие нейронных сетей, их смысл. Нейронные сети - это адаптивные системы для обработки и анализа данных, которые представляют собой математическую структуру, имитирующую некоторые аспекты работы человеческого мозга и демонстрирующие такие его возможности, как способность к неформальному обучению, способность к обобщению и кластеризации неклассифицированной информации, способность самостоятельно строить прогнозы на основе уже предъявленных временных рядов, способность находить сложные аналитические зависимости. Основным их отличием от других методов, например экспертных систем, является то, что нейросети не нуждаются в заранее известной, заданной модели, а формируют ее на основе вводимой информации. Поэтому нейронные сети и генетические алгоритмы вошли в практику всюду, где нужно решать задачи прогнозирования, классификации, управления - другими словами, в области человеческой деятельности, где присутствуют плохо алгоритмизуемые задачи, для решения которых необходимы либо постоянная работа группы квалифицированных экспертов, либо адаптивные системы автоматизации, каковыми и являются нейронные сети. Таким образом, нейронные сети можно считать сложной аналитической технологией, т.е. методикой, которая на основе известных алгоритмов позволяет по заданным данным вывести значения неизвестных параметров. 1.1. Простейшая аналитическая технология [4] Для того чтобы было понятнее, я приведу классический пример простейшей аналитической технологии: теорему Пифагора, позволяющая по длинам катетов определить длину гипотенузы. с2=а2+b2. Зная параметры a и b, вычислить c [гипотенузу] отнюдь не сложно. 1.2. «Нелинейная задача» [4] Совершенно другим вариантом аналитической технологии являются способы, с помощью которых информация обрабатывается человеческим мозгом. Примерами такой аналитической технологии являются распознавание известных нам лиц в толпе или эффективное управление множеством мышц при занятии спортом. Эти задачи, которые может решать даже мозг ребенка, пока неподвластны современным компьютерам. Уникальность человеческого мозга заключается в том, что он может обучаться решению новых задач, например, водить машину, учить иностранные языки и т.д. Не смотря на это, мозг не приспособлен к обработке больших объемов информации - человек не сможет вычислить даже квадратный корень из большого числа в уме, не используя бумаги или калькулятора. На практике очень часто встречаются численные задачи, гораздо более сложные, нежели извлечение корня. Для решения подобных задач необходимы дополнительные инструменты. Нейронная сеть принимает входную информацию и анализирует ее способом, аналогичным тому, что использует наш мозг. Сеть способна к обучению. Последующие результаты выдаются на основе полученного ранее опыта. Основной задачей специалиста, использующего нейронные сети для решения некоторой проблемы, - является необходимость выбора наиболее эффективной архитектуры нейронной сети, т.е. правильно выбрать вид нейронной сети, алгоритм ее обучения, количество нейронов и виды связей между ними. К сожалению, эта работа не имеет строгого алгоритма, она требует глубокого понимания различных видов архитектур нейронных сетей, включает в себя много исследований и может занять длительное время. Применение нейронных сетей целесообразно, если: • накоплены достаточные объемы данных о предыдущем поведении системы • отсутствуют традиционные методы или алгоритмы, удовлетворительно решающие проблему • данные частично искажены, не полны или противоречивы, вследствие чего традиционные методы выдают неудовлетворительный результат • Нейронные сети наилучшим образом проявляют себя там, где имеется большое количество входных данных, между которыми существуют неявные взаимосвязи и закономерности. В этом случае нейросети помогут автоматически учесть различные нелинейные зависимости, скрытые в данных. Это особенно важно в системах поддержки принятия решений и системах прогнозирования. 1.3. Преимущества использования нейронных сетей Нейросети незаменимы при анализе данных, например, для предварительного анализа или отбора, выявления грубых человеческих ошибок. Целесообразно использовать нейросетевые методы в задачах с неполной информацией, в задачах, где решение можно найти интуитивно, и при этом традиционные математические модели не дают желаемого результата. Методы нейронных сетей являются прекрасным дополнением к традиционным методам статистического анализа, большинство из которых связаны с построением моделей, основанных на тех или иных предположениях и теоретических выводах (например, что искомая зависимость является линейной или что некоторая переменная имеет нормальное распределение). Нейросетевой подход не связан с такими предположениями - он одинаково пригоден для линейных и сложных нелинейных зависимостей, особенно же эффективен в разведочном анализе данных, когда ставится цель выяснить, имеются ли зависимости между переменными. При этом данные могут быть неполными, противоречивыми и даже заведомо искаженными. Если между входными и выходными данными существует какая-то связь, даже не обнаруживаемая традиционными корреляционными методами, то нейронная сеть способна автоматически настроиться на нее с заданной степенью точности. Кроме того, современные нейронные сети обладают дополнительными возможностями: они позволяют оценивать сравнительную важность различных видов входной информации, уменьшать ее объем без потери существенных данных, распознавать симптомы приближения критических ситуаций и т.д. 1.4. Принцип работы нейронных сетей Быстродействие современных компьютеров составляет около 100 Mflops (10^8 flops) (flops – единица, обозначающая быстродействие компьютера, с плавающей запятой) В мозгу содержится примерно 10^11 нейронов. Время прохождения одного нервного импульса - 1 мс, принято считать, что производительность одного нейрона порядка 10 flops. Эквивалентное быстродействие мозга составит 10^11 * 10 = 10^12 flops. Если рассмотреть задачи, решаемые мозгом, и подсчитать требуемое количество операций для их решения на обычных ЭВМ, то получим оценку быстродействия до 10^12 flops. Разница в производительности между обычным компьютером и мозгом — 4 порядка! Во многом этот выигрыш обусловлен параллельностью обработки информации в мозге. Следовательно, для повышения производительности ЭВМ необходимо перейти от принципов фон-Неймана к параллельной обработке информации. Тем не менее, параллельные компьютеры пока не получили распространения по нескольким причинам, которые обусловлены техническими сложностями реализации. Искусственная нейронная сеть – значительно упрощенная модель биологической нейронной сети, т.е. элемента нервной системы. Из биологии заимствованы основополагающие идеи и принципы:
Сигнал от нейрона к другим нейронам передается через аксон, который не связан напрямую с получающими импульс нейронами. Импульс изменяется несколько раз в синапсе: перед отправлением – в пресинаптической части и по получении – в постсинаптической. Импульс для передачи формируется в нейроне в зависимости от одного или нескольких полученных импульсов. В случае нескольких импульсов нейрон накапливает их. Передаст он импульс или нет, зависит от характера полученных импульсов, кем они переданы и т.д. Таким образом, зависимость между переданными и полученными импульсами нелинейна. Если нейрон передает импульс, то он активирован. Математическая модель нейрона строится следующим образом: Рис. 1. Модель искусственного нейрона
Рис. 2. Пример нейронной сети с одним скрытым уровнем. Обычно нейроны располагаются в сети по уровням. На иллюстрации приведен пример трехуровневой нейронной сети:
Разумеется, архитектура сети может быть более сложной, например, с большим числом скрытых уровней или с изменяющимся числом нейронов. Модели нейронных сетей классифицируются по трем основным параметрам: [2]
Далее важнейшим этапом является обучение нейронной сети. После того как сеть будет обучена, можно считать, что она готова к использованию Рис. 3. Процесс обучения нейросети |
Департамент Образования города Москвы Московская городская научно-практическая... Нейронные сети. Их применение, роль и значимость в современной и будущей экономике | Комаровой Марии «Нейронные сети и искусственный интеллект» Реферат «Нейронные сети и искусственный интеллект» состоит из двух частей, введения и заключения | ||
Искусственные Нейронные Сети (инс) бурно развивающееся направление... Актуальность исследований в этом направлении подтверждается массой различных применений нс. Это автоматизация процессов | Российской федерации Целями освоения дисциплины (модуля) является изучение исторически различных теорий конкуренции, а также ее развитие в современной... | ||
Исследовательская работа Ресторанный бизнес: менеджмент и маркетинг Место и роль предприятий ресторанного бизнеса в современной экономике | Нейронные сети: основы теории / А. И. Галушкин. М. Горячая линия... | ||
Рабочая программа учебной дисциплины «история» России, умения определять место и роль будущей профессиональной деятельности в истории страны и мира, ее значимость; выработка навыков... | «Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория» реферат... В своём реферате, я хочу изучить строение и принцип работы нейронных сетей, процесс их обучения | ||
Курсовая работа по дисциплине: «Экономическая теория» на тему: «Государственное... Роль государственного регулирования в современной экономике. Структура финансового рынка 3 | Темы рефератов по мировой политике Тенденции в современной мировой экономике (роль вто, мвф, вб), Плюсы и минусы вступления России в вто | ||
Реферат Нейронные сети Нейроны и его составляющие части (аксон, синапс). Виды нейронов (рецепторы, моторецепторы, передающие нейроны). Тормозящий и возбуждающий... | Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное... Роль Китая в современной мировой экономике. Место постсоветского пространства в региональной экономической стратегии Китая. 7 | ||
Аннотации программ учебных дисциплин и профессиональных модулей Ок понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес | Исторический очерк развития микробиологии. Роль микроорганизмов в... Учебная программа Санитария и гигиена парикмахерских услуг является специальной дисциплиной, устанавливающей базовые знания для получения... | ||
Домашнее задание по химии ноябрь –декабрь 2013 г. Учитель Леонова Н. А Рефераты на выбор: «Соединения щелочных и щелочно-земельных металлов и их применение», «Соединения алюминия, их применение», «Соединения... | Рабочей учебной программы дисциплины «Иностранный язык» Направление подготовки Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес |