2 Нейрон желiлерi

2.1 Нейрон және оның үлгiсi

Ғалымдар бiрқатар жылдар iшiнде мидың құрылымын және жұмыс істеу әдiстерін бiлуге тырысады. Өкiнiшке орай, ми осы уақытқа дейiн жұмбақ болып табылады. Ғалымдар әр түрлi соғыстарда немесе қайғылы жағдай мертiктiрiлген адамдарына бақылаулар негiзiнде мидың әр түрлi аумақтарының мамандандыруын анықтай алды. Мысалы, сол қолмен басқаруға оң ми сыңары, сол ми сыңары оң қолды басқаруға жауап беретiнi анықталған. Ғалымдар барлық психикалық функциялардың сипаты туралы әлi де дәл мәлiметтер аз. Мидың оң жағы қабiлеттiлiктер, кеңiстiктiң елестетуi болып табылады, сол ми сыңары сөздiң функциясы және дәл ойлаудың есептеу гипотезасы. Жүйке жүйесі нейроннан тұрады. Мида 100 шақты миллиард нейрон болады. Әрбiр бөлек нейронның жұмыс жасауы импульсті өткiзуде болады. Нейронға түскен импульс оның барлық өсiндiлерiне бойлай таралады.

Бұл тәсілдің нәтижесi бұлшық ет немесе келесi нейронның активiнiң қысқартуы бола алады. Бұлшық еттердiң басқаруы орынына, бiрлескен жасанды нейрондар қандай болмасын техникалық құрылымның жұмысымен әлде әр түрлi зияткерлiк есептер шеше алады ма? Бұл бөлiм жасанды нейрон желiлерге арналған. Бiз жасанды нейрон желiлерiнiң жеке нейронының математикалық үлгiлерi, әр түрлi құрылымдары, сонымен бiрге олардың үйренуiнiң алгоритмдерін көрсетемiз [25].

2.1.1 Құрылымы және жеке нейронның жұмыс жасауы

Жүйке жүйесiнiң негiздi элементi - нейроном деп аталатын жүйке жасушасы. 2.1-суретте нейронның ықшамдалған үлгiсi көрсетілген. Нейронда жайын деп аталатын жасушаны бөліп көрсетуге болады, сонымен олардың iшiнен екi өсінділерін ерекшелеуге болады: а)нейронға дендриттерi бойынша ақпарат түседі және б) нейрон мәлiметтi жіберетін -аксон. Әрбiр нейрон ол бойынша бiрнеше басқа нейрондарға импульс бере алатын бiр-ақ шығыс өсiндiсi болады. Жеке нейрон (олардың саны мыңдағанға жете алады) көптеген нейрондардың қоздыруды қабылдайды. Адам миы өзара әсерлесетін 10¹¹ нейрондардан тұрады. Әрбiр нейрон синапс деп аталатын жүйке талшықтары арқылы сигналдардың берiлуiн жүзеге асырады, бұл процесстің күрделi электрохимиялық табиғаты болады. Синапстар қоздырудың екпiндеп немесе бәсеңси алу нәтижесiнде мәлiметтiң репитерлер ролiн атқарады. Нейронға бөгелтетiн әсері бар және қоздыруы бар сигналдар келедi. Нейрон беретiн және бөгелтетiн импульстерді қосады. Егер олардың алгебралық қосындысы кейбiр шектi мәннен асса, онда шығыстағы сигнал басқа нейрондарға аксон арқылы жөнелтіледi.

2.1-сурет.Көршi нейронмен біріккен нейрон және оның ықшамдалған үлгiсi

1 - жасушаның денесi; 2 - аксон; 3 - дендриті; 4 – синапстер

Нейронның жүйке жасушасының жұмыс жасауын сипаттайтын нейронның сабақтас үлгiсiн қарап шығамыз. Келесi мәндерді енгiземiз: п - нейронның кiрулер саны; х_1,...,х_n - кiретiн ескертпе дабылдар, [х1, хn] холары wn w0i, - w0 синапстың салмақтары, х = [х₁,…, х_n]^T ; у - нейронның шығысы; w₀ - шектi мән; f - белсендіның функциясы.

Нейронның жұмыс жасау суреттейтiн формула

y = f(s), (2.1)

мұнда

(1.22)

(2.1) және (2.2) теңдеулері 2.2-суреттегі нейронды сипаттайды. f белсендісының функциясы нейронның нақты үлгiсiне байланысты әр түрлi формалар қабылдайды.

Келтiрiлген формулаларда нейрон қарапайым жұмыс істейді. Бастапқыда кiретiн сигналдар х₀, х_и ...,х_п оған сәйкес w₀, w_x, ..., w_n салмағына көбейтіледі. Алған мәндер қосылады. Нәтижесiнде нейронның сызықтық бөлiгiн сипаттайтын сигнал s туады. Бұл сигнал сызықты емес сипаты бар белсенді функциясының кiрісіне беріледі.

2.2-сурет. Нейрон моделі

х₀ сигналының мәнi 1 тең, w₀ салмағы табалдырығы деп аталады. Мұндай сипаттама болатын нейрондағы мәлімет қайда сақталады? Мәлімет салмақтарда сақталады екен. Ең үлкен феномен нейрондар өте оңай үйретіледі, және де үйрену салмақтардың мәндерiнiң таңдап алуына апарады.

2.2-суретте нейронның қорытылған үлгiсi көрсетiлген, дегенмен жасанды нейрон желiлерінде оның нақты түрлендiрулерiн қолданады. Нейронның үлгiсiнiң бөлiндiлерi 2.2-суретке сәйкес келетiн жасанды жүйке жасушалары осы мидағы олардың түпнұсқалары математикалық үлгiлерде өзара жалғастырады. Сонымен бiрге бұл құрылымдардың бірігу әдістерін келесі тарауларда қарастырамыз.