лабы / лаб1
.docxМинистерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ)
Факультет: Радио и телевидения
Кафедра: РТС
Дисциплина: Системы искусственного интеллекта
Лабораторная работа №1
Выполнили:
Проверили:
Безумнов Д. Н.
Варламов В. О.
Москва 2025
Содержание
1. Постановка задачи ……………………………………………………………. 3
2. Выполнение ………………………………………………………………….... 4
3. Выводы …………...………………………………………………………….. 21
Постановка задачи
Цель работы: изучение искусственных нейронных сетей типа перцептрон. Моделирование работы многослойного персептрона в задачах классификации радиосигналов.
Вариант 2:
Таблица 1 – Исходные данные:
№ варианта |
Тип активационной функции |
Способ обучения |
Параметры обучения |
2 |
Сигмоидальная функция. Крутизна: 1.0 |
Метод сопряженных градиентов |
da при поиске min E(a): 0.0001 |
Число входных нейронов: 5
Число выходных нейронов: 3
Выполнение
Многослойный перцептрон, число слоёв – 2, число нейронов в скрытых слоях – 11, число эпох обучения: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 100:
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 4
Ошибка за последнюю эпоху : 20,17168
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 2.06587
Затрачено времени : 00:00:00:047
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 40
Некорректно распознано : 21
Доля корректно распознанных объектов : 65,574 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 21,451 %
максимальная : 56,795 %
средняя : 39,860 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 6
Ошибка за последнюю эпоху : 12,88405
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 1,11301
Затрачено времени : 00:00:00:062
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 46
Некорректно распознано : 15
Доля корректно распознанных объектов : 75,410 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 19,184 %
максимальная : 60,975 %
средняя : 45,231 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 8
Ошибка за последнюю эпоху : 11,34235
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,34972
Затрачено времени : 00:00:00:078
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 46
Некорректно распознано : 15
Доля корректно распознанных объектов : 75,410 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 27,709 %
максимальная : 86,666 %
средняя : 62,501 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 10
Ошибка за последнюю эпоху : 9,69803
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,76362
Затрачено времени : 00:00:00:078
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 46
Некорректно распознано : 14
Доля корректно распознанных объектов : 77,049 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 19,863 %
максимальная : 78,223 %
средняя : 58,616 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 12
Ошибка за последнюю эпоху : 9,62694
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,49496
Затрачено времени : 00:00:00:094
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 51
Некорректно распознано : 7
Доля корректно распознанных объектов : 88,525 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 17,664 %
максимальная : 81,055 %
средняя : 58,248 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 14
Ошибка за последнюю эпоху : 6,13773
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,14119
Затрачено времени : 00:00:00:109
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 53
Некорректно распознано : 7
Доля корректно распознанных объектов : 88,525 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 30,522 %
максимальная : 92,682 %
средняя : 76,041 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 16
Ошибка за последнюю эпоху : 6,76949
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,12333
Затрачено времени : 00:00:00:125
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 54
Некорректно распознано : 7
Доля корректно распознанных объектов : 88,525 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 44,610 %
максимальная : 94,757 %
средняя : 75,455 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 100
Ошибка за последнюю эпоху : 2,52085
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,00045
Затрачено времени : 00:00:00:728
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 57
Некорректно распознано : 4
Доля корректно распознанных объектов : 93,443 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 43,712 %
максимальная : 99,602 %
средняя : 92,624 %
Увеличиваем число слоёв до 4:
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 4
Ошибка за последнюю эпоху : 26,40806
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,04744
Затрачено времени : 00:00:00:094
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 12
Некорректно распознано : 49
Доля корректно распознанных объектов : 19,672 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 11,152 %
максимальная : 11,319 %
средняя : 11,234 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 6
Ошибка за последнюю эпоху : 26,38241
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,00967
Затрачено времени : 00:00:00:140
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 12
Некорректно распознано : 49
Доля корректно распознанных объектов : 19,672 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 11,058 %
максимальная : 11,136 %
средняя : 11,098 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 8
Ошибка за последнюю эпоху : 25,72680
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,58061
Затрачено времени : 00:00:00:188
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 23
Некорректно распознано : 38
Доля корректно распознанных объектов : 37,705 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 12,592 %
максимальная : 24,317 %
средняя : 20,972 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 10
Ошибка за последнюю эпоху : 23,65752
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 2,04332
Затрачено времени : 00:00:00:219
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 23
Некорректно распознано : 38
Доля корректно распознанных объектов : 37,705 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 18,298 %
максимальная : 47,592 %
средняя : 29,435 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 12
Ошибка за последнюю эпоху : 24,88423
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,04547
Затрачено времени : 00:00:00:265
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 22
Некорректно распознано : 38
Доля корректно распознанных объектов : 37,705 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 18,147 %
максимальная : 44,181 %
средняя : 27,141 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 14
Ошибка за последнюю эпоху : 22,45385
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,03787
Затрачено времени : 00:00:00:313
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 23
Некорректно распознано : 38
Доля корректно распознанных объектов : 37,705 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 17,614 %
максимальная : 61,552 %
средняя : 41,430 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 16
Ошибка за последнюю эпоху : 22,67898
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,07813
Затрачено времени : 00:00:00:344
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 23
Некорректно распознано : 38
Доля корректно распознанных объектов : 37,705 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 19,535 %
максимальная : 53,545 %
средняя : 30,132 %
Многослойный перцептрон инициализирован
Загрузка обучающей выборки прошла успешно
Нормализация обучающей выборки проведена
Критерий остановки - малость ошибки за эпоху
Обучение методом сопряжённых градиентов
Обучение прошло все заданные эпохи
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРЦЕПТРОНА:
Число прошедших эпох : 100
Ошибка за последнюю эпоху : 12,77186
Изменение ошибки за последнюю эпоху : 0,00629
Затрачено времени : 00:00:02:213
Загрузка контрольной выборки прошла успешно
Нормализация контрольной выборки проведена
Распознавание контрольной выборки проведено:
Корректно распознано : 33
Некорректно распознано : 16
Доля корректно распознанных объектов : 73,770 %
Вероятность распознавания объектов
минимальная : 44,964 %
максимальная : 99,686 %
средняя : 75,130 %
Рис. 1 – График зависимости доли корректно распознанных объектов от числа эпох обучения
Выводы
Влияние количества эпох обучения на долю корректно распознанных объектов:
Для 2-слойной сети:
Наблюдается явная положительная зависимость между числом эпох и качеством распознавания.Максимальная доля корректно распознанных объектов в (93,44%) достигнута при 100 эпохах.После 12 эпох качество стабилизируется на уровне около 88,5%.Наибольший скачок качества происходит между 4 и 6 эпохами (с 65,6% до 83,6%) после чего качество распознавания увеличивается незначительно.
Для 4-слойной сети:
Зависимость менее выражена на начальных этапах.Значительное улучшение количества распознанных объектов происходит только при 100 эпохах (73,77%).На малом количестве эпох (4-16) качество очень низкое (19,7-37,7%). Значительный прирост наблюдается при переходе с 6 на 8 эпох.
2-слойная сеть показала значительно лучшие результаты на всех этапах обучения по сравнению с 4-слойной, что может указывать на избыточную сложность последней для данной задачи.