Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в нейронные сети. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Нейроинформатика» для студентов специальности 09.03.02 «Информа
.pdf
Федеральное агентство морского и речного транспорта
Федеральное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»
В. А. Седов, Н. А. Седова
ВВЕДЕНИЕ В НЕЙРОННЫЕ СЕТИ
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Нейроинформатика»
для студентов специальности 09.03.02
«Информационные системы и технологии»
Ай Пи Эр Медиа
Саратов • 2018
УДК 004
С28
ББК 32.81
С28
Рецензент:
Воробьев В. В. — канд. техн. наук, старший научный сотрудник
лаборатории ТСН МИИТ.
Седов, В. А.
Введение в нейронные сети [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Нейроинформатика» для
студентов специальности 09.03.02 «Информационные системы и технологии» / В. А. Седов, Н. А. Седова. — Электрон. дан. и прогр. (6 Мб). — Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2018. — 30 с.
ISBN 978-5-4486-0047-0
Лабораторные работы содержат четко сформулированную цель работы,
список вопросов для самоподготовки, описание плана выполнения лабораторной работы и список требований к оформлению отчёта по лабораторной работе.
Настоящие методические указания к лабораторным работам «Введение в
нейронные сети» по дисциплине «Нейроинформатика» предназначены для студентов специальности 09.03.02 «Информационные системы и технологии».
Учебное электронное издание
© Седов В. А., Седова Н. А., 2017
© ООО «Ай Пи Эр Медиа», 2017
Технический редактор А.А. Агешкин
Компьютерная верстка, обложка С.С. Сизиумовой
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
Подписано к использованию 02.08.2017. Объем данных 6 Мб.
Издание представлено в электронно-библиотечных системах
IPRbooks (www.iprbookshop.ru),
Библиокомплектатор (www.bibliocomplectator.ru)
Бесплатный звонок по России: 8-800-555-22-35
Тел.: 8 (8452) 24-77-97, 8 (8452) 24-77-96
Отдел продаж и внедрения ЭБС:
доб. 206, 213, 144, 145
E-mail: sale@iprmedia.ru
Отдел комплектования ЭБС:
доб. 224, 227, 208
E-mail: mail@iprbookshop.ru
По вопросам приобретения издания обращаться:
доб. 208, 201, 222, 224
E-mail: izdat@iprmedia.ru, author@iprmedia.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5
Лабораторная работа № 1. «Модель нейрона Маккалока-Питтса» .................... 5
Лабораторная работа № 2. «Классификация чисел на чётные и нечётные» ..... 7
Лабораторная работа № 3. «Распознавание букв алфавита» ............................. 10
Лабораторная работа № 4. «Распознавание печатных и рукописных букв» ... 12
Лабораторная работа № 5. «Двухслойный персептрон» ................................... 12
Лабораторная работа № 6. «Диагностика гриппа» ............................................. 16
Лабораторная работа № 7. «Диагностика заболеваний» ................................... 19
Лабораторная работа № 8. «Решение задач с помощью нейронной сети» ...... 19
ВАРИАНТЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ .......................................... 25
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЁТА ....................................................... 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 28
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 29
4
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания к лабораторным работам «Введение в
нейронные сети» по дисциплине «Нейроинформатика» предназначены для студентов специальности 09.03.02 «Информационные системы и технологии».
Каждая лабораторная работа содержит сформулированную цель работы, список
вопросов для самоподготовки, описание плана выполнения лабораторной работы и список требований к оформлению отчёта по лабораторной работе. Завершаются методические указания списком источников из 23 наименований.
Для выполнения каждой лабораторной работы требуется установить сво-
бодно распространяемое программное обеспечение «Лабораторный практикум»
с сайта http://www.lbai.ru/.
Лабораторная работа № 1
«Модель нейрона Маккалока-Питтса»
Цель работы: изучить понятие «искусственный нейрон», смоделировать
логические операции «конъюнкция» и «дизъюнкция», убедиться в невозможности решения проблемы «исключающего или» с помощью нейрона с двумя входами.
Для выполнения лабораторной работы № 1 необходимо:
1) Изучить модель нейрона Маккалока-Питтса, а также проблему «ис-
ключающего ИЛИ».
2) Ответить на вопросы для самоподготовки, прилагаемые к лабораторной
работе № 1.
3) Запустить Lr1.exe «Лабораторного практикума» [http://www.lbai.ru/].
4) Выполнить лабораторную работу № 1, фиксируя в отчёте вводимые па-
раметры нейрона и получаемый результат.
5) Подготовить и сдать на проверку отчёт по лабораторной работе № 1.
Вопросы для самоподготовки
1. В какой работе впервые была описана модель нейрона Маккалока-
Питтса?
2. Сколько входов и выходов имеет нейрон Маккалока-Питтса?
3. Какая функция активации используется в модели нейрона Маккалока-
Питтса?
4. Запишите таблицы истинности для логических функций И, ИЛИ, НЕ и
«Исключающее ИЛИ».
5. Приведите примеры нейронов, реализующих логические функции И,
ИЛИ, НЕ, и укажите значения весовых коэффициентов.
6. Приведите графическую интерпретацию реализации логических функ-
ций И, ИЛИ, НЕ.
5
7. Почему модель нейрона Маккалока-Питтса не способна реализовать
логическую функцию «Исключающее ИЛИ»?
8. Сформулируйте определение линейно-неразделимых задач.
Порядок выполнения лабораторной работы
После запуска Lr1.exe открывается окно (рис.1.1), содержащее задание
для лабораторной работы № 1, необходимый теоретический материал, отмеченный кнопкой , таблицы истинности исследуемых логических операций,
схему нейрона с графиком пороговой функции активации и графическая интерпретация решения задачи.
В поле ввода «Параметры нейрона» (рис.1.2) введите методом подбора
весовые коэффициенты
1
и
, а также значение порога , сначала для моде-
2
лирования логической операции «конъюнкция», затем тоже для логических
операций «дизъюнкция» и «исключающее или».
Рис.1.1. Главное окно лабораторной работы № 1
Рис.1.2. Поле ввода «Параметры нейрона»
6
лицу:
x1
x2
Логическая операция
1
1
S
y
0
0
0
1 1 0
1
1
Внесите данные весовых коэффициентов и порогов в следующую таб-
Таблица 1
Замечание: для каждой логической операции необходимо дважды подо-
брать тройку параметров
,
1
Требования к оформлению отчёта
Отчёт по лабораторной работе № 1 должен содержать:
1) Шесть (по две на каждую логическую операцию) заполненных таблиц,
аналогичных таблице 1.
2) Протокол выполнения лабораторной работы № 1 (формируется автома-
тически при её выполнении).
3) Четыре (по два для логических операций «конъюнкция» и «дизъюнк-
ция») графика функции х
11
рис. 1.3.
2
+ х
и.
=, аналогичных представленному на
22
Цель работы: научиться классифицировать числа на чётные и нечётные с
помощью персептрона Розенблатта.
Для выполнения лабораторной работы № 2 необходимо:
1) Изучить вопрос классификации объектов с помощью нейронных сетей.
2) Ответить на вопросы для самоподготовки, прилагаемые к лабораторной
работе № 2.
Рис. 1.3. Графическое представление линейной разделимости
логической операции «дизъюнкция»
Лабораторная работа № 2
«Классификация чисел на чётные и нечётные»
7
3) Запустить Lr2.exe «Лабораторного практикума» [http://www.lbai.ru/].
4) Выполнить лабораторную работу № 2, занеся в необходимую таблицу
каждый элемент множества обучающих примеров.
5) Подготовить и сдать на проверку отчёт по лабораторной работе № 2.
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое классификация объектов?
2. Каким образом формируются обучающие примеры в задачах класси-
фикации?
3. В какой работе Розенблатт впервые предложил модель нейронной сети
персептрон?
4. Зарисуйте модель нейронной сети персептрон Розенблатта.
5. Какой алгоритм обучения предложил Розенблатт для обучения персеп-
трона?
6. Опишите алгоритм обучения Хебба.
7. Опишите алгоритм обучения, получивший название дельта-правило.
8. Что такое коэффициент скорости обучения? Какие рекомендации при-
водятся для задания коэффициента обучения?
9. Охарактеризуйте свойство обобщения нейронных сетей.
10. Сформулируйте теорему сходимости персептрона.
Порядок выполнения лабораторной работы
После запуска Lr2.exe открывается окно (рис. 2.1), содержащее задание
для лабораторной работы № 2, необходимый теоретический материал, отмеченный кнопкой , поля ввода данных для обучения персептрона Розенблатта.
Сначала необходимо обучить нейронную сеть распознавать чётные и нечётные числа, для этого необходимо сформировать множество обучающих
примеров. Каждый обучающий пример представляет собой упорядоченную пару, первая компонента которой является заранее известным входом, вторая –
выходом нейронной сети.
8
Рис.2.1. Главное окно лабораторной работы № 2
В поле ввода «Вход персептрона» нажатием левой клавиши мыши необходимо ввести цифру, после чего в поле «Выход персептрона» установить чётность или нечётность введённой цифры. Таким образом, необходимо ввести 10
обучающих примеров, как показано на рис. 2.2.
Рис.2.2. Множество обучающих примеров
Нажатием на кнопку «Обучить» , запускается процесс обучения
нейронной сети Розенблатта:
Рис.2.3. График сходимости
9
После обучения необходимо нажать на любую цифру из множества обу-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
чающих примеров, затем на кнопку «Распознать образ» и получить результат
распознавания.
Проверьте правильность распознавания всех цифр.
Требования к оформлению отчёта
Отчёт по лабораторной работе № 2 должен содержать:
1) Множество обучающих примеров, причём каждый обучающий пример
должен быть представлен в виде таблицы, каждый элемент которой является
числом 0, если элемент цифры не расположен в ячейке, и 1, если расположен:
2) Протокол выполнения лабораторной работы № 2 (формируется автома-
тически при её выполнении).
Лабораторная работа № 3
«Распознавание букв алфавита»
Цель работы: научиться распознавать буквы А, В, С латинского алфави-
та с помощью однослойного персептрона.
Для выполнения лабораторной работы № 3 необходимо:
1) Изучить 1 и 2 пункты лабораторной работы № 2.
2) Запустить Lr3.exe «Лабораторного практикума» [http://www.lbai.ru/].
3) Выполнить лабораторную работу № 3, занеся в необходимую таблицу
каждый элемент множества обучающих примеров.
4) Подготовить и сдать на проверку отчёт по лабораторной работе № 3.
Порядок выполнения лабораторной работы
Лабораторная работа № 3 выполняется аналогично лабораторной работе
№ 2. После запуска Lr3.exe открывается окно (рис. 3.1), содержащее задание
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]