20_2 Принцип адаптивного резонанса

Адаптивная резонансная теория

<РАНЕЕ>                                   <HOME>

20.2. Принцип адаптивного резонанса

        Сети и алгоритмы APT сохраняют пластичность, необходимую для изучения новых образов и предотвращения изменений ранее запомненных образов. Открытие этой способности  вызвало большой интерес к APT, но многие исследователи нашли теорию трудной для понимания. Математическое описание APT является сложным, но основные идеи и принципы реализации достаточно просты для понимания. Мы сконцентрируемся далее на общем описании APT.

        Сети с адаптивным резонансом сохраняют пластичность при запоминании новых образов и не допускают модификацию старой памяти. Такая нейросеть имеет внутренний детектор новизны – тест идентичности предъявленного образа содержимому памяти. При удачном поиске в памяти предъявленный образ классифицируется с одновременной уточняющей модификацией синаптических весов нейрона, выполнившего классификацию. Такую ситуацию называют возникновением адаптивного резонанса в сети в ответ на предъявление образа. Если резонанс не возникает в пределах некоторого заданного порогового уровня, то тест новизны считается успешным и образ воспринимается сетью как новый. Модификация весов нейронов, не испытавших резонанса, при этом не производится.

        Принцип работы ART-сетей сравнительно прост. При вводе значений признаков некоторого образа, ART-сеть пытается сопоставить ему некоторый класс из числа уже изученных. Если такой класс удается найти, то производится сравнительно небольшая модификация прототипа (стереотипа, типичного представителя) этого класса для того, чтобы он хорошо отображал и новый образ. В этом случае, классификация образа на этом заканчивается.

        Структурная схема сети АРТ показана на рис.20.1. Система представляет собой однослойную реккурентную нейронную сеть со слоем предварительной обработки и управляющими элементами. Входной образ X, состоящий из элементов (точек-пикселов, набора признаков) x_j, поступает на так называемый «слой сравнения». Это чисто логический слой, частично пропускающий  сигнал на следующий -  соревновательный слой. Соревновательный слой, определяет наиболее похожий на входной образ образецсреди запомненных. Образец – победитель определяется по максимальному сигналу на выходе соответствующего образу нейрона. I состоящий из предъявленныхэлементов.

Рис.20.1 Упрощённая структура системы АРТ.

        Затем найденный образец проверяется на допустимость, для чего используется (двоичная) матрица W_i. Матрица W_i переводит номер класса–победителя в набор характеризующих его признаков.  Этот набор сравнивается с введёнными значениями признаков и принимается решение о совпадении исходного и найденного оразов. Еси совпадение не подтверждается, работа нейрона – победителя блокируется с помощью сигнала R, и процесс поиска подходящего класса продолжается.

        Если же такого класс найти не удаётся, то образуется (вводится) новый класс. При этом,предъявленный образ несколько модифицируется и используется затем в качестве прототипа (стереотипа, типичного представителя) для нового класса. При этом, уже изученные классы не изменяются

        Важным понятием в теории адаптивного резонанса является так называемый шаблон критических черт (critical feature pattern) информации. Этот термин показывает, что не все черты (детали), представленные в некотором образе, являются существенными для системы восприятия. Результат распознавания определяется присутствием специфичных критических особенностей в образе.

        Второй значительный вывод теории — необходимость самоадаптации алгоритма поиска образов в памяти. Нейронная сеть работает в постоянно изменяющихся условиях, так что предопределенная схема поиска, отвечающая некоторой структуре информации, может в дальнейшем оказаться неэффективной при изменении этой структуры. В теории адаптивного резонанса адекватность достигается введением специализированной ориентирующей системы, которая самосогласованно прекращает дальнейший поиск резонанса в памяти и принимает решение о новизне информации. Ориентирующая система также обучается в процессе работы.

        При наличии резонанса, теория АРТ предполагает возможность прямого доступа к образу памяти, откликнувшемуся на резонанс. В этом случает шаблон критических черт выступает ключом - прототипом для прямого доступа.

        Эти и другие особенности теории адаптивного резонанса нашли свое отражение в нейросетевых архитектурах, которые получили такое же название — АРТ.

<ДАЛЕЕ>