Yapay Sinir Ağları ve Yüksek Enerji Fiziği Uygulamaları

Transkript

1 Yapay Sinir Ağları ve Yüksek Enerji Fiziği Uygulamaları Ece Akıllı Université de Genève 12 Eylül 2016 CERN TR E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

2 Akış 1 Makine Ogrenimi 2 Yapay Sinir Aglari 3 Araclar 4 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

3 Makine Ogrenimi Makine Ogrenimi Tanim: Bilgisayarlarin bir goreve programlanmadan, veri uzerinden gorevini gerceklestirebilmek icin ne yapacagini cesitli algoritmalar kullanarak ogrenmesi ve gorevini yerine getirebilmesi Farkli makine ogrenimi algoritmalari: Yapay sinir aglari Karar agaclari Ornek: Tenis oynamali miyiz?... E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

4 Makine Ogrenimi Makine Ogrenimi Iki temel ogrenme turu: Gozetimli ogrenme: Etiketlenmis gozlemlerden ogrenme Siniflandirma Ornek: Fotografta gordugumuz bulasik makinesi mi zebra mi? Regresyon (deger tahmini) Ornek: Cenevre de ev kiralari gelecek sene ne kadar olacak? Gozetimsiz ogrenme: Algoritmanin kendi kendine kesifler yaptigi ogrenme Kumeleme Boyut azaltimi E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

5 Yapay Sinir Aglari Yapay Sinir Aglari Insan beyninden esinlenerek gelistirilmistir Yapay sinir aglari insan sinir sisteminin basit calisma seklini model olarak alir E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

6 Yapay Sinir Aglari Yapay Sinir Aglari Gerekli sinir aglari elementleri: Noronlar Noronlardan olusan katmanlar: Girdiler katmani, gizli katman(lari), ciktilar katmani Farkli katmanlarin noronlarini birbirine baglayan degerler Her katmanda fazladan bir noron Algoritmaya bagli olarak cesitli ogrenme parametreleri: Ogrenme hizi,... Gerekli veriler: Ogrenme veri kumesi Test veri kumesi E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

7 Yapay Sinir Aglari Makine ogrenimi genel olarak cok hizli gelisen bir alan Son yillarda Yapay Sinir Aglari, ozellikle de cok gelisti Figure: Yapay Sinir Aglari Figure: E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

8 Yapay Sinir Aglari nin bazi alanlarda Yapay Sinir Aglari ndan cok daha basarili oldugu gozlemlendi son yillarda bircok odul/yarisma kazandi daha kompleks verilerden daha cok bilgi lineer olmayan fonksiyonlar ve baglantilar sayesinde elde edebiliyor E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

9 Yapay Sinir Aglari Gorsel: Luke de Oliveira E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ag ları / 18

10 Yapay Sinir Aglari (Derin) Yapay Sinir Aglari Matematigi Yaygin olarak kullanilan algoritmalardan biri: Feedforward NN, Backpropogation Backpropagation: 1 Feedforward step 2 Backpropogation of errors N : Neural Net x: input t: target a (i) : input received at layer i f (i) (): activation function of layer i W i, b i : NN weights and bias applied to input at layer i a (i+1) : final output delivered to layer i+1 Mapping by N : x N t with the Hypothesis: H(x, N ) N : a (i+1) = f (i) (W i a (i) + b i ) Mapping results in error: E(t, H(x, N )), Goal: Minimize ΣE E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

11 Yapay Sinir Aglari (Derin) Yapay Sinir Aglari Matematigi NN weights are represented by θ t = (W t, b t ) with time steps t, To minimize the error ΣE, apply the update θ t+1 = θ t + θ t, θ t is defined by the training hyperparameters and gradient of Φ Training hyperparameters γ: learning rate, µ: momentum Φ: cost function E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

12 Yapay Sinir Aglari Yapay Sinir Aglari ile Cozulebilecek Problemler ve Yapay Sinir Ağlari nin Kullanim Alanlari Saglik: Klinik teshis, gorsel yorumlama, sinyal yorumlamasi... Finans: Sahtecilik, algoritmik ticaret Pazarlama: Netflix onerileri Spotify onerileri Amazon onerileri Google, Facebook,... Link E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

13 Araclar Araclar Yuksek Enerji Fizigi: Toolkit for Multivariate Data Analysis with ROOT (TMVA) hrefhttp://tmva.sourceforge.net Link Keras Link Theano Link Tensorflow (Google) Link XGBoost Link Scikit-learn (Python) Matlab... E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

14 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Birkac kullanim/arastirma alani: Fizik analizi Parcacik siniflandirmasi Dedektor Data Science at LHC: E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

15 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Jet Images: Kalorimetredeki bilgiyi, kamera pixelleri gibi kullanarak Yapay Sinir Aglari kullanan bir parcacik siniflandirma yontemi Ariel Schwartzman et al. E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

16 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Bir baska parcacik siniflandirma yontemi :Eldeki verileri kullanarak Yapay Sinir Aglari ndan maksimum bilgiyi elde etmeyi beklemek E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

17 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Liquid Argon Time Projection Chamber, LArTPCs DNN Reconstruction: E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

18 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Terminoloji: Emre Aladag E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18

19 Yapay Sinir Aglari ve Yuksek Enerji Fizigi Tesekkurler! E. Akıllı (UNIGE) Yapay Sinir Ağları / 18