Derin Yapay Sinir Ağları ve Derin Öğrenme ye Kısa Bir Giriş

Benzer belgeler
YAPAY ZEKA VE DERİN ÖĞRENMENİN GÜNÜMÜZDEKİ UYGULAMA ALANLARI

YAPAY ZEKA VE DERIN ÖĞRENME: 20. YÜZYILIN EN DEĞERLISI BILGI

Zeki Optimizasyon Teknikleri

Derin Öğrenme. M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi

İstanbul Şehir Üniversitesi Bahar

A NEW APPROACH FOR IMAGE CLASSIFICATION: CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK. Emine Cengil* 1, Ahmet Çınar 2

Yapay Sinir Ağları ve Yüksek Enerji Fiziği Uygulamaları

İlk Yapay Sinir Ağları. Dr. Hidayet Takçı

Derin Öğrenme Algoritmalarında Model Testleri: Derin Testler

Akıllı Sistemler ve Uygulamaları Dergisi, Cilt: 1, Sayı: 1, Sayfa ,

Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. Şekil Tanıma Final Projesi. Selçuk BAŞAK

İleri Örüntü Tanıma Teknikleri Ve Uygulamaları İçerik

Yapay Sinir Ağları. (Artificial Neural Networks) DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

Yapay Sinir Ağlarına Giriş. Dr. Hidayet Takçı

Otomatik Diyet Gözetimi için Gıda İmgelerinin Anlamsal Bölütlemesi

Mekatronik Mühendisliği Uygulamalarında Yapay Zekâ. Ders 1- Yapay Zekâya Giriş. Erhan AKDOĞAN, Ph.D.

CBS ve Coğrafi Hesaplama

Mekatronik Mühendisliği Uygulamalarında Yapay Zekâ. Makine Öğrenmesi. Erhan AKDOĞAN, Ph.D.

Tedarik Zinciri Yönetiminde Yapay Zeka Teknikler

Çekişmeli Üretici Ağlar Kullanarak Dış Mekan Görüntülerinin Geçici Niteliklerini Düzenleme

DERİN ÖĞRENME YRD.DOÇ.DR. KADRİYE ERGÜN İREM TÜRKMEN

Doç.Dr.Erkan ÜLKER, Selçuk Üniversitesi Mühendislik F, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Yapay Sinir Ağları. YZM 3226 Makine Öğrenmesi

DERİN ÖĞRENME SONGÜL TORANOĞLU

VERİ MADENCİLİĞİ (Sınıflandırma Yöntemleri) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

Fizik I (Tek ve ki Boyutta Hareket) - Ders sorumlusu: Yrd.Doç.Dr.Hilmi Ku çu

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2013/2014 BAHAR DÖNEMİ BÜTÜNLEME SINAV TAKVİMİ Lisansüstü Bilgisayar Müh. Bölümü

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2013/2014 BAHAR DÖNEMİ BÜTÜNLEME SINAV TAKVİMİ Lisansüstü Bilgisayar Müh. Bölümü

Naive Bayes Yöntemi ile Spam Mail Teşhisi Kübra KURNAZ

Yapay Sinir Ağları (Artificial Neural Networks)

Esnek Hesaplamaya Giriş

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BENZER SÜREÇLERDE ÜRETİLEN ÜRÜNLER İÇİN YAPAY ZEKA İLE ZAMAN TAHMİNİ SONER ŞÜKRÜ ALTIN

FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ/YAZILIM MÜHENDİSLİĞİ (DR)

Temsil Öğrenme için Bongard Problemleri Bongard Problems for Representation Learning

Büyük Veri ve Endüstri Mühendisliği

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU

YAPAY SĠNĠR AĞLARININ EKONOMĠK TAHMĠNLERDE KULLANILMASI

Hafta 13 - Adversarial ML

MÜFREDAT DERS LİSTESİ

Şifrebilimde Yapay Sinir Ağları

IoT ve Derin Öğrenme. Ferhat Kurt/Open Zeka Kurucu

Kelime Gösterimleri (Word Representation Word Embeddings)

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DOKTORA YETERLİK SINAVI YÖNETMELİĞİ

Örüntü Tanıma (EE 448) Ders Detayları

ÖZGEÇMİŞ. 1. Adı Soyadı : Olcay Taner Yıldız. 2. Doğum Tarihi : Unvanı : Doç. Dr. 4. Öğrenim Durumu :

Soru Cevaplama. Reyyan Yeniterzi. Özyeğin Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Gevşek Hesaplama (COMPE 474) Ders Detayları

ANKARA ÜNİVERSİTESİ A ÖĞRENCİ İŞLERİ DAİRE BAŞKANLIĞI

Elena Battini SÖNMEZ Önder ÖZBEK N. Özge ÖZBEK. 2 Şubat 2007

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl

Görme Engelliler için Akıllı Telefon ile Nesne Arama

Karar ağaçları overfitting e karşı çok hassastır. Birkaç alternatif karar ağacı oluşturulur ve sonuçta oylama yapılarak karar verilir.

Geriye Yayılım ve Levenberg Marquardt Algoritmalarının YSA Eğitimlerindeki Başarımlarının Dinamik Sistemler Üzerindeki Başarımı. Mehmet Ali Çavuşlu

Karaciğerde Oluşan Hastalıkların Tespitinde Makine Öğrenmesi Yöntemlerinin Kullanılması

Destekçi Vektör Makineleri. Destekçi Vektör Makineleri(Support Vector Machines)

WEB SAYFALARINA İLİŞKİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE SINIFLANDIRMA YÖNTEMİ

YAPAY ZEKA (Artificial Intelligence)

ÇİMENTO BASMA DAYANIMI TAHMİNİ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI MODELİ

Yapı Kredi Bankası Ar-Ge Çalışmaları Araştırma, Vizyon ve Uygulama. Eğitmen: Onur AĞIN

YAPAY AÇIKLIKLI RADAR GÖRÜNTÜLERİNDE YAPAY SİNİR AĞLARI İLE HEDEF TANIMLAMA

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği (İngilizce)

Bilgisayar Mühendisliği Yüksek Lisans Programı

T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DERİN ÖĞRENME YÖNTEMLERİ VE UYGULAMALARI HAKKINDA BİR İNCELEME ABDULKADİR ŞEKER

Uzaktan Algılama Teknolojileri

BİYOİSTATİSTİK TEMELLİ BİLİMSEL ARAŞTIRMALARDA DERİN ÖĞRENME UYGULAMALARI

MEZUN DURUMUNDAKİ ÖĞRENCİLERİN DİKKATİNE!!!!!!!!!!!!!!!

Eğitim veya Danışmanlık Hizmetinin Tanımı

Makine Öğrenmesi (COMPE 565) Ders Detayları

Bilgisayar Mühendisliği Yüksek Lisans Programı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ A ÖĞRENCİ İŞLERİ DAİRE BAŞKANLIĞI

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: CME 4410

İleri Diferansiyel Denklemler

Çok Markalı Servis İstasyonları için Yapay Sinir Ağları ile Görüntü Tabanlı Araç Marka ve Modeli Tanıma Yazılımı

BLM 4811 MESLEKİ TERMİNOLOJİ II Salı , D-109 Dr. Göksel Biricik

Büyük Veri İçin İstatistiksel Öğrenme (Statistical Learning for Big Data)

İleri Diferansiyel Denklemler

YAPAY SİNİR AĞI KULLANARAK DEPREM EĞİLİMİNİN KESTİRİMİ. Umut FIRAT

SAYISAL GÖRÜNTÜ İŞLEME (Digital Image Processing)

Doğal Dil İşleme Nedir? Doğal Dil İşleme

LINZ-SPROTT 1999 KAOTİK SİSTEMİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE MODELLENMESİNDE FARKLI EĞİTİM FONKSİYONLARININ MODELLEME PERFORMANSINA ETKİSİ

YAPAY SİNİR AĞLARI. Araş. Gör. Nesibe YALÇIN BİLECİK ÜNİVERSİTESİ

Matematiksel Optimizasyon ve Yapay Öğrenme

İSTANBUL MEDENİYET ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ(TÜRKÇE) 4 YILLIK DERS PLANI

Zeki Optimizasyon Teknikleri

YAPAY SĠNĠR AĞI GERĠ YAYINIM ALGORĠTMASI KULLANILARAK RÜZGÂR HIZI TAHMĠNĠ

Güz Dönemi Zorunlu Dersleri

Bilgisayarla Görme (EE 430) Ders Detayları

MAKİNE ARIZA ZAMANLARININ TAHMİNLENMESİ İÇİN BİR YAPAY SİNİRSEL AĞ MODELİ FORECASTİNG THE MACHİNE FAILURE TIMES BY A NEURAL NETWORK MODEL

D-Smart BLU Nedir? D-Smart BLU; her an, her yerden televizyon keyfi yaşanmasını sağlayan yenilikçi bir D-Smart hizmetidir. (

ÇATI DÖŞEMESİNDE MEYDANA GELEN YOĞUŞMA VE BUHARLAŞMA KÜTLELERİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE TAHMİN EDİLMESİ

Bilgisayar Mühendisliği

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ UZAKLIK VE CİNSİYET TABANLI AKILLI REKLAM GÖRÜNTÜLEME SİSTEMİ BURAK KABASAKAL

Eş-Talim Yöntemi ile Metin Sınıflandırma İçin Bir Uygulama

Türkçe için Konuşma Tanıma ve Derin Öğrenmeyle Dil Modelleme

GALATASARAY ÜNİVERSİTESİ

Dijital Görüntü İşleme Teknikleri

ANKARA ÜNİVERSİTESİ A ÖĞRENCİ İŞLERİ DAİRE BAŞKANLIĞI

YAZILIM KAVRAMINA BİR BAKIŞ. Gürcan Banger Elektrik Yük. Müh. ESOGÜ - 9 Nisan 2007

DERS TANITIM ve UYGULAMA BİLGİLERİ

GTÜ Bilgisayar Topluluğu

Transkript:

Derin Yapay Sinir Ağları ve Derin Öğrenme ye Kısa Bir Giriş Dr. Öğr. Üyesi Emre Akbaş BMO Semineri 24 Kasım 2018 Bilgisayar Mühendisliği Orta Doğu Teknik Üniversitesi 1

Yanıtlamaya çalışacağımız sorular Nedir bu derin öğrenme? Neden her yerde derin öğrenme görüyoruz? Derin öğrenme modellerinin klasik yapay sinir ağlarından ne farkı var? Bu modellerin uygulamaları nelerdir? Derin öğrenme modelleri nasıl eğitilir? Nereden başlayabilirim? 2 2

Makine öğrenmesi (İng. machine learning) 3 3

Makine öğrenmesi (İng. machine learning) Verilen bir problem için veri üzerinden bir model/fonksiyon üretme 4 4

Derin öğrenme nedir? Makine öğrenmesinin (İng. machine learning) bir alt dalı. 5 5

Derin öğrenme nedir? Beynin yapısal ve işlevsel özelliklerinden esinlenilerek tasarlanmış, çok katmanlı ağ yapıları (İng. graph) olan yapay sinir ağları üzerinde çalışan algoritmalar ve modeller kümesi. Derin birden fazla saklı katmanı (İng. hidden layer) ifade eder. 6 6

İlk önce kısa bir tarih Yapay sinir ağları yeni değil. Rosenblat ın Perceptron u, 1958 1958 Perceptron 7 7

Perceptron: bir yapay nöron modeli 8 8

Yapay sinir ağlarının gösterim gücü (İng. representation power): 1957 de Sovyet matematikçi Kolmogorov, üç katmanlı bir sinir ağının, yeterli sayıda saklı nöron ve uygun non lineer aktivasyon fonksiyonları verildiğinde herhangi bir sürekli (İng. continuous) fonksiyonu gösterebildiğini ispatladı. 9 9

Kolmogorov un ispatı başkaları tarafından geliştirildi. En bilineni Cybenko, 1989. 10 10

Kolmogorov un ispatı Bu teoremler yapay sinir ağlarının başkaları tarafından gösterim gücü nü açıklıyor, onların geliştirildi. En bilineni Cybenko, 1989.nasıl öğrenilebileceğini veya öğrenmenin mümkün olup olmadığını değil. 11 11

Öğrenilebilirlik cephesinde... Perceptron ve Adaline gibi algoritmalar 1960 larda geliştirildi Tek katmanlı perceptron un birçok Bool fonksiyonunu öğrenebildiği gösterildi. 1958 Perceptron 12 12

Öğrenilebilirlik cephesinde... 1969 da Marvin Minsky tek katmanlı perceptron un XOR fonksiyonunu öğrenemeyeceğini gösterdi. (Yapay sinir ağlarının ilk gömülüşü.) 1958 Perceptron 1969 XOR death 13 13

Geriyayılım (Back propagation) 1980 lerin sonunda geriyayılım yönteminin bulunması ve iyi sonuçlar verdiğinin gösterilmesiyle birlikte yapay sinir ağları yeniden popüler oldu. 1958 Perceptron 1969 XOR death 1987 Backpropagation 14 14

Geriyayılım (Back propagation) 90 ların başında Support Vector Machines ve Kernel Trick ortaya çıkana kadar. (ikinci gömülüş) 1958 Perceptron 1969 XOR death 1987 Backpropagation Early 1990s SVM Kernel Trick death 15 15

Yapay sinir ağları 90 larda neden terk edildi? SVM ler daha iyi sonuç veriyordu. Yapay sinir ağlarında katman sayısını arttırmak sonucu iyileştirmiyordu. Bazı modellerde (recurrent networks) geriyayılım hiç iyi sonuç vermedi. 16 16

Bugünden geriye baktığımızda 90 lardaki başarısızlığın kaynakları: Verisetlerinin aşırı küçük olması Bilgisayarlarımızın çok güçsüz olması Yanlış bir şekilde ilkleme (İng. initialization) Yanlış non lineer aktivasyon fonksiyonları Kaynak: G. Hinton nın Royal Society de verdiği konuşma, 22 Mayıs 2016, https://youtu.be/izrg86jycck 17 17

Derin öğrenme modellerinin klasik yapay sinir ağlarından ne farkı var? Temelde hiçbir farkları yok demek yanlış olmaz. Yeni olan şeyler: Daha çok veri ve daha çok işlem gücü Yeni doğrusaldışı (İng. non lineer) aktivasyon fonksiyonları Yeni ilkleme (İng. initialization) yöntemleri Yeni düzenlileştirme (İng. regularization) yöntemleri 18 18

Peki bugün? Yapay sinir ağları 3. baharını yaşıyor. Bu yeniden diriliş, 2009 ve 2012 de yapılan iki çalışmaya dayanıyor. 1958 Perceptron 1969 XOR death 1987 Backpropagation Early 1990s SVM Kernel Trick death 2009 2012 Breakthroughs in Speech Recognition Image Classification 19 19

2009 da G. Hinton ve öğrencileri konuşma tanıma problemi (İng. speech recognition) için yeni bir eğitme yöntemi geliştirdi. Eğitmensiz (İng. unsupervised) öğrenme ile ağı ilklediler. En sona eğitmenli katmanı ekleyip geriyayılım kullandılar. 20 20

Bu yöntemle uzun süredir en iyi sonucu veren modeli geçtiler. Yöntemleri Android telefonlarda 2012 den itibaren kullanılmaya başlandı. İlgili çalışma: Mohamed, A. R., Dahl, G. E. and Hinton, G. E. Deep belief networks for phone recognition. NIPS workshop on deep learning for speech recognition. 21 21

Yeni düzenlileştirme yöntemi: Dropout Ezberlemeyi (İng. overfitting) önleyen yeni yöntem 2009 daki ve sonraki sistemlerin başarılı olmasında önemli rol oynadı. 22 22

İkinci başarı hikayesi (2012) Bilgisayar görüsü (İng. computer vision) ILSVRC 2012 yarışması 1,2 milyon görüntü, 1000 sınıf Problem: verilen görüntü için, o görüntüdeki baskın nesneyi tahmin etmeye çalışın. 5 tahmin üretin. Bu 5 tahminden biri doğruysa, başarılı sayılıyor. 23 23

İkinci başarı hikayesi (2012) G. Hinton ve öğrencisi Alex Krizhevsky, 2009 daki yöntemi kullanarak 7 katmanlı bir evrişimsel sinir ağı eğitti (İng. convolutional neural network) Bu ağ, günümüzde AlexNet olarak biliniyor. İlgili çalışma: Krizhevsky, Alex, Ilya Sutskever, and Geoffrey E. Hinton. "Imagenet classification with deep convolutional neural networks." Advances in neural information processing systems. 2012. 24 24

İkinci başarı hikayesi (2012) AlexNet, %16 hata oranı elde etti. En iyi ikinci yöntem, 2012 deki en iyi tüm bilgisayar görüsü algoritmalarının (SIFT, LBP, GIST, Fisher vector, vd.) bir kombinasyonuydu. Hata oranı %26. 25 25

İkinci başarı hikayesi (2012) Kaynak: G. Hinton nın Royal Society de verdiği konuşma, 22 Mayıs 2016, https://youtu.be/izrg86jycck 26 26

2012 den bugüne Aynı yarışmada derin öğrenme yöntemleri bugün hata oranını %5 in altına indirdi (Bu verisetinde insanın hata oranı ~%5) ve daha birçok başarı hikayesi 27 27

Nesne algılama (İng. object detection) (Figure from Ren, He, Girschik, Sun, NIPS 2015) 28 28

Kaynak: Faster RCNN slides by R. Girschik. 29 29

Otomatik tercüme Google translate Yinelgeli sinir ağları (İng. Recurrent neural networks) [Sutskever, Vinyals and Le 2014] 30 30

Görüntü altyazılama (İng. image captioning) Demo 31 31

Görüntü altyazılama (İng. image captioning) 32 32

Derin üretici (İng. generative) modeller 33 33

Derin üretici (İng. generative) modeller Berthelot, David, Tom Schumm, and Luke Metz. "Began: Boundary equilibrium generative adversarial networks." arxiv preprint arxiv:1703.10717 (2017). 34 34

Sanatsal stil transferi [Gatys, Ecker, Bethge 2015] 35 35

36 36

https://deepdreamgenerator.com/ Kullanılarak üretildi. 37 37

Sürücüsüz arabalar (Figürlerin kaynağı: https://devblogs.nvidia.com/parallelforall/deep-learning-self-driving-cars/) 38 38

Neden her yerde derin öğrenme görüyoruz? Birçok farklı problemde konvansiyonel makine öğrenmesi yöntemlerinden (çok) daha yüksek doğruluk verdiği için, Bu doğruluk seviyesinin ticari uygulamaları olanaklı kılmasından dolayı Yeni uygulamalara olanak sağladığı için. 39 39

Nasıl çalışıyor? Üç ana derin model çeşidi: Çok katmanlı Perceptron (Multilayer Perceptrons) Evrişimsel Sinir Ağı (Convolutional Neural Networks) Yinelgeli Sinir Ağı (Recurrent Neural Networks) 40 40

Çok katmanlı perceptron 41 41

Çok katmanlı perceptron 42 42

Evrişimsel Sinir Ağları (Convolutional Neural Networks (CNNs)) Sparse interactions and parameter sharing 43 43

44

45

46

47

48

49

50

Yinelgeli Sinir Ağları (Recurrent Neural Networks (RNNs)) 51

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Beklenen çıktı 52 52

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Derin Yapay Sinir Ağı Beklenen çıktı 53 53

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Derin Yapay Sinir Ağı Kestirilen/tahmin edilen çıktı Beklenen çıktı 54 54

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Derin Yapay Sinir Ağı Beklenen çıktı Kestirilen/tahmin edilen çıktı Hata/kayıp sinyali 55 55

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Derin Yapay Sinir Ağı Beklenen çıktı Kestirilen/tahmin edilen çıktı Hata/kayıp sinyali Hata sinyalinin türevini al ve Derin Yapay Sinir Ağı ndaki ağırlıkları türevin negatif yönünde güncelle. 56 56

Ağın eğitimi nasıl gerçekleşiyor? Girdi Derin Yapay Sinir Ağı Kestirilen/tahmin edilen çıktı Hata/kayıp sinyali Beklenen çıktı Geriyayılım (Backpropagation) Hata sinyalinin türevini al ve Derin Yapay Sinir Ağı ndaki ağırlıkları türevin negatif yönünde güncelle. 57 57

Geriyayılım (Backpropagation) Türevde zincir kuralı (chain rule) 58 58

Nasıl ve nereden başlamalı? Başlamak için en uygun kütüphaneler: PyTorch https://pytorch.org/ Keras https://keras.io/ En iyi online ders: http://cs231n.stanford.edu/ Bölümümüzde de ders açılıyor: CENG 783 ve 793 59 59

Örnek Keras kodu 60 60

Teşekkürler! İletişim: emre@ceng.metu.edu.tr http://user.ceng.metu.edu.tr/~emre/ 61 61