Yapay Sinir Ağları. YZM 3226 Makine Öğrenmesi

Benzer belgeler
Zeki Optimizasyon Teknikleri

Yapay Sinir Ağlarına Giriş. Dr. Hidayet Takçı

YAPAY ZEKA VE DERİN ÖĞRENMENİN GÜNÜMÜZDEKİ UYGULAMA ALANLARI

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

Yapay Sinir Ağları (Artificial Neural Networks)

Unlike analytical solutions, numerical methods have an error range. In addition to this

Makine Öğrenmesine Giriş. YZM 3226 Makine Öğrenmesi

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

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

İş Zekası. Hafta 6 Kestirimci Modelleme Teknikleri. Yrd. Doç. Dr. H. İbrahim CEBECİ

Instance Based Learning k-nn. YZM 3226 Makine Öğrenmesi

Derin Yapay Sinir Ağları ve Derin Öğrenme ye Kısa Bir Giriş

YAPAY SĠNĠR AĞLARININ EKONOMĠK TAHMĠNLERDE KULLANILMASI

Yapay Sinir Ağları ve Yüksek Enerji Fiziği Uygulamaları

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

4. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

WEEK 4 BLM323 NUMERIC ANALYSIS. Okt. Yasin ORTAKCI.

A NEW MODEL FOR DETERMINING THE THERMODYNAMIC PROPERTIES OF LiBr-H 2 O SOLUTION

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

WEEK 11 CME323 NUMERIC ANALYSIS. Lect. Yasin ORTAKCI.

ÇİMENTO BASMA DAYANIMI TAHMİNİ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI MODELİ

Bilgisayımsal SinirBilim Computational Neuroscience. Adnan Kurt

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

İlk Yapay Sinir Ağları. Dr. Hidayet Takçı

ESTIMATION OF EFFLUENT PARAMETERS AND EFFICIENCY FOR ADAPAZARI URBAN WASTEWATER TREATMENT PLANT BY ARTIFICIAL NEURAL NETWORK

COURSES OFFERED FOR ERASMUS INCOMING STUDENTS

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

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

Eğiticili (supervised) öğrenme: Sınıflandırma (classification) Sınıf sayısı ve bir grup örneğin hangi sınıfa ait olduğu bilinir

T.C. KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YAPAY SİNİR AĞLARI. Doç.Dr. Necaattin BARIŞÇI FİNAL PROJESİ

Derin Öğrenme. M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi

UBE Machine Learning. Kaya Oguz

YAPAY SĠNĠR AĞI GERĠ YAYINIM ALGORĠTMASI KULLANILARAK RÜZGÂR HIZI TAHMĠNĠ

EN BÜYÜK YER İVMESİNİN TAHMİNİNDE YAPAY SİNİR AĞLARININ KULLANIMI

İstanbul Şehir Üniversitesi Bahar

A New Approach for Named Entity Recognition

Yapay Sinir Ağları. (Artificial Neural Networks) DOÇ. DR. ERSAN KABALCI E S N E K H E S A P L A M A Y Ö N T E M L E R İ - II

ÖZGEÇMİŞ. Doç Doçent Doktor Bilgisayar Mühendisliği GAÜ Yrd. Doç Doç. Doktor Bilgisayar Mühendisliği GAÜ

Türkiyede ki İş Kazalarının Yapay Sinir Ağları ile 2025 Yılına Kadar Tahmini

Otomatik Doküman Sınıflandırma

ADNAN MENDERES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MATEMATİK ANABİLİM DALI MATEMATİK PROGRAMI DERS LİSTESİ

Otomatik Doküman Sınıflandırma

Yüz Tanımaya Dayalı Uygulamalar. (Özet)

mühendislikdergisi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

YZM 3217 YAPAY ZEKA DERS#10: KÜMELEME

İnsan beyni, birbiri ile karmaşık ilişkiler içinde bulunan nöron hücreleri kitlesidir. Tüm aktivitelerimizi kontrol eder, yaradılışın en görkemli ve

Çok Katmanlı Algılayıcı (Multilayer Perceptron) DOÇ. DR. ERSAN KABALCI

YAPAY SİNİR AĞLARI YÖNTEMİ İLE PAFTALARININ SAYISALLAŞTIRILMASI ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS METHOD FOR MAP DIGITIZATION

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

ANKARA ÜNİVERSİTESİ A ÖĞRENCİ İŞLERİ DAİRE BAŞKANLIĞI

ÖZGEÇMİŞ. 1. Adı Soyadı : Eren BAŞ

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

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

Akademik Sosyal Araştırmalar Dergisi, Yıl: 5, Sayı: 50, Temmuz 2017, s

GÖRSEL YAZILIM GELİŞTİRME ORTAMI İLE BERABER BİR YAPAY SİNİR AĞI KÜTÜPHANESİ TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİMİ

Görev Unvanı Alan Üniversite Yıl Prof. Dr. Elek.-Eln Müh. Çukurova Üniversitesi Eylül 2014

ÖZGEÇMİŞ. 1. Adı Soyadı : Eren BAŞ

Erdem Işık Accepted: January ISSN : erdemis@firat.edu.tr Elazig-Turkey

Karaciğer Yetmezliğinin Teşhisinde Makine Öğrenmesi Algoritmalarının Kullanımı. In the Diagnosis of Liver Failure Using Machine Learning Algorithms

Yard. Doç. Dr. İrfan DELİ. Matematik

KÜTAHYA İLİNİN YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANILARAK ELEKTRİK PUANT YÜK TAHMİNİ

Examination of International Pisa Test Results with Artificial Neural Networks and Regression Methods

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DOKTORA YETERLİK SINAVI YÖNETMELİĞİ

Bulanık Mantık Tabanlı Uçak Modeli Tespiti

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

Mekatronik Mühendisliği Uygulamalarında Yapay Zekâ. Ders 3- Yapay Sinir Ağları. Erhan AKDOĞAN, Ph.D.

ÖZGEÇMİŞ. 2. Doğum Yeri ve Tarihi : Washington DC - 22 Temmuz Derece Alan Üniversite Yılı Bilgisayar-Kontrol Marmara Üniversitesi

WEB SAYFALARINA İLİŞKİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE SINIFLANDIRMA YÖNTEMİ

Fatih Kölmek. ICCI Uluslararası Enerji ve Çevre Fuarı ve Konferansı 25 Nisan 2012, İstanbul, Türkiye

DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ZAFER DALAR ÖZGEÇMİŞ VE ESER LİSTESİ

Güz Dönemi Zorunlu Dersleri

ZAMAN SERİSİ ANALİZİNDE MLP YAPAY SİNİR AĞLARI VE ARIMA MODELİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

1st TERM Class Code Class Name T A C. Fizik I Physics I Bilgisayar Programlama I (Java) Computer Programming I (Java)

1 I S L U Y G U L A M A L I İ K T İ S A T _ U Y G U L A M A ( 5 ) _ 3 0 K a s ı m

BBM Discrete Structures: Final Exam Date: , Time: 15:00-17:00

MEH535 Örüntü Tanıma

NATURAL LANGUAGE PROCESSING

1. YARIYIL / SEMESTER 1

ANKARA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

Multiplication/division

SİMÜLASYON-YAPAY SİNİR AĞI İLE ESNEK ÜRETİM SİSTEMİ TASARIMI

ROBOTLARIN YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANILARAK DENETİMİ.

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MATEMATİK ANABİLİM DALI PORTFÖY OPTİMİZASYONU

Kredi Riski Tahmininde Yapay Sinir Ağları ve Lojistik Regresyon Analizi Karşılaştırılması

ATILIM UNIVERSITY Department of Computer Engineering

İSTATİKSEL NORMALİZASYON TEKNİKLERİNİN YAPAY SİNİR AĞIN PERFORMANSINA ETKİSİ

İç Basınç Altında İnce Cidarlı Kabukların Yapay Sinir Ağları ile Çözümü

BİLGİ EDİNME HAKKI YASASI ÇERÇEVESİNDE YAPILAN ELEKTRONİK BAŞVURULARIN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE SINIFLANDIRMASI

Çok Katmanlı Algılayıcılar. Dr. Hidayet Takçı

First Stage of an Automated Content-Based Citation Analysis Study: Detection of Citation Sentences

MÜFREDAT DERS LİSTESİ

Karaciğerde Oluşan Hastalıkların Tespitinde Makine Öğrenmesi Yöntemlerinin Kullanılması

Yapay Sinir Ağları ile Ağ Üzerinde Saldırı Tespiti ve Paralel Optimizasyonu

Isı Transferinde Isı Kayıplarının Yapay Sinir Ağları Yöntemi ile İncelenmesi

Fonksiyonu. Yakup KUTLU ve Apdullah YAYIK. Proceedings/Bildiriler Kitabı

1. YARIYIL / SEMESTER 1 2. YARIYIL / SEMESTER 2

YAPAY ZEKA (Artificial Intelligence)

Veri Madenciliği - Giriş. Erdem Alparslan

Derece Alan Üniversite Yıl Lisans Elektrik Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi 1994 Y. Lisans Elektronik

T U KR ECTS BK DK B ADVANCED CALCULUS B 4 0 4,0 7,0 ABDURRAHMAN KARAMANCIOĞLU ADVANCED CALCULUS 4 0 4,0 7,0 10 ABDURRAHMAN

Transkript:

Yapay Sinir Ağları YZM 3226 Makine Öğrenmesi

Outline Yapay Sinir Ağları Tanımı Tarihçe Neden YSA kullanırız? YSA uygulamaları Temel YSA modelleri

Paradigms of Machine Learning Rule Induction Neural Network Machine Learning Genetic Algorithms Decision Trees Bayessian Learning YSA(Neural Network) makine öğrenmesine ait alt dallardan biridir.

Learning with Neural Network YSA ile öğrenme Gözetimli(superviser) Gözetimsiz(unsupervised) olabilir.

Learning Types Learning Supervised Learning Classification Unsupervised Learning Clustering - SOM Decision Tree Learning Bayesian Learning Nearest Neighbour Neural Networks Support Vector Machines Regression Association Analysis Sequence Analysis Summerization Descriptive Statistics Outlier Analysis Scoring

From Biological to Artificial System (1)

From Biological to Artificial System (3)

Neurons in the Brain Bir nöron diğer bir nörondan sinapsler aracılığı ile bilgi alır.a neuron receives input from other neurons (generally thousands) from its synapses Inputs are approximately summed When the input exceeds a threshold the neuron sends an electrical spike that travels from the body, down the axon, to the next neuron(s)

Human Brain İnsan beyini içerisinde 50-100 bilyon civarında sinir hücresi olduğu tahmin edilmektedir. Bir sinir hücresi Soma/Çekirdek Dendrit Akson Sinaps/Bağlantılar Kimyasal sinapslar aksonları kullanarak, neronların dendritleri arasında iletişim sağlar. Connections per neuron ~ 10 4-5

Neurons in the Brain İnsan beyininde 10 12 nöron ve 10 14 sinaptic bağlantı olduğu tahmin edilmektedir. axon dendrites synapses

Yapay Sinir Ağları İnsan beyninin özelliklerinden olan öğrenme, yeni bilgiler türetme ve keşfedebilme gibi yetenekleri herhangi bir yardım almadan otonom olarak gerçekleştirmek amacı ile geliştirilen bilgisayar sistemleridir. Dışarıdan aldığı dinamik verilere göre dinamik sonuçlar üreten birbirine bağlı basit elemanlardan oluşan bir yapıdır.

Neural Network Biyolojik Nöron Yapay Sinir Ağları Dendrit Girdi X h Sinaps Ağırlık W h Nucleus Toplama Fonksiyonu Σ Cell Body (Soma) Transfer Fonksiyonu f Axon Çıktı y

Graphical Notation & Terms Daireler Sinir hücresi birimlerini temsil eder. Oklar Bir birimden diğerine sinaptik bağlantıları gösterir. Bunlar ağırlık olarak adlandırılır ve numerik değerler ile gösterilebilir. Another layer of neural units One layer of neural units 14

Mathematical Representation Bir nöron kendisine dışarıdan gelen inputların ağırlığını toplar ve olması gereken eşik değer(threshold) ile kıyaslar. For example: If the sum is higher than the threshold, the output is set to 1, otherwise to -1. Non-linearity

Beyin vs Bilgisayar 200 billion neurons, 32 trillion synapses 1 billion bytes RAM but trillions of bytes on disk Analog Sayısal Paralel Seri Bilgiye adapte olma Komut kümeli Birimlerin ana işlemlere etkisi azdır. Yanlış hesaplamalar sonucu etkiler. Giriş verilerindeli hatalara her zaman duyarlı değildir. Giriş verilerindeki hatalar sonucu etkiler.

Why Neural Network? YSA avantajları: Komplex problemlerde dahi başarılıdır. Problemleri paralel bir şekilde ele alıp çözebilir. YSA dezavantajları: Complexity arttıkça performans azalır. Elimizde büyük bir veri seti varsa execution time artar.

Applications Pattern Recognition (Image / Speech) (text, numbers, faces) Data Mining Classification Classification of galaxies Diagnosing medical conditions Prediction Forecast of energy consumption Stock value forecast Outlier Detection Fraud detection - Monitoring of credit card accounts Automation and Control process, robotics

Applications Marketting Product orders (Supermarket) Predicting time-series in financial world Identifying valuable customers... Medical Analysis of electrocardiogram data, RNA & DNA sequencing, Drug development without animal testing Telecommunication Manufacturing quality control, fault diagnosis Signal Processing

Applications Banking Credit application evaluators Automotive Automobile automatic guidance systems Financial Real estate appraisal, loan advisor, mortgage screening, corporate bond rating, credit line use analysis, portfolio trading program, corporate financial analysis, currency price prediction Transportation Vehicle scheduling, routing Data Filtering e.g. take the noise out of a telephone signal, signal smoothing

Example NN Job(1/0) age good Salary medium #mouth bad Debt Input layer Hidden layer Output layer

NN Example - Real Estate Appraiser A Neural Network is like a black box that knows how to process inputs to create a useful output. The calculation(s) are quite complex and difficult to understand Loan Prospector

Autonomous Land Vehicle In a Neural Network (ALVINN) ALVINN is an automatic steering system for a car based on input from a camera mounted on the vehicle.

ALVINN The ALVINN neural network is shown here. It has 960 inputs (a 30x32 array derived from the pixels of an image), four hidden units and 30 output units (the output is the direction in which the vehicle is steered)

ALVINN

Model of a Neuron

Activation Functions Unit Step Sigmoid Gaussian Piecewise Linear Identity Hiberbolik Tanjant f (x) = x f(s) = (1 exp(-2s))/ (1 +exp(-2s))

Activation Function Example Training Data Input Output 3 1 0-2 1 0 10 0 0 0 Unit Step 3 0.3 3 0.3 0 0.3 1 0-0.1 2.1 1 0-0.1 2.1 3 f (3) 1 10 0-0.1 2.1-1 -2-1.1-1.1-2 Input: (3, 1, 0, -2) 0-1.1 f ( 1) 0 Processing: 3(0.3) + 1(-0.1) + 0(2.1) + -1.1(-2) = 0.9 + (-0.1) + 2.2 Output: 3

Activation Function Example Training Data Input Output 3 1 0-2 1 0 10 0 0 0 Sigmoid Β=2 f (x) 1 1 e 2x 3 0.3 3 0.3 1 0-0.1 2.1 1 0-0.1 2.1 3 f (3) 1.998 2x 1 e -2-1.1-1.1-2 Input: (3, 1, 0, -2) Processing: 3(0.3) + 1(-0.1) + 0(2.1) + -1.1(-2) = 0.9 + (-0.1) + 2.2 Output: 3

Sum Squared Error Example Expected Actual x1 x2 z1 z1 squared error 0 0 1 0.925 0.005625 0 1 0 0.192 0.036864 1 0 0 0.19 0.0361 1 1 1 0.433 0.321489 Sum squared error = 0.400078 numtrainsamples ( ActualOutp uts DesiredOut puts s 1 ) 2 36

Network Architecture Single layer Multiple layer fully connected Unit delay operator outputs Recurrent network without hidden units inputs Recurrent network with hidden units

Temel YSA Modelleri Hebb Net Perceptron Hopfield Kohonen - Self Organizing Feature Map(SOM) Backpropagation Net Artificial Neural Networks Feedforward Recurrent Unsupervised Supervised Kohonen, Hebbian MLP, RBF Unsupervised ART Supervised Hopfield

Hebb Net Yapay sinir agi modellerinin ilk bilinen tipidir. Ögrenme metodolojisinde Hebb kuralini kullandigi için bu adi almistir. Eger iki hücre ayni aktivasyonu gösteriyorsa arasindaki bagin kuvvetlenmesi gerekir. Eger ikisinin aktivasyonu farkli ise aralarindaki bag degismez ya da azaltilmalidir. Yapı itibariyle ileri beslemeli olan bu model, tek katmanli bir yapi ile olusturulmustur. Bu yapi girdi hücreleri ve onlarin bagli oldugu çikti hücresinden ibarettir.

Perceptron Hebb net in ögrenme kavrami yerine simdi esikleme fonksiyonundan geçirilme kavrami gelmektedir.

Perceptron Perceptron Structure Able to learn AND / OR logic function AND OR x 1 x 2 t x 1 x 2 t 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0

Perceptron Perceptrons can only perform accurately with linearly separable classes x 1 x 2 Able to solve non-linear classification problems Solution: additional (hidden) layers of neurons, MLP architecture x 1 x 2

Multi-Layer Perceptrons Learning procedure is extension of simple perceptron algorithm A neural network with at least 1 hidden layer can represent any function

Layers Yapay sinir ağları üç ana katmandan oluşmaktadır; Giriş Katmanı, Ara (Gizli) Katmanlar ve Çıkış Katmanı. Giriş Katmanı: Girdileri alan nöronların bulunduğu katmandır. Bu katmanda nöronlar üzerinde işlem gerçekleşmez, yalnızca girdiler bir sonraki katmana taşınır. Ara (Gizli) Katman(lar): Ağın temel işlemlerini hesaplayan katmandır. Gizli katmanda bulunan her bir işlem elemanı; giriş sinyalini, giriş katmandaki ağırlıklar ile çarparak toplamını alır daha sonra bu toplamı transfer fonksiyonuna aktararak çıkan sonucu başka bir gizli katmana veya son olarak işlem göreceği çıkış katmanına götürür. Çıkış Katmanı: Gizli katmandan iletilen veriyi ağın kullandığı fonksiyonda işleyerek ara katmandan gelen çıktıları dış ortama veya başka bir sinir ağına ileten nöronları oluşturan katmandır.

Two-Layered Feed-Forward Neural Networks Inputs Hidden Units Output Units a k =I k I 1 W k,j A j W j,i A i Weights on links from input to hidden Weights on links from hidden to output Network Activations I 2 I 3 I 4 I 5 a 1 = O 1 a 2 = O 2 I 6

Hidden Layers How many hidden layers should be used? usually just one hidden layer is used How many hidden units should be in a layer? too few and the concept can't be learn too many: examples just memorized "overfitting", poor generalization Use a tuning set or cross-validation to determine experimentally the number of units that minimizes error.

Back Propagation Backpropagation geribeslemeli bir ögrenme mekanizmasi kullanir. Burada yapay sinir aginin yapisi ileribeslemeli olmasina karsin, hatanin geriye dogru ket vurmasindan kaynaklanan bir ögrenme oldugu için geribesleme söz konusu edilmektedir. Ve bu yapay sinir agi modeli ögretmenli ögrenme stratejisini (supervised learning) kullanmaktadir. Used for data modelling, classification, forecasting, data and image compression and pattern recognition.

Back Propagation Error propagated backwards

Back Propagation For each training tuple, the weights are modified to minimize the mean squared error. Output vector Output layer Hidden layer Input layer Input vector: X A more typical NN Err j O ( 1 O j )( Tj O j ) j I j w ij e I w O j ij j j w w ( l) Err ij O i j (l) Err 1 1 ij i j j O j i

Classification by Back Propagation Data Mining : Classification by Back Propagation Neural Network

Classification by Back Propagation 1 1-0.2-0.7 1-0.2-0.7 0.33 0.4 0.4 0 0-0.5 0-0.5 1 1 1 I j w O i ij i j O j 1 1 e I j 1 0.33 1 0.33 0 0 0.474 1 0.525 1 Err j O (1 O ) j j k 0.525 Err k w jk Correct Output: 0.6 Update the weights and bias values

Network Architecture Perceptron structure Multi-Layer-Perceptron structure Backpropagation Net structure

Be careful!! Selection of Samples Momentum Coefficient Stopping Criteria Overfitting

Selection of Samples İyi seçilmemiş örneklerle yeterince iyi bir tahmin gerçekleştirilememiştir. Daha iyi seçilmiş örnekler fonksiyonun daha iyi tahminlenmesini sağlamıştır.

Stopping Criteria According to the error value Hata ε Iteration Hata According to the number of iterations t Iteration

Overfitting Error Stop here Testing Training Iteration Ağ gereğinden fazla eğitilirse problemi öğrenmek yerine verileri ezberler. Bu da ağın genelleme yapamamasını ve hatalı sonuçlar üretmesine neden olur.