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

Benzer belgeler
Makine Öğrenmesi 1. hafta

YZM 3217 YAPAY ZEKA DERS#10: KÜMELEME

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

Akış YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Yrd. Doç. Dr. A. Burak İNNER

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

CBS ve Coğrafi Hesaplama

Makine Öğrenmesi 2. hafta

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

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Makine Öğrenmesi 8. hafta

Makine Öğrenmesine Giriş (Machine Learning ML)

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

Zeki Optimizasyon Teknikleri

VERİ MADENCİLİĞİ (Kümeleme) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

Bahadır KARASULU, Aybars UĞUR Ege Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Akış YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Karaciğerde Oluşan Hastalıkların Tespitinde Makine Öğrenmesi Yöntemlerinin Kullanılması

Naive Bayes Yöntemi ile Spam Mail Teşhisi Kübra KURNAZ

İleri Örüntü Tanıma Teknikleri Ve Uygulamaları İçerik

Karar Ağacı Öğrenmesi(Decision Tree Learning)

Web Madenciliği (Web Mining)

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

Doğal Dil İşlemede Eğilimler. Önceden: Yapay Zeka Tabanlı, tam olarak anlama. Şimdiki: Külliyat(Corpus)-tabanlı, İstatistiki, makine öğrenmesi içeren

Görüntü Sınıflandırma

Concept Learning. Araş. Gör. Nesibe YALÇIN BİLECİK ÜNİVERSİTESİ. Yapay Zeka - Kavram Öğrenme

YAPAY ZEKA VE DERİN ÖĞRENMENİN GÜNÜMÜZDEKİ UYGULAMA ALANLARI

K En Yakın Komşu Methodu (KNearest Neighborhood)

MEH535 Örüntü Tanıma

YAPAY SİNİR AĞI KULLANARAK DEPREM EĞİLİMİNİN KESTİRİMİ. Umut FIRAT

Web Madenciliği (Web Mining)

Hafta 01 - Giriş. BGM Siber Güvenlik için Makine Öğrenme Yöntemleri. Yüksek Lisans Programı. Dr. Ferhat Özgür Çatak

K-En Yakın Komşu Algoritması Parametrelerinin Sınıflandırma Performansı Üzerine Etkisinin İncelenmesi

VERİ MADENCİLİĞİ (Karar Ağaçları ile Sınıflandırma) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

Veri Madenciliği. Yrd. Doç. Dr. Mustafa Gökçe Baydoğan. blog.mustafabaydogan.

Kümeleme Algoritmaları. Tahir Emre KALAYCI

Hafta 09 -Topluluk Yöntemleri - Boyut Azaltma - Anomali Tespiti

Büyük Veri ve Endüstri Mühendisliği

Özörgütlemeli Öğrenme (SOM) A. Cumhur KINACI

VERİ MADENCİLİĞİ VE SOSYAL AĞ ANALİZİ ARAŞTIRMA LABORATUVARI

Tedarik Zinciri Yönetiminde Yapay Zeka Teknikler

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: CSE 6003

Büyük Veri Analitiği (Big Data Analytics)

İlk Yapay Sinir Ağları. Dr. Hidayet Takçı

Metin Sınıflandırma. Akış

2.1 Bir Sınıfı Örneklerinden Öğrenme Vapnik-Chervonenkis (VC) Boyutu Olası Yaklaşık Doğru Öğrenme... 21

Web Madenciliği (Web Mining)

Kümeler arası. Küme içi. uzaklıklar. maksimize edilir. minimize edilir

2.1 Gri Düzey Eş Oluşum Matrisi ( GLCM) Gri düzey eş oluşum matrisi Haralick tarafından öne sürülmüştür [1]. Đstatistiksel doku analizi yöntemidir.

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

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

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Orjinal Adı: Pattern Recognition

Veri madenciliği yöntemleri

Örüntü Tanıma (EE 448) Ders Detayları

BSM-767 MAKİNE ÖĞRENMESİ. Doğrusal Ayırıcılar (Linear Discriminants)

Karar Ağacı Öğrenmesi(Decision Tree Learning)

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

Esnek Hesaplamaya Giriş

Kredi Onayı İçin Bir Sınıflandırma Algoritması Önerisi A Classification Algorithm Advice for Credit Approval

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ DOKTORA DERS PROGRAMI (Lisanstan gelenler için)

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

YZM VERİ YAPILARI DERS#9: HASH FONKSİYONLARI

BİLGİSAYAR VE ENFORMASYON BİLİMLERİ YÜKSEK LİSANS DERS PROGRAMI (Tezli Program)

2. REGRESYON ANALİZİNİN TEMEL KAVRAMLARI Tanım

Makine Öğrenmesi İle Duygu Analizinde Veri Seti Performansı

Uzaktan Algılama Uygulamaları

GENETİK ALGORİTMA ÖZNUR CENGİZ HİLAL KOCA

ÖZET...V ABSTRACT...VII TEŞEKKÜR... IX ŞEKİLLER DİZİNİ... XIV SÖZLÜK... XIX

NÖRAL SİSTEMLERE GİRİŞ. Ders Notu

Zamansal Veri Madenciliği ve Anomali Tespiti için Bir Uygulama

VERİ MADENCİLİĞİ (Veri Ön İşleme-2) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

YZM 5257 YAPAY ZEKA VE UZMAN SİSTEMLER DERS#6: GENETİK ALGORİTMALAR

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

QUANTILE REGRESYON * Quantile Regression

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

İş Analitiği'ne Netezza ile Yüksek Performans Katın

Türkçe Dokümanlar Ġçin Yazar Tanıma

Hafta 13 - Adversarial ML

Eğitim seti (training set) sınıflandırma modelinin elde edileceği kayıtları içerir

Suleyman TOSUN

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

Otomatik Doküman Sınıflandırma

KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

VERİ YAPILARI. Yrd. Doç. Dr. Murat GÖK Bilgisayar Mühendisliği Bölümü YALOVA ÜNİVERSİTESİ HASH TABLOLARI.

PARALEL VERİ MADENCİLİĞİ ALGORİTMALARI. BAŞARIM 09, Nisan 2009, ODTÜ, Ankara

Yapay Sinir Ağları GİRİŞ

VERİ MADENCİLİĞİ. Karar Ağacı Algoritmaları: SPRINT algoritması Öğr.Gör.İnan ÜNAL

Veri Yapıları. Öğr.Gör.Günay TEMÜR Düzce Üniversitesi Teknolojis Fakültesi

BÜYÜK VERI UYGULAMALARı DERS 7. Doç. Dr. Yuriy Mishchenko

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

İSTANBUL TİCARET ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ LABORATUARI

Nedensel Modeller Y X X X

VERİ MADENCİLİĞİ (Karar Ağaçları ile Sınıflandırma) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

BÜYÜK VERI UYGULAMALARı DERS 3. Doç. Dr. Yuriy Mishchenko

RASSAL SAYI ÜRETİLMESİ

KISIM 5 COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMİ (GIS) ANALİZİ KISIM 5: GIS ANALİZİ 1

Derin Yapay Sinir Ağları ve Derin Öğrenme ye Kısa Bir Giriş

Yapay Sinir Ağları (Artificial Neural Networks)

Makine Öğrenmesi 11. hafta

Transkript:

Mekatronik Mühendisliği Uygulamalarında Yapay Zekâ Makine Öğrenmesi Erhan AKDOĞAN, Ph.D. Bu ders notunun hazırlanmasında Dr. U.Orhan ve Banu Diri nin ders notlarından yararlanılmıştır.

Makine öğrenmesi nedir? Makine Öğrenmesi, verilen bir problemi probleme ait ortamdan edinilen veriye göre modelleyen bilgisayar algoritmalarının genel adıdır.

Makine Öğrenmesi nedir? Çok büyük miktarlardaki verinin elle işlenmesi ve analizinin yapılması mümkün değildir. Amaç geçmişteki verileri kullanarak gelecek için tahminlerde bulunmaktır. Bu problemleri çözmek için Makine Öğrenmesi (machine learning) yöntemleri geliştirilmiştir. Makine öğrenmesi yöntemleri, geçmişteki veriyi kullanarak yeni veri için en uygun modeli bulmaya çalışır. Verinin incelenip, içerisinden ise yarayan bilginin çıkarılmasına da Veri Madenciliği (data mining) adı verilir.

Makine Öğrenmesi Terimleri: Tahmin (prediction): Veriden öğrenen modellerde sistem çıkısının nicel olması durumunda kullanılan yöntemlerin ürettiği değerlerdir. Sınıflandırma (classification): Giris verisine ait çıkısların nitel olduğu durumlarda kullanılan yöntemlerin her veri örneğinin hangi sınıfa ait olduğunu belirlemesidir.

İstatistikte rasgele bir değişkenin bilinmeyen bir değerinin belirlenmesi için tahmin (prediction), bilinmeyen bir sabitin belirlenmesi içinse kestirim (estimation) kavramından bahsedilir. Çok yakın anlamları dolayısıyla bu iki terim literatürde çoğunlukla karıştırılarak aynı şeyi ifade etmede kullanılır.

Örneğin sağda veri noktalar için bir doğrusal eğri fonksiyonu tespit edilmiştir. Herhangi bir x değerine karşılık gelen y değerini belirlemekte tahmin, tahmini yapmamıza yardımcı olan eğrinin (eğim ve sapma değeri gibi) parametrelerinin belirlenmesinde ise kestirim terimleri tercih edilmelidir.

Tahmin örneği:

Tahmin örneği: Bulunan y=3*x çözümüne iliskin olarak eğer x=50 değeri için y değeri istenirse kestirilen denklem yardımı ile y =150 tahmin değerini kolayca hesaplamak mümkün olur.

Sınıflandırma (Classification) Amaç probleme ait tüm uzayın belirli sayıda sınıfa bölünmesidir. Sağdaki resimde her renk bir sınıfı göstermektedir. Sınıflandırma teknikleri sayesinde hiçbir veri örneğinin olmadığı bölgeler de renklendirilebilir.

Sınıflandırma örneği:

Sınıflandırma örnekleri

Makine öğrenmesi terimleri: Makine Öğrenmesi yöntemleri verinin yapısına göre ikiye ayrılır: Danışmanlı (supervised) Öğrenme: Veri, etkiye tepki prensibiyle çalışan sistemlerden alınır ve girisçıkış düzeninde organize edilir. Danışmansız (unsupervised) Öğrenme: Sınıf bilgisi olmayan veya verilmeyen veri içerisindeki grupları keşfetmeyi hedefler.

Öğrenme Yöntemleri: Reference: Dr. Sebastian Raschka, An Introduction to Supervised Machine Learning and Pattern Classification: The Big Picture

Danışmanlı ve Danışmansız Öğrenme: Bir örnek için aşağıdaki linki inceleyiniz: http://dataaspirant.com/2014/09/19/supervised-and-unsupervised-learning/

Danışmanlı öğrenme algoritmaları: Tüm sınıflandırma ve regresyon metodları danışmanlı öğrenme altında değerlendirilebilir: Logistic Regression Decision trees Support vector machine (SVM) k-nearest Neighbors Naive Bayes Random forest Linear regression polynomial regression SVM for regression

Danışmansız öğrenme algoritmaları: Kümeleme algoritmaları danışmansız öğrenme altında değerlendirilebilir: K means clustering Hierarchical clustering Hidden Markov models

İlişkili Algoritmalar: Reference: http://embedded-computing.com/articles/analytics-driven-embedded-systems-part-2-developing-analytics-and-prescriptive-controls/

Karşılaştırma: Reference: Dr. Sebastian Raschka, An Introduction to Supervised Machine Learning and Pattern Classification: The Big Picture

Karışılaştırma: Reference: http://datacafeblog.com/supervised-vs-unsupervised-learning-know-the-difference/

Destekli (Takviyeli) Öğrenme: Bazen öğretici, sisteme beklenen sonucu tam söyleyemez. Ama sistemin ürettiği sonuç için doğru/ yanlıs seklinde fikir belirtir. Bu öğrenme sekli de takviyeli (reinforcement) öğrenme adıyla anılır. Boltzmann makinesi, LVQ ve genetik algoritma örnek olarak sayılabilir.

Danışmanlı öğrenme Yarı danışmanlı öğrenme: Eğitim datası Tümü etiketlenmiş data Model Yarı- danışmanlı öğrenme Bazı etiketlenmiş data Çoğu etiketlenmemiş data Model Danışmansız öğrenme Tümü etiketlenmemiş data Model

Kümeleme nedir? Geçmisteki verilerin sınıfları/etiketleri verilmediği/bilinmediği durumlarda verilerin birbirlerine yakın benzerliklerinin yer aldığı kümelerin bulunmasıdır.

Kümeleme: Kümeleme algoritmaları danışmansız(eğiticisiz) öğrenme metotlarıdır. Örneklere ait sınıf bilgisini kullanmazlar. Temelde verileri en iyi temsil edecek vektörleri bulmaya çalışırlar. Verileri temsil eden vektörler bulunduktan sonra artık tüm veriler bu yeni vektörlerle kodlanabilirler ve farklı bilgi sayısı azalır.

Bir başka deyişle kümeleme: Danışmansız öğrenme kullanılararak yapılan kümelemede amaç: veri kümesi içerisindeki veri örneklerini sadece özellik (feature) vektörlerine göre gruplamaktır. Bunun için örneklerin birbirine benzerliği gözetilir. Kümeleme literatüründe benzerlik terimi uzaklık terimiyle zıt anlamda kullanılmaktadır. Birbirine benzer olan örnekler aynı kümeye ve birbirinden uzak olan örnekler farklı kümelere yerleştirilmeye çalışılır. Küme sayısı genellikle dışarıdan verilir.

Örnek:

Resim kümeleme 10*10 luk bloklar kmelenmiş

Kümeleme metodları K-Means Self Organizing Map (SOM)

K-Means: Kümeleme algoritmalarının en basitidir. Veriyi en iyi ifade edecek K adet vektör bulmaya çalışır. K sayısı kullanıcı tarafından verilir. Nümerik değerler için çalışır. i adet merkez belirlemek için : Rasgele K adet küme merkezi atanır (C1, C2,...,Ck) Her örnek en yakınındaki merkezin kümesine atanır. Ci ler tekrar hesaplanır (her kümedeki örneğin ortalaması alınır) Ci lerde değişiklik olmuş ise 2. ve 3. adımlar tekrar edilir. Bu isleme küme değiştiren örnek kalmayıncaya kadar devam edilir, aksi taktirde işlem sonlandırılır.

K-Means Solda256 renkle temsil edilen resim, sağda ise K-Means kullanılarak 16 renge indirilmiş resim görülmektedir.

Adım 1

Adım 2

Adım 3

Adım 4

Adım 5

Self Organizing Map K-Means algoritmasında merkez noktalar arasında herhangi bir ilişki yok iken SOM da merkez noktalar 1 veya 2 boyutlu dizi içerisinde yer alırlar. K-Means algoritmasında sadece kazanan merkez güncellenirken, SOM da bütün merkezler kazanan nöronun komşuluklarına göre güncellenirler. Yakın komşular uzak komşulara göre daha fazla hareket eder.

Self Organizing Map SOM merkezleri 1 boyutlu bir dizide birbirlerine komşudur, başlangıçta rasgele atandıkları için yığılma mevcuttur ancak eğitim tamamlandıktan sonra SOM merkezleri düzgün dağılmıştır. Makale: GEZGİN ROBOT TASARIMI VE KENDİ KENDİNE ORGANİZE OLAN HARİTALAR İLE ROBOTUN ENGELLERDEN UZAKLAŞMASI

Özellik çıkarma: Veriye ait olan birçok özellikten bazıları ilgili verinin kümesini/sınıfını belirlemede önemli rol oynar. Bu gibi durumlarda özellik kümesinin bir alt kümesi seçilir (özellik seçimi) veya bu özelliklerin birleşiminden yeni özellikler elde edilebilir (özellik çıkarımı).

Online ve Off-line öğrenme: Çevrimiçi (online) öğrenme: Gerçek zamanlı olarak çalışan sistemlerde öğrenme aşamasının çalışma anında da sürdürülmesi gerekiyorsa kullanılır. Çevrimdışı (offline) öğrenme: Uygulama sistemi henüz çalışmaz iken eğitim gerçekleştirilir, eğitilmiş yöntem sisteme yüklenir ve sistem çalıştırılır.

Öğrenme Kuralları: Hebb Delta Hopfield Kohonen

Hebb Öğrenme Kuralı: 1949 da geliştirilen ilk öğrenme kuralıdır. Bir hücre, bağlı olduğu diğer hücreleri etkiler prensibine dayalıdır. Bu öğrenme kuralı geliştirilerek farklı öğrenme kuralları geliştirilmiştir.

Delta Kuralı: Beklenen sonuç ve hesaplanan sonuç arasındaki karesel fark, sistemin hatasıdır. Bu hatayı indirgemek için hücreler arasındaki bağlantılar sürekli değiştirilir. Çok katmanlı algılayıcı ağlar bu kurala göre eğitilirler.

Delta Kuralı Ağırlıkları başlat Giriş Hatayı hesapla (E) Ağırlıkları güncelle Çıkışı ve hatayı hesapla Hata istenen değerde mi? Dur

Hopfield Öğrenme Kuralı: Beklenen sonuç ile hesaplanan sonuç aynı ise hücreler arası bağlar belirli bir oranda güçlendirilir, aksi durumda bağlar zayıflatılır. Recurrent ve Elman ağları bu kural ile eğitilirler.

Kohonen Öğrenme Kuralı: Bu danısmansız modelde hücreler yarış halindedir. En büyük sonucu üreten hücre yarısı kazanır. Kazanan hücrenin ve komsularının bağları güçlendirilir. ART (Adaptive Resonance Theory) ve Kohonen tarafından gelistirilen SOM (Self Organizing Map) ağları örnek olarak verilebilir.

Aşırı eğitim problemi (ezberleme): Veri ile iterasyonel eğitim yapan modellerin hepsinde öğrenme sürecinin zamanı gelince durdurulması gerekir. Eğitim durdurulmazsa öğrenilmesi gereken veri içerisindeki tüm örnekler sistem tarafından ezberlenir ve bilinmeyen örnekleri tahmin yeteneği azalır. Aşırı eğitim (overfitting) denilen bu istenmeyen durum makine öğrenmesinin temel amacı olan genelleştirme kavramına zarar verir.

Referanslar: Dr. Umut Orhan, Makine Öğrenmesi Ders Notu. http://datacafeblog.com/supervised-vs-unsupervisedlearning-know-the-difference/ Dr. Sebastian Raschka, An Introduction to Supervised Machine Learning and Pattern Classification: The Big Picture http://dataaspirant.com/2014/09/19/supervised-andunsupervised-learning/ Dr. Banu Diri, Makine Öğrenmesine giriş ders notları.