2.3.3

Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα

Η μηχανική μάθηση έχει στη διάθεση της διάφορους τρόπους και τεχνικές για να

επιλύει προβλήματα. Ένας από αυτούς είναι τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, artificial

neural networks (ANN). Αποτελούνται από συστήματα όπου επεξεργάζονται δεδο-

μένα τα οποία εξαρτώνται από ένα πλήθος τεχνητών νευρώνων οργανωμένων σε

δομές βασισμένες σε αυτές του ανθρώπινου εγκεφάλου. Η δομή του συστήματος

αποτελείται από τρία επίπεδα. Το πρώτο είναι το επίπεδο εισόδου (input layer),

όπου χρησιμοποιείται για την εισαγωγή δεδομένων, το επόμενο επίπεδο ονομάζε-

ται κρυφό επίπεδο (hidden layer) και αποτελείται από νευρώνες κατανεμημένους

σε διάφορα επίπεδα επιτελώντας ξεχωριστές λειτουργίες και τέλος υπάρχει το επί-

πεδο εξόδου (output layer). Η αύξηση επιπέδων μπορεί μεν να επιφέρει μεγαλύτερη

ακρίβεια αλλά παράλληλα να αυξήσει την πολυπλοκότητα σε τέτοιο βαθμό που να

καθιστά το σύστημα μη αποδοτικό στην πράξη.

Η μοντελοποίηση του βιολογικού νευρώνα με το μοντέλο Perceptrοn [34], [35]

από τον Frank Rosenblatt το 1957 θεωρείται ίσως τη σπουδαιότερη συνεισφορά στο

χώρο των νευρωνικών δικτύων. Το μοντέλο νευρώνα Perceptron είναι εμπνευσμένο

από το βιολογικό οπτικό σύστημα.

Η είσοδος σε κάθε νευρώνα προέρχεται από ένα ή πολλούς νευρώνες μέσω των

δενδριτών. Το σήμα που έλαβε ο νευρώνας επεξεργάζεται και το αποτέλεσμα που

προκύπτει μεταφέρεται στον νευράξονα οπού μέσω των συνάψεων μεταβιβάζεται

στους άλλους νευρώνες. Οι νευρώνες μπορούν να βρίσκονται σε μία από τις εξής

δύο καταστάσεις, να πυροδοτούν ή όχι τους επόμενους συνδεδεμένους νευρώνες,

γεγονός που μεταφράζεται σε 1 και 0 αντίστοιχα. Πιο συγκεκριμένα, για να υπάρ-

ξει έξοδος θα πρέπει να έχει λάβει μια τιμή μεγαλύτερη από αυτή που ορίζει η

συνάρτηση ενεργοποίησης, η οποία βρίσκεται στο πυρήνα κάθε νευρώνα. Για παρά-

δειγμα, η είσοδος μπορεί να αποτελεί την χρωματική κωδικοποίηση ενός pixel στο

χρωματικό μοντέλο RGB μια εικόνας, η οποία μπαίνει ως είσοδος στην συνάρτηση

ενεργοποίησης μαζί με αλλά pixel και υπολογίζονται τα αντίστοιχα βάρη τους. Αν

ο νευρώνας δεχθεί συνολικό σήμα μεγαλύτερο από το σταθμικό μέσο της συνάρ-

τησης ενεργοποίησης ή έχει ορισθεί μια σταθερά πόλωσης (bias), τότε αντιδρά και

43