!7. Понятие нейронной сети. Однослойный персептрон. Достоинства и недостатки нейронной сети.

Нейронные сети представляют собой классический пример технологии, основанной на примерах. Нейронные сети — обобщенное название группы математических алгоритмов, обладающих способностью обучаться на примерах, «узнавая» впоследствии черты встреченных образцов и ситуаций. Благодаря этой способности нейронные сети используются при решении задач обработки сигналов и изображений, распознавания образов, а также для прогнозирования. Нейронная сеть — кибернетическая модель нервной системы, которая представляет собой совокупность большого числа сравнительно простых элементов — нейронов, топология соединения которых зависит от типа сети. Чтобы создать нейронную сеть для решения какой-либо конкретной задачи, следует выбрать способ соединения нейронов друг с другом и подобрать значения параметров межнейронных соединений.

Искусственная нейронная сеть (ИНС) — упрощенная модель биологического мозга, точнее нервной ткани. Естественная нервная клетка (нейрон) состоит из тела (сомы), содержащего ядро, и отростков - дендритов, по которым в нейрон поступают входные сигналы. Один из отростков, ветвящийся на конце, служит для передачи выходных сигналов данного нейрона другим нервным клеткам. Он называется аксоном. Соединение аксона с дендритом другого нейрона называется синапсом. Нейрон возбуждается и передает сигнал через аксон, если число пришедших по дендритам возбуждающих сигналов больше, чем число тормозящих.

Сеть ИНС представляет собой совокупность простых вычислительных элементов — искусственных нейронов, каждый из которых обладает определенным количеством входов (дендритов) и единственным выходом (аксоном), разветвления которого подходят к синапсам, связывающим его с другими нейронами. На входы нейрона поступает информация извне или от других нейронов. Каждый нейрон характеризуется функцией преобразования входных сигналов в выходной (функция возбуждения нейрона). Нейроны в сети могут иметь одинаковые или разные функции возбуждения.

Перцептро́н, или персептрон[nb 1] (англ. perceptron от лат. perceptio — восприятие; нем. perzeptron) — математическая и компьютерная модель восприятия информации мозгом (кибернетическая модель мозга), предложенная Фрэнком Розенблаттом в 1957 году и реализованная в виде электронной машины «Марк-1»[nb 2] в 1960 году. Перцептрон стал одной из первых моделей нейросетей, а «Марк-1» — первым в мире нейрокомпьютером. Несмотря на свою простоту, перцептрон способен обучаться и решать довольно сложные задачи.

Однослойный перцептрон Это модель, в которой входные элементы напрямую соединены с выходными с помощью системы весов. Является простейшей сетью прямого распространения — линейным классификатором, и частным случаем классического перцептрона, в котором каждый S-элемент однозначно соответствует одному A-элементу, S—A связи имеют вес +1 и все A-элементы имеют порог θ = 1. Однослойные перцептроны фактически являются формальными нейронами, то есть пороговыми элементами Мак-Каллока — Питтса. Они имеют множество ограничений, в частности, они не могут идентифицировать ситуацию, когда на их входы поданы разные сигналы («задача XOR», см. ниже).

К недостаткам, присущим нейронным сетям, можно отнести: сложную структуру, плохую интерпретируемость и долгое время обучения. Однако их преимущества, такие как, высокая допустимость к зашумленным данным и низкий коэффициент ошибок, непрерывное усовершенствование и оптимизация различных алгоритмов обучения сетей, алгоритма извлечения правил, алгоритма упрощения сетей, делают нейронные сети все более и более перспективными