Yapay Sinir Ağları ve Biyolojik Sinir Ağları nasıl benzer ve farklıdır?


16

Birden çok kez "Sinir Ağlarının insan beynini modellememiz gereken en iyi yaklaşım olduğunu" duydum ve bence Sinir Ağlarının beynimizden sonra modellenmesi yaygın olarak biliniyor.

Bu modelin basitleştirildiğinden şüpheleniyorum, ama ne kadar?

Diyelim ki, vanilya NN insan beyni hakkında bildiklerimizden ne kadar farklı? Hatta biliyor muyuz?


1
Harika bir soru. Söylenebilenin bir sürü burada söylenen psychology.stackexchange.com/questions/7880/...
Andrew Butler

1
Bunun ai.SE'de cevaplanan bir soru olması gerektiğini düşündüm. Ayrıca merak ediyorum!
Andreas Storvik Strauman

Artificial neurons and biological neurons are very similar. The shape of their connections is also rather similar, although biological neurons have many complications in their interoperation that seem to be largely unknown. However, usage of those neurons is drastically different, that is to say, the reason why they are combined into networks and employed. ANNs are used to approximate functions and thereby to solve problems. While only God knows why BNNs are the way they are and what is their purpose in the first place. So, not a very interesting question, I think...
Evgeniy

Yanıtlar:


10

Yapay Sinir Ağlarının (YSA) Biyolojik Sinir Ağlarından (BNN'ler) farkı ne aradığınıza bağlıdır. YSA'ların Biyolojik olanlardan ilham aldığını hepimiz biliyoruz.
Yapısal farklılıklar:
enter image description here
Genel olarak, bir sinir ağı dört bileşenden oluşur:

  • nöronlar
  • topoloji: nöronlar arasındaki bağlantı yolu
  • ağırlıklar
  • öğrenme algoritması

Yapay sinir ağı durumunda başlangıç ​​durumu ve ağırlıkları rastgele atanır . Biyolojik sinir ağları için nöronlar arasındaki bağlantıların gücü ve bağlantıların yapısı rastgele başlamaz. Başlangıç ​​durumu genetik olarak türetilir ve evrimin yan ürünüdür .
BNN'de öğrenme, beyindeki sayısız nöronlar arasındaki bağlantılardan gelir. Bu ara bağlantılar beyin yeni uyaranlarla karşılaştığında yapılandırmayı değiştirir . Değişiklikler mevcut bağlantıları ve eski ve kullanılmayan olanların kaldırılması güçlendirilmesi, yeni bağlantılar kurulmasına neden .
YSA'lar sabit topoloji kullanılarak sıfırdan eğitilir(BNN'ler durumunda topoloji değişikliklerini hatırlayın), bu da çözülmekte olan soruna bağlıdır. Mevcut mekanizma YSA topolojisini değiştirmez ve ağırlıklar bir optimizasyon algoritması ile rastgele başlatılır ve ayarlanır.

Başka bir kontrast ağdaki nöron sayısındadır. Tipik bir YSA yüzlerce veya belki de binlerce nörondan oluşur; insan beyninin biyolojik sinir ağı milyarlarca kişiden oluşur . Bu sayı hayvandan hayvana değişir. Hayvan. Burada ve burada
daha fazlasını bulabilirsiniz .


1
Bağlantı gücü genetik olarak türetilmiş mi? Bundan emin misin?
DuttaA

2
Başlangıçta, yeni doğmuş bir çocuğun bağlantı gücü genetik olarak belirlenir. Bundan sonra çoğunlukla dış uyaranlara göre değişir.
Ugnes

2
Yapay sinir ağları sabit topolojilerle sınırlı değildir (bakınız NEAT, TWEANN, vb.)
Andrew Butler

1
Görüntü tanıma için bir YSA kesinlikle binlerce nörondan daha fazlasına sahiptir. Muhtemelen milyonlarca insan var.
maaartinus

Cevabı, bugün bulunan genel YSA'lara dayanarak yazdım, en iyi YSA'ları düşünmeden yazdım. Teknolojideki gelişmeyle YSA'lar da gelişiyor; BNN'lere yaklaştık. AndrewButler ve maaartinus bunlardan bahsettikleri için teşekkürler.
Ugnes

5

Artık yakın değiller!

[Yapay] Sinir Ağları , beynin nöronları arasında daha önce gözlemlediğimiz bağlantılardan belirsiz bir şekilde ilham aldı . Başlangıçta, muhtemelen biyolojik beyinleri tahmin etmek için YSA geliştirmeye niyet vardı. Bununla birlikte, uygulamalarını çeşitli görevlerde gördüğümüz modern çalışan YSA'lar, bize bir hayvan beyninin fonksiyonel bir modelini sağlamak için tasarlanmamıştır. Bildiğim kadarıyla, bir CNN veya RNN modelinin bağlantılarına ve ağırlık dağılımlarına bakarak biyolojik bir beyinde yeni bir şey bulduğunu iddia eden bir çalışma yok.


LOL. Katılıyorum. Ortak yönleri tek şey bu. Kelimenin en soyut anlamında devrelerdir. Başka bir şey daha olabilir. Doğa bir sürü şey denedi ve biz ortaya çıktık. Sonra bir sürü şey denedik ve XNN'ler ortaya çıktı (burada X, A, C veya N'den biridir). Her iki ağ da çok sayıda hatanın sonucudur.
FauChristian

3

Yapay Sinir Ağlarının beynin sinir yapısından esinlenildiğine dair ortak açıklama sadece kısmen doğrudur.

Norbert Wiener, Claude Shannon, John von Neuman ve diğerlerinin, daha sonra elektronik beyin dediklerini geliştirerek pratik yapay zekaya doğru yola çıktıkları doğrudur. Aynı zamanda doğrudur

  • Yapay ağların aktivasyon adı verilen işlevleri vardır,
  • Biyolojik nöronlar gibi birçok-çok ilişkide kabloludur ve
  • Optimal bir davranış öğrenmek için tasarlanmıştır,

fakat bu benzerliğin kapsamıdır. MLP'ler (çok katmanlı algılayıcılar) veya RNN (Tekrarlayan sinir ağları) gibi yapay ağlardaki hücreler beyin ağlarındaki hücreler gibi değildir.

Aktive olan şeylerin dizilerinde ilk yazılım bıçağı olan algılayıcı, bir dizi nöron değildi. James Watt'ın santrifüj valisi Gauss tarafından matematiksel olarak modellenmesinden bu yana mühendislikte yaygın olarak kullanılan gradyanları içeren temel geri bildirim uygulamasıydı. Yüzyıllardır kullanılmakta olan bir ilke olan ardışık yaklaşım, bir zayıflama matrisini aşamalı olarak güncellemek için kullanılmıştır. Matris, çıktıyı üretmek için bir dizi özdeş aktivasyon fonksiyonunu besleyen vektör ile çarpıldı. Bu kadar.

Çok katmanlı bir topolojiye ikinci bir boyuttaki projeksiyon, Jacobian'ın, katmanlara uygun bir geri bildirim olarak dağıtıldığında, bir dizi algılayıcılar ve ağ bir bütün olarak tatmin edici davranışlar üzerinde birleşecektir. Algılayıcılar dizisinde, her öğeye bir katman denir. Geri bildirim mekanizması artık geri yayılma olarak adlandırılmaktadır.

Ağı düzeltmek için kullanılan matematiğe gradyan inişi denir, çünkü su bulmak için arazinin gradyanını kullanan susuz kör bir adam gibidir ve bunu yapmak da benzerdir. Tatlı su bulmadan ve hidrasyondan ziyade ölümle birleşmeden önce yerel bir minima (düşük nokta) bulabilir.

Daha yeni topolojiler, CNN topolojileri ailesini oluşturmak için dijital görüntü restorasyonu, posta sıralama ve grafik uygulamalarında kullanılan mevcut evrişim çalışmalarının ilaveleri ve optimizasyon kriterlerini oluşturmak için birinci yıl kimyasından kimyasal dengeye benzeyen şeyin ustaca kullanılmasıdır. GAN topoloji ailesi.

Deep, çoğu AI bağlamında sayısız kişinin eş anlamlısıdır. Bazen daha üst düzey topolojideki karmaşıklığı bozar (vektör matris ürünlerinin, aktivasyonların ve kıvrımların üstünde).

Aktif araştırmalar, bu derin ağların, sinirsel bilim adamlarının on yıllar önce memeli beyin dokusunda keşfettiklerinden ne kadar farklı olduğunun farkında olan kişiler tarafından devam etmektedir. Ve beyinde öğrenme devresi ve nörokimya genomik açıdan araştırıldığı için günümüzde keşfedilen daha fazla farklılaştırıcı var.

  • Nöral plastisite ... dendrit ve aksiyom büyümesi, ölüm, yönlendirme ve diğer dönüşümlere bağlı olarak devre topolojisinde değişiklik
  • Topolojik karmaşıklık ... çok sayıda aksiyom etkileşim kurmadan çaprazlama yapar ve büyük olasılıkla çapraz konuşmalara (bağımsız) karşı korumalıdır, çünkü bağlantı kurmalarına izin vermek dezavantajlı olacaktır [not 1]
  • Kimyasal sinyaller ... memeli beyinleri, devre üzerinde bölgesel etkileri olan düzinelerce nöro-verici ve nöro-düzenleme bileşiğine sahiptir [not 2]
  • Organellerin ... canlı hücrelerin birçok alt yapısı vardır ve çeşitli tiplerin nöronlarda sinyal iletimi ile karmaşık ilişkileri olduğu bilinmektedir.
  • Tamamen farklı aktivasyon şekli ... ortak yapay sinir ağlarındaki aktivasyonlar, hem menzil hem de alan için sıralı skalerlerle fonksiyonlardır ... memeli nöronları, gelen sinyallerin hem genliğinin hem de göreceli zamansal yakınlığının bir fonksiyonu olarak çalışır [not 3]

[1] Topoloji ironik olarak hem mimarinin bir alt kümesidir (bina tasarımı, ağ sağlama, WWW analizi ve anlambilim ağları alanlarında), ancak aynı zamanda topoloji, her iki AI'nın radikal merkezinde mimariden çok daha fazlasıdır kontrol sistemlerinde matematik ve etkin gerçekleştirme

[2] Kimyanın rolü, DNA bilgi yayılımı ile ilişkili sosyal ve üreme davranışlarını öğrenerek, bir ekosistem ve beyin düzeyinde öğrenmeyi karmaşık şekillerde birleştirerek gerekli olabilir. Ayrıca, uzun süreli ve kısa süreli öğrenme beynin öğrenmesini de iki farklı yeteneğe böler.

[3] Gelen sinyallerin zamanlamasının biyolojik nöron aktivasyonu üzerindeki etkisi bir dereceye kadar anlaşılmaktadır, ancak nöron çıkışından çok daha fazla etkilenebilir. Plastikliği ve kimyayı da etkileyebilir ve organeller bu konuda rol oynayabilir.

özet

Makine öğrenimi kütüphanelerinin yaptığı, Barbie ve Ken bebeklerinin gerçek bir çifti simüle ettiği kadar insan beynini simüle etmektir.

Bununla birlikte, derin öğrenme alanında dikkat çekici şeyler ortaya çıkıyor ve otonom araçların yaşamlarımızda tamamen özerk hale gelmesi beni şaşırtmayacaktı. Ben de hiçbir öğrenciye geliştirici olmalarını önermem. Bilgisayarlar muhtemelen insanlardan ve büyüklük sıralarından daha hızlı ve muhtemelen yakında daha iyi kodlar. Bazı görevler biyolojinin evrimleştiği türden değildir ve bilgisayarlar sadece birkaç on yıl süren bir araştırmadan sonra insan yeteneklerini aşabilir ve sonunda insan performansını birkaç büyüklükte aşabilir.


Araba kullanmak ve bilgisayar programlamak arasında büyük bir fark vardır. Bir araba sürmek iyi tanımlanmış bir görevdir, bu nedenle onu bir işlev yaklaşımı sorunu olarak ifade etmenin bir yolu olabilir, bu nedenle sinir ağları devreye girebilir. yaklaşmıştır. Bir bilgisayarı programlamak gerçekten bir görev olmasa da, bir durumu düşünürken aldığı bir dizi karardır. Sorunları sorunlara dönüştürmek bir sanattır.
Evgeniy
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.