Redes Neurais no MATLAB 6.1

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1 Redes Neurais no MATLAB 6.1 Redes Neurais no MATLAB Duas formas de utilização: Linhas de comando, e m-files Interface gráfica (NNTool) 1

2 Redes Neurais no MATLAB Duas formas de utilização: Linhas de comando,, e m-files Interface gráfica (NNTool) Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 2

3 x 2 O Problema do OU Exclusivo 1 x 1 X 1 X 2 valor Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 3

4 Definindo os Padrões X 1 X 2 valor Vetor de entrada: 1 1 P = 1 1 P = [ 1 1; 1 1] Vetor de saída: T = [ 1 1 ] Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 4

5 Inicializando a Rede Neural Redes Feed-forward: Função newff net = newff( [min(p')' max(p')'], [N_hidden 1], {'tansig' 'logsig'}, 'traingd'); (limites dos padrões de entrada) (número de neurônios de cada camada) (função de ativação de cada camada) (algoritmo de treinamento) Funções de Ativação purelin logsig tansig satlin(s) Linear Sigmóide Tangente hiperbólica Linear com saturação 5

6 Algoritmos de Treinamento traingd traingdm traingda traingdx trainlm trainrp Gradient descent backpropagation Gradient descent backpropagation com momentum Gradient descent backpropagation com taxa adaptativa Gradient descent backpropagation com momentum e taxa adaptativa Levenberg-Marquardt backpropagation (default) Resilient backpropagation (Rprop) Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 6

7 Definindo parâmetros de treinamento net.trainparam.epochs = 1; net.trainparam.goal = 1e-8; net.trainparam.lr =.1; net.trainparam.show = 25; net.trainparam.mc =.9; Número de epochs Erro final desejado Taxa de aprendizado Atualização da tela (epochs) Taxa de momentum net.trainparam.lr_inc = 1.5; net.trainparam.lr_dec =.7; net.trainparam.max_perf_inc = 1.4; Taxa de incremento da l.r. Taxa de decremento da l.r. Incremento máximo do erro Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 7

8 Treinando a Rede Neural net = train(net, P, T); Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 8

9 Testando a Rede Neural C = sim(net, P); M-file desenvolvida para o XOR xor1.m 9

10 Validação Cruzada Dividir os padrões disponíveis em três conjuntos: treinamento (7%): matrizes Ptrain, Ttrain validação (2%): matrizes Pvalid, Tvalid teste (1%): matrizes Ptest, Ttest Validação Cruzada % Inicializa a rede neural net = newff([min(p')' max(p')'],[1 1],{'tansig' 'logsig'},'traingd'); net.trainparam.goal = 1e-8; % Treina a rede iterativamente, de 5 em 5 epochs, % até o total de 1 epochs, calculando os erros Nepoch = 5; NN = 2; mape_min = 1e38; for i = 1:NN, net.trainparam.epochs = Nepoch; net = train(net, Ptrain, Ttrain); Ctrain = sim(net, Ptrain); Cvalid = sim(net, Pvalid); % Calcula os erros MAPE para os padrões de treinamento e validação mape_train(i) = 1*mean(abs((Ttrain-Ctrain)./Ttrain)) mape_valid(i) = 1*mean(abs((Tvalid-Cvalid)./Tvalid)) 1

11 Validação Cruzada % encontra o número de epochs ótimo if (mape_valid(i) < mape_min) mape_min = mape_valid(i); net_opt = net; Noptim = Nepoch * i; end end % Melhor rede: net = net_opt; % Testa a rede com os 3 conjuntos de padrões Ctrain = sim(net, Ptrain); Cvalid = sim(net, Pvalid); Ctest = sim(net, Ptest); Redes Neurais no MATLAB Duas formas de utilização: Linhas de comando, e m-files Interface gráfica (NNTool) 11

12 Interface Gráfica NNTool Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 12

13 Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede Definindo os Padrões 13

14 Definindo os Padrões Definindo os Padrões 14

15 Definindo os Padrões Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 15

16 Criando a Rede Neural Criando a Rede Neural 16

17 Visualizando a Rede Neural Visualizando a Rede Neural 17

18 Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede Inicializando a Rede Neural 18

19 Inicializando a Rede Neural Inicializando a Rede Neural 19

20 Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede Definindo parâmetros de treinamento 2

21 Definindo parâmetros de treinamento Definindo parâmetros de treinamento 21

22 Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede Treinando a Rede Neural 22

23 Treinando a Rede Neural Passos para a Criação de uma RN Definir os padrões Criar a rede Inicializar a rede Definir os parâmetros de treinamento Treinar a rede Testar a rede 23

24 Testando a Rede Neural Testando a Rede Neural 24

25 Testando a Rede Neural Testando a Rede Neural 25

26 Testando a Rede Neural Testando a Rede Neural 26

27 Exportando os Dados Exportando os Dados 27

28 x 2 O Problema do OU Exclusivo 1 x 1 X 1 X 2 valor Rede Neural com Camada Escondida 28

29 Rede Neural com Camada Escondida Rede Neural com Camada Escondida 29

30 Rede Neural com Camada Escondida Rede Neural com Camada Escondida 3

31 Rede Neural com Camada Escondida Reconhecimento de Dígitos 31

32 Reconhecimento de Dígitos Reconhecimento de Dígitos 32

33 Reconhecimento de Dígitos Definição dos Padrões de Entrada

34 Definição dos Padrões de Entrada Definição dos Padrões de Entrada Cada dígito (padrão): 2 bits Número de padrões: 1 dígitos Representação: Matriz 2 x 1 Cada coluna representa um dígito Cada linha representa um bit Cada bit está associado com um neurônio de entrada 34

35 Definição dos Padrões de Entrada digitos.txt Definição dos Padrões de Saída 1 35

36 Definição dos Padrões de Saída saidas.txt Conversão dos Arquivos >> load digitos.txt >> save digitos >> load saidas.txt >> save saidas 36

37 Importação dos Dados p/ NNTool Importação dos Dados p/ NNTool 37

38 Importação dos Dados p/ NNTool Definição das Redes Network name: network15 Tipo: feed-forward backprop Input Ranges: Get from input Training Function: TRAINGDM Number of layers: 2 Layer 1: 1 15 neurons Layer 2: 2 1 neurons TANSIG PURELIN 38

39 Definição das Redes Network name: network25 Tipo: feed-forward backprop Input Ranges: Get from input Training Function: TRAINGDM Number of layers: 2 Layer 1: 1 25 neurons Layer 2: 2 1 neurons TANSIG PURELIN Definição das Redes Network name: network35 Tipo: feed-forward backprop Input Ranges: Get from input Training Function: TRAINGDM Number of layers: 2 Layer 1: 1 35 neurons Layer 2: 2 1 neurons TANSIG PURELIN 39

40 Treinamento das Redes Epochs: 1 Goal (MSE):.5e-3 Learning Rate (lr):.1 Momentum:. Treinamento das Redes Epochs: 1 Goal (MSE):.5e-3 Learning Rate (lr):.4 Momentum:. 4

41 Treinamento das Redes Epochs: 1 Goal (MSE):.5e-3 Learning Rate (lr):.9 Momentum:. Treinamento das Redes Epochs: 1 Goal (MSE):.5e-3 Learning Rate (lr):.1 Momentum:.4 41

42 Treinamento das Redes Epochs: 1 Goal (MSE):.5e-3 Learning Rate (lr):.9 Momentum:.4 Teste das Redes 1 bit errado 2 bits errados 3 bits errados 42

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