Нейронные сети
на практике
R&D, Azoft
rnd.azoft.com
План лекции
1. Однослойные нейронные сети
2. Многослойные нейронные сети
3. Свёрточные нейронные сети
4. Обучение свёрточной нейронной сети с Caffe
5. Современные нейронные сети и их применение
6. Современные библиотеки по deep learning
7. Трюки в обучении
8. Как развиваться в этой области
Однослойные нейронные сети
 Понятие биологического и искусственного
нейрона
 Однослойная нейронная сеть
Биологический нейрон
Искусственный нейрон
Сеть с одним скрытым слоем
Многослойные нейронные сети
 Применение и количество слоёв
 Подготовка данных для обучения
 Стохастический градиентный спуск
 Параметры обучения
 Выбор архитектуры
 Борьба с переобучением
Сеть с двумя скрытыми слоями
Сеть с тремя скрытыми слоями
Применение
Подготовка данных
 Разный диапазон данных
 Категориальные данные
 Пропуски в данных
Стохастический градиентный
спуск
Попадание в локальный
минимум
Важность параметра learning rate
Понятие momentum
Выбор метода оптимизации
 Nesterov momentum – популярный
 Adam – новый
Выбор количества нейронов
 Мало нейронов – глупая сеть
 Золотая середина
 Много нейронов - переобучение
Борьба с переобучением
 Хорошая и большая выборка
Без drop out
C drop out
Борьба с переобучением
 Weight decay. Добавляет пенальти на веса
нейронной сети
 Добавление шума и искажений при недостаточной
выборке
 Контроль за обучением. Остановка сети до начала
переобучения
Свёрточные нейронные сети
 Зрительная кора головного мозга человека в
сравнении со свёрточной нейронной сетью
 Что происходит в разных слоях свёрточной
нейронной сети
 Предобработка изображений
 Аугментация данных
Простые клетки зрительной коры
головного мозга
Сложные клетки зрительной
коры головного мозга
Визуализация первого слоя
свёрточной нейронной сети
Первый и второй слой. Градиенты, углы и
другие перепады в яркости/цветах.
Третий слой. Текстуры.
Четвертый и пятый слой. Фичи,
специфичные классу.
Предобработка изображений
 Ускорить обучение
 Улучшить плохую выборку
 Помочь сети в сложных задачах
Эквализация гистограммы
Автоуровни
PCA whitening
ZCA whitening
Усиление/ослабление
высоких/низких частот
Аугментация данных
Способы аугментации данных
 Соль и перец
 Резкость и размытие
 Повороты и перспективные искажения
 Масштабирование
 Сдвиги
 Эрозия и дилатация
 Зеркальные отражения
 Изменения яркости и контрастности
Полностью искусственный
датасет
 Не допускать пересечений в обучающей,
валидационной и тестовой выборках
Обучение CNN при помощи Caffe
 Выбор параметров обучения
 Выбор архитектуры
Параметры обучения
Выбор архитектуры. Выбор
входного слоя.
Conv + ReLU
Слой нормализации
Слой пулинга
Слой ошибки
Современные нейронные сети и
их применение
 Рекуррентные нейронные сети и lstm. Применяются в
natural language processing и speech recognition.
 Сиамские нейронные сети. Две нейронные сети
связывает один слой ошибки. Одно из применений для
распознавания классов, которые не были в обучающей
выборке.
 Свёрточные нейронные сети в генной инженирии.
 Свёрточные нейронные сети в natural language
processing
 Свёрточные нейронные сети в детекции объектов и для
попиксельная сегментация
 Свёрточные нейронные сети в одномерных сигналах.
Современные библиотеки по
deep learning
 Caffe
 theano
 lasagne
 torch
 TensorFlow от Google (новое)
Трюки в обучении
 Хирургия нейронных сетей
 Ансамбли
 Fractional max pooling
 Recurrent convolutional layers
 «Широкие» нейронные сети
Хирургия в CNN
Хорошие и плохие feature maps
Ансамбли
 Первый уровень. Несколько нейронных сетей.
 Второй уровень. Например Random Forest
Recurrent convolutional layers
«Широкие» нейронные сети
Как лучше развиваться в данной
области
 Вдоволь наэкспериментируйте с датасетами cifar-
10, mnist и другими.
 Не торопитесь, выжимайте максимум из каждого
шага, начиная от датасета, заканчивая полным
контролем сети во время обучения
 Делайте бредовые вещи.
 Постоянно пробуйте новые технологии
 Для распознавания изображений изучите
поподробнее computer vision в общем
 Изучите машинной обучение в общем
Спасибо за внимание!
R&D, Azoft
rnd.azoft.com

Hейронные сети на практике — R&D, Azoft