Mạng nơ ron nhân tạo là sự tái tạo bằng kỹ thuật những chức năng của hệ thần kinh con người. Trong quá trình tái tạo không phải tất cả các chức năng của bộ não con người đều được tái tạo, mà chỉ có những chức năng cần thiết, nhằm giải quyết một bài toán định trước [5].
Mạng nơ ron bao gồm vô số các nơ ron được liên kết truyền thông với nhau trong mạng. Hình 3.1 là một phần của mạng nơ ron bao gồm hai nơ ron. Nơ ron liên kết với các nơ ron khác qua các rễ. Các rễ của nơ ron được chia làm hai loại:
- Loại nhận thông tin từ nơ ron khác qua axon, ta gọi là rễ đầu vào. - Loại đưa thông tin qua axon tới nơ ron khác gọi là rễ đầu ra.
Một nơ ron có thể có nhiều rễ đầu vào, nhưng chỉ có một rễ đầu ra như vậy có thể xem nơ ron như một mô hình nhiều đầu vào một đầu ra.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3.1. Một mạng nơ ron đơn giản gồm hai nơ ron
Một tính chất rất cơ bản của mạng nơ ron sinh học là các đáp ứng theo kích thích có khả năng thay đổi theo thời gian. Các đáp ứng có thể tăng lên, giảm đi hoặc hoàn toàn biến mất. Qua các nhánh axon liên kết tế bào nơ ron này với các nơ ron khác, sự thay đổi trạng thái của một nơ ron cũng kéo theo sự thay đổi trạng thái của những nơ ron khác và do đó làm thay đổi toàn bộ mạng nơ ron. Việc thay đổi trạng thái của mạng nơ ron có thể thực hiện qua một quá trình “dạy” hoặc do khả năng “học” tự nhiên [5].
Sự thay thế những tính chất này bằng một mô hình toán học tương đương được gọi là mạng nơ ron nhân tạo. Mạng nơ ron nhân tạo có thể được chế tạo bằng nhiều cách khác nhau vì vậy trong thực tế tồn tại rất nhiều kiểu mạng nơ ron nhân tạo.
Hình 3.2 là mô hình nơ ron có m đầu vào x1, x2, ...xm và một đầu ra y. Mô hình này gồm có ba thành phần cơ bản [5]:
- Các kích thích đầu vào của tế bào nơ ron có thế năng tác động vào màng membran khác nhau được biểu diễn qua trọng số wij, j = 1,.., m tương ứng với cường độ kích thích của từng đầu vào.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Tổng giá trị của các kích thích đầu vào được thực hiện qua một hàm tổng tín hiệu f(.), đó là giá trị đo kích thích đầu vào tác động vào tế bào nơ ron.
- Nơ ron bị kích thích trong thời gian thế năng của màng membran vượt quá ngưỡng. Quan hệ này được thực hiện nhờ hàm tạo tín hiệu a(.), nó có chức năng xác định phụ thuộc của tín hiệu ra y vào các kích thích đầu vào.
Hình 3.2. Mô hình một nơ ron nhân tạo.
Cách thành lập nơ ron nhân tạo như vậy tạo ra một độ tự do trong thiết kế, việc lựa chọn hàm tổng tín hiệu đầu vào f(.) và hàm tạo tín hiệu a(.) sẽ cho ra các kiểu mạng nơ ron nhân tạo khác nhau và tương ứng là các mô hình mạng khác nhau.
Ví dụ, theo hình 3.2 thì tín hiệu đầu ra là:
) 1 ( ) 1 (t a mj wijxj t i i y
Và hàm kích hoạt ở dạng hàm bước nhẩy:
0 0 0 1 ) ( f khi f khi f a
Như vậy yi chỉ có thể có 2 giá trị hoặc bằng 0, hoặc bằng 1. Khi đó:
m j wijxj i i net i f 1 ,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
với i là ngưỡng đặt vào phần tử nơ ron thứ i.