b) Phương pháp độ cao
3.3.1. Mô hình của mạng nơron nhân tạo
Mô hình mạng nơ ron nhân tạo được xây dựng trên cấu trúc cơ bản của mạng nơ ron sinh học. Mỗi mạng nơ ron sinh học gồm có ba phần sau:
- Phần thân với nhân bên trong.
- Trục dẫn (Axon) có các dạng phân nhánh theo dạng cây để nối các dây thần kinh vào, hoặc nối trực tiếp với nhân tế bào của các nơ ron khác thông qua các khớp nối.
Quá trình hoạt động của một nơ ron là một quá trình điện hóa tự nhiên. Ở trạng thái cân bằng điện áp của màng membran khoảng – 75 mV. Khi có tác động từ bên ngoài vào nơ ron trong tế bào nơ ron xảy ra hoàng loạt phản ứng hóa học tạo thành lực tác động làm nơ ron bị kích thích hoàn toàn. Thế năng sinh ra khi nơ ron bị kích thích hoàn toàn chỉ tồn tại khoảng vài mili giây sau đó nơ ron lại trở về trạng thái cân bằng cũ. Thế năng này được truyền vào mạng qua trục dẫn có khả năng kích thích hoặc kìm hãm tự nhiên các nơ ron khác trong mạng. Một nơ ron sẽ ở trạng thái kích thích khi tại đầu vào xuất hiện một tín hiệu tác động vượt qua ngưỡng cân bằng của 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 của trục dẫn liên kết với 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 của các nơ ron khác và do đó là sự thay đổi toàn bộ mạng nơ ron. Việc thay đổi trạng thái của mạng nơ ron có thể thực hiện qua quá trình “dạy” hoặc khả năng “học” tự nhiên. Sự thay thế mô hình này bằng một mô hình toán học tương đương được gọi là mạng nơ ron nhân tạo.
Nhân Tr(Axon) ục dẫn
Thân
Tua nhánh
Hình 3.14. Cấu trúc của nơ ron sinh học Chiều thông tin
Dựa trên cấu trúc cơ bản của nơ ron sinh học, người ta xây dựng mô hình nơ ron nhân tạo gồm m đầu vào và một đầu ra như sau:
Các đầu vào x1, x2, ..., xm của nơ ron thứ j là những liên kết từ những nơ ron liên kết với nó hoặc từ môi trường. Mỗi đầu vào xi có một cường độ kích thích đối với nơ ron thứ j và được biểu hiện bằng trọng số wji (i = 1 – n). Mỗi một nơ ron có một ngưỡng kích hoạt riêng được đặc trưng bởi độ dôc bj.Tổng giá trị của tất cả các kích thích đầu vào nơ ron được thực hiện qua bộ cộng theo công thức: j m ji j j i 1 net w x b = =∑ + (3.13)
Tổng giá trị kích thích đầu vào netjđược biến đổi thành đầu ra của nơ ron qua hàm truyền f: m j j ji i j i 1 y f (net ) f ( w x b ) = = = ∑ + (3.14)
Như vậy có thể xem nơ ron như là một hàm phi tuyến có nhiều đầu vào và một đầu ra với hàm truyền đặc trưng f.
Một số hàm truyền cơ bản thường dùng (viết trên matlap):
wj1 wjm . . . . . . Σ netj f yj x1 xm bj 1
+ Hàm truyền giới hạn cứng: hardlim(n) = 1khi n 0 0khi n 0 ≥ ⎧ ⎨ < ⎩ + Hàm tuyến tính: purlin(n) = n
+ Hàm log – sigmoid: logsig(n) = 1 n
1 e+ −