Mạng nơron nhân tạo

2.1.2.1 Nơron nhân tạo

Nơron nhân tạo là sự rút gọn hết sức đơn giản của nơron sinh học. Nó có thể thực hiện nhờ chương trình máy tính hoặc bằng mạch phần cứng.Mỗi nơron thực hiện hai chức năng là chức năng đầu vào và chức năng kích hoạt đầu ra. Do đó ta có thể

coi mỗi nơron như là một đơn vị xử lý. Nó được xây dựng mơ phỏng theo cấu trúc của các nơron sinh học. Mỗi nơron có một số đầu vào giống như các dây thần kinh tiếp nhận. Các đầu vào này làm nhiệm vụ tiếp nhận thông tin từ các nơron khác hoặc từ tập số liệu gốc vào. Tương tự như nơron sinh học, mỗi đầu vào của nơron nhân tạo có ảnh hưởng khác nhau đối với tín hiệu ra của nơron (cịn gọi là kết xuất của nơron). Điều này được thực hiện nhờ các hệ số được gán cho từng đầu vào-wi: trọng số của đầu vào thứ i. Giá trị của wi có thể dương hay âm tương tự như việc có hai loại khớp nối trong mạng nơron sinh học. Nếu wi có giá trị dương thì tương đương với khớp nối kích thích cịn nếu wi âm thì tương đương với khớp nối ức chế. Thân nơron sẽ làm nhiệm vụ tổng hợp các tín hiệu đầu vào xử lý để đưa một tín hiệu ra đầu ra của nơron. Q trình xử lý, tính tốn này sẽ được đề cập cụ thể ở phần sau. Đầu ra của nơron nhân tạo tương tự như sợi trục axon của nơron sinh học. Tín hiệu ra cũng có thể tách ra thành nhiều nhánh theo cấu trúc hình cây để đưa đến đầu vào của các nơron khác.

Hình 2.2. Nơron nhân tạo

2.1.2.2 Mạng nơron nhân tạo

Các nơron nhân tạo được tổ chức thành mạng nơron nhân tạo. Các nơron thường được sắp xếp trong mạng thành từng lớp. Đầu ra của mỗi nơron sẽ được nối đến đầu vào của một số nơron khác theo một cấu trúc phù hợp. Tuy nhiên cấu trúc mạng nơron nhân tạo chưa thể đạt được độ phức tạp như mạng nơron sinh học. Mạng nơron nhân tạo hiện chỉ mới là sự mô phỏng hết sức đơn giản cấu trúc của mạng nơron sinh học.

Giữa mạng nơron nhân tạo và mạng nơron sinh học có 3 điểm chung là

- Mạng được xây dựng bằng các phần tử tính tốn đơn giản liên kết lại với nhau một cách phức tạp và hoạt động theo nguyên tắc song song.

bias wm  x1 x2 xm w1 w2    Out

- Chức năng của mạng được xác định qua cấu trúc mạng, quá trình xử lý bên trong các phần tử và mức độ liên kết giữa các phần tử.

- Mức độ liên kết giữa các phần tử được xác định thơng qua q trình học của mạng (hay cịn gọi là q trình huấn luyện mạng).

Điểm khác nhau về căn bản giữa Mạng nơron nhân tạo và mạng nơron sinh học là ở tốc độ tính tốn, độ phức tạp và tính song song. Tuy xét về tốc độ xử lý của các máy tính hiện đại là cao hơn rất nhiều so với tốc độ xử lý của não bộ con người nhưng bộ não lại có thể đồng thời kích hoạt tồn bộ các nơron để làm nhiều cơng việc khác nhau. Điều này mạng nơron nhân tạo không thể thực hiện được. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học như hiện nay thì ta có thể hi vọng sẽ có những bước đột phá mới trong lĩnh vực mô phỏng mạng nơron sinh học.

2.1.2.3 Các ứng dụng của mạng nơron

Mạng nơron thích hợp với các ứng dụng so sánh và phân loại mẫu, dự báo và điều khiển. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của công nghệ mạng nơron [8] .

- Khơng gian vũ trụ: Trình điều khiển máy bay khơng người lái, chế độ tự bay nâng cao; mô phỏng các đường bay và các bộ phận của máy bay; hệ thống điều khiển của máy bay và hệ thống phát hiện sai hỏng.

- Dự đốn tài chính kinh tế: Dự đoán giá cả biến động cổ phiếu. Dự đoán cấp số thời gian trong thị trường tài chính. Các ứng dụng về điều hành vốn. Dự đốn thị trường ngoại hối. Đánh giá dự đoán rủi ro. Dự đốn tình hình kinh tế. Đánh giá hiệu suất vốn vay và vốn đầu tư.

- Hoạt động ngân hàng: Dự đoán khả năng phá sản. Hệ thống thẻ đọc ngân hàng, thẻ tín dụng.

- Hệ thống phịng thủ: Hệ thống điều khiển vũ khí dị tìm mục tiêu, nhận dạng mục tiêu. Điều khiển đường đạn. Xử lý và nhận dạng tín hiệu ảnh, radar, siêu âm

- Điện tử viễn thơng: Dự đốn chuỗi mã. Bố trí mạch tích hợp trên chip. Phân tích lỗi mạch tích hợp. Nhìn bằng máy. Nhận dạng và tổng hợp tiếng nói. Nhận dạng chữ viết tay và chữ ký. Xử lý ảnh, nén ảnh và nén số liệu. Các dịch vụ thơng tin tự

động. Dịch ngơn ngữ nói thời gian thực. Hệ thống xử lý thanh toán của khách hàng. Định tuyến và chuyển mạch cho mạng ATM

- Quá trình sản xuất và người máy: Điều khiển q trình sản xuất. Thiết kế và phân tích sản phẩm. Chuẩn đốn và giám sát q trình máy móc. Hệ thống kiểm định chất lượng. Hệ thống lập kế hoạch và điều hành. Điều khiển vận động và hệ thống nhìn của robot.

- Y tế: Phân tích tế bào ung thư vú. Phân tích điện não đồ. Thiết kế bộ phận thay thế. Tối ưu hoá thời gian cấy ghép. Dị tìm và đánh giá các hiện tượng y học

- Vận tải: Hệ thống chuẩn đoán phanh xe tải. Hệ thống định tuyến và lịch trình cho các phương tiện giao thơng.

- Giải trí: Các hiệu ứng chuyển động, các trị chơi