7.1 Cơ sở về mạng nơ-ron 208
7.1.3 Cấu tạo mạng nơ-ron
Dựa trên những phương pháp xây dựng nơ-ron đã trình bμy trong mục 1.1, ta có thể coi nơ-ron nh− một hệ MISO truyền đạt vμ xử lý tín hiệu. Đặc tính truyền
đạt của nơ-ron phần lớn lμ đặc tính truyền đạt tĩnh, chỉ khi chọn khâu chức năng
đáp ứng kiểu BSB thì lúc đó nơ-ron có đặc tính động. Trong mọi trường hợp do đặc tính phi tuyến của khâu tạo chức năng ra kết hợp vμ/hoặc với đặc tuyến phi tuyến của khâu tạo chức năng đáp ứng mμ nơ-ron lμ một hệ có tính phi tuyến mạnh.
Liên kết các đầu vμo vμ ra của nhiều nơ-ron với nhau ta đ−ợc một mạng nơ-ron.
Việc ghép nối các nơ-ron trong mạng với nhau có thể theo một nguyên tắc bất kỳ nμo đó, vì về nguyên tắc một nơ-ron lμ một hệ MISO. Từ đó có thể phân biệt các loại nơ-ron khác nhau nh− các loại nơ-ron mμ các đầu vμo nhận thông tin từ môi tr−ờng bên ngoμi với các loại nơ-ron mμ các đầu vμo đ−ợc nối với các nơ-ron khác trong mạng. Các nơ-ron mμ đầu vμo giữ chức năng nhận thông tin từ môi tr−ờng bên ngoμi đóng chức năng “đầu vμo” của mạng. Cũng tương tự như vậy, một nơ-ron có một đầu ra, đầu ra của nơ-ron nμy có thể lμ đầu vμo của nhiều nơ-ron khác hoặc có thể đ−a ra môi môi tr−ờng bên ngoμi. Những nơ-ron có đầu ra đ−a tín hiệu vμo môi tr−ờng bên ngoμi đ−ợc gọi lμ “đầu ra” của mạng. Nh− vậy một mạng nơ-ron cũng có chức năng của một hệ truyền đạt vμ xử lý tín hiệu từ đầu vμo đến đầu ra của mạng.
Các nơ-ron trong một mạng th−ờng đ−ợc chọn cùng một loại, chúng đ−ợc phân biệt với nhau qua vec tơ hμm trọng l−ợng ở đầu vμo w.
Nguyên lý cấu tạo của một mạng nơ-ron bao gồm nhiều lớp, mỗi lớp bao gồm nhiều nơ-ron có cùng một chức năng trong mạng. Trong hình 7.5 lμ mô hình của một mạng nơ-ron ba lớp với 9 nơ-ron. Mạng có ba đầu vμo x1, x2, x3 vμ hai đầu ra y1, y2. Các tín hiệu đầu vμo đ−ợc đ−a đến ba nơ-ron đầu vμo, ba nơ-ron nμy lμm thμnh lớp đầu vμo của mạng (input layer). Các nơ-ron trong lớp nμy đ−ợc gọi lμ nơ- ron đầu vμo. Đầu ra của các nơ-ron nμy đ−ợc đ−a đến đầu vμo của bốn nơ-ron tiếp theo, bốn nơ-ron nμy không trực tiếp tiếp xúc với môi tr−ờng xung quanh vμ lμm thμnh lớp trung gian trong mạng (hidden layer). Các nơ-ron trong lớp nμy có tên lμ nơ-ron nội hay nơ-ron bị che. Đầu ra của các nơ-ron nμy đ−ợc đ−a đến hai nơ-ron
đ−a tín hiệu ra môi tr−ờng bên ngoμi. Các nơ-ron trong lớp đầu ra nμy có tên lμ nơ- ron ®Çu ra (output layer).
x1 x2 x3
líp vμo
líp ra lớp bị
Hình 7.5 : Mạng nơ-ron ba lớp che
y1 y2
Mạng nơ-ron đ−ợc xây dựng nh− trên lμ mạng gồm ba lớp mắc nối tiếp nhau đi từ đầu vμo đến đầu ra. Trong mạng không tồn tại bất kỳ một mạch hồi tiếp nμo kể
Hình 7.6 : Mạng MLP.
y1
y2 ym x1
x2 xn a)
y1
y2 ym x1
x2 xn b)
y1 y2 ym x1
x2 xn c)
y1 y2 ym x1
x2 xn d) Hình 7.7: Cấu trúc mạng nơ-ron.
a) Mạng truyền thẳng một lớp.
b) Mạng hồi tiếp một lớp.
c) Mạng MLP truyền thẳng.
d) Mạng MLP hồi tiếp
cả hồi tiếp nội lẫn hồi tiếp từ đầu ra trở về đầu vμo. Một mạng nơ-ron có cấu tạo nh− vậy đ−ợc gọi lμ mạng truyền thẳng (feedforward network). Mạng nơ-ron có
đ−ờng phản hồi từ đầu ra của một nơ-ron tới đầu vμo của nơ-ron cùng lớp hoặc thuộc lớp phía tr−ớc có tên gọi lμ mạng hồi tiếp (feedback network).
Mạng nơ-ron bao gồm một hay nhiều lớp trung gian đ−ợc gọi lμ mạng MLP (multilayer perceptrons Network). Còn mạng chỉ có một lớp, vừa lμ lớp vμo vừa lμ lớp trung gian vμ cũng lμ lớp ra thì mạng đó có tên lμ mạng một lớp.
Mạng nơ-ron có cấu trúc mạng ghép nối hoμn toμn, tức lμ bất cứ một nơ-ron nμo trong mạng cũng đ−ợc nối với một hoặc vμi nơ-ron khác. Trong tr−ờng hợp các nơ- ron trong mạng có khâu tạo chức năng đáp ứng lμ khâu tuyến tính, tính phi tuyến chỉ nằm ở khâu tạo chức năng ra thì việc mắc nối tiếp các nơ-ron trong mạng không còn ý nghĩa nữa vμ lúc đó ta hoμn toμn có thể thay thế mạng nơ-ron nhiều lớp thμnh mạng nơ-ron một lớp.