Cognitiva: impara ad addestrare le reti neurali
Reti neurali supervisionate
Intelligenza artificiale e ANN
Negli esseri viventi, le connessioni tra i neuroni, dette connessioni sinaptiche, si modificano in base all'esperienza e sono responsabili delle capacità cognitive
I neuroni del cervello si eccitano a causa degli stimoli percepiti dai cinque sensi, come ad esempio la vista, e trasmettono tale eccitazione sotto forma di segnale nervoso agli altri neuroni a cui sono connessi
Una rete neurale artificiale (ANN) simula lo scambio di messaggi elettrochimici che avviene nel cervello attraverso un programma software eseguito da un computer ed è in grado di apprendere in modo analogo ad un essere vivente
Al termine dell'apprendimento, l'ANN presenta capacità cognitive, paragonabili a quelle dei viventi
Già dalla fine degli anni '40, i ricercatori hanno iniziato a simulare l'intelligenza per mezzo di reti neurali artificiali
La metodica era ed è la seguente:
- Si creano i neuroni artificiali
- Si creano le connessioni tra essi (ANN)
- Si prepara un insime di dati da mostrare alla ANN
- Si addestra la rete mostrandole uno ad uno i dati di interesse. La rete tenta di riconoscerli, e viene corretta se sbaglia. Ad ogni ciclo, le connessioni tra i neuroni vegono modificate
- Si testano le performance della rete usando un insieme di dati vergine, non usato durante l'addestramento
Per chi è curioso, questi concetti sono approfonditi sul libro Introduzione alle reti neurali
Un successo delle ANN
Un settore in cui le ANN hanno avuto un buon successo è quello del riconoscimento delle immagini, delle lettere e dei numeri scritti a manoUn addestramento delicato
Oggi, il compito più difficile non è quello di progettare una rete neurale, ma di addestrarla in modo di ottenere da lei le migliori prestazioni possibiliImpara ad addestrare una ANN
In questo pacchetto trovi tutto il necessario per provare l'esperienza di addestrare una ANN e verificare il suo apprendimento
Contiene tre programmi da eseguire al terminale per configurare, testare e provare una rete neurale progettata per riconoscere le cifre scritte a mano da 0 a 9, un compito tutt'altro che sempice per un computer!
Fase 1: prepara l'ambiente
- Scarica cognitiva cognitiva.tar.gz
- Estrai l'archivio: tar -xvf cognitiva.tar.gz
- Cambia directory: cd cognitiva
Fase 2: addestra la rete
Nella directory esempi trovi i due file necessari per addestrare la rete
- mnist_train.csv contiene 60000 immagini digitalizzate di cifre scritte a mano da usare per l'addestramento (training)
- mnist_train.csv contiene 10000 immagini digitalizzate di cifre scritte a mano da usare per la verifica (test)
Ora viene il bello: dalla directory cognitiva lancia l'eseguibile ./cognitiva_apms
- in quale file si trovano i dati di addestramento
- per quante volte (epoche) ripetere l'addestramento
- quanti campioni usare tra quelli disponibili (60000)
- il rate di apprendimento
- il valore massimo iniziale delle connessioni sinaptiche
- un seme per rigenerare i numeri casuali
Per ora provate con i valori proposti qui sotto:
Adesso proviamo le performance della rete usando il secondo eseguibile cognitiva_bpms
Il risultato è piuttosto deludente.... in pratica sono state riconosciute solo il 10% delle immagini... perché?
Facciamo un esperimento, invece di usare i due file appena creati ne usiamo due che si trovano sempre nella cartella esempi e che sono stati creari in precedenza
Il risultato è nettamente migliorato!
L'addestramento è una questione molto delicata. Provate a raggiungere il livello proposto qui nell'esempio, ma sappiate che si può andare anche oltre!