Смекни!
smekni.com

Психологическая интуиция искусственных нейронных сетей (стр. 1 из 18)

министерство общего и специального образования Российской Федерации

сибирский государственный технологический университет

На правах рукописи

Доррер Михаил Георгиевич

психологическая интуиция ИСКУССТВЕННЫХ нейронных сетей

05.13.16- Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в биофизике).

диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук, профессор А.Н. Горбань

Красноярск - 1998


Оглавление

Введение........................................................................................................... 4

Глава 1. Психодиагностика и нейронные сети............................................. 13

1.1 Задачи и методы современной психодиагностики................................. 13

1.2 Сущность интуитивного метода............................................................. 16

1.3 Математические модели и алгоритмы психодиагностики..................... 17

1.4 перспективные алгоритмы построения психодиагностических методик 23

1.5 методы восстановления зависимостей.................................................... 25

1.6 алгоритмы и методы безусловной оптимизации................................... 29

1.7 нейронные сети........................................................................................ 36

1.7.1 Основные элементы.............................................................................. 36

1.7.2 Структура сети..................................................................................... 37

1.7.3 Прямое функционирование сети.......................................................... 37

1.7.4 Обучение сети....................................................................................... 38

1.7.5 Обратное функционирование.............................................................. 39

Выводы главы 1............................................................................................ 40

Глава 2. Решение нейросетями классических задач психодиагностики..... 41

2.1 Классический эксперимент...................................................................... 41

2.2 Оценка значимости вопросов теста........................................................ 44

2.3 Контрастирование сети по значимости вопросов теста......................... 46

2.4 Результаты экспериментов с контрастированными сетями................... 47

Выводы главы 2............................................................................................ 48

Глава 3. Интуитивное предсказание нейросетями взаимоотношений........ 50

3.1 Проблема оценки взаимоотношений...................................................... 50

3.2 Общая задача экспериментов................................................................. 50

3.3 Применяемые в экспериментах психологические методики.................. 51

3.4 Эксперименты по предсказанию группового статуса........................... 53

3.5 Нейросетевое исследование структуры опросника............................... 60

3.6 Оценка оптимизации задачника нейросетью с позиций теории информации........................................................................................................................ 67

3.7 Эксперименты по предсказанию парных взаимоотношений................ 68

Выводы главы 3............................................................................................ 69

Глава 4. Полутораслойный предиктор с произвольными преобразователями........................................................................................................................ 71

4.1 Постановка проблемы............................................................................. 71

4.2 Аналитическое решение.......................................................................... 72

4.3 Запись решения в идеологии нейросетей............................................... 74

4.4 Алгоритмическая часть........................................................................... 76

4.5 Оценка информационной емкости нейронной сети при помощи выборочной константы Липшица...................................................................................... 82

4.6 Соглашение о терминологии.................................................................. 84

4.7 Компоненты сети..................................................................................... 85

4.8 Общий элемент сети................................................................................ 85

4.9 Вход сети................................................................................................. 87

4.10 Выход сети............................................................................................. 87

4.11 Синапс сети............................................................................................ 88

4.12 Тривиальный сумматор........................................................................ 89

4.13 Нейрон................................................................................................... 89

4.14 Поток сети.............................................................................................. 91

4.15 Скомпонованная полутораслойная поточная сеть.............................. 92

Выводы по главе 4........................................................................................ 94

ВЫВОДЫ...................................................................................................... 95

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................... 98

Программа-имитатор полутораслойной сети............................................ 107

Программа расчета социометрических показателей................................. 115

Психологический опросник А.Г. Копытова............................................... 119


Введение

С самого начала информационной эры идеи воспроизведения в работе вычислительных машин принципов функционирования мозга занимают умы ученых. Известно, например, что Винер и Розенблатт совместно работали над изучением биологических нейронов, и что из этих работ родилась идея обучения автоматов Винера и теория обучения сетей перцептронов Розенблатта.

Идея применения искусственных нейронных сетей в современной вычислительной технике заняла прочное место в умах ее разработчиков. Нейронные сети применяются для решения задач искусственного интеллекта, в системах технических органов чувств и управления производственными процессами. Адаптивные сетчатки Хопфилда применяются для создания устойчивых к помехам систем связи. В стадии опытно-конструкторских разработок (например, в лабораториях фирмы Siemens) находятся образцы аппаратных нейрокомпьютеров массового применения – нейросопроцессоров к персональным компьютерам.

Нейрокомпьютеры находят применение во многих отраслях современной науки – ядерной физике, геологии, метеорологии. Исследование искусственных нейронных сетей составляют значительные разделы в таких науках, как биофизика, вычислительная математика, электроника.

Привлекательным было бы и применение искусственных нейронных сетей к наукам о человеке. Однако здесь возникает следующая проблема: их теория не сформировалась пока в достаточной степени для того, чтобы описать процессы, происходящие в системах, в виде явных и пригодных для моделирования на современной вычислительной технике алгоритмов. Выражается это в частности в том, что диагностический аппарат психологии и медицины в существенной части основан на подходах, связанных с изучением и систематизацией прецедентов. Моделирование же биофизических процессов затруднено огромной сложностью систем – так, при работе с психологическими задачами функционирование системы, состоящей из количества элементов порядка 109 (человеческого мозга) недоступно для моделирования на вычислительной машине любой мыслимой сегодня мощности.

Попытки применения нейросетевых подходов в медицине были предприняты с немалым успехом группой НейроКомп. При помощи нейросетевых экспертных систем были решены задачи прогнозирования осложнений инфаркта миокарда, ранней диагностики и дифференциальной диагностики злокачественных опухолей сосудистой оболочки глаза, моделирования лечения и прогнозирования его непосредственных результатов у больных облитерирующим тромбангиитом, дифференциальной диагностики «острого живота», изучения иммунореактивности.

Вообще, на пути применения искусственных нейронных сетей к задачам из области биологии, медицины и психологии можно ожидать несколько важных результатов. Во-первых, нейронные сети, работая по неявным алгоритмам и решая задачи, не имеющие явного решения, по механизму решения задач приближаются к человеческому мозгу, что может дать важный материал для изучения процессов высшей нервной деятельности. Во-вторых, нейросети могут служить в качестве математического инструмента для научных исследований при поиске взаимосвязей и закономерностей в больших информационных структурах, изучения взаимного влияния различных факторов и моделирования сложных динамических процессов.

В силу этого разработка методов нейросетевого моделирования и анализа информации является актуальной задачей.

Раздел информационной науки, называемый нейроинформатикой и начавшийся в свое время еще работами Розенблатта над теорией обучения сетей перцептронов пережил несколько бумов и спадов. В настоящий момент самые общие представления о нейроинформатике таковы:

Принципы работы нейрокомпьютеров напоминают взаимодействие клеток нервной системы - нейронов через специальные связи - синапсы. Основой работы самообучающихся нейропрограмм является нейронная сеть, представляющая собой совокупность нейронов - элементов, связанных между собой определенным образом.

Обучение нейронной сети достигается путем подстройки параметров - весов синапсов и характеристик преобразователей с целью минимизации ошибки определения примеров обучающей выборки - пар вида «требуемый выход - полученный выход».

В обучении используется алгоритм сверхбыстрого вычисления градиента функции ошибки по обучаемым параметрам при помощи аппарата двойственных функций. Наличие методов, позволяющих получать в высокопараллельном (при наличии соответствующего аппаратного обеспечения) режиме градиент функции ошибки позволяет использовать для обучения нейронных сетей обширный аппарат методов безусловной оптимизации многомерных функций.

Опыт, накопленный исследователями в области нейроинформатики, показывает, что при помощи аппарата нейронных сетей возможно удовлетворение крайне острой потребности практикующих психологов и исследователей в создании психодиагностических методик на базе их опыта, минуя стадию формализации и построения диагностической модели. Таким образом, данная работа посвящена исследованию вопроса о возможности развития психологической интуиции у нейросетевых экспертных систем.

Целью данной работы являлось исследование следующих аспектов применения нейронных сетей к психологическим задачам: