Нейросети: создание и оптимизация будущего. Джеймс Девис

эффективно работать с разнообразными типами входных данных, будь то изображения, текст или временные ряды.

      Когда вектор или матрица поступает в сеть, каждый элемент умножается на веса и проходит через функцию активации. Эти операции продолжаются через слои сети, пока модель не выведет результат на выходе.

1.3. Принципы работы нейронных сетей

      Нейронные сети – это алгоритмы, которые пытаются имитировать процесс принятия решений в мозге, обрабатывая данные, используя ряд искусственных «нейронов». Каждый нейрон выполняет простые операции, но при объединении в многослойную структуру сеть может решать сложные задачи. Основной принцип нейронной сети – это прохождение данных через сеть нейронов, которые организованы в слои (входной, скрытые и выходной). На каждом этапе информация преобразуется, и сеть обучается корректировать свои внутренние параметры, чтобы уменьшить ошибки на выходе.

      Функции активации: сигмоид, ReLU, tanh и их особенности

      – Сигмоидная функция: Сигмоидная функция активации сжимает входные значения в диапазон от 0 до 1, что удобно для задач, где требуется вероятностная интерпретация результата (например, бинарная классификация). Она имеет плавный S-образный вид. Однако, когда значения на входе очень большие или маленькие, сигмоид сильно сглаживает значения, делая градиент почти равным нулю. Это приводит к проблеме затухающих градиентов, что замедляет обучение.

      – ReLU (Rectified Linear Unit): ReLU активируется только при положительных входных значениях, а при отрицательных обнуляется. Она значительно ускоряет обучение по сравнению с сигмоидом и помогает преодолеть проблему затухающих градиентов. Однако ReLU имеет свою проблему: если значение на входе слишком велико или слишком мало, нейрон может «вылететь» в область, где он всегда отдает ноль, так называемая проблема «умирающих нейронов».

      – tanh (гиперболический тангенс): tanh работает похоже на сигмоид, но сжимает значения в диапазон от -1 до 1. Это помогает справляться с отрицательными входами, что полезно для задач, где такие значения играют важную роль. Tanh также подвержена затуханию градиентов, но меньше, чем сигмоид. Он помогает в задачах, где важно учитывать знаки выходных данных, так как диапазон шире, чем у сигмоида.

      Каждая функция активации выбирается в зависимости от конкретной задачи и структуры сети. Например, ReLU предпочтителен для глубоких сетей, так как он обеспечивает более быстрый и стабильный процесс обучения.

       Примеры задач для различных функций активации

      Сигмоидная функция

      Задача: Определение, является ли пациент здоровым (0) или больным (1) на основе анализа его медицинских данных.

      Решение: В этой задаче бинарной классификации нужно построить нейросеть, которая на основе различных показателей (возраст, давление, уровень холестерина и пр.) предскажет вероятность того, что пациент болен.

      Для этого:

      1. На вход подаются числовые значения