Le reti di Kohonen (vedi schema accanto) sono particolarmente abili nel replicare la capacità del nostro cervello di comprendere e classificare una serie di oggetti senza che nessuno gli dica cosa sono. Se nelle feed-forward abbiamo un sistema supervisionato in cui interveniamo direttamente perché già conosciamo le classi (e quindi possiamo dire se un'uscita è corretta o no), nelle reti di Kohonen non le conosciamo affatto, e lasciamo dunque che sia la rete a cercare similitudini tra i vari oggetti e raggrupparli in categorie. In pratica la rete si chiede per ogni oggetto quanto è simile agli altri già visionati, e se ne conosce di simili li infila nella stessa classe, che diventano perciò il risultato dell'apprendimento.

La rete di Kohonen ha degli ingressi primari che vengono distribuiti a tutti i neuroni (nello schema è il pallino azzurro), i quali ne fanno la somma dei prodotti, applicano la funzione di attivazione e infine producono un'uscita. In realtà ogni neurone riceve anche le uscite di tutti gli ingressi adiacenti, che vanno a inibire la computazione del singolo. Spieghiamo meglio: il neurone che in base al peso attuale è quello più sollecitato, viene ulteriormente rinforzato poiché può essere considerato il vero rappresentante di una certa classe. Questa politica viene propagata a tutta la rete, secondo il principio che "the winner takes all", e cioè fino a quando non rimane un unico neurone sollecitato e tutti gli altri a zero. Va da sé che per pattern diversi avremo vincitori diversi, ma sempre quelli con l'uscita non inibita. Saranno questi neuroni vincitori a rappresentare le classi, ed è proprio il meccanismo di inibizione che rende superflua la supervisione.

Questo tipo di applicazione delle reti neurali è nota sotto il nome di clustering. Ma ce lo siamo già detti la prima lezione, e sicuramente ce lo ricordavamo.

Rivediamo due tipologie di reti neurali cui avevamo già accennato nelle lezioni precedenti: le reti di Hopfield e quelle di Kohonen.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Hopfield%27s_net.png
Immagine presa da wikimedia.org (link) Le due principali caratteristiche di una rete di Hopfield (schema accanto) sono:

• è completamente connessa (ogni neurone è collegato a tutti gli altri)

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 :: Sistemi Intelligenti - Appunti del 28 Ottobre ::

Introduciamo altre tipologie di reti neurali degne di nota: le reti di Hopfield e quelle di Kohonen.

Reti di Hopfield

Le due principali caratteristiche di una rete di Hopfieldsono:

• è completamente connessa (ogni neurone è collegato a ognuno degli altri)
• ad ogni "colpo di computazione" l'uscita viene retroazionata a tutti gli altri neuroni della rete

Vediamone lo schema: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Hopfield%27s_net.png Immagine presa da wikimedia.org (link

Questo tipo di rete ha l'ambizioso obiettivo di modellare la nostra memoria. Vediamo cosa accade in natura: ogni neurone umano vede una piccola porzione di informazione, la elabora e la comunica, così che si possa ricostruire l'informazione globale. Perfetto, questo processo di apprendimento è perfettamente applicabile a una rete di Hopfield, in cui gli stati dei neuroni continuano a cambiare (con annessa ricomputazione della sollecitazione della somma pesata); il processo termina quando le uscite si stabilizzano a una certa configurazione, ovvero quando sono riuscito a cogliere il pattern desiderato. Nota di folklore: il pattern potrebbe rappresentare ad esempio un'immagine, una stringa di testo, eccetera.

La stabilizzazione dell'uscita dipende dalla tecnica di realizzazione dei neuroni, e dalle loro modalità di collegamento. Ad esempio se adottiamo tecniche analogiche potremo cogliere i cambiamenti degli stati nel continuo, mentre in digitale dovremo discretizzare il tempo (con l'ausilio di un clock) per la manifestazione dei risultati. Attenzione però: l'attivazione dei neuroni non avviene contemporaneamente in un unico colpo di clock, ma è sequenziale (viene considerata l'ultima computazione effettuata).

La rete di Hopfield consente di confrontare la configurazione iniziale di una rete (il suo pattern) con quelli già memorizzati: se questi si assomigliano abbastanza, la rete riesce a raggiungere lo stato stabile già noto. In altre parole, la rete è in grado di ricordare un insieme di stati stabili (che rappresentano le informazioni) e di richiamarli a partire da informazioni o parti di esse simili. Viene perciò di fatto realizzata una memoria associativa.

Configurare questo tipo di rete è piuttosto semplice: dato che vogliamo memorizzare un certo numero di pattern, ne facciamo un bell'elenco e glielo diamo in pasto, lasciando che si ricavi da sola i pesi da applicare ai vari collegamenti. Ovviamente ci sono regole un po' più precise, ma noi ce ne freghiamo bellamente.

Reti di Kohonen

..to be continued

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