Обучение линейного нейрона

 

Возможности версий MATLAB 6.0/6.1

 

Версия системы MATLAB 6.0 не только позволяет заменить предшествующие

версии, но и характеризуется целым рядом новых и важных возможностей:

• доведенное до более чем 600 число встроенных функций и команд;

• новый интерфейс с набором инструментов для управления средой, вклю-

чающий в себя окно команд (Command Window), окно истории команд

(Command History), браузер рабочей области (Workspace Browser) и редактор

массивов (Array Editor);

• новые инструменты, позволяющие при помощи мыши интерактивно ре-

дактировать и форматировать графики, оптимизировать их коды и затраты

памяти на графические команды и атрибуты;

• улучшенные алгоритмы на основе оптимизированной библиотеки

LAPACK;

• новая библиотека FFTW (быстрых преобразований Фурье) Массачусетско-

го технологического института;

• ускоренные методы интегральных преобразований;

• новые, более мощные и точные алгоритмы интегрирования дифференци-

альных уравнений и квадратур;

• новые современные функции визуализации: вывод на экран двумерных изо-

бражений, поверхностей и объемных фигур в виде прозрачных объектов;

• новая инструментальная панель Camera для управления перспективой и ус-

корение вывода графики с помощью OpenGL;

• новый интерфейс для вызова Java-процедур и использования Java-объектов

непосредственно из MATLAB;

• новые, современные инструменты проектирования графического пользова-

тельского интерфейса;

• обработка (регрессия, интерполяция, аппроксимация и вычисление основ-

ных статистических параметров) графических данных прямо из окна гра-

фики;

• новое приложение MATLAB для системы разработки Visual Studio, позво-

ляющее автоматически, непосредственно из Microsoft Visual Studio, преобра-

зовывать Си и Си++ коды в выполняемые MATLAB файлы (МЕХ-файлы);

• интеграция с системами контроля версий кода, такими как Visual Source

Safe;

• новый интерфейс (последовательный порт) для обмена данными с внеш-

ним оборудованием из MATLAB;

• новый пакет управления измерительными приборами (Instrument Control

ToolBox) для обмена информацией  с приборами, подключенными к Каналу

общего пользования (GPIB, HP-IB, 1EEE-488) или к шине VXI через адап-

тер VXI — GPIB (только в версиях для Windows и Sun Solaris) и последова-

тельному интерфейсу RS-232, RS-422, RS-485 (также и для Linux-версии), в

том числе в соответствии со стандартом VISA (Virtual Instruments Systems

Application — Применение виртуальных  измерительных приборов);

• существенно обновленные пакеты расширения, в частности, новые версии

пакета моделирования динамических систем Simulink 4 и Real Time

Workshop 4;

• интеграция с системами управления потребностями, например, DOORS.

Поставляемый с системой MATLAB 6.0 новый пакет расширения Simulink 4

также имеет ряд новинок. Они перечислены ниже по категориям.

Усовершенствование пользовательского интерфейса:

• новый графический отладчик для интерактивного поиска и диагностики

ошибок в модели;

• усовершенствован навигатор моделей (Model Browser, Windows 95/98/Me/

2000/NT4);

• новый однооконный режим для открытия подсистем;

• контекстное меню для блок-диаграмм (открывается щелчком правой кноп-

ки мыши) как в Windows, так и в Unix версиях;

• новый диалог Finder для поиска моделей и библиотек.

 

Все это говорит о том, что двенадцатый выпуск системы (MATLAB 6.0 + Simulink 4.0 + Stateflow 4.0 +...) подвергся не косметической, а самой серьезной переработке, выдвигающей эту систему на новый уровень развития и применения. Вышедшая вслед за MATLAB 6.0 версия MATLAB 6.1 претерпела несущественные изменения. В нее, в частности, добавлены всего три новые функции — одна по обработке строк и две по реализации звуковых возможностей. Однако существенно обновился набор пакетов расширения этой системы. Тем не менее считать MATLAB 6.1 новой реализацией нельзя и не случайно MathWorks объявила MATLAB 6.1 лишь модификацией MATLAB 6.0.

 

Neural Network Toolbox обеспечивает всестороннюю поддержку проектирования, обучения и моделирования множества известных сетевых парадигм, от базовых моделей персептрона до самых современных ассоциативных и самоорганизующихся сетей. Пакет может быть использован для исследования и применения нейронных сетей к таким задачам, как обработка сигналов, нелинейное управление и финансовое моделирование.

NNTool позволяет создавать следующие сети:

 

№ п/п	Тип сети	Название сети	Число слоев	Обучаемые параметры
1	Competitive	Конкурирующая сеть	1	IW{1, 1}, b{ 1}
2	Cascade-forward backprop	Каскадная сеть с прямым распространением сигнала и обратным распространением ошибки	2	IW{1, 1}, b{1} LW{2, 1} IW{2, 1}, b{2}
3	Elman backprop	Сеть Элмана с обратным распространением ошибки	2	IW{1, 1}, b{1} LW{2, 1}, b{2} LW{2, 1},
4	Feed-forward backprop	Сеть с прямым распространением сигнала и обратным распространением ошибки	2	IW{1, 1}, b{1} LW{2, 1}, b{2}
5	Time delay backprop	Сеть с запаздыванием и обратным распространением ошибки	2	IW{1, 1}, b{1}, LW{2, l},b{2}
6	Generalized regression	Обобщенная регрессионная сеть	2	IW{1, 1}, b{1}, LW{2, l}
7	Hopfield	Сеть Хопфилда	1	LW{l, l},b{l}
8	Linear layer (design)	Линейный слой (создание)	1	IW{1, 1}, b{1}
9	Linear layer (train)	Линейный слой (обучение)	1	IW{1, 1}, b{1}
10	LVQ	Сеть для классификации входных векторов	2	IW{1, 1}, LW{2, 1}
11	Perceptron	Персептрон	1	IW{1, 1), b{l}
12	Probabalistic	Вероятностная сеть	2	IW{1, 1}, b{l}, LW{2, 1}
13	Radial basis (exact fit)	Радиальная базисная сеть с нулевой ошибкой	2	IW{ 1, 1}, b{ 1}, LW{2, 1}
14	Radial basis (fewer neurons)	Радиальная базисная сеть с минимальным числом нейронов	2	IW{1, 1}, b{ 1}, LW{2, 1}, b{2}
15	Self-organizing map	Самоорганизующаяся карта Кохонена	1	IW{1, 1}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Краткое описание  возможностей и особенностей  использования приложений Notebook

 

Открытие нового документа класса Notebook

Для создания своего Notebook откройте меню Файл текстового процессора при загруженном в него файле readme. Вы обнаружите в этом меню новую команду New M-book (Создание новой М-книги). Выполнив ее, вы увидите пустое окно, в котором можно вводить обычный текст. При этом правила ввода текста полностью совпадают с таковыми для текстового процессора Word. В частности, вы можете задавать любые стили и выделения в текстовой части создаваемого

Notebook.

Иногда из-за неточностей в установке файловой структуры такой способ не дает положительного результата. На этот случай в каталоге NOTEBOOK предусмотрено два пустых файла шаблонов: M-book.dot (для Word 97 и более поздних версий) и Mbook95.dot (для Word 95). Загрузив эти файлы, можно установить Word для подготовки документа в виде Notebook, причем окно документа будет пустым и готовым для задания нового документа в формате шаблона.

Ячейки ввода MATLAB в тексте Word

Ячейки ввода MATLAB можно ввести прямо в текст документа. Для этого текст ячейки ввода набирается в Word как обычный текст. Затем он выделяется (с помощью мыши или клавиш перемещения по горизонтали при нажатой клавише Shift) и фиксируется нажатием клавиш Ctrl + Enter или исполнением команды

Evaluate Cell из меню Notebook.

Преобразование текстов Word в ячейки ввода

Иногда желательно создать Notebook из самого обычного файла редактора Word. Для этого надо создать новый Notebook и загрузить нужный файл, используя команду Файл (File) меню Вставка (Insert). В созданный таким образом шаблон Notebook можно добавить ячейки ввода MATLAB.

Математические формулы в Notebook

В документы Notebook можно вводить математические формулы любого вида.

Для этого достаточно воспользоваться встроенным в Word редактором математических формул. Наряду с файлом readme.doc в новых версиях MATLAB обычно поставляется файл sigprog.doc, содержащий документ с описанием свертки матриц для обработки сигналов.

Сохранение документов класса Notebook

Созданный Notebook записывается так же, как любой другой документ Word.

Если нужно сохранение Notebook с заданным именем, то надо исполнить команду Save As (Сохранить как) из меню File (Файл) главного меню. Появится стандартное окно записи файла (рис. 2.12), и его можно записать как файл документа с расширением .doc.

Если использовался шаблон, то это будет окно шаблона. В этом случае файл записывается с расширением .dot. При закрытии последнего из ряда документов приложение Notebook создает окно с запросом о том, нужно ли закрыть MATLAB. Для редактирования уже созданного Notebook достаточно загрузить его с помощью команды Открыть из меню Файл.

Создание ячейки ввода

Команда Define Input Cell (Alt + D) формирует ячейку ввода. Если маркер ввода

находится в начале абзаца, то весь абзац преобразуется в ячейку ввода. Если команда используется при наличии выделенного фрагмента текста, то этот фрагмент преобразуется в ячейку ввода. Ячейка автостарта (см. ниже) также преобразуется в ячейку ввода, если в ней размещен маркер ввода. Пустая строка с маркером ввода становится ячейкой ввода после набора нужного выражения и его фиксации нажатием клавиш Ctrl + Enter. Текст ячейки ввода обрамляется жирными квадратными скобками — [Текст]. Используется стиль Input с жирным шрифтом Courier New темно-зеленого цвета размером 10 пунктов.

Создание ячейки автостарта

Команда Define Autolnit Cell создает ячейку автостарта. Это ячейка, которая будет исполняться сразу после загрузки М-книги в текстовый процессор Word. Тут уместно отметить, что обычные ячейки (без автостарта) не эволюционируют без специальной команды. Ячейки автостарта обязательно эволюционируют и выдают результаты, соответствующие имеющимся в М-книге входным данным. Правила применения этой команды те же, что были описаны для предшествующей команды. Текст соответствующей ячейки стиля Autolnit имеет темно-синий

цвет (шрифт Courier New, размер 10 пунктов).

Создание зоны вычислений

Команда Define Calc Zone превращает выделенный текст (с ячейками ввода и вывода) в некоторую зону вычислений, решающую определенную задачу. Таких зон в М-книге может быть много, и они могут использоваться для решения ряда задач. Примером, где такие зоны полезны, являются сборники различных задач с действующими примерами.

Преобразование ячеек MATLAB в обычный текст

Команда Undefine Cells преобразует выделенные ячейки в обычный текст. Обрамления ячеек при этом убираются, а текст представляется стилем Обычный (Normal). Если выделений текста нет, а маркер ввода стоит на ячейке MATLAB, то именно эта ячейка преобразуется в текст.

Удаление ячеек вывода

Команда Purge Output Cell удаляет ячейки вывода. Если надо удалить одну ячейку вывода, достаточно разместить в ней маркер ввода и исполнить данную команду. Для удаления нескольких ячеек их надо предварительно выделить. При этом можно выделить и весь текст М-книги, содержащей ячейки вывода.

Создание многострочной ячейки ввода

Команда Group Gells объединяет все ячейки ввода в выделенной части документа в группу ячеек ввода. При этом выделенный текст размещается после этой группы, за исключением той части текста, которая размещена до первой ячейки. Ячейки вывода, имеющиеся в выделенном тексте, устраняются. Если первая ячейка ввода имеет статус ячейки автостарта, то такой статус приобретают все ячейки группы. Группе ячеек можно придать этот статус и с помощью команды Autolnit Cell.

Преобразование группы ячеек в ячейки ввода

Команда Ungroup Cells преобразует группу ячеек в обычные ячейки ввода или ячейки автостарта. Ячейки вывода, связанные с преобразуемыми ячейками, удаляются. Для преобразования надо указать группу путем размещения маркера ввода в конце строки, завершающей группу, или в ячейке вывода, связанной с выделенной группой ячеек.

Управление показом маркеров

Как уже указывалось, обычно ячейки ввода и вывода MATLAB отмечаются жирными серыми квадратными скобками (маркерами), отличными от обычных квадратных скобок. Маркеры видны только на экране дисплея. Команда Hide/Show Cell Markers позволяет убрать или, напротив, включить показ маркеров. При печати М-книг маркеры не печатаются независимо от того, видны они на экране дисплея или нет.

Пуск оценки ячеек

Команда Evaluate Cell (Оценка Ячейки) направляет текущую ячейку ввода или группу ячеек в решатель MATLAB для проведения необходимых вычислений или обработки данных. Этот процесс принято называть оцениванием (evaluate) или попросту вычислением ячейки. Результат, в том числе и в виде сообщений об ошибках (они выводятся красным цветом), направляется в ячейку вывода текстового редактора Word. Ячейка ввода (или группа ячеек) считается текущей, если маркер ввода находится в ее поле, в конце ее строки или в связанной с ней ячейке вывода. Выделенная ячейка также считается текущей.

Пуск оценки зоны

Команда Evaluate Calc Zone (Оценка вычисляемой зоны) вызывает пересчет текущей зоны вычислений. Зона считается текущей, если в ней размещен маркер ввода. Для каждой ячейки ввода в зоне создается ячейка вывода.

Пуск оценки всей М-книги

Команда Evaluate M-book вызывает пересчет всех ячеек ввода или групп ячеек для текущей М-книги. Текущей является та книга, текст которой (или его часть) виден в активном окне текстового процессора Word. Заметим, что Word может работать с несколькими М-книгами поочередно. При этом все они загружены в свои окна, но лишь одно окно (видимое на экране) является активным и текущим. Вычисления начинаются от начала М-книги и продолжаются до ее конца. Результаты вычислений поступают в ячейки вывода, а если каких-либо выходных ячеек еще нет, то они создаются. Рекомендуется применять эту команду в конце отладки и редактирования М-книги, чтобы соблюсти соответствие между модифицированными ячейками ввода и их ячейками вывода.

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Требования к разрабатываемому  приложению

 

1. Доступность - требования ко времени непрерывной работы приложения, например, 24x7, минимальное время простоя и т.п.;