نوشته‌ها

داده ها در اعماق زندگی روزانه ما ریشه دوانده اند، از خرید روزانه تا انتخاب مدرسه و پزشک و مسافرت های ما امروزه داده محور شده اند. این امر نیاز به الگوریتم ها وروشهای هوشمند پردازش داده و یادگیری ماشین را صد چندان کرده است .در این آموزش، بیشتر بر مفاهیم اصلی و الگوریتم ها تاکید شده است و مفاهیم ریاضی و آماری را باید از سایر منابع فرابگیرید .

انواع الگوریتم های یادگیری ماشین

سه نوع اصلی الگوریتم های یادگیری ماشین از قرار زیرند :

  • یادگیری نظارت شده (هدایت شده – Supervised Learning) : در این نوع از الگوریتم ها که بار اصلی یادگیری ماشین را بر دوش می کشند (از لحاظ تعداد الگوریتم های این نوع)، با دو نوع از متغیرها سروکار داریم . نوع اول که متغیرهای مستقل نامیده میشوند، یک یا چند متغیر هستند که قرار است بر اساس مقادیر آنها، یک متغیر دیگر را پیش بینی کنیم. مثلا سن مشتری و تحصیلات و میزان درآمد و وضعیت تاهل برای پیش بینی خرید یک کالا توسط یک مشتری ، متغیرهای مستقل هستند. نوع دوم هم متغیرهای وابسته یا هدف یا خروجی هستند و قرار است مقادیر آنها را به کمک این الگوریتم ها پیش بینی کنیم . برای این منظور باید تابعی ایجاد کنیم که ورودیها (متغیرهای مستقل) را گرفته و خروجی موردنظر (متغیر وابسته یا هدف) را تولید کند. فرآیند یافتن این تابع که در حقیقت کشف رابطه ای بین متغیرهای مستقل و متغیرهای وابسته است را فرآیند آموزش (Training Process) می گوئیم که روی داده های موجود (داده هایی که هم متغیرهای مستقل و هم متغیرهای وابسته آنها معلوم هستند مثلا خریدهای گذشته مشتریان یک فروشگاه) اعمال میشود و تا رسیدن به دقت لازم ادامه می یابد.  نمونه هایی از این الگوریتم ها عبارتند از رگرسیون، درختهای تصمیم ، جنگل های تصادفی، N نزدیک ترین همسایه، و رگرسیون لجستیک می باشند.
  • یادگیری بدون ناظر (unsupervised learning) : در این نوع از الگوریتم ها ، متغیر هدف نداریم و خروجی الگوریتم، نامشخص است. بهترین مثالی که برای این نوع از الگوریتم ها می توان زد، گروه بندی خودکار (خوشه بندی) یک جمعیت است مثلاً با داشتن اطلاعات شخصی و خریدهای مشتریان، به صورت خودکار آنها را به گروه های همسان و هم ارز تقسیم کنیم . الگوریتم Apriori و K-Means از این دسته هستند.

 

type of machine learning

  • یادگیری تقویت شونده (Reinforcement Learning) : نوع سوم از الگوریتم ها که شاید بتوان آنها را در زمره الگوریتم های بدون ناظر هم دسته بندی کرد، دسته ای هستند که از آنها با نام یادگیری تقویت شونده یاد میشود. در این نوع از الگوریتم ها، یک ماشین (در حقیقت برنامه کنترل کننده آن)، برای گرفتن یک تصمیم خاص ، آموزش داده می شود و ماشین بر اساس موقعیت فعلی (مجموعه متغیرهای موجود) و اکشن های مجاز (مثلا حرکت به جلو ، حرکت به عقب و …) ، یک تصمیم را می گیرد که در دفعات اول، این تصمیم می تواند کاملاً تصادفی باشد و به ازای هر اکشن یا رفتاری که بروز می دهد، سیستم یک فیدبک یا بازخورد یا امتیاز به او میدهد و از روی این فیدبک، ماشین متوجه میشود که تصمیم درست را اتخاذ کرده است یا نه که در دفعات بعد در آن موقعیت ، همان اکشن را تکرار کند یا اکشن و رفتار دیگری را امتحان کند.  با توجه به وابسته بودن حالت و رفتار فعلی به حالات و رفتارهای قبلی، فرآیند تصمیم گیری مارکوف ، یکی از مثالهای این گروه از الگوریتم ها می تواند باشد . الگوریتم های شبکه های عصبی هم می توانند ازین دسته به حساب آیند. منظور از کلمه تقویت شونده در نام گذاری این الگوریتم ها هم اشاره به مرحله فیدبک و بازخورد است که باعث تقویت و بهبود عملکرد برنامه و الگوریتم می شود .

نمونه ای از دسته بندی کلاسیک الگوریتم های یادگیری ماشین که بر اساس وجود یا عدم وجود عامل کنترل کننده (ناظر) و گسسته و پیوسته بودن متغیرها انجام شده است را می توانید در این شکل ببینید :

 

Machine learning algorithms

 

الگوریتم های اصلی و رایج یادگیری ماشین

در این سری از مقالات به آموزش الگوریتم های زیر با نمونه کدهای لازم و مثالهای تشریحی، خواهیم پرداخت :

  1. رگرسیون خطی
  2. رگرسیون لجستیک
  3. درخت تصمیم
  4. SVM
  5. Naive Bayes
  6. KNN
  7. K-Means
  8. جنگل تصادفی
  9. الگوریتم های کاهش ابعاد
  10. Gradient Boost & Ada Boost

 

طبقه بندی الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین

الگوریتمهای مختلفی در حوزه یادگیری ماشین و هوش مصنوعی در سالهای اخیر ایجاد یا بهبود یافته اند که برای هر فردی که قصد کار حرفه ای در این حوزه را دارد، آشنایی و تسلط بر آنها و مفاهیم پایه هر کدام و نیز استفاده از آنها در کاربردهای عملی، جزء ضروریات است.

در سال ۲۰۰۷ یک مقاله با عنوان ده الگوریتم برتر حوزه داده کاوی در دنیا توسط دانشگاه ورمونت مطرح شد که نسخه فارسی شده و حتی آماده انتشار به صورت کتاب آنرا هم در ایران داریم . مقاله فارسی را می توانید از این لینک دانلود نمایید.

۱۰ الگریتم برترین های داده کاوی

رمز : behsanandish.com

این ده الگوریتم عبارتند از :

در سال ۲۰۱۱، در سایت پرسش و پاسخ معروف Qura در پاسخ به سوالی که ده الگوریتم برتر داده کاوی را پرسیده بود، موارد زیر توسط کاربران برشمرده شده اند :

  1. Kernel Density Estimation and Non-parametric Bayes Classifier
  2. K-Means
  3. Kernel Principal Components Analysis
  4. Linear Regression
  5. Neighbors (Nearest, Farthest, Range, k, Classification)
  6. Non-Negative Matrix Factorization
  7. Dimensionality Reduction
  8. Fast Singular Value Decomposition
  9. Decision Tree
  10. Bootstapped SVM
  11. Decision Tree
  12. Gaussian Processes
  13. Logistic Regression
  14. Logit Boost
  15. Model Tree
  16. Naïve Bayes
  17. Nearest Neighbors
  18. PLS
  19. Random Forest
  20. Ridge Regression
  21. Support Vector Machine
  22. Classification: logistic regression, naïve bayes, SVM, decision tree
  23. Regression: multiple regression, SVM
  24. Attribute importance: MDL
  25. Anomaly detection: one-class SVM
  26. Clustering: k-means, orthogonal partitioning
  27. Association: A Priori
  28. Feature extraction: NNMF

و در سال ۲۰۱۵ این لیست به صورت زیر در آمده است :

  1. Linear regression
  2. Logistic regression
  3. k-means
  4. SVMs
  5. Random Forests
  6. Matrix Factorization/SVD
  7. Gradient Boosted Decision Trees/Machines
  8. Naive Bayes
  9. Artificial Neural Networks
  10. For the last one I’d let you pick one of the following:
  11. Bayesian Networks
  12. Elastic Nets
  13. Any other clustering algo besides k-means
  14. LDA
  15. Conditional Random Fields
  16. HDPs or other Bayesian non-parametric model

سایت DataFloq اخیراً یک طبقه بندی گرافیکی از الگوریتم های ضروری یادگیری ماشین ارائه کرده است که به صورت طبقه بندی شده ، این الگوریتم ها را فهرست کرده است :

 

12-algorithms-every-data-scientist-should-know

 

این طبقه بندی را به صورت نقشه ذهن یا Mind Map هم می توانیم مشاهده کنیم :

 

Machine Learning Algorithms

 

 

منبع

 

 

برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: متوقف کردن Task ها در سی شارپ – کلاس CancellationToken

زمانی که عملیاتی را به عنوان یک Task اجرا می کنیم، ممکن است بخواهیم آن Task را در حین اجرا متوقف کنیم، برای مثال، Task ای داریم که در حال پردازش ۱۰۰۰ فایل است و کاربر باید این امکان را داشته باشد که Task در حال اجرا را متوقف کند. عملیات متوقف کردن Task ها هم برای متدهای کلاس Parallel امکان پذیر است و هم کلاس Task. برای اینکار می بایست از کلاس CancellationToken استفاده کنیم. برای مثال Task زیر را در نظر بگیرید که حاصل میانگین جمع اعداد ۱ تا ۱۰۰ را محاسبه می کند:

Task < int > averageTask = new Task < int > (() =>
{
    Console.WriteLine("Calculating average...");
    Console.WriteLine("Press Ctrl+C to cancel...");
    var sum = 0;
    for (int counter = 1; counter < = 100; counter++)
    {
        sum += counter;
        Thread.Sleep(100);
    }
    Console.WriteLine("All done.");
    return sum/100;
});
averageTask.Start();
Console.WriteLine(averageTask.Result);

قبلاً با این کد آشنا شدیم، اما کاری که در این قسمت می خواهیم انجام دهیم اضافه کردن قابلیتی است که کاربر بتواند با فشردن کلید های Ctrl+C عملیات را متوقف کند. برای اینکار ابتدا شئ ای از نوع کلاس CancellationTokenSource که در فضای نام System.Threading قرار دارد، در کلاس Program به صورت زیر تعریف می کنیم:

Task < int > averageTask = new Task < int > (() = >
{
    Console.WriteLine("Calculating average...");
    Console.WriteLine("Press q to cancel...");
    var sum = 0;
    for (int counter = 1; counter < = 100; counter++)
    {
        sum += counter;
        Thread.Sleep(100);
    }
    Console.WriteLine("All done.");
    return sum/100;
}, source.Token);

شئ source که در کلاس Program ایجاد کردیم متدی دارد با نام Cancel که این متد را زمانی که قصد داریم Task متوقف شود باید فراخوانی کنیم. فراخوانی این متد باید زمانی انجام شود که کاربر کلید های Ctrl+C را فشار داده است. در محیط Console، زمانی که کاربر کلید های Ctrl+C را فشار می دهد، event ای با نام CancelPressKey در کلاس Console فراخوانی می شود، پس باید این از این event برای فراخوانی متد Cancel به صورت زیر استفاده کنیم:

Console.CancelKeyPress += (sender, eventArgs) = >
{
    source.Cancel();
    eventArgs.Cancel = true;
};

به خط دوم داخل event دقت کنید، زمانی که کلید های Ctrl+C فشرده می شوند، به صورت پیش فرض کل برنامه Console متوقف می شود، برای جلوگیری از این کار مقدار خصوصیت Cancel را در شئ eventArgs به مقدار true ست می کنیم، یعنی عملیات متوقف کردن محیط کنسول به صورت دستی توسط ما انجام شده و خود سیستم نیاز به انجام کاری در این باره ندارد.

بعد از Subscribe کردن event بالا، باید به برنامه بگوییم تا زمانی که task به اتمام نرسیده یا کاربر کلید های Ctrl+C را فشار نداده نباید از برنامه خارج شویم، به همین خاطر یک حلقه while به صورت زیر ایجاد می کنیم:

while (!averageTask.IsCompleted &amp;&amp; !source.IsCancellationRequested)
{                                                                                                
}

با خصوصیت IsCompleted در کلاس Task قبلاً آشنا شدیم، اما خصوصیت IsCancellationRequested در شئ source زمانی مقدارش true می شود که متد Cancel فراخوانی شود، پس تا زمانی که عملیات Task به اتمام نرسیده و زمانی که کاربر کلید های Ctrl+C را فشار نداده برنامه در حلقه while منتظر می ماند.

در ادامه باید Task ایجاد شده را به صورتی تغییر دهیم که داخل حلقه for بررسی شود که متد Cancel فراخوانی شده است یا خیر، اگر فراخوانی شده بود باید از Task خارج شویم، برای این کار نیز از خصوصیت IsCancellationRequested در شئ source استفاده می کنیم، Task ایجاد شده را به صورت زیر تغییر می دهیم:

Task < int > averageTask = new Task < int > (() = >
{
    Console.WriteLine("Calculating average...");
    Console.WriteLine("Press Ctrl+C to cancel...");
    var sum = 0;
    for (int counter = 1; counter < = 100; counter++)
    {
        if (source.IsCancellationRequested)
        {
            Console.WriteLine("Operation terminated!");
            return 0;
        }
        sum += counter;
        Thread.Sleep(100);
    }
    Console.WriteLine("All done.");
    return sum/100;
}, source.Token);

همانطور که مشاهده می کنید داخل حلقه for گفتیم که اگر IsCancellationRequested برابر true بود پیغامی را نمایش بده و مقدار ۰ را برگردان. کد نهایی ما به صورت زیر می باشد:

class Program
{
    private static CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
    static void Main(string[] args)
    {
        Task < int > averageTask = new Task < int >(() = >
        {
            Console.WriteLine("Calculating average...");
            Console.WriteLine("Press Ctrl+C to cancel...");
            var sum = 0;
            for (int counter = 1; counter <= 100; counter++) { if (source.IsCancellationRequested) { Console.WriteLine("Operation terminated!"); return 0; } sum += counter; Thread.Sleep(100); } Console.WriteLine("All done."); return sum/100; }, source.Token); averageTask.Start(); Console.CancelKeyPress += (sender, eventArgs) = >
        {
            source.Cancel();
            eventArgs.Cancel = true;
        };
        while (!averageTask.IsCompleted && !source.IsCancellationRequested)
        {                                                                                                
        }
 
        Console.WriteLine(averageTask.Result);
    }
}

در صورتی که برنامه بالا را اجرا کرده و کلید های Ctrl+C را فشار دهیم خروجی زیر برای ما نمایش داده می شود:

Calculating average...
Press Ctrl+C to cancel...
Operation terminated!
۰
Press any key to continue . . .

استفاده از CancellationToken در کلاس Parallel

علاوه بر کلاس Task می توان از قابلیت CancellationToken در متدهای کلاس Parallel نیز استفاده کرد، برای آشنایی بیشتر فرض کنید کدی به صورت زیر تعریف شده که لیست فایل های jpg داخل یک پوشه را پردازش می کند:

var jpegFiles = System.IO.Directory.GetFiles("D:\\Images", "*.jpg");
 
Parallel.ForEach(jpegFiles, file = >
{
    var fileInfo = new FileInfo(file);
    // process file
});

برای متوقف کردن عملیات پردازش فایل ها، ابتدا شئ ای از نوع CancellationTokenSource مانند مثال قبل ایجاد می کنیم:

private static CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();

در قدم بعدی کلاسی از نوع ParallelOptions به صورت زیر تعریف کرده، خصوصیت CancellationToken را برابر خصوصیت Token در شئ source قرار داده و این کلاس را به عنوان پارامتر ورودی به متد ForEach به صورت زیر ارسال می کنیم:

ParallelOptions options = new ParallelOptions();
options.CancellationToken = source.Token;
 
try
{
    Parallel.ForEach(jpegFiles,options, file = >
    {
        options.CancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();                                                
        var fileInfo = new FileInfo(file);
        // process file
    });
}
catch (OperationCanceledException ex)
{
    Console.WriteLine(ex);
}

دقت کنید در قسمت ForEach متدی با نام ThrowIfCancellationRequested فراخوانی شده است، در حقیقت این متد بعد از فراخوانی بررسی می کند که آیا متد Cancel برای شئ source فراخوانی شده است یا خیر، اگر فراخوانی شده بود خطایی از نوع OperationCanceledException ایجاد می شود که در خارج از بدنه ForEach کلاس Parallel، بوسیله ساختار try..catch این خطا مدیریت شده است. دقت کنید که روند مدیریت Cancel کردن در کلاس Parallel با کلاس Task متفاوت است و دلیل این موضوع نوع برخورد برنامه با این کلاس ها است. در قسمت بعدی با مبحث Parallel LINQ آشنا خواهیم شد.

منبع



قسمت اول آموزش-برنامه نویسی Asynchronous – آشنایی با Process ها، Thread ها و AppDomain ها

قسمت دوم آموزش- آشنایی با ماهیت Asynchronous در Delegate ها

قسمت سوم آموزش-آشنایی با فضای نام System.Threading و کلاس Thread

قسمت چهارم آموزش- آشنایی با Thread های Foreground و Background در دات نت

قسمت پنجم آموزش- آشنایی با مشکل Concurrency در برنامه های Multi-Threaded و راهکار های رفع این مشکل

قسمت ششم آموزش- آشنایی با کلاس Timer در زبان سی شارپ

قسمت هفتم آموزش-آشنایی با CLR ThreadPool در دات نت

قسمت هشتم آموزش- مقدمه ای بر Task Parallel Library و کلاس Parallel در دات نت

قسمت نهم آموزش- برنامه نویسی Parallel:آشنایی با کلاس Task در سی شارپ

قسمت دهم آموزش-برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: متوقف کردن Task ها در سی شارپ – کلاس CancellationToken

قسمت یازدهم آموزش- برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: کوئری های Parallel در LINQ

قسمت دوازدهم آموزش- آشنایی با کلمات کلیدی async و await در زبان سی شارپ

قسمت سیزدهم آموزش- استفاده از متد WhenAll برای اجرای چندین Task به صورت همزمان در سی شارپ

الگوریتم ژنتیک

  • نحوه نمایش مسئله:

می‌دانیم اگر دو وزیر در یک ستون قرار گیرند قطعاً به جواب نخواهیم رسید. بنابراین قرار دادن دو وزیر در یک ستون باعث غیرامیدبخش شدن جواب مسئله می‌شود.

برای نمایش مسئله در کروموزوم‌ها از این ویژگی استفاده کرده و به صورت زیر عمل می‌کنیم:

یک آرایه تک بعدی ایجاد می‌کنیم که به تعداد ستون‌های صفحه شطرنج عنصر دارد. هر عنصر از این آرایه نشان می‌دهد که وزیر در کدام سطر از آن ستون قرار دارد. به عنوان مثال اگر مسئله ۸ وزیر را در نظر بگیریم، آرایه تک بعدی باید دارای ۸ عنصر باشد. فرض کنید آرایه دارای مقادیر زیر باشد:

۸ , ۷ , ۶ , ۵ , ۴ , ۳ , ۲ , ۱

مقدار ۸ در اولین عنصر آرایه گویای این مطلب است که در ستون اول صفحه شطرنج وزیری در سطر هشتم قرار داده‌ایم.

  • تولید جمعیت اولیه:

الگوریتم‌های ژنتیک ابتدا جمعیت اولیه‌ای تولید کرده و سپس سعی در بهبود بخشیدن این جمعیت دارند. برای مسئله n وزیر تولید جمعیت به صورت تصادفی خواهد بود. بدین صورت که وزیرها به‌طور تصادفی روی صفحه شطرنج قرار می‌دهیم.

برای محاسبه میزان بهینگی جواب تعداد جفت وزیرهایی را که به هم گارد می‌دهند، محاسبه می‌کنیم. برای مسئله ۸ وزیر در بدترین حالت هر وزیر با همه وزیرهای دیگر گارد می‌دهد (فرض کنید همه وزیرها در یک سطر قرار گیرند). در این حالت حداکثر تعداد جفت وزیرهایی که به همگدیکر کارد می‌دهند ۲۸ جفت است:

۷ + ۶ + ۵ + ۴ +۳ + ۲ + ۱

در حالت کلی برای مسئله n وزیر حداکثر تعداد جفت وزیرهایی که به همدیگر گارد می‌دهند به صورت زیر محاسبه می‌شود:

۱+ ۲ +.. +(n-۱) = (n * (n-۱)) /۲
  • برای محاسبه میزان بهینگی هر کروموزوم از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:
Fitness[i] =1 – (Guard(chromosome[i])) / MaxGuards
  • حداکثر تعداد گاردها:
MaxGuards
  • تعداد جفت وزیرهایی که در کروموزوم ام همدیگر را گارد می‌دهند:
 Guard(chromosome[i])

 

منبع

 


پیاده سازی الگوریتم ۸ وزیر با استفاده از الگوریتم ژنتیک

راهکاری که برای حل یک مسئله با الگوریتم ژنتیک استفاده می شود تکامل می یابد. الگوریتم ژنتیک مثل هر الگوریتم بهینه سازی دیگر با تعریف متغیرهای بهینه سازی آغاز می شود و مانند الگوریتم های بهنیه سازی دیگر نیز خاتمه می یابد یعنی با تست همگرایی.

یک الگوریتم GA دارای پارامترهای زیر است:

  • : Fitnessتابعی برای ارزیابی یک فرضیه  که مقداری عددی به هر فرضیه نسبت میدهد
  • : Fitness_threshold مقدار آستانه که شرط پایان را معین میکند
  • : population تعداد فرضیه هائی که باید در جمعیت در نظر گرفته شوند
  • : crossover rate  در صدی از جمعیت که در هر مرحله توسط الگوریتم crossover  جایگزین میشوند
  • :mutation rate  نرخ mutation

الگوریتم GA  به صورت زیر کار می کند:

  • : Initializeجمعیت را با تعداد population فرضیه بطور تصادفی مقدار دهی اولیه کنید.
  • : Evaluateبرای هر فرضیه h در population مقدار تابع Fitness(h) را محاسبه نمائید.
  • تا زمانیکه[maxh Fitness(h)] < Fitness_threshold یک جمعیت جدید ایجاد  کنید.
  • فرضیه ای که دارای بیشترین مقدار Fitness است را برگردانید.

روش های مختلف crossover:

Single-point crossover

  • یک نقطه تصادفی در طول رشته انتخاب میشود.
  • والدین در این نقطه به دوقسمت میشوند.
  • هر فرزند با انتخاب تکه اول از یکی از والدین و تکه دوم از والد دیگر بوجود میاید.

روشهای دیگر Crossover

در crossover یکنواخت بیتها بصورت یکنواخت از والدین انتخاب می شوند.

اپراتورهای ژنتیکی Mutation :

  • اپراتور mutation برای بوجود آوردن فرزند فقط از یک والد استفاده میکند. اینکار با انجام تغییرات کوچکی در رشته اولیه  بوقوع میپیوندد.
  • با استفاده از یک توزیع یکنواخت یک بیت بصورت تصادفی اتنخاب و مقدار آن تغییر پیدا میکند.
  • معمولا mutation بعد از انجام crossover اعمال میشود.

تابع fitness  معیاری برای رتبه بندی فرضیه هاست که کمک میکند تا فرضیه های برتر برای نسل بعدی جمعیت انتخاب شوند. نحوه انتخاب این تابع بسته به کاربر مورد نظر دارد

در روش معرفی شده در الگوریتم ساده GA احتمال انتخاب یک فرضیه برای استفاده در جمعیت بعدی بستگی به نسبت fitness  آن به fitness  بقیه اعضا دارد. این روش Roulette Wheel selectionنامیده میشود.

روش جستجوی GA با روشهای دیگر مثل شبکه های عصبی تفاوت دارد:

در شبکه عصبی روش Gradient descent بصورت  هموار از فرضیه ای به فرضیه  مشابه دیگری حرکت میکند در حالیکه GA  ممکن است بصورت ناگهانی فرضیه والد را با فرزندی جایگزین نماید که تفاوت اساسی با والد آن داشته باشد.از اینرو احتمال گیر افتادن GA در مینیمم محلی کاهش می یابد. با این وجود GA با مشکل دیگری روبروست که crowding  نامیده میشود crowding پدیده ای  است که در آن  عضوی که سازگاری بسیاربیشتری از بقیه افراد جمعیت دارد بطور مرتب تولید نسل کرده و با تولید اعضای مشابه درصد عمده ای از جمعیت را اشغال میکند. راه حل رفع مشکل Crowdingاستفاده از ranking  برای انتخاب نمونه ها است، با اختصاص رتبه به فرضیه ای که بسیار بهتر از بقیه عمل میکند.

مسئله ۸ وزیر:

بدین ترتیب دیدیم که مسیر میان اجزای الگوریتم ژنتیک به ترتیب زیر است:

  1. تعریف توابع و متغیرها
  2. تولید جمعیت اولیه
  3. دیکد کردن کروموزوم ها
  4. پیدا کردن هزینه برای هر کروموزوم
  5. انتخاب جفت ها
  6. جفت گیری
  7. میوتیشن
  8. بررسی همگرایی
  9. خاتمه یا بازگشت به مرحله دیکد کردن کروموزوم ها

ژن عددی از ۰ تا n-1 است در ۸ وزیر n برابر با ۸ است بنابراین ژن عددی از ۰ تا ۷ می شود و کروموزوم آرایه ای از ژن هاست. که می تواند پاسخ مسئله باشد.

جمعیت هر نسل می تواند  تعداد کروموزوم ها را تعیین کند.

جمعیت اولیه از انتخاب رندومی از کروموزوم ها ایجاد می شود. تعداد نسل هایی که برای همگرایی مورد نیاز است به جمعیت تصادفی اولیه بستگی دارد.

برای پیدا کردن هزینه مربوط به هر کروموزوم یک تابع هزینه تعریف می شود. نتیجه تابع هزینه یک cost value است که در نهایت میانگین cost valueهای هر نسل به نتیجه مطلوب نزدیک می شود.

کروموزوم هایی که فیتنس بالاتری (هزینه پایین تر) دارند برای تولید نسل بعدی استفاده می شوند.

در فرایند cross over فرزندان توسط والدین تولید می شوند که ترکیب آنها شامل ترکیب ژن های آنهاست. اگر نسل جدید حاوی کروموزومی باشد که نزدیک یا برابر با نتایج مطلوب باشد آنگاه مسئله حل شده است. در غیر اینصورت فرایند قبلی در نسل جدید هم پیاده سازی می شود مانند فرایندی که برای والدین آنها اتفاق افتاد. تا زمانی که به راه حل مناسب برسیم این روال ادامه دارد.

در شطرنج وزیر می تواند هر طور که مایل بود حرکت کند افقی عمودی یا در قطر. صفحه شطرنج ۸ در ۸ است یعنی ۸ سطر و ۸ ستون دارد . در مسئله ۸ وریز استاندارد به دنبال این هستیم که چگونه ۸ وزیر در خانه های جدول به گونه ای قرار بگیرند که هیچ یک دیگری را تهدید نکنند. در اینجا با الگوریتم ژنتیک این کار را انجام می دهیم.

برای تولید فرزندان از والیدن نیاز به crossover داریم که تصمیم می گیرد از دو والدین کدام ژن باید انتخاب شود.

 

مسئله چند وزیر قسمت ۱
مسئله چند وزیر قسمت ۲
مسئله چند وزیر قسمت ۳
مسئله چند وزیر قسمت ۴

۱٫A GABOR FILTER TEXTURE ANALYSIS APPROACH FOR HISTOPATHOLOGICAL BRAIN TUMOUR SUBTYPE DISCRIMINATION

Abstract Meningioma brain tumour discrimination is challenging as many histological patterns are mixed between the different subtypes. In clinical practice, dominant patterns are investigated for signs of specific meningioma pathology; however the simple observation could result in inter- and intra-observer variation due to the complexity of the histopathological patterns. Also employing a computerised feature extraction approach applied at a single resolution scale might not suffice in accurately delineating the mixture of histopathological patterns. In this work we propose a novel multiresolution feature extraction approach for characterising the textural properties of the different pathological patterns (i.e. mainly cell nuclei shape, orientation and spatial arrangement within the cytoplasm). The patterns’ textural properties are characterised at various scales and orientations for an improved separability between the different extracted features. The Gabor filter energy output of each magnitude response was combined with four other fixed-resolution texture signatures (2 model-based and 2 statistical-based) with and without cell nuclei segmentation. The highest classification accuracy of 95% was reported when combining the Gabor filters’ energy and the meningioma subimage fractal signature as a feature vector without performing any prior cell nuceli segmentation. This indicates that characterising the cell-nuclei self-similarity properties via Gabor filters can assists in achieving an improved meningioma subtype classification, which can assist in overcoming variations in reported diagnosis.
Keywords – texture analysis, Gabor filter, fractal dimension, meningioma histopathology, brain tumours

فایل PDF – در ۱۴ صفحه- نویسنده : Omar Sultan Al-Kadi

A GABOR FILTER TEXTURE ANALYSIS APPROACH FOR HISTOPATHOLOGICAL BRAIN TUMOUR SUBTYPE DISCRIMINATION

پسورد فایل : behsanandish.com


۲٫A Review Paper on Gabor Filter Algorithm & Its Applications

Abstract— In applications of image analysis and computer vision, Gabor filters have maintained their popularity in feature extraction. The reason behind this is that the resemblance between Gabor filter and receptive field of simple cells in visual cortex. Being successful in applications like face detection, iris recognition, fingerprint matching; where, Gabor feature based processes are amongst the best performers. The Gabor features can be derived by applying signal processing techniques both in time and frequency domain. The models like human preattentive texture perception have been proposed which involves steps like convolution, inhibition and texture boundary detection. Texture features are based on the local power spectrum obtained by a bank of Gabor filters. The concept of sparseness to generate novel contextual multiresolution texture descriptors are described. In this paper we present the detailed study about the Gabor filter and its application.
Index Terms— Gabor filter, Gabor energy, image quality assessment, Gabor features, multiresolution techniques, segmentation, textured images..

فایل PDF – در ۵ صفحه- نویسنده : Neelu Arora , Mrs. G. Sarvani

A Review Paper on Gabor Filter Algorithm & Its Applications

پسورد فایل : behsanandish.com


۳٫Comparison of texture features based on Gabor filters

 

Abstract -The performance of a number of texture feature operators is evaluated. The features are all based on the local spectrum which is obtained by a bank of Gabor filters. The comparison is made using a quantitative method which is based on Fisher’s criterion. It is shown that, in general, the discrimination effectiveness of the features increases with the amount of post-Gabor processing.

فایل PDF – در ۶ صفحه- نویسنده : P. Kruizinga, N. Petkov and S.E. Grigorescu

Comparison of texture features based on Gabor filters

پسورد فایل : behsanandish.com


۴٫Evolutionary Gabor Filter Optimization with Application to Vehicle Detection

 

Abstract—Despite the considerable amount of research work on the application of Gabor filters in pattern classification, their design and selection have been mostly done on a trial and error basis. Existing techniques are either only suitable for a small number of filters or less problem-oriented. A systematic and general evolutionary Gabor filter optimization (EGFO) approach that yields a more optimal, problem-specific, set of filters is proposed in this study. The EGFO approach unifies filter design with filter selection by integrating Genetic Algorithms (GAs) with an incremental clustering approach. Specifically, filter design is performed using GAs, a global optimization approach that encodes the parameters of the Gabor filters in a chromosome and uses genetic operators to optimize them. Filter selection is performed by grouping together filters having similar characteristics (i.e., similar parameters) using incremental clustering in the parameter space. Each group of filters is represented by a single filter whose parameters correspond to the average parameters of the filters in the group. This step eliminates redundant filters, leading to a compact, optimized set of filters. The average filters are evaluated using an application-oriented fitness criterion based on Support Vector Machines (SVMs). To demonstrate the effectiveness of the proposed framework, we have considered the challenging problem of vehicle detection from gray-scale images. Our experimental results illustrate that the set of Gabor filters, specifically optimized for the problem of vehicle detection, yield better performance than using traditional filter banks.

 

فایل PDF – در ۸ صفحه- نویسنده : Zehang Sun, George Bebis and Ronald Miller

Evolutionary Gabor Filter Optimization with Application to Vehicle Detection

پسورد فایل : behsanandish.com


۵٫Expression-Invariant Face Recognition via 3D Face Reconstruction Using Gabor Filter Bank from a 2D Single Image

Abstract— In this paper, a novel method for expression- insensitive face recognition is proposed from only a 2D single image in a gallery including any facial expressions. A 3D Generic Elastic Model (3D GEM) is used to reconstruct a 3D model of each human face in the present database using only a single 2D frontal image with/without facial expressions. Then, the rigid parts of the face are extracted from both the texture and reconstructed depth based on 2D facial land-marks. Afterwards, the Gabor filter bank was applied to the extracted rigid-part of the face to extract the feature vectors from both texture and reconstructed depth images. Finally, by combining 2D and 3D feature vectors, the final feature vectors are generated and classified by the Support Vector Machine (SVM). Favorable outcomes were acquired to handle expression changes on the available image database based on the proposed method compared to several state-of-the-arts in expression-insensitive face recognition.

Keywords—Face recognition; 3D shape recovery; Gesture and Behavior Analysis.

 

فایل PDF – در ۶ صفحه- نویسنده : Ali Moeini, Hossein Moeini, Karim Faez

Expression-Invariant Face Recognition via 3D Face Reconstruction Using Gabor Filter Bank from a 2D Single Image

پسورد فایل : behsanandish.com


۶٫IMAGE RETRIEVAL BASED ON HIERARCHICAL GABOR FILTERS

Content Based Image Retrieval (CBIR) is now a widely investigated issue that aims at allowing users of multimedia information systems to automatically retrieve images coherent with a sample image. A way to achieve this goal is the computation of image features such as the color, texture, shape, and position of objects within images, and the use of those features as query terms. We propose to use Gabor filtration properties in order to find such appropriate features. The article presents multichannel Gabor filtering and a hierarchical image representation. Then a salient (characteristic) point detection algorithm is presented so that texture parameters are computed only in a neighborhood of salient points. We use Gabor texture features as image content descriptors and efficiently emply them to retrieve images.
Keywords: Gabor filters, image retrieval, texture feature extraction, hierarchical representation

فایل PDF – در ۱۰ صفحه- نویسنده : TOMASZ ANDRYSIAK, MICHAŁ CHORA´ S

IMAGE RETRIEVAL BASED ON HIERARCHICAL GABOR FILTERS

پسورد فایل : behsanandish.com


۷٫Iris Recognition Based On Adaptive Gabor Filter

Abstract. Aiming at the problem of multi-category iris recognition, there proposes a method of iris recognition algorithm based on adaptive Gabor filter. Use DE-PSO to adaptive optimize the Gabor filter parameters. DE-PSO is composed of particle swarm optimization and differential evolution algorithm. Use 16 groups of 2D-Gabor filters with different frequencies and directions to process iris images. According to the direction and frequency of maximum response amplitude, transform iris features into 512-bit binary feature encoding. Calculate the Hamming distance of feature code and compare with the classification threshold, determine iris the type of iris. Experiment on a variety of iris databases with multiple Gabor filter algorithms, the results showed that this algorithm has higher recognition rate, the ROC curve is closer to the coordinate axis and the robustness is better, compare with other Gabor filter algorithm.

Keywords: Iris recognition Gabor filter Particle swarm optimization Differential evolutionFeature encodingHamming distance

 

فایل PDF – در ۸ صفحه- نویسنده : Shuai Liu, Yuanning Liu, Xiaodong Zhu, Guang Huo, Jingwei Cui, and Yihao Chen

 

Iris Recognition Based On Adaptive Gabor Filter

پسورد فایل : behsanandish.com


۸٫USE OF GABOR FILTERS FOR TEXTURE CLASSIFICATION OF AIRBORNE IMAGES AND LIDAR DATA

KEY WORDS: Texture analysis, LIDAR, Algorithm, Urban and Vegetation Detection, Automated Classification
ABSTRACT: In this paper, a texture approach is presented for building and vegetation extraction from LIDAR and aerial images. The texture is very important attribute in many image analysis or computer vision applications. The procedures developed for texture problem can be subdivided into four categories: structural approach, statistical approach, model based approach and filter based approach. In this paper, different definitions of texture are described, but complete emphasis is given on filter based methods. Examples of filtering methods are Fourier transform, Gabor and wavelet transforms. Here, Gabor filter is studied and its implementation for texture analysis is explored. This approach is inspired by a multi-channel filtering theory for processing visual information in the human visual system. This theory holds that visual system decomposes the image into a number of filtered images of a specified frequency, amplitude and orientation.  The main objective of the article is to use Gabor filters for automatic urban object and tree detection. The first step is a definition of Gabor filter parameters: frequency, standard deviation and orientation. By varying these parameters, a filter bank is obtained that covers the frequency domain almost completely. These filters are used to aerial images and LIDAR data. The filtered images that possess  a significant information about analyzed objects are selected, and the rest are discarded.  Then, an energy measure is defined on the filtered images in order to compute different texture features. The Gabor features are used to image segmentation using thresholding.  The tests were performed using set of images containing very different landscapes: urban area and vegetation of varying configurations, sizes and shapes of objects. The performed studies revealed that textural algorithms have the ability to detect buildings and trees. This article is the attempt to use texture methods also to LIDAR data, resampling into regular grid cells. The obtained preliminary results are interesting.

 

فایل PDF – در ۱۲ صفحه- نویسنده : Urszula Marmol


USE OF GABOR FILTERS FOR TEXTURE CLASSIFICATION OF AIRBORNE IMAGES AND LIDAR DATA

پسورد فایل : behsanandish.com

 

یادگیری ماشین – SVM یا ماشین بردار پشتیبان به زبان ساده

یکی از الگوریتم ها و روشهای بسیار رایج در حوزه دسته بندی داده ها، الگوریتم SVM یا ماشین بردار پشتیبان است که در این مقاله سعی شده است به زبان ساده و به دور از پیچیدگیهای فنی توضیح داده شود.

آشنایی با مفهوم دسته بندی

فرض کنید مجموعه داده ای داریم که ۵۰٪ افراد آن مرد و ۵۰٪ افراد آن زن هستند. این مجموعه داده می تواند مشتریان یک فروشگاه آنلاین باشد. با داشتن یک زیرمجموعه از این داده ها که جنسیت افراد در آن مشخص شده است، می خواهیم قوانینی ایجاد کنیم که به کمک آنها جنسیت بقیه افراد مجموعه را بتوانیم با دقت بالایی تعیین کنیم. تشخیص جنسیت بازدیدکنندگان فروشگاه، باعث می شود بتوانیم تبلیغات جداگانه ای را برای زنان و مردان نمایش دهیم و سودآوری فروشگاه را بالا ببریم . این فرآیند را در علم تحلیل داده، دسته بندی می نامیم .

برای توضیح کامل مسأله، فرض کنید دو پارامتری که قرار است جنسیت را از روی آنها تعیین کنیم، قد و طول موی افراد است . نمودار پراکنش قد و طول افراد در زیر نمایش داده شده است که در آن جنسیت افراد با دو نماد مربع (مرد) و دایره (زن) به طور جداگانه نمایش داده شده است .

SVM-1

 

با نگاه به نمودار فوق، حقایق زیر به سادگی قابل مشاهده است :

  1. مردان در این مجموعه، میانگین قد بلندتری دارند.
  2. زنان از میانگین طول موی بیشتری برخوردار هستند.

اگر یک داده جدید با قد ۱۸۰cm و طول موی ۴cm به ما داده شود، بهترین حدس ما برای ماشینی این شخص، دسته مردان خواهد بود .

بردارهای پشتیبان و ماشین بردار پشتیبان

بردارهای پشتیبان به زبان ساده، مجموعه ای از نقاط در فضای n بعدی داده ها هستند که مرز دسته ها را مشخص می کنند و مرزبندی و دسته بندی داده ها براساس آنها انجام می شود و با جابجایی یکی از آنها، خروجی دسته بندی ممکن است تغییر کند . به عنوان مثال در شکل فوق ، بردار (۴۵,۱۵۰) عضوی از بردار پشتیبان و متعلق به یک زن است . در فضای دوبعدی ،‌بردارهای پشتیبان، یک خط، در فضای سه بعدی یک صفحه و در فضای n بعدی یک ابر صفحه را شکل خواهند داد.

SVM یا ماشین بردار پشتیبان ، یک دسته بند یا مرزی است که با معیار قرار دادن بردارهای پشتیبان ، بهترین دسته بندی و تفکیک بین داده ها را برای ما مشخص می کند.

در SVM فقط داده های قرار گرفته در بردارهای پشتیبان مبنای یادگیری ماشین و ساخت مدل قرار می گیرند و این الگوریتم به سایر نقاط داده حساس نیست و هدف آن هم یافتن بهترین مرز در بین داده هاست به گونه ای که بیشترین فاصله ممکن را از تمام دسته ها (بردارهای پشتیبان آنها) داشته باشد .

چگونه یک ماشین بر مبنای بردارهای پشتیبان ایجاد کنیم ؟

به ازای داده های موجود در مثال فوق، تعداد زیادی مرزبندی می توانیم داشته باشیم که سه تا از این مرزبندی ها در زیر نمایش داده شده است.

 

SVM-2

 

سوال اینجاست که بهترین مرزبندی در این مسأله کدام خط است ؟

یک راه ساده برای انجام اینکار و ساخت یک دسته بند بهینه ، محاسبه فاصله ی مرزهای به دست آمده با بردارهای پشتیبان هر دسته (مرزی ترین نقاط هر دسته یا کلاس) و در نهایت انتخاب مرزیست که از دسته های موجود، مجموعاً بیشترین فاصله را داشته باشد که در شکل فوق خط میانی ، تقریب خوبی از این مرز است که از هر دو دسته فاصله ی زیادی دارد. این عمل تعیین مرز و انتخاب خط بهینه (در حالت کلی ، ابر صفحه مرزی) به راحتی با انجام محاسبات ریاضی نه چندان پیچیده قابل پیاده سازی است .

توزیع غیر خطی داده ها و کاربرد ماشین بردار پشتیبان

اگر داده ها به صورت خطی قابل تفکیک باشند، الگوریتم فوق می تواند بهترین ماشین را برای تفکیک داده ها و تعیین دسته یک رکورد داده، ایجاد کند اما اگر داده ها به صورت خطی توزیع شده باشند (مانند شکل زیر )، SVM را چگونه تعیین کنیم ؟

 

SVM-3

 

در این حالت، ما نیاز داریم داده ها را به کمک یک تابع ریاضی (Kernel functions) به یک فضای دیگر ببریم (نگاشت کنیم ) که در آن فضا، داده ها تفکیک پذیر باشند و بتوان SVM آنها را به راحتی تعیین کرد. تعیین درست این تابع نگاشت در عملکرد ماشین بردار پشتیبان موثر است که در ادامه به صورت مختصر به آن اشاره شده است.

با فرض یافتن تابع تبدیل برای مثال فوق،‌ فضای داده ما به این حالت تبدیل خواهد شد :

 

SVM-4

 

در این فضای تبدیل شده، یافتن یک SVM به راحتی امکان پذیر است .

نگاهی دقیق تر به فرآیند ساخت SVM

همانطور که اشاره شد،‌ماشین بردار پشتیبان یا SVM داده ها را با توجه به دسته های از پیش تعیین شده آنها به یک فضای جدید می برد به گونه ای که داده ها به صورت خطی (یا ابر صفحه ) قابل تفکیک و دسته بندی باشند و سپس با یافتن خطوط پشتیبان (صفحات پشتیبان در فضای چند بعدی) ، سعی در یافتن معادله خطی دارد که بیشترین فاصله را بین دو دسته ایجاد می کند.

در شکل زیر داده ها در دو دوسته آبی و قرمز نمایش داده شده اند و خطوط نقطه چین ، بردار های پشتیبان متناظر با هر دسته را نمایش می دهند که با دایره های دوخط مشخص شده اند و خط سیاه ممتد نیز همان SVM است . بردار های پشتیبان هم هر کدام یک فرمول مشخصه دارند که خط مرزی هر دسته را توصیف می کند.

SVM-5

SVM‌ در پایتون

برای استفاده از ماشین بردار پشتیبان در پایتون، توصیه بنده استفاده از کتابخانه یادگیری ماشین پایتون به نام scikitlearn است که تمام کرنل ها و توابع نگاشت را به صورت آماده شده دارد. سه تا تابعSVC , NuSVC , LinearSVC وظیفه اصلی دسته بندی را برعهده دارند . (SVC = Support Vector Classifier) . نمونه ای از دسته بندی با این توابع را در زیر می توانید مشاهده کنید :

 

SVM-6

ماشین بردار پشتیبانی در عمل

برای استفاده از SVM در مورد داده های واقعی ، چندین نکته را باید رعایت کنید تا نتایج قابل قبولی را بگیرید

  1. ابتدا داده ها را پالایش کنید (نقاط پرت ،‌ داده های ناموجود و …..)
  2. داده را عددی و نرمال کنید . این مباحث را در مقالات پیش پردازش داده ها دنبال کنید. به طور خلاصه ، داده هایی مانند جنسیت، رشته تحصیلی و … را به عدد تبدیل کنید و سعی کنید مقادیر همه صفات بین یک تا منهای یک [۱,-۱] نرمال شوند تا بزرگ یا کوچک بودن مقادیر یک ویژگی داده ها،‌ ماشین را تحت تاثیر قرار ندهد .
  3. کرنل های مختلف را امتحان و به ازای هر کدام، با توجه به مجموعه داده آموزشی که در اختیار دارید و دسته بندی داده های آنها مشخص است، دقت SVM را اندازه گیری کنید و در صورت نیاز پارامتر های توابع تبدیل را تغییر دهید تا جواب های بهتری بگیرید. این کار را برای کرنل های مختلف هم امتحان کنید . می توانید از کرنل RBF شروع کنید .

نقاط ضعف ماشین بردار پشتیان

  • این نوع الگوریتم ها، محدودیت های ذاتی دارند مثلا هنوز مشخص نشده است که به ازای یک تابع نگاشت ، پارامترها را چگونه باید تعیین کرد.
  • ماشینهای مبتنی بر بردار پشتیبان به محاسبات پیچیده و زمان بر نیاز دارند و به دلیل پیچیدگی محاسباتی، حافظه زیادی نیز مصرف می کنند.
  • داده های گسسته و غیر عددی هم با این روش سازگار نیستند و باید تبدیل شوند.

با این وجود، SVM‌ ها دارای یک شالوده نظری منسجم بوده و جواب های تولید شده توسط آنها ، سراسری و یکتا می باشد. امروزه ماشینهای بردار پشتیبان، به متداول ترین تکنیک های پیش بینی در داده کاوی تبدیل شده اند.

سخن پایانی

ماشینهای بردار پشتیبان، الگوریتم های بسیار قدرتمندی در دسته بندی و تفکیک داده ها هستند بخصوص زمانی که با سایر روشهای یادگیری ماشین مانند روش جنگل تصادفی تلفیق شوند. این روش برای جاهایی که با دقت بسیار بالا نیاز به ماشینی داده ها داریم، به شرط اینکه توابع نگاشت را به درستی انتخاب کنیم، بسیار خوب عمل می کند .

ساختار اصلی این نوشتار از روی یک مقاله سایت آنالیتیکزویدیا برداشته شده است و برای دو بخش پایانی مقاله هم از کتاب «داده کاوی پیشرفته : مفاهیم و الگوریتم ها» دکتر شهرابی استفاده شده است .

منبع


آشنایی با ماشین بردار پشتیبان (SVM) – مرور کلی

SVM یک مدل یادگیری نظارت شده است.

پس قبل از این که به سراغ آن برویم باید یک مجموعه داده(Dataset) که از قبل برچسب‌گذاری شده(Labeled) را داشته باشیم.

مثالفرض کنیم من صاحب یک کسب‌وکار هستم و هر روز تعداد زیادی ایمیل از مشتری‌ها دریافت می‌کنم. بعضی از این ایمیل‌ها شکایت‌ها و نارضایتی‌هایی هستند که من هرچه سریع‌تر باید به آن‌ها پاسخ بدهم و به آن‌ها رسیدگی کنم. در غیر این صورت کسب‌وکار من با ضرر روبرو خواهد شد.

من به دنبال راهی هستم که این ایمیل‌ها را هرچه سریع‌تر تشخیص بدهم(پیدا کنم) و پاسخ آن‌ها را زودتر از بقیه ارسال کنم.

رویکرد اولمن می‌توانم برچسب‌هایی با عنوان‌های: اورژانسی، شکایت و راهنمایی در جیمیل(GMail) خود ایجاد کنم.

اشکال این روش این است که من باید مدتی فکر کنم و همه کلمه‌های کلیدی(Keyword) بالغوه که مشتری‌های عصبانی ممکن است در ایمیل‌های خود استفاده کنند را پیدا کنم. طبیعی است که بعضی از آن‌ها را هم از قلم انداخته شوند. با گذشت زمان هم لیست این کلمه‌ها به احتمال زیاد شلوغ و مدیریت کردن آن‌ها به کار مشکلی تبدیل می‌شود.

رویکرد دوممن می‌توانم از یک الگوریتم یادگیری ماشین نظارت شده استفاده کنم.

قدم اولبه تعدادی ایمیل نیاز دارم.(هرچه بیشتر بهتر)

قدم دومعنوان ایمیل‌های قدم اول رو می‌خوانم و آن‌ها را در یکی از دو گروه «شکایت است» و یا «شکایت نیست» طبقه‌بندی می‌کنم. اینجوری می‌توانم ایمیل‌ها را برچسب ‌گذاری کنم.

قدم سومروی این مجموعه داده، مدلی را آموزش می‌دهم.

قدم چهارمکیفیت یا صحت پیش‌بینی های مدل آموزش داده‌شده را ارزیابی می‌کنم.(با استفاده از روش Cross Validation)

قدم پنجماز این مدل برای پیش‌بینی این که ایمیل‌های جدیدی که رسیده‌اند، شکایت هستند یا نه، استفاده می‌کنم.

در این رویکرد اگر مدل را با تعداد ایمیل‌های زیادی آموزش داده باشیم، مدل عملکرد خوبی را نشون می‌دهد. SVM فقط یکی از روش‌هایی هست که ما می‌توانیم برای یادگرفتن از داده‌های موجود و پیش‌بینی کردن، استفاده کنیم.

همچنین باید به این نکته هم توجه داشته باشیم که قدم دوم اهمیت زیادی دارد و دلیلش این است که اگر در شروع کار، ایمیل‌های برچسب‌گذاری نشده را به SVM بدهیم، کار خاصی را نمیتواند انجام دهد.

SVM یک مدل خطی را یاد می‌گیرد

در مثال قبل دیدیم که در قدم سوم یک الگوریتم یادگیری نظارت شده مثل SVM به کمک داده‌هایی که از قبل برچسب‌گذاری شده‌اند آموزشداده شد. اما برای چه چیزی آموزش داده شد؟ برای این که چیزی را یاد بگیرد.

چه چیزی را یاد بگیرد؟

در مورد SVM، یک مدل خطیرا یاد میگیرد.

مدل خطی چیست؟ اگر بخواهیم به زبان ساده بیان کنیم یک خط است.(و در حالت پیچیده‌تر یک ابر صفحه).

اگر داده‌های شما خیلی ساده و دو بعدی باشند، در این صورت SVM خطی را یاد می‌گیرد که آن خط می‌تواند داده‌ها را به دو بخش تقسیم کند.

 

svm

SVM قادر است که خطی را پیدا کند که داده‌ها را جدا می‌کند.

 

خب پس اگر SVM فقط یک خط است، پس چرا ما داریم راجع به مدل خطی صحبت می‌کنیم؟

برای این که ما همینطوری نمی‌توانیم به یک خط چیزی را آموزش بدهیم.

در عوض:

  1. در نظر می‌گیریم که داده‌هایی که می‌خواهیم طبقه‌بندی کنیم، می‌توانند به وسیله یک خط از هم تفکیک شوند.
  2. می‌دانیم که یک خط می‌تواند به کمک معادله y=wx+by=wx+b نمایش داده شود.(این همان مدل ما است)
  3. می‌دانیم با تغییر دادن مقدار w و b بی‌نهایت خط وجود خواهد داشت.
  4. برای تعیین این که کدام مقدار w و b بهترینخط جداکننده داده‌ها را به ما می‌دهد، از یک الگوریتم استفاده می‌کنیم.

SVM یکی از این الگوریتم‌ها هست که می‌تواند این کار را انجام دهد.

الگوریتم یا مدل؟

در شروع این پست من نوشتم که SVM یک مدل یادگیری نظارت شده است، و الآن می‌نویسم که آن یک الگوریتم است. چه شده؟ از واژه الگوریتم معمولا آزادانه استفاده می‌شود. برای نمونه، ممکن است که شما جایی بخوانید یا بشنوید که  SVM یک الگوریتم یادگیری نظارت شده است. اگر این نکته را در نظر بگیریم که الگوریتم مجموعه‌ای از فعالیت‌ها است که انجام می‌شوند تا به نتیجه مشخصی دست یابیم، می‌بینیم که استفاده از این واژه در اینجا صحیح نیست(منظور از واژه الگوریتم اینجا الگوریتمی است که برای آموزش از آن استفاده می‌کنیم). بهینه‌سازی متوالی کمینه(Sequential minimal optimization) پر استفاده ترین الگوریتم برای آموزش SVM است. با این حال می‌توان از الگوریتم‌های دیگری مثل کاهش مختصات(Coordinate descent) هم استفاده کرد. در کل بیشتر به جزییاتی مثل این علاقمند نیستند، در نتیجه ما هم برای ساده‌تر شدن فقط از واژه الگوریتم SVM استفاده می‌کنیم(بدون ذکر جزییات الگوریتم آموزشی که استفاده می‌کنیم).

SVM یا SVMها؟

بعضی وقت‌ها می‌بینیم که مردم راجع به SVM و بعضی وقت‌ها هم راجع به SVMها صحبت می‌کنند.

طبق معمول ویکی‌پدیا در روشن و شفاف کردن چیزها به ما کمک می‌کند:

در یادگیری ماشینی، ماشین‌های بردار پشتیبان (SVMsمدل‌های یادگیری نظارت شده به همراه الگوریتم‌های آموزش مربوطههستندکه در تحلیل داده‌های استفاده شده در  رگرسیون و طبقه‌بندی از آن‌ها استفاده می‌شود.(ویکی‌پدیا)

پس حالا ما این را می‌دانیم که چندین مدل‌ متعلق به خانواده SVM وجود دارند.

SVMها – ماشین‌های بردار پشتیبان

بر اساس ویکی‌پدیا SVMها همچنین می‌توانند برای دو چیز استفاده شوند، طبقه‌بندی و رگرسیون.

  • SVM برای طبقه‌بندی استفاده می‌شود.
  • SVR یا(Support Vector Regression) برای رگرسیون.

پس گفتن ماشین‌های بردار پشتیبان هم دیگه الآن منطقی به نظر میاد. با این وجود این پایان داستان نیست!

طبقه‌بندی

در سال ۱۹۵۷ یک مدل خطی ساده به نام پرسپترون توسط فردی به نام فرانک روزنبلت برای طبقه‌بندی اختراع شد(که در واقع اساس شبکه‌های عصبی ساده‌ای به نام پرسپترون چند لایه است).

چند سال بعد، واپنیک و چروننکیس مدل دیگری به نام «طبقه‌بندی کننده حداکث حاشیه» پیشنهاد دادند و همان‌جا بود که SVM متولد شد.

در سال ۱۹۹۲ واپنیک و همکارانش ایده‌ای داشتند که یک چیزی به نام کلک کرنل(Kernel Trick) را به روش قبلی اضافه کنند تا به آن‌ها اجازه دهد که حتی داده‌هایی که به صورت خطی تفکیک‌پذیر نیستند را هم طبقه‌بندی کنند.

سرانجام در سال ۱۹۹۵، کورتز و واپنیک، طبقه‌بندی کننده حاشیه نرم را معرفی کردند که به SVM اجازه می‌دهد تا بعضی از اشتباهات در طبقه‌بندی را هم بپذیرد.

پس وقتی که ما از طبقه‌بندی صحبت می‌کنیم، چهار ماشین بردار پشتیبان مختلف وجود دارد.

  1. طبقه‌بندی کننده حاشیه حداکثر.
  2. نسخه‌ای که از کلک کرنل استفاده می‌کند.
  3. نسخه‌ای که از حاشیه نرم استفاده می‌کند.
  4. نسخه‌ای که ترکیب همه موارد قبلی است.

و البته آخرین روش معمولا بیشترین کاربرد را دارد. دلیل اصلی این که قهمیدن SVMها در نگاه اول کمی گیج کننده به نظر می‌رسد هم همین موضو ع است که ‌آن‌ها از چندین قطعه تسکیل شده اند که در طول زمان به ‌‌آن‌ها چیزهایی اضافه شده است.

به همین دلیل است که وقتی از یک زبان برنامه‌‌نویسی استفاده می‌کنید می‌پرسید از کدام کرنل باید استفاده کنیم(بخاطر کرنل‌های مختلفی که وجود دارند) و یا کدام مقدار ابرپارامتر C را باید استفاده کنید(برای کنترل تاثیر حاشیه نرم).

رگرسیون

در سال ۱۹۹۶، واپنیک و همکارانش، نسخه‌ای از SVM را پیشنهاد دادند که به جای طبقه‌بندی، عمل رگرسیون را انجام می‌دهد. این مورد به Support Vector Regression یا SVR معروف است. همانند SVM در این مدل نیز از کلک کرنل و ابرپارامتر C  استفاده می‌شود.

در آینده مقاله ساده‌ای در مورد توضیح چگونگی استفاده از  SVR در زبان R خواهم نوشت و آدرس آن را همین‌جا قرار خواهم داد.

اگر علاقمند هستید که راجع به SVR بیشتر بدانیند، می‌توانید به این آموزش خوب که نوشته Smola and Schölkopft است، مراجعه کنید.

خلاصه تاریخچه

  • طبقه‌بندی کننده حاشیه حداکثر (۱۹۶۳ یا ۱۹۷۹)
  • کلک کرنل (۱۹۹۲)
  • طبقه‌بندی کننده حاشیه نرم (۱۹۹۵)
  • رگرسیون بردار پشتیبان (۱۹۹۶)

در صورتی که مایلید بیشتر راجع به تاریخچه بدانید، می‌توانید به مقاله مرور همراه با جزییات از تاریخچه مراجعه کنید.

انواع دیگری از ماشین‌های بردار پشتیبان

به دلیل این که SVMها در طبقه‌بندی خیلی موفق بودند، مردم شروع به فکر کردن راجع به این موضوع کردند که چطور می‌توانند از همین منطق در انواع دیگر مسائل استفاده کنند یا این‌ که چطور مشتقات آن را ایجاد کنند. در نتیجه چندین روش مختلف و جالب در خانواده SVM به وجود آمد.

  • ماشین بردار پشتیبان ساخت‌یافتهکه توانایی پیش‌بینی اشیای ساخت‌یافته را دارد.
  • ماشین بردار پشتیبان حداقل مربعکه در طبقه‌بندی و رگرسیون استفاده می‌شود.
  • خوشه‌بندی بردار پشتیبانکه در تحلیل خوشه استفاده می‌شود.
  • ماشین بردار پشتیبان هدایتیکه در یادگیری نیمه نظارت‌شده استفاده می‌شود.
  • SVM رتبه‌بندیبرای مرتب کردن نتایج.
  • ماشین بردار پشتیبان تک کلاسهکه برای تشخیص ناهنجاری استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

دیدیم که سختی در درک کردن این که SVMها دقیقا چه چیزی هستند، امری طبیعی است. علتش هم این است که چندین SVM برای چندین منظور وجود دارند. مثل همیشه تاریخ به ما اجازه می‌دهد که دید بهتری راجع به چگونگی به وجود آمدن SVMهایی که امروزه وجود دارند، داشته باشیم.

امیدوارم این مقاله دید وسیع‌تری از چشم‌انداز  SVM به شما داده باشد و کمک کرده باشد که بهتر این ماشین‌ها را بشناسید و درک کنید.

اگه مایلید که بیشتر راجع به نحوه کار SVM در طبقه‌بندی بدانید، می‌توانید به آموزش‌های ریاضی مربوط به آن مراجعه کنید.

هوش مصنوعی جدید وحشت آور سامسونگ می تواند Deepfakeهای سخنگو از یک تصویر تولید کند.

مشکل deepfake ما در مورد بدتر شدن است: مهندسان سامسونگ در حال حاضر سرهای سخنگوی واقع گرایانه ای را توسعه داده اند که می تواند از یک تصویر تولید شود، بنابراین AI حتی می تواند کلمات را در دهان مونا لیزا قرار دهد.

الگوریتم های جدید که توسط یک تیم از مرکز AI سامسونگ و موسسه علوم و فناوری Skolkovo توسعه یافته است، هر دو در مسکو به بهترین وجه با انواع تصاویر نمونه گرفته شده در زوایای مختلف کار می کنند، اما آنها می توانند تنها با یک تصویر برای کار کردن، حتی یک نقاشی، کاملا موثر باشند.

 

 

 

مدل جدید نه تنها می تواند از یک پایگاه داده اولیه کوچکتر از تصاویر استفاده کند، هم چنین می تواند طبق نظر محققان پشت آن، فیلم های کامپیوتری را در مدت کوتاه تری تولید کند.

و در حالی که همه انواع برنامه های جالب وجود دارد که از تکنولوژی می توان برای آن استفاده کرد – مانند قرار دادن یک نسخه فوق واقع گرایانه از خودتان در واقعیت مجازی – این نگرانی وجود دارد که فیلم های ویدئویی کاملاً تقلبی را می توان از یک تصویر کوچک تولید کرد.

محققان در مقاله خود نوشتند: “چنین توانایی دارای کاربردهای عملی برای تلوزیون است،، از جمله ویدئو کنفرانس و بازی های چند نفره، و همچنین صنعت جلوه های ویژه.”

deepfake

سیستم با آموزش خود در مجموعه ای از ویژگی های چهره برجسته کار می کند که پس از آن می تواند دستکاری شود. بسیاری از آموزش ها بر روی یک پایگاه داده قابل دسترس عمومی از بیش از ۷۰۰۰ تصویر از افراد مشهور، به نام VoxCeleb، و همچنین تعداد زیادی از فیلم ها از صحبت کردن مردم با دوربین انجام شده است.

از آنجا که این رویکرد جدید کار گذشته را با آموزش دادن به شبکه عصبی در مورد چگونگی تبدیل ویژگی های چهره برجسته به فیلم های متحرک با نگاه واقع گرایانه، بیش از چندین بار، بهبود می دهد. سپس این دانش می تواند بر روی چند عکس (یا فقط یک عکس) از کسی که AI قبل از آن هرگز ندیده است، مستقر شود.

 

deepfake new

 

این سیستم از یک شبکه عصبی کانولوشن، یک نوع شبکه عصبی بر اساس فرآیندهای بیولوژیکی در قشر بینایی حیوان استفاده می کند. این منحصراً در پردازش پشته های تصاویر و شناخت آنچه در آنها متخصص است – “convolution” اساساً بخش هایی از تصاویر را شناسایی و استخراج می کند (آن همچنین برای نمونه، در جستجوهای تصویری در وب و تکنولوژی خودرو خود راننده استفاده می شود).

همانند سایر ابزارهای تولید چهره هوش مصنوعی گرا که ما شاهد آن هستیم، آخرین مرحله در این فرآیند برای “واقع گرایی کامل” مورد بررسی قرار می گیرد – از لحاظ فنی یک مدل مولد رقابتی. هر فریمهایی که بیش از حد عجیب و غریب و غیر طبیعی هستند، دوباره برش داده و ارائه میشوند، ویدئو نهایی با کیفیت بهتر را به نمایش میگذارند.

این تکنیک موفق به غلبه بر دو مشکل بزرگ در سرهای سخنگوی تولید شده مصنوعی شده است: پیچیدگی سرها (با دهان ها، مو، چشم ها و غیره) و توانایی ما در به راحتی کشف کردن یک سر جعلی (به عنوان مثال، چهره های شخصیتی در میان سخت ترین عناصر برای طراحان بازی ویدیویی برای درست کردن هستند).

سیستم و دیگران مانند آن، برای بهتر شدن محدود می شوند به طوریکه الگوریتم ها بهبود یابند و مدل های آموزشی موثرتر شوند – و این بدان معنی است که مجموعه ای کامل از سوالات در مورد اینکه آیا می توانید به آنچه که می بینید یا می شنوید اعتماد کنید، اگر در فرم دیجیتال باشد.

از طرف دیگر، ستاره های تلویزیون و فیلم مورد علاقه شما هرگز نباید رشد کنند و بمیرند – AI شبیه به این است که به زودی به اندازه کافی هوشمند خواهد بود تا نمایش های کاملا واقعی را فقط از چند عکس تولید کند و همچنین در زمان ذخیره.