sábado, 18 de julio de 2015

REDES DE NEURONAS DE BASE RADIAL

 Fecha: 15 de Julio 2015
Tema: Redes de Neuronas de Base Radial

INTRODUCCIÓN

En si el contenido acerca de las redes neuronales es muy amplio, las Redes Neuronales de Base Radial  facilitan un análisis prudente que permite su aplicación práctica. Se caracterizan por ser redes multicapa, y sus conexiones son hacia adelante. Estas redes poseen tres capas de neuronas: capa de entrada, capa oculta y capa de salida.
La capa de entrada: Es la encargada de transmitir las respectivas señales de entrada a las neuronas ocultas.
La capa Oculta: Posee una única capa oculta en las cuales las neuronas ocultas tienen carácter local. En cambio las neuronas de salida ejecutan una combinación lineal de las aceleraciones de las neuronas ocultas. 
Estas redes proporcionan un entrenamiento más eficiente a comparación de retro propagación. 
En el transcurso de este documento se ira conociendo más acerca de esta red, como es su arquitectura, Aprendizaje y aplicaciones en las que son empleadas.

MARCO  TEÓRICO

REDES DE NEURONAS DE BASE RADIAL

Cada neurona de la capa oculta se especializa en una determinada región del espacio de entradas. La relación entre la entrada y la salida es una suma de funciones no lineales y locales.
CARACTERÍSTICAS
Las funciones de base radial están constituidas  cada una de ellas por  carácter Local, ya que estas son funciones que logran alcanzar un nivel próximo al máximo de su recorrido cuando el patrón de entrada X(n) está próximo al centro de la neurona. Cuando el patrón se va alejando del centro, el valor de la función va tendiendo al valor mínimo de su recorrido.
Las salidas de las redes de neuronas de base radial en si son una combinación lineal de gausianas, las mismas que se activan para una determinada parte del espacio, que están definidos por los patrones de entrada.

ESTRUCTURA DE UNA RED

Para una Red Neuronal de Funciones de Base Radial (RBF), la idea es centrar funciones de base radial alrededor de los datos a aproximar, una de las funciones más utilizadas es la de tipo Gausiana
FUNCIONES DE BASE RADIAL
Son funciones en la cual su salida depende de la distancia a un punto denominado centro.
En general, una red RBF tiene un mejor desempeño con un mayor volumen de datos de entrenamiento.
La construcción de una red RBF requiere de una mayor cantidad de neuronas en los nodos ocultos que en las redes que usan backpropagation.
Características:
Simétricas respecto de x=0
Estas se especifican con al menos dos parámetros, el centro y achura.
Centro: El centro es un punto donde la función posee un extremo.
Anchura: Es la magnitud de la variación de la función según se aleja del centro.

ARQUITECTURA RNBR

Las RNBR tienen una construcción rígida de tres capas:

Imagen 1.Arquitectura de RNBR


CAPA DE ENTRADA

En la primera capa se tiene como entradas el error, la derivada del error y una constante, reciben las señales del exterior, no realizan ningún preprocesado.

CAPA DE OCULTA

Esta capa de gran dimensión y en la que las unidades  (neuronas) son las funciones de base radial, reciben las señales de la capa de entrada y realizan una transformación local y no lineal sobre dichas señales (Diferencia con el MLP).

CAPA DE SALIDA
Se realiza una combinación lineal de las activaciones de las neuronas de la capa oculta y actúa como salida de la red, es decir esta tiene la responsabilidad en la red de la activación de patrones aplicados en la capa de entrada.
APRENDIZAJE DE ENTRENAMIENTO
El entrenamiento que realiza este tipo de redes, determina todas las medidas de la red.
Parámetros de la capa de salida: Pesos, W
Parámetros de la capa Oculta: Centros, C y desviaciones asociadas d.
La determinación de los parámetros de la capa oculta, es ejecutada mediante la optimización en el espacio de entradas, ya que cada neurona va a representar una zona diferente en dicho espacio y en la capa de salida, la optimización se realiza en base a las salidas que se desea obtener (salidas deseadas), ya que en su globalidad, las redes de base radial se utilizan para aproximar relaciones entre el conjunto de variables de entrada y salida que definen el problema.
APRENDIZAJE HÍBRIDO
MÉTODO NO SUPERVISADO: La fase no supervisada es la determinación de parámetros de la capa oculta.
Las neuronas ocultas se determinan porque estas representan zonas desiguales del espacio de entradas, puesto que los centros y desviaciones de estas deben de calcularse con este objetivo, (hay que clasificar el espacio de entradas en otras clases).
 Determinación de Centros
Para la determinación de centros se debe aplicar:
Algoritmo K-medias
Mapas de Kohonen
Determinación de Desviaciones
Estos se deben de calcular de manera que cada neurona de la capa oculta se active en una región del espacio de entradas y de manera que el solapamiento de las zonas de activación de una neurona sea lo más ligero posible, para que de esta manera se pueda suavizar la inserción.
MÉTODO SUPERVISADA: Esta fase es la determinación de pesos en capa de salida. En si es el más utilizado, se basa en lo dicho en el apartado anterior sobre la separación de técnicas de optimización, conserva las características locales de la red.
MÉTODO TOTALMENTE SUPERVISADO
El método totalmente supervisado son todos los parámetros de las redes de neuronas de base radial, es decir los centros, desviaciones y los pesos, se determinan de forma supervisada con el objetivo de minimizar el error cuadrático medio.
Este  método  totalmente supervisado no conserva, en principio, las propiedades o características locales de las RNBR.
GENERALIZACIÓN DE UNA RBF
Después de entrenada una red RBF se mide su capacidad de generalizar antes nuevos ejemplos de entrada. A este proceso se le conoce como Interpolación.
INCONVENIENTES
Esta red presenta algunos inconvenientes como los siguientes:
En algunos casos, es necesario un elevado número de neuronas en la capa oculta. Lo que ocasiona la  pérdida de generalización.
El número de neuronas ocultas aumenta exponencialmente con la dimensión del espacio de entradas.
APLICACIONES
Las RBNR han sido aplicadas a un sinfín de problemas, frecuentemente son utilizadas para resolver problemas de clasificación de mapeo, no obstante son aplicadas también para:
Análisis de series temporales
Diagnósticos médicos.
Reconocimiento de rostro
Sensores de olor
Procesamiento de lenguaje

Visión y procesamiento de imágenes

CONCLUSIONES

Las Redes Neuronales de Base Radial son prácticamente muy fácil de efectuar y al mismo tiempo sobresalen con respecto a su comportamiento. 
Las Funciones de Base Radial (RBF), muestran una opción en el procedimiento de las Redes Neuronales ya que admite ejecutar procedimientos provechosos, en sí lo que hace está es establecer la distribución óptima de una red neuronal en la que se especifica la aplicación.
No obstante todavía queda por resolver el problema de la cantidad de neuronas, pero a excepción de esto existen algunas instrucciones en las cuales emprenden esta dificultad.
BIBLIOGRAFÍA
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Poma, F. 2009.Modelo de Redes Neuronales de base radial. Revista de Información, Tecnología y Sociedad. (En Línea). Consultado el 15 de Julio 2015. Disponible en http://www.revistasbolivianas.org.bo/scielo
                                                                                                          
Pérez, M; Valenciano, P. 2007. Empleo de redes neuronales de base radial. Ciencia Ergo Sum, Vol.14, Nº1, marzo-junio, 2007, pp.6-14.Universidad Autónoma del Estado de México. Disponible en  http://www.redalyc.org

 Valls, J.2007. Redes de Neuronas de Base Radial. (En Línea). Consultado el 15 de Julio 2015. Formato PDF.Disponible en  http://eva.evannai.inf.uc3m.es/et/docencia/rn-inf/documentacion/Tema4-RNBR.pdf





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