Работа с инструментальными средствами GUI

Окно подсказки (Network/Data Manager Help) показано на рис. 2. и описывает правила работы диспетчером Network/Data Manager при создании нейронной сети.

При создании нейронной сети, необходимо выполнить следующие операции:

1) сформировать последовательность входов и целей (кнопка New Data) либо загрузить их из рабочей области системы MatLab или из файла (кнопка Import);

2) создать новую нейронную сеть (кнопка New Network) либо загрузить ее из рабочей области систем MatLab или из файла (кнопка Import);

3) выбрать тип нейронной сети и нажать кнопку Train…, чтобы открыть окно для задания параметров процедуры обучения;

4) открыть окно Network для просмотра, инициализации, моделирования, обучения и адаптации сети.

Окно формирования данных (Create New Data) показанное на рис. 3, содержит две области редактирования текста для записи имени вводимых данных (область Name) и ввода самих данных (область Value), а также 6 кнопок для указания типа вводимых данных:

Inputs (Входы) – последовательность значений входов;

Targets (Цели) – последовательность значений целей;

Input Delay States (Состояния ЛЗ входа) – начальные условия лини задержки на входе;

Layer Delay States (Состояния ЛЗ слоя) – начальные условия лини задержки в слое;

Outputs – последовательность значений выходов сети;

Errors – разность значений целей и выходов.

Окно создания новой нейронной сети (Create New Network) показано на рис. 4 и включает поля для задания параметров создаваемой сети. В зависимости от типа сети количество полей и их названия изменяются.

Приведем описания полей.

Network Name (Имя сети) – стандартное имя сети, присваиваемое GUI-интерфейсом NNTool; в процессе создания новых сетей порядковый номер будет изменяться автоматически.

Network Type (Тип сети) – список сетей, доступных для работы с интерфейсом NNTool. Для удобства этот список повторен в табл. 1. Интерфейс NNTool позволяет создавать нейронные сети только с одной или двумя слоями.

Таблица 1. Типы сетей, доступных с интерфейсом NNTool

Примечание:

1) для сетей 2, 3, 7 в данной версии NNTool не обеспечивается просмотр структурных схем;

2) сети 5, 9 допускают введение линий задержек на входе;

3) сети 3 допускают введение линий задержек в слое;

4) сети с двумя слоями имеют последовательную структуру, когда выход первого слоя служит входом второго слоя. Исключение составляют сети 3, которые допускают наличие обратной связи в первом слое и передачу входного сигнала на входы обоих слоев.

Input ranges (Диапазон входа) – допустимые границы входов, которые либо назначаются пользователем, либо определяются автоматически по имени входной последовательности, выбираемой из списка Get from Inp…

Training function (Функция обучения) – список обучающих функций.

Performance function (Функция качества обучения) – список функций оценки качества обучения.

Namber of layers (Количество слоев) – количество слоев нейронной сети.

Properties for (Свойства) – список слоев.

Namber of neurons (Количество нейронов) – количество нейронов в слое.

Transfer function (Функция активации) – функции активации слоя.

Окно для импорта и загрузки данных показано на рис. 5.

Source (Источники) – поле для выбора источника данных. Это либо рабочая область системы MatLab (кнопка выбора Input from Matlab Workspace), либо файл (кнопка выбора Load from disk file).

Рис. 5. Окно для импорта и загрузки данных

Если выбрана первая кнопка, то в поле Select a Variable можно увидеть все переменные рабочей области, и, выбрав одну из них, например x, можно передать ее в поле Destination (Назначение) как последовательность входа Inputs (Входы).

Рис. 6. Окно для экспорта или записи данных в файл

При выборе кнопки Load from disk file активизируется поле MAT-file Name и кнопка Browse, что позволяет начать поиск и загрузку файла из файловой системы.

Окно для экспорта или записи данных в файл (Export or Save from Network/Data Manager) показано на рис. 6 и позволяет передавать данные из рабочей области GUI-интерфейса NNTool в рабочую область системы MatLab или записать их в виде файла на диске.

Диалоговая панель Network показана на рис. 7.

Данная диалоговая панель открывается только в том случае, когда в окне Network/Data Manager выделена созданная сеть и становятся активными кнопки View, Initialize, Simulate, Train, Adapt.

Панель имеет 6 закладок:

View (Просмотреть) – структура сети;

Initialize (Инициализация) – задание начальных весов и смещений;

Simulate (Моделирование) – моделирование сети;

Рис. 7. Диалоговая панель Network

Train (Обучение) – обучение сети;

Adapt (Адаптация) – адаптация и настройка параметров сети;

Weights (Веса) – просмотр установленных весов и смещений.

Пример 1. Создадим, используя графический интерфейс пользователя, нейронную сеть для выполнения операции y=x² при задании векторов входа

x=[-1 -0.8 -0.5 -0.2 0 0.1 0.3 0.6 0.9 1]

и цели

y=[1 0.64 0.25 0.4 0 0.01 0.09 0.36 0.81 1]

Откроем с помощью функции nntool основное окно интерфейса, затем сформируем последовательность входов и целей в рабочей области GUI-интерфейса, используя окно Create New Data.

С этой целью сначала нажмем кнопку New Data и далее – в поле Name окна Create New Data – введем сначала имя переменной x, затем – в области значений Value – вектор значений [-1 -0.8 -0.5 -0.2 0 0.1 0.3 0.6 0.9 1] и, используя радиокнопку Inputs (в правой части окна), укажем тип переменных (Inputs - Входы). Ввод завершим нажатием радиокнопки Create (Создать).

Аналогичную операцию проделаем для вектора y, с указанием (с помощью радиокнопки Targets), что это – вектор целевых данных.

Рис. 8. Окно создания нейронной сети

Создадим новую нейронную сеть. Для этого в окне Network/Data Manager нажмем кнопку New Network. В открывшемся окне Create New Network выберем нейронную сеть типа Feed-forward backprop с прямой передачей сигнала и обратным распространением ошибки (см. выше). При создании сети сохраним ей имя, даваемое по умолчанию (network1), диапазон входов определим (в окне Create New Network) с помощью опции Get from input, а количество нейронов (Number of neurons) первого слоя (Layer 1) установим равным двум. Остальные установки при создании сети оставим по умолчанию (рис. 8). Создание сети завершим нажатием кнопки Create.

После этого в окне Network/Data Manager, в области Networks появится имя новой созданной сети – network1. Выберем это имя с помощью мышки, что ведет к активации всех кнопок указанного окна.

Выполним инициализацию сети, для чего с помощью кнопки Initialize… выберем выкладку Initialize. Это приведет к открытию диалоговой панели, показанной на рис. 9.

Для ввода установленных диапазонов и инициализации весов воспользуемся кнопками Set Ranges (Установить диапазоны) Initialize Weights (Инициализировать веса). Если требуется вернуться к прежним диапазонам, то следует выбрать кнопки Revert Ranges (Вернуть диапазоны) и Revert Weights (Вернуть веса), но в условиях примера это не нужно.