| Россия |
Инспектор
Вы можете этот курс.
Опубликован: 25.12.2006 | Уровень: специалист | Доступ: платный
Лекция 2:
Нейрокомпьютеры: какие они?
Нейро-эмуляторы
Доступность и возросшие вычислительные возможности современных компьютеров привели к широкому распространению программ, использующих принципы нейросетевой обработки данных, о которых мы поговорим подробнее в следующих разделах, но исполняемых на последовательных компьютерах. Этот подход не использует преимуществ присущего нейро-вычислениям параллелизма, ориентируясь исключительно на способность нейросетей решать неформализуемые задачи .
Преимущества нейро-эмуляторов
Преимущества таких "виртуальных" нейрокомпьютеров для относительно небольших задач очевидны:
- Во-первых, не надо тратиться на новую аппаратуру, если можно загрузить уже имеющиеся компьютеры общего назначения.
- Во-вторых, пользователь не должен осваивать особенности программирования на спец-процессорах и способы их сопряжения с базовым компьютером.
- Наконец, универсальные ЭВМ не накладывают никаких ограничений на структуру сетей и способы их обучения, тогда как спец-процессоры зачастую имеют ограниченный набор "зашитых" в них функций активации и достигают пиковой производительности лишь на определенном круге задач.
В общем, если речь идет не о распознавании изображений в реальном времени или других приложениях такого рода, а, скажем, об обработке и анализе обычных баз данных, не имеет особого смысла связываться с нейро-ускорителями. Скорее всего, производительности хорошей PC окажется вполне достаточно. Поскольку большинство финансовых применений относится пока имено к этому классу задач, мы будем ориентировать нашего читателя на использование нейро-эмуляторов. Несколько условно нейро-software можно разделить на готовые нейро-пакеты общего назначения, более дорогие системы разработки нейроприложений, обладающие большими возможностями, но требующие и больших знаний, и, наконец, готовые комплексные решения с элементами нейросетевой обработки информации, обычно скрытыми от глаз пользователя.
Готовые нейро-пакеты
Это законченные независимые программные продукты, предназначенные для широкого класса задач, в основном - для предсказаний и статистической обработки данных. Большинство из имеющихся на рынке нейропакетов имеет дружественный интерфейс пользователя, не требующий знакомства с языками программирования.
Множество нейро-эмуляторов начального уровня можно найти в Internet как shareware или freeware.
Это, обычно, многослойные персептроны с одним или несколькими правилами обучения. Исключение составляет
вполне профессиональный Штутгартский симулятор с большим набором возможностей, работающий, правда, только на
UNIX-машинах. Коммерческие пакеты отличаются от свободно распространяемых большим набором средств импорта и
предобработки данных, дополнительными возможностями по анализу значимости входов и оптимизации структуры сети.
Стоимость коммерческих эмуляторов - масштаба $1000. Как правило, такие пакеты (BrainMaker Professional,
NeuroForecaster, Лора-IQ300) имеют собственный встроенный блок предобработки данных, хотя иногда для этой цели
удобнее использовать стандартные электронные таблицы. Так, нейро-продукты группы нейрокомпьютинга ФИАН встраивается
непосредственно в Microsoft Excel в качестве специализированных функций обработки данных. При этом всю предобработку
данных и визуализацию результатов можно проводить стандартными средствами Excel, который, кроме того, имеет богатый и расширяемый
набор конверторов для импорта и экспорта данных.
Такие пакеты нацелены на решение информационных задач в диалоговом режиме - при непосредственном участии пользователя. Они не применимы в условиях потоковой обработки данных. Кроме того, они не приспособлены для разработки сложных систем обработки данных, состоящих из многих блоков, содержащих, скажем, сотни нейросетей, адаптивно настраивающихся и дообучающихся на вновь поступающих данных. Разработка таких "серьезных" систем требует специального инструментария.
Инструменты разработки нейроприложений
Главное, что отличает этот класс программного обеспечения - способность генерировать "отчуждаемые" нейросетевые продукты, т.е. генерировать программный код, использующий обученные нейросети для обработки данных. Такой код может быть встроен в качестве подсистемы в любые сколь угодно сложные информационные комплексы.
Примерами подобных систем, способных генерировать исходные тексты программ являются NeuralWorks Professional II
Plus (стоимостью от $3000) фирмы NeuralWare и отечественный Neural Bench (нейро-верстак). Последний интересен, кроме прочего, тем,
что может генерировать коды на многих языках, включая Java. Такие Java-апплеты могут использоваться для организация различного
рода сервисов в глобальных и локальных сетях. Удобным инструментом разработки сложных нейросистем является MATLAB с прилагающимся
к нему нейросетевым инструментарием, органично вписавшимся в матричную идеологию этой системы. MATLAB предоставляет удобную среду
для синтеза нейросетевых методик с прочими методами обработки данных (wavelet-анализ, статистика, финансовый анализ и т.д.).
Разработанные в системе MATLAB приложения могут быть затем перетранслированы в C++.
Подобные средства разработки используются фирмами, в частности, для создания основанных на нейросетевой обработке данных готовых решений в различных областях.
Готовые решения на основе нейросетей
Это - конечный результат. Здесь нейросети спрятаны от пользователя в недрах готовых автоматизированных комплексов, предназначенных для решения конкретных производственных задач. Например, уже упоминавшийся продукт Falcon встраивается в банковскую автоматизированную систему обслуживания платежей по пластиковым карточкам. В другом случае это будет автоматизированная система управления заводом или реактором. Конечного пользователя, как правило, не интересует способ достижения результата, ему важно лишь качество продукта. Поскольку многие такие готовые решения обладают уникальными возможностями (пока специалисты по нейрокомпьютингу еще в дефиците) и обеспечивают реальные конкурентные преимущества, их цена может быть довольно высока - порядка $106 - гораздо выше, чем стоимость нейро-hardware.
Испанская компания SEMP занимается повышением эффективности обслуживания кредитных карт VISA, эмитируемых испанскими
банками. Количество подобных транзакций - от 500,000 до 1,000,000 в день. Нейросетевая система, разработанная для нее учеными из
Мадридского Института Инженерии Знаний (Instituto de Ingenieria del Conocimiento), уменьшила вероятность несанкционированного
использования карт на 30-40% для основных каналов мошенничества.
Нейросетевой консалтинг
Описание рынка нейро-продуктов будет не полным без упоминания о нейро-консалтинге. Вместо того, чтобы продавать готовые программы либо инструменты для их разработки, можно торговать и услугами. Например, до изобретения радио большим спросом пользовались барометры, как инструменты предсказания погоды. Теперь же мы просто узнаем погоду по радио или TV, а не предсказываем ее кустарными методами. Некоторые задачи, например такие, как предсказание рыночных временных рядов, являются настолько сложными, что доступны лишь настоящим профессионалам. Не каждая компания может позволить себе издержки, ассоциируемые с передовыми научными разработками (например, постоянное участие в международных конференциях). Поэтому приобретают популярность фирмы, единственной продукцией которых являются предсказания рынков. При большом числе клиентов цена таких предсказаний может быть весьма умеренной.
Примером здесь может служить Prediction Company, основанная в 1991 году физиками Дойном Фармером и Норманом Паккардом
- специалистами в области динамического хаоса. Первый до этого руководил группой исследования сложных систем в ядерной лаборатории
Лос Аламоса, а второй работал в Институте Перспективных Исследований в Принстоне (где когда-то трудился Эйнштейн). Продукция компании
пользуется большим успехом среди Швейцарских банков, скупающих прогнозы "на корню" для игры на фондовых и валютных рынках.
| Сегмент рынка нейро-продуктов | Преимущества продукции | Недостатки продукции |
|---|---|---|
| Нейро-пакеты общего назначения | Не требуют самостоятельного программирования, легко осваиваются, инструмент быстрого и дешевого решения прикладных задач | Не способны к расширению, не способны генерировать отчуждаемые приложения, не могут использоваться для разработки сложных систем или их подсистем |
| Системы разработки нейроприложений | Могут использоваться для создания сложных систем обработки данных в реальном времени (или их подсистем) | Требуют навыков программирования, более глубокого знания нейросетей |
| Готовые решения на основе нейросетей | Не предполагают знакомства пользователя с нейросетями, предоставляют комплексное решение проблемы | Как правило - дорогое удовольствие |
| Нейро-консалтинг | Не предполагает участия пользователя в получении прогнозов, потенциальная дешевизна услуг | Нет возможности дополнить предсказания своим know how. Доступность конфиденциальной информации |
Рынок нейропродукции
Объем рынка нейропродукции, структуру которого мы попытались выше очертить, растет стремительными темпами: по разным оценкам - от 30% до 50% в год, перевалив недавно за миллиард долларов (рисунок 2.2).
Такой же рост наблюдался в начале 80-х годов на формирующемся в то время рынке персональных компьютеров. Миллиардный оборот
тогда явился сигналом для вступления на этот рынок гиганта компьютерной индустрии - IBM. Все мы прекрасно помним как в результате
возникшей конкуренции за деньги конечного пользователя преобразился весь компьютерный мир…
Нейрокомпьютеры и их программные эмуляторы, естественно, интересны не сами по себе, а как инструмент решения практических задач. Только в этом случае нейропродукция будет обладать потребительской стоимостью и иметь соответствующий объем рынка. Где же и как используется нейросетевая продукция сегодня?
