Redes neuronales (neocognitron)

TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS: REDES NEURONALES EL NEOCOGNITRÓN ÍNDICE • ARQUITECTURA Pág. 3 • DESCRIPCIÓN FUNCIONAL Pág. 3 • PROCESAMIENTO DE DATOS. Pág. 8 • PROCESAMIENTO DE LA CAPA S Pág. 8 • ENTRENAMIENTO DE PESOS DE LAS CAPAS S Pág. 12 • APRENDIZAJE SIN SUPERVISIÓN Pág. 12 • OTROS MÉTODOS DE APRENDIZAJE Pág. 13 • PROCESAMIENTO DE LA CAPA C Pág. 14 • RENDIMIENTO DEL NEOCOGNITRÓN Pág. 15 •ADICIÓN DE INHIBICIÓN LATERAL Y DE REALIMENTACIÓN AL NEOCOGNITRÓN Pág. 17 • BIBLIOGRAFÍA Pág. 18 1. ARQUITECTURA El Neocognitrón fue creado en un principio para el reconocimiento de caracteres escritos a mano, basado en el estudio de la corteza visual del ojo humano. El diseño del Neocognitrón adopta esta estructura jerárquica en una arquitectura por capas:

(Figura 1) En esta figura se muestra laestructura jerárquica del Neocognitrón. Cada caja representa un nivel del Neocognitrón formado por una capa de células simples USi, y una capa de células complejas, en donde i es el número de capa. U0 representa señales que se originan en la retina. También existe una sugerencia de 1

correspondencia en la estructura jerárquica del cerebro. La red termina con células individuales que corresponden aestímulos visuales complejos. Esas células finales suelen denominarse células abuelas, en la idea de que quizá haya en nuestros cerebros cierta célula que responde a estímulos visuales complejos, tales como una imagen de nuestra abuela. El diseño del Neocognitrón evolucionó a partir de un modelo anterior llamado cognitrón, y existen varias versiones del Neocognitrón en sí. La que se va adescribir tiene nuevas capas de PE (Elementos de proceso), incluyendo la capa de la retina. El sistema ha sido diseñado para reconocer los números del 0 al 9, independientemente del lugar en que se encuentren dentro del campo de visión de la retina. Además, la red tiene un alto grado de tolerancia frente a distorsiones del carácter, y es relativamente insensible al tamaño del carácter. Esta primeraarquitectura contiene únicamente conexiones hacia delante, aunque existen redes realimentadas. • Descripción funcional Los PE del Neocognitrón están organizados en módulos llamados niveles. En la figura 2 se muestra un único nivel. Cada nivel consta de dos capas: una capa de células sencillas, o células S, seguida por una capa de células complejas, o células C. Cada capa, a su vez, está dividida en uncierto número de planos, cada uno de los cuales consta de una distribución rectangular de PE. Para un nivel dado, la capa S y la capa C pueden tener o no el mismo número de planos. Todos los planos de una capa dada tendrán el mismo número de PE; sin embargo, el número de PE de dos planos A puede ser distinto del número de PE de los planos C del mismo nivel. Además, el número de PE por plano puedevariar de nivel a nivel. También hay PE denominados células VS y células VC que no se muestran en la figura. Estos elementos desempeñan un papel importante en el procesamiento, pero se puede describir la funcionalidad del sistema sin hacer referencia a ellos. (Figura 2) Se muestra un único nivel de un Neocognitrón. Cada nivel consta de dos capas y cada capa consta de un cierto número de planos. Losplanos contienen los PE en una distribución rectangular. Los datos pasan de la capa S a la capa C a través de conexiones que no se muestran. En aquellos Neocognitrones que tienen realimentación, también habrá conexiones de la capa C a la capa S. Se construye una red compleja combinando una capa de entrada, a la cual denominaremos retina, con un cierto número de niveles de forma jerárquica, segúnse muestra en la figura 3 Esta figura muestra el número de planos de cada capa para la realización concreta que se va a describir. La estrategia de interconexión es distinta de la de aquellas redes que están totalmente interconectadas entre capas. La figura 4 muestra una representación esquemática de la forma en que están conectadas las células en el Neocognitrón. Cada capa de células sencillas...