Логотип Автор24реферат
Заказать работу
Реферат на тему: Параллельные вычисления в задачах машинного обучения
100%
Уникальность
Аа
13937 символов
Категория
Программирование
Реферат

Параллельные вычисления в задачах машинного обучения

Параллельные вычисления в задачах машинного обучения .doc

Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также промокод Эмоджи на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.

ВВЕДЕНИЕ
Машинное обучение – это применение искусственного интеллекта (ИИ), которое предоставляет использующим его системам возможность автоматически обучаться и совершенствоваться на основе опыта без явного программирования. Машинное обучение направлено на разработку компьютерных программ, которые могут получать доступ к данным и использовать их для обучения. Машинное обучение тесно связано (и часто пересекается) с вычислительной статистикой, которая фокусируется на прогнозировании с использованием компьютеров, а также с математическими методами оптимизации, которые обеспечивают доступ к методам, теории и областям применения. Машинное обучение иногда отождествляется с интеллектуальным анализом данных, которое больше фокусируется на исследовательском анализе (неконтролируемое обучение). Оно также может быть неконтролируемым и использоваться для изучения и установления базовых поведенческих профилей для различных объектов, а затем использоваться для поиска значимых аномалий. Контролируемый алгоритм обучения контролирует данные обучения и вырабатывает общее правило (функцию), которое можно использовать для отображения новых входных данных
Машинное обучение в настоящее время – это мощный инструмент обработки больших объемов данных, требующий, однако, выбора между качеством полученных моделей и временем их расчета. Настройка модели алгоритмов по данным – это задача оптимизации, от эффективности решения которой зависит практическая применимость метода машинного обучения. В эпоху больших данных многие классические алгоритмы оптимизации становятся неприменимы, поскольку требуется решать задачи оптимизации функций за время меньшее, чем необходимо для вычисления значения функции в одной точке. Таким требованиям можно удовлетворить в случае грамотного комбинирования известных подходов в оптимизации и использования параллельных вычислений.
Основы машинного обучения
Для решения задачи классификации объектов, то есть установления связи между объектами и классами, к которым они принадлежат, может использоваться алгоритм контролируемого обучения, или обучения с учителем, который состоит в демонстрации системе распознавания нескольких учебных изображений, каждому из которых поставлена в соответствие метка класса (отклик), сделанная, возможно, человеком (который и является учителем). Совокупность таких пар «объект – ответ» при этом называется обучающей выборкой. Набор пар, которые системе распознавания неизвестны, используется для оценки качества алгоритма и называется тестовой выборкой.
Двумя важнейшими типами задач обучения с учителем являются регрессия и классификация. В задаче классификации алгоритм пытается предсказать отклик для неизученных данных на основе данных обучения, и множество возможных ответов, таким образом, является конечным. В задаче регрессии выход, который пытается предсказать алгоритм, является непрерывным, то есть ответы являются действительными числами или векторами действительных чисел.
Структурная схема на рисунке 1 иллюстрирует процесс обучения с учителем . Здесь участие учителя рассматривается как наличие знаний об окружающей среде, причем эти знания представлены парами «вход-выход». При этом сама окружающая среда неизвестна обучаемой системе. Если на вход учителю и обучаемой системе подается обучающий вектор из окружающей среды, то учитель на основе имеющихся знаний может сформировать и передать системе желаемый отклик (действия, которые должна выполнить система), соответствующий данному входному вектору. Разность между желаемым и текущим откликом системы называется сигналом ошибки

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

. Параметры системы настраиваются при помощи комбинации обучающей выборки и сигнала ошибки с использованием различных методов оптимизации; настройка происходит пошагово для того, чтобы система имитировала поведение учителя. Оптимальные параметры позволяют системе корректно определять отклик для ранее невидимых векторов, поскольку знания учителя передаются в систему в максимально полном объеме.
Другим большим разделом машинного обучения является обучение без учителя (рисунок 2). В этом виде обучения системе предоставляются данные, а желаемый отклик не предусмотрен. Классический пример использования такого подхода – задача кластеризации, где заданное множество объектов разбивается на непересекающиеся подмножества (кластеры). Объекты выделяются в подмножества благодаря общим свойствам, в результате чего каждое из подмножеств состоит из схожих объектов, а между объектами разных подмножеств существуют серьезные различия. Совсем недавно, особенно с появлением технологий глубокого обучения, обучение без учителя стало полезным инструментом предварительной обработки в задачах обнаружения полезных представлений данных .
Для непосредственного процесса обучения использование полноразмерных входных данных может быть неоправданным или вовсе невозможным. По этой причине данные, как правило, подвергаются небольшой предварительной обработке, в результате которой алгоритмы машинного обучения в качестве входных данных используют наиболее важные признаки, извлеченные из исходных данных. Проблема такого подхода заключается в поиске и выборе тех признаков, которые являются более важными, чем другие.
Одной из ключевых задач в машинном обучении является способность алгоритма к обобщению. Вывод закономерностей из прецедентов означает возможность хорошо работать на новых, ранее неизученных входных данных, которую должен обеспечить используемый алгоритм. Чаще всего обучающая ошибка (то есть ошибка, возникающая в процессе обучения) может быть уменьшена. Однако основное отличие машинного обучения от методов оптимизации состоит в том, чтобы также была низкой ошибка обобщения, называемая тестовой ошибкой.
Тестовая ошибка определяется как ожидаемое значение ошибки на новом входе и обычно оценивается путем измерения производительности алгоритма на тестовой выборке примеров, которые были собраны отдельно от обучающей выборки. Величина средней ошибки обучения и небольшой разрыв между ошибкой обучения и тестовой ошибкой являются факторами, которые оказывают влияние на две центральные проблемы в машинном обучении, – недообучение и переобучение. Недообучение происходит в том случае, когда алгоритм не может получить достаточно низкое значение ошибки на обучающей выборке. Такая ситуация может возникнуть при использовании недостаточно сложных методов. Переобучение происходит, когда разрыв между ошибкой обучения и тестовой ошибкой слишком велик. Как правило, к этому приводит сложный метод обучения в сочетании с небольшим размером обучающей выборки. Цель этапа обучения состоит в том числе в минимизации ошибки.
На рисунке 3 показаны эффекты недообучения и переобучения.
На графике слева функция обучения охватывает не все точки (происходит недообучение), на графике справа возникает «ложное срабатывание» – в итоговый результат включается точка, являющаяся шумом (переобучение). На графике в центре проиллюстрирован пример обученного алгоритма.
GPU в задачах машинного обучения
Графический процессор очень хорошо подходит для решения задач, допускающих распараллеливание по данным, одновременно обладая средствами выполнения потоков арифметических операций, характеризуемых частыми обращениями к памяти

50% реферата недоступно для прочтения

Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее время!

Промокод действует 7 дней 🔥
Оставляя свои контактные данные и нажимая «Заказать работу», я соглашаюсь пройти процедуру регистрации на Платформе, принимаю условия Пользовательского соглашения и Политики конфиденциальности в целях заключения соглашения.
Больше рефератов по программированию:

Информация о текстовом процессоре Word или графической системе AutoCAD

8680 символов
Программирование
Реферат
Уникальность

Язык сценариев JavaScript

5440 символов
Программирование
Реферат
Уникальность

Компьютерное моделирование

14444 символов
Программирование
Реферат
Уникальность
Все Рефераты по программированию
Закажи реферат
Оставляя свои контактные данные и нажимая «Узнать стоимость», я соглашаюсь пройти процедуру регистрации на Платформе, принимаю условия Пользовательского соглашения и Политики конфиденциальности в целях заключения соглашения.

Наш проект является банком работ по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание работ по ненужным предметам или ищете шаблон для своей работы — он есть у нас.