רשת נוירונים
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
רשת נוירונית היא מערך של נוירונים מלאכותיים או ביולוגיים המחוברים ביניהם. ניתן להבדיל בין שתי קבוצות עיקריות של רשתות נוירונים:
- רשתות נוירונים ביולוגיות, לדוגמה המוח האנושי או חלקים ממנו.
- רשתות נוירונים מלאכותיות. בתחילה המושג ציין מודלים אלקטרוניים, מכניים או חישוביים של רשתות נוירונים ביולוגיות, אך במשך הזמן המושג התרחב וכיום ישנן רשתות נוירונים שאינן דומות למקבילה ביולוגית כלשהי.
כשאומרים "רשת נוירונים" לרוב מתכוונים לרשת מלאכותית, במיוחד במדעי המחשב ובתחומים הקרובים להם. ישנם גם היברידים, הכוללים נוירונים ביולוגיים כחלק ממעגל אלקטרוני, כך שההבדלה ביניהם אינה תמיד ברורה.
תוכן עניינים |
[עריכה] אפיון
באופן כללי, רשת נוירונים מורכבת מקבוצה או קבוצות של נוירונים המחוברים ביניהם. נוירון אחד יכול להיות מחובר לנוירונים רבים אחרים, ולכן המבנה הכללי של הרשת יכול להיות מורכב מאד.
בתחום הבינה המלאכותית, מנסים לחקות כמה מהמאפיינים של רשתות נוירוניות. הגעה למשהו הדומה ללמידה וזיכרון אנושי היא המטרה העיקרית של המודלים האלה. רשתות הנוירונים המלאכותיות האלה מועילות, בעיקר בזיהוי תבניות ובמשימות מיון. יש להן יישום גם בשליטה על תהליכים בתעשייה הכימית, בהבנת דיבור (בידי מכונה), בקריאת אותיות או סימנים, בתוכנות לומדות וברובוטים אוטונומיים.
[עריכה] השוואה בין רשתות נוירונים ביולוגיות ומלאכותיות
ההבדל היסודי ביותר בין המוח לבין המחשב הוא שהמחשבים של היום פועלים בעיקר בחישוב טורי, או עם כמות קטנה של חישוב מקבילי, ואילו המוח הוא פועל בחישוב מקבילי.
על פי המודל החישובי של טיורינג, "מכונת טיורינג" (שהוכיחה כי כל חישוב שיכול להעשות בידי מחשב מקבילי יכול להעשות גם בידי מחשב טורי), יתכן כי מדובר פה בהבדל פונקציוניאלי ולא מהותי. אך יש שטוענים כי "בניגוד למכונות טיורינג, החיישובים במערכות ניורוניות הן לא דיגיטליות, ולא פועלות על קלט סטטי, אלא כפונקציה של הזמן".
יתר על כן, מחשב הוא מערכת ממורכזת שבמרכזה מעבד, ואילו לגבי המוח עדיין לא ברור האם הוא מערכת ממורכזת או מבוזרת.
ישנם עוד כמה הבדלים חשובים בין רשתות נוירונים במוח לרשתות מלאכותיות. במוח יש מספר עצום של מרכיבים (בערך 1011), שכל אחד מהם מחובר למרכיבים רבים (בערך 104). כל אחד מהמרכיבים האלה מבצע חישוב פשוט למדי, שטבעו עדיין אינו ברור לחלוטין, יחסית באיטיות (פחות מקילוהרץ אחד), המבוסס בעיקר על מידע שהוא מקבל מהחיבורים המקומיים שלו. במערכות מלאכותיות, הנוירונים מחוברים ביניהם באופן אחיד, וכל הנוירונים מבצעים את אותה הפעולה החישובית. לכל חיבור מיוחס משקל מספרי כלשהו. הפלט של כל נוירון הוא ערך מספרי יחיד, שמחושב כתוצאה של סכום הפעולות של נוירוני הקלט והמשקל היחסי שלהם.
בהשוואות מסוימות בין המוח לבין מחשבים, יש שמחשבים את החישוב הבא: ישנם מליארדי נוירונים במוח האנושי; ההערכות משתנות, אך מדובר בערך ב־1012*2 נוירונים. מכיוון שזמן הרגיעה של הנוירונים האלה הוא בערך 10 מילי-שניה, מהירות החישוב היא בערך 100 הרץ. לפיכך לכל המוח יש עוצמה חישובית של בערך 1014*2 פעולות לוגיות לשניה. אפשר להשוות זאת למחשב PC עם מעבד של 64 ביט בתדירות של 3 ג'יגה-הרץ, המבצע 1011*2 פעולות לוגיות בשניה. אך יש לזכור שלכל נוירון יכולים להיות יותר מאלף חיבורים, ולפיכך הם מעבדים של 1000 ביט ולא 64, דבר המביא אותנו לכך שהמוח יכול לעבד 1032*5.88 יותר מידע, ולכן הוא בערך פי 1035*5.8 יותר חזק מהמחשב הביתי הממוצע. אך השוואה זו היא ספקולטיבית מאד. אין עדיין הבנה ברורה של אופן הפעולה של רשתות נויורונים ביולוגיות, וכלל לא ברור שיש מקום להשוות בין הפעולות הלוגיות המתבצעות שם לאלה שהמחשב מבצע.
אפשר גם לחלק את רשתות הנוירונים לשתי קבוצות שונות, בעלות למידה מונחית או לא מונחית. רשתות מונחות, כמו הפרספטרון, משתמשות באלגוריתם למידה מונחה, כלומר שהמערכת צריכה לקלוט ולפלוט מידע בשלב הלמידה. אלגוריתם הלמידה השכיח ביותר הוא אלגוריתם ה־Backpropagation. לעומת זאת, רשתות לא מונחות, כמו רשת קוהונן (Kohonen), מצריכות רק שמידע יקלט, ללא פלט. מערכות אלה מארגנות את המידע הנקלט בעצמן, על פי מדד דמיון.
מודלים תיאורטיים מסוימים של רשתות נוירונים נותחו באופן המאפשר לחשב את יכולת האגירה המקסימלית שלהם ללא קשר לכל אלגוריתם למידה. טכניקות שונות, שפותחו במקור עבור מערכות מגנטיות לא-מסודרות, יושמו בהצלחה בבנייה של רשתות נוירונים פשוטות, כגון הפרספטרון.
[עריכה] היסטוריה של אנלוגיית רשת הנוירונים
הרעיון של רשתות נוירונים החל בסוף המאה ה-19, כנסיון להסביר כיצד פועל המוח האנושי. היישום של רעיונות אלה למודלים חישוביים החל עם הפרספטרון.
פרידריך הייק היה הראשון, בתחילת שנות ה-50, שהציע את הרעיון של סדר ספונטני במוח שנובע מרשתות מבוזרות של יחידות פשוטות (נוירונים).

