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Introdução às Redes Neurais com PHP

    Otávio Calaça – otaviocx@gmail.com
        http://phpendo.blogspot.com


                1º FreeComp



    http://www.computacao.ucg.br/freecomp


       Goiânia, 13 de Dezembro de 2008
Introdução às Redes Neurais com PHP

Grupo de Desenvolvedores PHP de Goiás

    Lista de Discussão
●



    Troca de Conhecimentos
●



    Encontros
●



    Palestras
●



    Eventos
●



    Networking
●
Introdução às Redes Neurais com PHP



                     Roteiro
• Redes Neurais Biológicas
   – O Neurônio Orgânico
• Redes Neurais Artificiais
   – Perceptron
   – Entradas, pesos, limiar e saídas
   – Função de ativação
• FANN (Fast Artificial Neural Network)
   – FANN no PHP
   – Exemplo de utilização
Introdução às Redes Neurais com PHP



O Neurônio Orgânico
Introdução às Redes Neurais com PHP



Redes Neurais Biológicas
Introdução às Redes Neurais com PHP



        Cérebro X Computador
Parâmetro                         Cérebro      Computador
Material                         Orgânico      Metal e plástico
Velocidade                      Milisegundos   Nanosegundos
Tipo de Processamento             Paralelo       Seqüencial
Armazenamento                    Adaptativo       Estático
Possibilidades em um elemento      Várias             2
Controle de Processos           Distribuído     Centralizado
Introdução às Redes Neurais com PHP



    Redes Neurais Artificiais
• Neurônio Artificial
Introdução às Redes Neurais com PHP



    Redes Neurais Artificiais
• Neurônio Artificial (várias entradas)
Introdução às Redes Neurais com PHP



Funções de Ativação
Introdução às Redes Neurais com PHP



   Redes Neurais Artificiais
• Rede de uma camada
Introdução às Redes Neurais com PHP



    Redes Neurais Artificiais
• Rede de várias camadas
Introdução às Redes Neurais com PHP



    Redes Neurais Artificiais
• Rede de várias camadas
Introdução às Redes Neurais com PHP



 FANN (Fast Artificial Neural Network)
• Biblioteca desenvolvida em C;
• Software Livre;
• Possui vínculos para diversas linguagens:
                        Ruby
  – PHP                 Delphi
  – Java                PERL
                        Outras...
  – C++
  – .NET
  – Python
Introdução às Redes Neurais com PHP



                  FANN no PHP
• Extensão disponível no PECL;
• Funções disponiveis para o PHP:
                              fann_get_activation_function_hidden
 fann_create
                              fann_get_activation_function_output
 fann_train
                              fann_get_activation_steepness_hidden
 fann_save
                              fann_get_activation_steepness_output
 fann_run
                              fann_set_learning_rate
 fann_randomize_weights
                              fann_set_activation_function_hidden
 fann_init_weights
                              fann_set_activation_function_output
 fann_get_MSE
                              fann_set_activation_steepness_hidden
 fann_get_num_input
                              fann_set_activation_steepness_output
 fann_get_num_output
 fann_get_total_neurons
 fann_get_total_connections
 fann_get_learning_rate
Introdução às Redes Neurais com PHP



                   FANN no PHP
                                                      Exemplo
$ann = fann_create(array(2, 4, 3), 1.0, 0.7);
fann_train($ann,
           array(
                 array(
                       array(0,0), /* Input(s) */
                       array(0,0,0) /* Output(s) */
                       ),
                 array(
                       array(0,1), /* Input(s) */
                       array(1,1,0) /* Output(s) */
                       ),
                 array(
                       array(1,0), /* Input(s) */
                       array(1,1,0) /* Output(s) */
                       ),
                 array(array(1,1), /* Input(s) */
                       array(0,1,1) /* Output(s) */
                       )
                 ),
           100000,
           0.0000001,
           1000);
Introdução às Redes Neurais com PHP



                     FANN no PHP
                                                      Exemplo
print_r(fann_run($ann,   array(0,   0)));
print_r(fann_run($ann,   array(0,   1)));
print_r(fann_run($ann,   array(1,   0)));
                                                      [0] => XOR
print_r(fann_run($ann,   array(1,   1)));
                                                      [1] => OR
                                                      [2] => AND
Retorno:
    Array                            Array
    (                                (
        [0]   => 0                       [0]   => 1
        [1]   => 0                       [1]   => 1
        [2]   => 0                       [2]   => 0
    )                                )
                                     Array
    Array
                                     (
    (
                                         [0]   => 0
        [0]   => 1
                                         [1]   => 1
        [1]   => 1
                                         [2]   => 1
        [2]   => 0
                                     )
    )
Introdução às Redes Neurais com PHP



           Exemplo de Utilização
• Lendo letras em ASCII

  ######   #####    ######   ######    #####   ######   #    #   #####
  #        #    #   #        #        #        #    #   ## ##    #    #
  #####    #####    #####    #####    #        #    #   # ## #   #####
  #        ##       #        #        #        #    #   #    #   #
  #        # ##     ######   ######    #####   ######   #    #   #
Introdução às Redes Neurais com PHP



          Exemplo de Utilização
• Transformando em binário para entradas
  da rede:
 ######         111111 => 111111100000111110100000100000
 #              100000
 #####    ==>   111110
                             5x6 = 30 entradas
 #              100000
 #              100000

 26 letras = 26 possibilidades de saída
 5 saídas conseguem 25 = 32 possibilidades
Saída esperada para a letra F => 5 = 000101 (bin)
Introdução às Redes Neurais com PHP



      Exemplo de Utilização

• Com a entrada legível pela rede, teremos
  então que treiná-la.

• Padrões de entrada a serem usados.
• Saídas esperadas.
Introdução às Redes Neurais com PHP



      Exemplo de Utilização

• Características da Rede:
  – 30 entradas;
  – 5 saídas;

• Quando utilizar a camada oculta?
Introdução às Redes Neurais com PHP



      Exemplo de Utilização

• Treinando
  – Definissão de pesos e limiar adequados
  – Tornando a rede mais inteligente


• Qual erro deve ser permitido?
Introdução às Redes Neurais com PHP



      Exemplo de Utilização
• Após o treinamento:
Introdução às Redes Neurais com PHP



        Exemplo de Utilização
    Aperfeiçoamento da rede;
•
•   Inserção de camada oculta;
•   Inserção de novos padrões de entrada;
•   Usando o fannExplorer.

• Por que utilizar redes neurais para o
  reconhecimento de padrões?
Introdução às Redes Neurais com PHP




Agradecimentos
Introdução às Redes Neurais com PHP



  Perguntas?


   Otávio Calaça
otaviocx@gmail.com
Introdução às Redes Neurais com PHP



                 Referências
• FANN
   http://leenissen.dk/fann/
• PECL fann
   http://pecl.php.net/package/fann
• PHP: Hypertext Preprocessor
   http://www.php.net
• Martin Hagan
   http://hagan.ecen.ceat.okstate.edu/nnd.html
• Uma introdução às redes neurais
   http://www.din.uem.br/ia/neurais/

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  • 1. Introdução às Redes Neurais com PHP Otávio Calaça – otaviocx@gmail.com http://phpendo.blogspot.com 1º FreeComp http://www.computacao.ucg.br/freecomp Goiânia, 13 de Dezembro de 2008
  • 2. Introdução às Redes Neurais com PHP Grupo de Desenvolvedores PHP de Goiás Lista de Discussão ● Troca de Conhecimentos ● Encontros ● Palestras ● Eventos ● Networking ●
  • 3. Introdução às Redes Neurais com PHP Roteiro • Redes Neurais Biológicas – O Neurônio Orgânico • Redes Neurais Artificiais – Perceptron – Entradas, pesos, limiar e saídas – Função de ativação • FANN (Fast Artificial Neural Network) – FANN no PHP – Exemplo de utilização
  • 4. Introdução às Redes Neurais com PHP O Neurônio Orgânico
  • 5. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Biológicas
  • 6. Introdução às Redes Neurais com PHP Cérebro X Computador Parâmetro Cérebro Computador Material Orgânico Metal e plástico Velocidade Milisegundos Nanosegundos Tipo de Processamento Paralelo Seqüencial Armazenamento Adaptativo Estático Possibilidades em um elemento Várias 2 Controle de Processos Distribuído Centralizado
  • 7. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Artificiais • Neurônio Artificial
  • 8. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Artificiais • Neurônio Artificial (várias entradas)
  • 9. Introdução às Redes Neurais com PHP Funções de Ativação
  • 10. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Artificiais • Rede de uma camada
  • 11. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Artificiais • Rede de várias camadas
  • 12. Introdução às Redes Neurais com PHP Redes Neurais Artificiais • Rede de várias camadas
  • 13. Introdução às Redes Neurais com PHP FANN (Fast Artificial Neural Network) • Biblioteca desenvolvida em C; • Software Livre; • Possui vínculos para diversas linguagens: Ruby – PHP Delphi – Java PERL Outras... – C++ – .NET – Python
  • 14. Introdução às Redes Neurais com PHP FANN no PHP • Extensão disponível no PECL; • Funções disponiveis para o PHP: fann_get_activation_function_hidden fann_create fann_get_activation_function_output fann_train fann_get_activation_steepness_hidden fann_save fann_get_activation_steepness_output fann_run fann_set_learning_rate fann_randomize_weights fann_set_activation_function_hidden fann_init_weights fann_set_activation_function_output fann_get_MSE fann_set_activation_steepness_hidden fann_get_num_input fann_set_activation_steepness_output fann_get_num_output fann_get_total_neurons fann_get_total_connections fann_get_learning_rate
  • 15. Introdução às Redes Neurais com PHP FANN no PHP Exemplo $ann = fann_create(array(2, 4, 3), 1.0, 0.7); fann_train($ann, array( array( array(0,0), /* Input(s) */ array(0,0,0) /* Output(s) */ ), array( array(0,1), /* Input(s) */ array(1,1,0) /* Output(s) */ ), array( array(1,0), /* Input(s) */ array(1,1,0) /* Output(s) */ ), array(array(1,1), /* Input(s) */ array(0,1,1) /* Output(s) */ ) ), 100000, 0.0000001, 1000);
  • 16. Introdução às Redes Neurais com PHP FANN no PHP Exemplo print_r(fann_run($ann, array(0, 0))); print_r(fann_run($ann, array(0, 1))); print_r(fann_run($ann, array(1, 0))); [0] => XOR print_r(fann_run($ann, array(1, 1))); [1] => OR [2] => AND Retorno: Array Array ( ( [0] => 0 [0] => 1 [1] => 0 [1] => 1 [2] => 0 [2] => 0 ) ) Array Array ( ( [0] => 0 [0] => 1 [1] => 1 [1] => 1 [2] => 1 [2] => 0 ) )
  • 17. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Lendo letras em ASCII ###### ##### ###### ###### ##### ###### # # ##### # # # # # # # # ## ## # # ##### ##### ##### ##### # # # # ## # ##### # ## # # # # # # # # # # ## ###### ###### ##### ###### # # #
  • 18. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Transformando em binário para entradas da rede: ###### 111111 => 111111100000111110100000100000 # 100000 ##### ==> 111110 5x6 = 30 entradas # 100000 # 100000 26 letras = 26 possibilidades de saída 5 saídas conseguem 25 = 32 possibilidades Saída esperada para a letra F => 5 = 000101 (bin)
  • 19. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Com a entrada legível pela rede, teremos então que treiná-la. • Padrões de entrada a serem usados. • Saídas esperadas.
  • 20. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Características da Rede: – 30 entradas; – 5 saídas; • Quando utilizar a camada oculta?
  • 21. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Treinando – Definissão de pesos e limiar adequados – Tornando a rede mais inteligente • Qual erro deve ser permitido?
  • 22. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização • Após o treinamento:
  • 23. Introdução às Redes Neurais com PHP Exemplo de Utilização Aperfeiçoamento da rede; • • Inserção de camada oculta; • Inserção de novos padrões de entrada; • Usando o fannExplorer. • Por que utilizar redes neurais para o reconhecimento de padrões?
  • 24. Introdução às Redes Neurais com PHP Agradecimentos
  • 25. Introdução às Redes Neurais com PHP Perguntas? Otávio Calaça otaviocx@gmail.com
  • 26. Introdução às Redes Neurais com PHP Referências • FANN http://leenissen.dk/fann/ • PECL fann http://pecl.php.net/package/fann • PHP: Hypertext Preprocessor http://www.php.net • Martin Hagan http://hagan.ecen.ceat.okstate.edu/nnd.html • Uma introdução às redes neurais http://www.din.uem.br/ia/neurais/