Deep Learning Book
Em Português, Online e Gratuito
Nos primeiros capítulos deste livro ensinamos nossas redes neurais a fazer um bom trabalho reconhecendo imagens de dígitos manuscritos: Fizemos isso usando redes nas quais camadas adjacentes são totalmente conectadas umas às outras. Ou seja, todos os neurônios da rede estão conectados a todos os neurônios em camadas adjacentes: Em particular, …
Vamos continuar com a discussão dos dois capítulos anteriores e investigar a Relação Entre o Tamanho do Lote e o Cálculo do Gradiente. Como explicar porque o treinamento com lotes maiores leva a uma precisão menor nos testes? Uma hipótese pode ser que as amostras de treinamento no mesmo lote interfiram (competem) com o gradiente …
Vamos retomar a discussão do capítulo anterior e tentar melhorar a precisão do modelo nos dados de teste a partir de um tamanho de lote maior, aumentando a taxa de aprendizado (learning rate). Vamos estudar O Efeito da Taxa de Aprendizagem no Treinamento de Redes Neurais Artificiais. Algumas pesquisas na literatura sobre otimização em Machine …
A partir deste capítulo você vai compreender em mais detalhes a arquitetura dos principais modelos de Deep Learning, com ênfase nas escolhas dos hiperparâmetros e abordagens de treinamento. Vamos começar com O Efeito do Batch Size no Treinamento de Redes Neurais Artificiais. Neste experimento, vamos investigar o efeito do tamanho do lote (Batch Size) na …
No capítulo anterior descrevemos para você a Matemática que ajuda a explicar a causa do problema da dissipação do gradiente. Mas a dissipação não é o único problema que pode ocorrer. Neste capítulo vamos descrever outros possíveis problemas com o gradiente em redes neurais artificiais. Explosão do Gradiente Vamos ver um exemplo explícito em que …
Vamos continuar a discussão iniciada no capítulo anterior. Para entender porque o problema da dissipação do gradiente ocorre, vamos considerar a rede neural profunda mais simples: uma com apenas um único neurônio em cada camada. Aqui está uma rede com três camadas ocultas: Aqui, w1, w2,… são os pesos, b1, b2,… são os …
Então, por que as redes neurais profundas são difíceis de treinar? Para responder a essa pergunta, primeiro revisitemos o caso de uma rede com apenas uma camada oculta. Como de costume, usaremos o problema de classificação de dígitos MNIST o mesmo já estudado nos capítulos anteriores e que você encontra aqui. A partir de um shell …
Iniciamos agora a terceira e última parte deste livro, em que estudaremos como funciona Deep Learning e os principais modelos e arquiteturas de redes neurais profundas, com diversos exemplos e aplicações. Mas primeiro temos que responder a seguinte pergunta: Por que as Redes Neurais Profundas São Difíceis de Treinar? Imagine que você é um engenheiro que …
Este é um capítulo muito importante para compreender como as redes neurais realmente funcionam e Como Uma Rede Neural Artificial Encontra a Aproximação de Uma Função. Acompanhe a explicação passo a passo analisando cada um dos gráficos apresentados. Mas antes de explicar porque o teorema da universalidade é verdadeiro, quero mencionar duas advertências a esta …
Um dos fatos mais impressionantes sobre redes neurais é que elas podem computar qualquer função. Isto é, suponha que alguém lhe dê alguma função complicada, f(x): Não importa qual seja a função, é garantido que existe uma rede neural de modo que, para cada entrada possível, x, o valor f(x) (ou alguma aproximação) …
Cada técnica mostrada até aqui é valiosa e deve ser dominada por aqueles que pretendem trabalhar com redes neurais artificiais e aplicações de Inteligência Artificial, mas essa não é a única razão pela qual nós as explicamos. O ponto principal é familiarizar você com alguns dos problemas que podem ocorrer nas redes neurais e com …
Quando os dados de treinamento são divididos em pequenos lotes, cada lote recebe o nome de Mini-Batch (ou Mini-Lote). Suponha que os dados de treinamento tenham 32.000 instâncias e que o tamanho de um Mini-Batch esteja definido como 32. Então, haverá 1.000 Mini-Batches. Mas qual deve ser o tamanho do Mini-Batch? Isso é o que …
Ao treinar redes neurais, várias decisões precisam ser tomadas em relação às configurações (hiperparâmetros) usadas, a fim de obter um bom desempenho. Um desses hiperparâmetros é o número de épocas de treinamento: ou seja, quantas passagens completas do conjunto de dados (épocas) devem ser usadas? Se usarmos poucas épocas, poderemos ter problemas de underfitting (ou …
Vamos continuar a discussão do capítulo anterior sobre a escolha dos hiperparâmetros de um modelo de rede neural, estudando um dos mais importantes, a taxa de aprendizado. Suponha que executemos três redes neurais artificiais sendo treinadas com o dataset MNIST com três taxas de aprendizado diferentes, η = 0.025, η = 0.25 e η = …
Até agora não explicamos como foram escolhidos os valores dos hiperparâmetros como a taxa de aprendizado, η, o parâmetro de regularização, λ e assim por diante. Fornecemos valores que funcionaram muito bem, mas, na prática, quando você está usando redes neurais para resolver um problema, pode ser difícil encontrar bons parâmetros. Neste capítulo, começamos nosso …
Quando criamos nossas redes neurais, temos que fazer escolhas para os valores iniciais de pesos e vieses (bias). Até agora, nós os escolhemos de acordo com uma prescrição que discutimos nos capítulos anteriores. Só para lembrar, a prescrição era escolher tanto os pesos quanto os vieses usando variáveis aleatórias Gaussianas independentes, normalizadas para ter a …
Vimos anteriormente que a precisão da classificação com o dataset MNIST caiu para porcentagens em torno de 80%, quando usamos apenas 1.000 imagens de treinamento. Não é de surpreender que isso aconteça, uma vez que menos dados de treinamento significam que nossa rede será exposta a menos variações na forma como os seres humanos escrevem …
Dropout é uma técnica radicalmente diferente para regularização. Ao contrário da Regularização L1 e L2, o Dropout não depende da modificação da função de custo. Em vez disso, no Dropout, modificamos a própria rede. Deixe-me descrever a mecânica básica de Como Funciona o Dropout? antes de entender porque ele funciona e quais são os resultados. Suponha que …
Existem muitas técnicas de regularização além da Regularização L2 que vimos no capítulo anterior. De fato, tantas técnicas foram desenvolvidas que é difícil resumir todas elas. Neste e nos próximos dois capítulos, vamos descrever brevemente três outras abordagens para reduzir o overfitting: Regularização L1, Dropout e aumento artificial do tamanho do conjunto de treinamento. Não …
Vimos no capítulo anterior que a regularização ajuda a reduzir o overfitting. Isso é encorajador, mas, infelizmente, não é óbvio porque a regularização ajuda a resolver o overfitting! Uma história padrão que as pessoas contam para explicar o que está acontecendo segue mais ou menos esse raciocínio: pesos menores são, em certo sentido, de menor …
Aumentar a quantidade de dados de treinamento é uma maneira de reduzir o overfitting. Mas existem outras maneiras de reduzir a extensão de ocorrência do overfitting? Uma abordagem possível é reduzir o tamanho da nossa rede. No entanto, redes grandes têm o potencial de serem mais poderosas do que redes pequenas e essa é uma …
O físico Enrico Fermi, ganhador do Prêmio Nobel de Física em 1938, foi questionado sobre sua opinião em relação a um modelo matemático que alguns colegas haviam proposto como a solução para um importante problema de física não resolvido. O modelo teve excelente performance no experimento, mas Fermi estava cético. Ele perguntou quantos parâmetros livres …
A Cross-Entropy (ou entropia cruzada, se você preferir o termo em português) é fácil de implementar como parte de um programa que aprende usando gradiente descendente e backpropagation. Faremos isso nos próximos capítulos quando treinarmos uma rede completa, desenvolvendo uma versão melhorada do nosso programa anterior para classificar os dígitos manuscritos do dataset MNIST. O …
Quando um jogador de tênis está aprendendo a praticar o esporte, ele geralmente passa a maior parte do tempo desenvolvendo o movimento do corpo. Apenas gradualmente ele desenvolve as tacadas, aprende a movimentar a bola com precisão para a quadra adversária e com isso vai construindo sua técnica, que se aprimora à medida que ele …
Depois de compreender como funciona o backpropagation, podemos agora entender o código usado em alguns capítulos anteriores para implementar o algoritmo (o qual vamos reproduzir aqui). O arquivo com o código completo pode ser encontrado aqui. Em nosso código nós temos os métodos update_mini_batch e backprop da classe Network. Em particular, o método update_mini_batch atualiza …
O backpropagation é indiscutivelmente o algoritmo mais importante na história das redes neurais – sem backpropagation (eficiente), seria impossível treinar redes de aprendizagem profunda da forma que vemos hoje. O backpropagation pode ser considerado a pedra angular das redes neurais modernas e aprendizagem profunda. Neste capítulo, vamos compreender como o backpropagation é usado no treinamento das …
No último capítulo, vimos como as redes neurais podem aprender seus pesos e bias usando o algoritmo de gradiente descendente. Houve, no entanto, uma lacuna na nossa explicação: não discutimos como calcular o gradiente da função de custo. Neste capítulo, explicaremos sobre um algoritmo usado para calcular esses gradientes, um algoritmo conhecido como backpropagation. Como …
Ok. Chegou a hora. Vamos escrever um programa em linguagem Python que aprenda como reconhecer dígitos manuscritos, usando Stochastic Gradient Descent e o dataset de treinamento MNIST. Se você chegou até aqui sem ler os capítulos anteriores, então pare imediatamente, leia os últimos 12 capítulos e depois volte aqui! Não tenha pressa! Não existe atalho para …
No capítulo anterior definimos o design para a nossa rede neural e agora podemos começar o processo de aprendizado de máquina. Neste capítulo você vai compreender o que é o Aprendizado Com a Descida do Gradiente. A primeira coisa que precisamos é um conjunto de dados para o treinamento da rede. Usaremos o conjunto de …
Na primeira parte deste livro online, durante os 10 primeiros capítulos, definimos e estudamos o universo das redes neurais artificias. Neste ponto você já deve ter uma boa compreensão sobre que são estes algoritmos e como podem ser usados, além da importância das redes neurais para a construção de sistemas de Inteligência Artificial. Estamos prontos …