Deep Learning Book
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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. A partir de um shell do Python, nós carregamos os …
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) …
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 …
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). Em nosso código nós temos os métodos update_mini_batch e backprop da classe Network. Em particular, o método update_mini_batch atualiza os pesos e bias da rede calculando o gradiente para …
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 …
No capítulo 11 vamos desenvolver uma rede neural para classificação de dígitos manuscritos, usando linguagem Python (caso ainda não saiba trabalhar com a linguagem, comece agora mesmo com nosso curso online totalmente gratuito Fundamentos de Linguagem Python Para Análise de Dados e Data Science). Mas antes, vamos compreender a terminologia que será muito útil quando …
Neste capítulo estudaremos um importante componente de uma rede neural artificial, a Função de Ativação. Este capítulo é uma introdução ao tema e voltaremos a ele mais adiante quando estudarmos as arquiteturas avançadas de Deep Learning. Este capítulo pode ser um pouco desafiador, pois começaremos a introduzir conceitos mais avançados, que serão muito úteis na …
O Perceptron é um modelo matemático de um neurônio biológico. Enquanto nos neurônios reais o dendrito recebe sinais elétricos dos axônios de outros neurônios, no Perceptron estes sinais elétricos são representados como valores numéricos. Nas sinapses entre dendritos e axônio, os sinais elétricos são modulados em várias quantidades. Isso também é modelado no Perceptron multiplicando …
Você sabe quais são as principais arquiteturas de redes neurais artificias? Não. Então analise cuidadosamente a imagem abaixo (excelente trabalho criado pela equipe do Asimov Institute, cujo link você encontra na seção de referências ao final deste capítulo): Incrível, não? São diversas arquiteturas, usadas para resolver diferentes tipos de problemas, como por exemplo as arquiteturas …
O sistema visual humano é uma das maravilhas do mundo. Considere a seguinte sequência de dígitos manuscritos: A maioria das pessoas reconhece sem esforço esses dígitos como 504192. Essa facilidade é enganosa. Em cada hemisfério do nosso cérebro, os seres humanos têm um córtex visual primário, também conhecido como V1, contendo 140 milhões de neurônios, …
Para compreender onde estamos hoje, precisamos olhar para o passado e analisar como chegamos até aqui. Vejamos então Uma Breve História das Redes Neurais Artificiais. O cérebro humano é uma máquina altamente poderosa e complexa capaz de processar uma grande quantidade de informações em tempo mínimo. As unidades principais do cérebro são os neurônios e …
Neste capítulo vamos estudar os tipos principais de Autoencoders (estamos considerando que você leu o capítulo anterior): Os Autoencoders codificam os valores de entrada x usando uma função f. Em seguida, decodificam os valores codificados f (x) usando uma função g para criar valores de saída idênticos aos valores de entrada. O objetivo do Autoencoder …
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 …