9.3 Скерований випадковий пошук

Мережа скерованого випадкового пошуку (Directed Random Search), використовує стандартну архітектуру FeedForward, яка не базується на алгоритмі BackProragation і коректує ваги випадковим чином. Для забезпечення порядку в такому процесі, до випадкового кроку додається компонента напрямку, яка гарантує скерування ваг до попередньо успішного напрямку пошуку. Вплив на всі нейрони здійснюється окремо.

Для збереження ваг всередині компактної області, де алгоритм працює добре, встановлюють верхню межу величини ваги. Встановлюючи межі ваг великими, мережа може продовжувати працювати, оскільки справжній глобальний оптимум лишається невідомим. Іншою особливістю правила навчання є початкова відмінність у випадковому розподілі ваг. У більшості комерційних пакетів існує рекомендоване розробником число для параметра початкової відмінності.

Парадигма випадкового пошуку має декілька важливих рис. Вона є швидкою та легкою у використанні, найкращі результати отримують, коли початкові ваги знаходяться близько до найкращих ваг. Швидкою парадигма є завдяки тому, що для проміжних нейронів похибки не обчислюються, а обчислюється лише вихідна похибка. Алгоритм надає ефект лише в малій мережі, оскільки при збільшенні числа з’єднань, процес навчання стає довгим та важким.

Існує чотири ключові компоненти мережі з випадковим пошуком:

- випадковий крок;

- крок реверсування;

- скерована компонента;

- самокорегуюча відмінність.

Випадковий крок. До кожної ваги додається випадкова величина. Вся навчальна множина пропускається через мережу, створюючи “похибку передбачення”. Якщо нова загальна похибка навчальної множини є меньшою за попередню найкращу похибку передбачення, біжучі значення ваг, які включають випадковий крок стають новою множиною “найкращих” ваг. Біжуча похибка передбачення зберігається як нова, найкраща похибка передбачення.

Крок реверсування. Якщо результати випадкового кроку є гіршими за попередні найкращі, випадкова величина віднімається від початкового значення ваги. Це створює множину ваг, які знаходяться в протилежному напрямку до попереднього випадкового кроку. Якщо загальна “похибка передбачення” є меншою за попередню найкращу похибку, біжучі значення ваг та біжуча похибка передбачення зберігаються як найкращі. Якщо і прямий і зворотній кроки не покращують результат, до найкращих ваг додається повністю нова множина випадкових значень і процес починається спочатку.

Скерована компонента. Для збіжності мережі створюється множина скерованих компонент, отриманих по результатах прямого та зворотного кроків. Скеровані компоненти, що відображають ланку успіхів або невдач попередніх випадкових кроків, додаються до випадкових компонент на кожному кроці процедури і забезпечують елемент “здорового глузду” до пошуку. Доведено, що додавання скерованих компонент забезпечує різке підвищення ефективності алгоритму.

Самокорегуюча відмінність. Визначається параметр початкової відмінності для керування початковим розміром випадкових кроків, що додається до ваг. Адаптивний механізм змінює параметр відмінності, який базується на біжучій оцінці успіху або невдачі. Правило навчання припускає, що біжучий розмір кроків для ваг у правильному напрямку збільшується для випадку декількох послідовних успіхів. Навпаки, якщо виявляється декілька послідовних невдач, відмінність зменшується для зменшення розміру кроку.

Переваги: для малих та середніх нейромереж, скерований випадковий пошук дає добрі результати за короткий час. Навчання є автоматичним, вимагає невеликої взаємодії з користувачем.

Недоліки: кількість ваг з’єднань накладає практичні обмеження на розмір задачі. Якщо мережа має більше ніж 200 ваг з’єднань, скерований випадковий пошук може вимагати збільшення часу навчання, але продукувати прийнятні рішення.