Автоматизированная система построения нейронной сети методом обратного распространения ошибки
1 Содержание Введение Глава 1. Аналитическая часть 1.1 Исследование предметной области 1.2 Анализ существующих разработок 1.3 Техническое задание Глава 2. Проектная часть 2.1 Математическая модель задачи 2.2 Обоснование выбора метода проектирования и средств разработки программного обеспечения 2.3 Проектирование функциональной структуры 2.4 Описание и иерархия основных классов 2.5 Проектирование экранных форм системы Глава 3. Экспериментальная проверка ПО 3.1 Постановка задачи и подготовка тестовых данных для эксперимента 3.2 Тестирование и анализ результатов эксперимента Глава 4. Оценка экономической эффективности проекта Заключение Список литературы Приложения Введение В последние десятилетия в мире бурно развивается новая прикладная область математики, специализирующаяся на искусственных нейронных сетях (НС), представляющих собой самообучающиеся системы, имитирующие деятельность человеческого мозга. Актуальность исследований в этом направлении подтверждается массой различных применений НС. Это автоматизация процессов распознавания образов, адаптивное управление, аппроксимация функционалов, прогнозирование, создание экспертных систем, организация ассоциативной памяти и многие другие приложения. С помощью НС можно, например, предсказывать показатели биржевого рынка, выполнять распознавание оптических или звуковых сигналов, создавать самообучающиеся системы, способные управлять автомашиной при парковке или синтезировать речь по тексту. В то время как на западе применение НС уже достаточно обширно, у нас это еще в некоторой степени экзотика - российские фирмы, использующие НС в практических целях, наперечет. Проанализировав существующие продукты по таким критериям как стоимость, скорость, функциональность, требовательность к ресурсам, мы пришли к выводу, что целесообразнее разработать своё приложение, более быстрое, менее ресурсоёмкое и имеющее оптимальный набор функций для построения нейронной сети обратного распространения ошибки. Целью этой дипломной работы является разработка системы, предназначенной для построения многослойной нейронной сети, обучаемой по алгоритму обратного распространения ошибки, которая могла бы применяться для решения широкого спектра задач, связанных с обработкой структурированных данных, представленных в виде таблиц. При этом область приложения системы может быть практически любой - механизмы, реализованные в системе, с успехом применяются на финансовых рынках, в страховании, торговле, телекоммуникациях, промышленности, медицине, в логистических и маркетинговых задачах и множестве других. Глава 1. Аналитическая часть 1.1 Исследование предметной области Сферу использования нейронных сетей в настоящее время можно разделить на несколько групп: · Финансы, экономика, производство · Медицина · Энергетика · Космос и природные явления · Искусственный интеллект · Научные исследования Рассмотрим крупнейшие из них.[16] 1) Финансы. Одним из наиболее интересных приложений нейронных сетей в последние годы стали задачи финансовой деятельности. На рынке появляется огромное количество как универсальных нейропакетов, которые зачастую используются для решения задач технического анализа, так и специализированных экспертных систем и нейропакетов для решения многих других, зачастую более сложных и трудно формализуемых задач из финансовой области. В настоящее время имеет место широкое появление на отечественном рынке компьютеров и программного обеспечения нейропакетов и нейрокомпьютеров, предназначенных для решения финансовых задач. Те банки и крупные финансовые организации, которые уже используют нейронные сети для решения своих задач, понимают, насколько эффективным средством могут быть нейронные сети для задач с хорошей статистической базой, например при наличии достаточно длинных временных рядов, в том числе и многомерных. Пока ситуация складывалась так, что в финансовой системе, сложившейся в настоящее время, наблюдается повышенный интерес к отдельным видам задач, например предсказанию фьючерсных контрактов или курсов ГКО, при недостаточном внимании к структурному макроэкономическому анализу с использованием нейронных сетей как нелинейных моделей процесса. Лишь в последнее время начинает появляться интерес к использованию нейронных сетей для оценки ситуации, применению нечеткой логики для принятия решений и других более сложных приложений. При этом в качестве потребителя такой информации выступают либо люди, хорошо знающие потенциальные возможности нейронных сетей, либо решающие такие задачи традиционными методами и вынужденные искать другие, более эффективные способы решения задач. Приводимый ниже перечень задач ни не является полным и исчерпывающим, поскольку основан на анализе зарубежных публикаций в области финансов и нейрокомпьютинга. Под нейрокомпьютером здесь понимается любое вычислительное устройство, реализующее работу нейронных сетей, будь то специальный нейровычислитель или эмулятор нейронных сетей на персональном компьютере. Для решения конкретных задач используются пакеты прикладных программ - эмуляторов работы нейронных сетей (нейропакеты), нейросетевые и гибридные экспертные системы, специализированные параллельные вычислители на базе нейрочипов. Основные задачи: - Прогнозирование временных рядов на основе нейросетевых методов обработки (валютный курс, спрос и котировки акций, фьючерсные контракты и др.) - Страховая деятельность банков. - Прогнозирование банкротств на основе нейросетевой системы распознавания. - Определение курсов облигаций и акций предприятий с целью вложения средств в эти предприятия. - Применение нейронных сетей к задачам биржевой деятельности. - Прогнозирование экономической эффективности финансирования проектов. - Предсказание результатов займов. - Общие приложения нейронных сетей Приведем краткое пояснение каждого из основных приложений 1.1. Прогнозирование временных рядов на основе нейросетевых методов обработки. - Прогнозирование кросс-курса валют - Прогнозирование котировок и спроса акций для биржевых спекуляций (не для долгосрочного вложения) - Прогнозирование остатков средств на корреспондентских счетах банка. В настоящее время прогноз курсов иностранных валют определяется экспертизой квалифицированных специалистов в области обмена валют, которые всегда в дефиците. Исследования показывают, что имеется ряд показателей и математических зависимостей, которые дают возможность прогнозирования курса валюты, хотя могут и не относиться к финансовой области непосредственно. Однако динамическая природа рынков не позволяет выделить единственный <точный> показатель, так как условия рынка со временем меняются и решение задачи возможно при использовании сочетания ряда показателей, то есть переход к нелинейной многокритериальной модели. 1.2 Страховая деятельность банков - оценка риска страхования инвестиций на основе анализа надежности проекта - оценка риска страхования вложенных средств Применение нейронных сетей для оценки риска страхования особенно эффективно с точки зрения способности анализировать как ранее накопленные данные по результатам страхования, так и коррелирующие данные, определяемые как дополнительные. Возможна оценка надежности проекта на основе нейросетевой системы распознавания надежности (множество оценок - да. нет) 1.3 Прогнозирование банкротств на основе нейросетевой системы распознавания - анализ надежности фирмы с точки зрения возможности ее банкротства с помощью нейросетевой системы распознавания и выдача результата в дискретном виде (да. нет) - анализ величины вероятности банкротства фирмы на основе многокритериальной оценки с построением нелинейной модели с помощью нейронных сетей (пример результата - 74% вероятности банкротства). Анализ банкротств, использующий финансовые соотношения, является весьма важным по нескольким соображениям. Во-первых, управление фирмы может выявлять потенциальные проблемы, которые требуют внимания. Во-вторых, инвесторы используют финансовые соотношения для оценки фирм. Наконец, аудиторы используют их как инструмент в оценке деятельности фирм. Данные, используемые для обанкротившихся фирм, могут быть взяты из последних финансовых бюллетеней, вышедших перед тем, как фирмы объявили банкротство. 1.4 Определение курсов облигаций и акций предприятий с целью вложения средств в эти предприятия - выделение долгосрочных и краткосрочных скачков курсовой стоимости акций на основе нелинейной нейросетевой модели - предсказание изменения стоимости акций на основе нейросетевого анализа временных экономических рядов - распознавание ситуаций, когда резкое изменение цены акций является результатом биржевой игры с помощью нейросетевой системы распознавания - определение соотношения котировок и спроса Прогнозирующая система может состоять из нескольких нейронных сетей, которые обучаются взаимосвязям между различными техническими и экономическими показателями и периодами покупки и продажи акций. Целью прогноза является выбор наилучшего времени для покупки и продажи акций. Здесь рассматриваются также задачи формирования портфеля ценных бумаг и распознавания шаблонов на графике изменения курсов акций, которые позволяют прогнозировать курс акций на последующем отрезке времени. На рынке акций шаблон «треугольника» в диаграмме (графике) изменений курса акций является индикатором важного направления будущего изменения цены акций. Однако никакие методы основанные на правилах не дают хорошего результата, только высококвалифицированные эксперты. Нейросетевой подход дал весьма многообещающие результаты для Токийской фондовой биржи после обучения сети на 15 обучающих шаблонах треугольника и проверке на одном нейросетевом шаблоне. После чего были проведены 16 экспериментов на данных по ценам акций за последние 3 года. Шаблон треугольника был успешно определен в 15 случаях. Применение нейронных сетей к задачам анализа биржевой деятельности - нейросетевая система распознавания всплесков биржевой активности - анализ деятельности биржи на основе нейросетевой модели - предсказание цен на товары и сырье с выделением трендов вне зависимости от инфляции и сезонных колебаний - нейросетевая система выделения трендов по методикам <японских свечей> и других гистографических источников отображения информации. Для задач биржевой деятельности наиболее интересным представляется построение системы распознавания природы биржевых событий и выделение основных закономерностей, то есть поиск взаимосвязи резкого изменения биржевой цены и биржевой активности в зависимости от биржевой игры или инфляционных процессов. Эффективным может быть применение нейронной сети для предсказания цен на товары и сырье вне зависимости от сезона и уровня инфляции (выделение трендов). 1.5 Прогнозирование экономической эффективности проектов - предсказание на основе анализа реализованных ранее проектов; - предсказание на основе соответствия предлагаемого проекта экономической ситуации. В первом случае используется способность нейронных сетей к предсказанию на основе временных рядов, во втором - построения нелинейной модели на базе нейронной сети. 1.6 Предсказание результатов займов - определение возможности кредитования предприятий - предоставление кредитов и займов без залога Используется (в редком случае) при предоставлении займов без залога на основе анализа дополнительной информации о потребителе кредитов. Оценивает риск займа на основе построения нелинейной модели. Имеющаяся информация основана на исследованиях, производимых международными финансовыми группами. 1.7 Общие приложения нейронных сетей - применение нейронных сетей в задачах маркетинга и розничной торговли. Это из самых «модных» применений нейрокомпьютеров в финансовой области. Один из решаемых вопросов - установление цены на новый вид товара на основе многокритериальной оценки. - моделирование динамики цен на сельскохозяйственную продукцию в зависимости от климатических условий - моделирование работы коммунальных служб на основе нейросетевой модели для многокритериального анализа - построение модели структуры расходов семьи. 2) Энергетика Подобная тематика все более и более занимает умы разработчиков и эксплуатационщиков современных энергетических систем. В этой сфере рассматривается возможность использования искусственных нейронных сетей для быстрого принятия решений в опасной обстановке на энергетических станциях, предсказания нагрузки, управления безопасностью, оптимизацию обратного давления турбин и моделирование процессов.
Страницы: 1, 2, 3, 4
| 
