Sistema ibrido per l`apprendimento continuo di reti neurali
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Sistema ibrido per l`apprendimento continuo di reti neurali
Università Politecnica delle Marche Facoltà di Ingegneria Sistema ibrido per l'apprendimento continuo di reti neurali Relatore: Prof. Aldo Franco Dragoni Correlatore: Ing. Germano Vallesi Candidato: Pasquale Sconciafurno • AMBITO: biometria, belief revision, reti neurali • MOTIVAZIONI: gestione del riconoscimento facciale in presenza di cambiamenti delle caratteristiche degli individui • OBIETTIVI: esplorare la possibilità di utilizzare sistemi ibridi (simbolico e neuronale) • RISULTATI: definizione di un sistema ibrido basato su reti neurali multiple, supervisionate da uno strato simbolico Motivazione Rete Neurale SISTEMA RICONOSCIMENTO FACCIALE OLISTICO Motivazione Rete Neurale SISTEMA RICONOSCIMENTO FACCIALE OLISTICO Motivazione Fronte Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE MODULARE Naso Bocca Sintesi Soluzioni Occhio D Obiettivi • Sistema ibrido di riconoscimento facciale: – basato su reti neurali multiple – condizionamento Bayesiano per la risoluzione dei conflitti – risposta del sistema basata sulle risposte delle singole reti – auto aggiornamento della conoscenza sulla base delle convinzioni del gruppo Obiettivi Fronte Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE MODULARE Naso Bocca Sintesi Soluzioni Occhio D Estrazione Caratteristiche Learning Vector Quantization M • Classificatori Multinomiali di tipo probabilistico con algoritmo di apprendimento competitivo e supervisionato • Ad ogni classe vengono assegnati alcuni vettori chiamati codebook • Tramite la regola K-nearestneighbor si assegna la classe a un vettore in ingresso alla rete X1 … X2 N XN LVQ: addestramento • addestramento supervisionato: <pattern_ingresso,uscite_desiderate> • si cerca il nodo vincente, confrontando il vettore di ingresso con i codebook di ogni nodo per cercare il nodo che ha il codebook più vicino all’input. • si, modificano i pesi del nodo: knew kold ( x p kold ) se T Ck knew kold ( x p kold ) se T Ck Belief Revision Nogoods Bocca: G|L Fronte: B|P Bocca: G|L OcchioD: B|M Estrazione Feature Naso: B|G Bocca: G|L Fronte: B|P OcchioD: B|M OcchioS: B|O Bocca: G|L OcchioS: B|O Goods Naso: B Fronte B OcchioD: B OcchioS: B Knowledge Base Naso: G Bocca: G Source A-priori Reliability Naso 0.9 Bocca 0.9 Fronte 0.9 OcchioD 0.9 OcchioS 0.9 Bayesian Conditioning Condizionamento Bayesiano 1/2 • Se S’ S, la probabilità che le fonti in S’ siano affidabili è: R(S') R(s) ( 1 R(s)) sS' sS' Questa probabilità può essere calcolata per ogni S’, col vincolo: R( S ' ) 1 S '2 S Condizionamento Bayesiano 2/2 Nogoods Bocca: G|L Fronte: B|P Bocca: G|L OcchioD: B|M Estrazione Feature Naso: B|G Bocca: G|L Fronte: B|P OcchioD: B|M OcchioS: B|O A-priori Reliability Naso 0.9 Bocca 0.9 Fronte 0.9 OcchioD 0.9 OcchioS 0.9 Bocca: G|L OcchioS: B|O Goods Naso: B Fronte B OcchioD B OcchioS: B Knowledge Base Source Naso: G Bocca G Bayesian Conditioning Source A-posteriori Reliability Naso 0.8357 Bocca 0.008 Fronte 0.8277 OcchioD 0.8920 OcchioS 0.8277 Per ottenere la nuova affidabilità della singola sorgente si a questo punto si sommano tutte le affidabilità degli 2s insiemi che la contengono Algoritmi di selezione Consentono di selezionare il soggetto più probabile a partire dalle risposte delle reti e dalle loro affidabilità a posteriori. Algoritmi: • Inclusion Based • Inclusion Based Pesato • Algoritmo Pesato Algoritmi di selezione 1/2 Source Affidabilità A-posteriori Naso 0.8357 Bocca 0.008 Fronte 0.8277 OcchioD 0.8920 OcchioS 0.8277 Goods Naso: B Fronte B OcchioD B OcchioS: B Inclusion Based Naso: G Bocca G B L’algoritmo di selezione Inclusion Based seleziona il Good più credibile sulla base delle affidabilità a posteriori delle reti: 1. Si selezionano tutti i Good con la rete più affidabile 2. Se l’insieme è unico, l’alg. si arresta, e quello è il Good più credibile 3. altrimenti si riparte dal punto 1 con la seconda fonte più affidabile Nell’ Inclusion Based Pesato si associa un peso ad ogni insieme Good (la somma delle distanze euclidee tra input e codebook) e in caso di parità di affidabilità a posteriori si associa alla rete il peso minore dei good in cui è presente una risposta della rete. Algoritmi di selezione 2/2 Algoritmo Pesato: Per ogni rete si ordinano i nodi in base alla distanza euclidea tra il codebook e il pattern in ingresso; Viene assegnato un punteggio ad ogni nodo in base alla posizione relativa nell’ordinamento; È associata una credibilità agli insiemi di Good sulla base di questi punteggi. Retroazione Si può sfruttare la conoscenza del gruppo di reti neurali per forzare l’apprendimento della rete che sta sbagliando. Bocca Fronte Occhio D Occhio S Naso Bocca Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE Naso MODULARE Occhio D Sintesi Soluzioni Fronte Retroazione Si può sfruttare la conoscenza del gruppo di reti neurali per forzare l’apprendimento della rete che sta sbagliando. Bocca Fronte Occhio D Occhio S Naso Bocca Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE Naso MODULARE Occhio D Sintesi Soluzioni Fronte Retroazione Si può sfruttare la conoscenza del gruppo di reti neurali per forzare l’apprendimento della rete che sta sbagliando. Bocca Fronte Occhio D Occhio S Naso Bocca Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE Naso MODULARE Occhio D Sintesi Soluzioni Fronte Retroazione Si può sfruttare la conoscenza del gruppo di reti neurali per forzare l’apprendimento della rete che sta sbagliando. Bocca Fronte Occhio D Occhio S Naso Bocca Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE Naso MODULARE Occhio D Sintesi Soluzioni Fronte Retroazione Si può sfruttare la conoscenza del gruppo di reti neurali per forzare l’apprendimento della rete che sta sbagliando. Bocca Fronte Occhio D Occhio S Naso Bocca Belief Revision SISTEMA RICONOSCIMENTO Occhio S FACCIALE Naso MODULARE Occhio D Sintesi Soluzioni Fronte Setup Sperimentale Il database “ORL”: 10 immagini per 40 soggetti, per alcuni le immagini sono state prese in differenti condizioni di luminosità e in differenti ore dello stesso giorno. Alcune delle 10 foto sono differenti fra di loro (con occhiali senza occhiali …) Modifiche al database “ORL” per simulare un’evoluzione dei soggetti. Risultati Sperimentali Esempio di andamento dell’affidabilità delle reti a) Senza Retroazione b) Con Retroazione Risultati Sperimentali No Retroazione Testset_mod Retroazione Alg.Pesato Incl. Based Alg.Pesato Incl. Based 89.80% 77,55% 94,46% 86,97% Retr. WA WA 94.46% Retr. InclBW Incl.BW 89.80% 86.97% 77.55% Conclusioni & Sviluppi futuri • I risultati sperimentali hanno dimostrato che il sistema consente di seguire efficacemente l’evoluzione delle caratteristiche dei soggetti. • In particolare la retroazione consente di utilizzare i contributi di tutte le reti neurali per la scelta del Good più credibile. • In futuro il sistema sarà testato impiegando un numero maggiore di reti neurali; • Inoltre si testerà il sistema con il nuovo db. Grazie per l’attenzione