Rekabetçi evrişimli sinir ağları ile nesne tanıma

Son yıllarda Yapay Zeka (YZ) dili anlama ve görsel tanımayı içeren görevlerde genellikle insan yeteneklerini geride bırakarak etkileyici sonuçlar elde etti. Bunların arasında, bilgisayarla görme, büyük ölçüde Evrişimli Sinir Ağlarının (ESA) ortaya çıkması ile dikkate değer bir ilerleme kaydetti. ESAlar, görsel korteksin hiyerarşik yapısından ilham alarak görsel verilerdeki kalıpları, nesneleri ve karmaşık ilişkileri tespit etmek icin tasarlanmıştır. En önemli avantajlarından biri, popülerliklerine katkıda bulunan, bir uzmana ihtiya. Duymadan doğrudan piksel değerlerinden öğrenme yetenekleridir. Bu ağlar, kayıp fonksiyonuna göre ağ parametrelerinin (ağrılıklar ve eğilimler) gradyanlarını hesaplayan denetimli geri yayılım ile eğitilir. Geri yayılım, ESAlarda etkileyici bir performans sağlarken, bazı dezavantajlar da getirir. Bu dezavantajlardan biri büyük miktarlarda etiketlenmiş veri gereksinimidir. Mevcut veri örnekleri sınırlı olduğunda, bu sınırlı bilgiden hesaplanan gradyanlar , genel veri davranışını doğru bir şekilde yakalayamayabilir ve bu da yetersiz parameter güncellemelerine yol açar. Bununla birlikte, yeterli miktarda etiketlenmiş veri elde etmek bir zorluk teşkil etmektedir. Diğer nir dezavantaj nöron sayısı, öğrenme hızı ve ağ mimarisi dahil olmak üzere hiperparametrelerin dikkatli bir şekilde yapılandırılması gerekliliğidir. Bu hiperparametreler için en uygun değerleri bulmak zaman alıcı bir süreç olabilir. Ayrıca, görevin karmaşıklığı arttıkça ağ mimarisi daha derin ve karmaşık bir hale gelir. Ağın sığ katmanlarını etkili bir şekilde eğitmek için, epok sayısı artırılmalı ve kaybolan gradyanları önlemek için çözümler üretilmelidir. Karmaşık problemler, verilerde bulunan karmaşık kalıpları ve özellikleri öğrenmek için genellikle daha fazla sayıda epok gerektirir. ESAlar görsel korteksin yapısını taklit etmeyi amaçlasa da, beynin öğrenme mekanizmasının mutlaka geri yayılımı içermediğini not etmek önemlidir. ESAlar görsel korteksin katmanlı mimarisini içermelerine rağmen, geri yayılıma dayanan öğrenme, beynin gerçek öğrenme süreciyle uyumlu olmayabilen yapay bir öğrenme prosedürü sunar. Bu nedenle, geri yayılıma dayanmayan alternatif öğrenme paradigmalarını keşfetmek önem teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında, önceki araştırmalardan farklı olarak ESAlar için denetimsiz eğitime yönelik benzersiz bir yaklaşım araştırılmaktadır. Önerilen yaklaşım diğer denetimsiz yöntemlerin aksine, filtrelerin eğitimi için geri yayılmaya olan bağlılığı kaldırır. Geri yayılım ile öğrenme yerine, veri etiketleri veya geriye dönük hata güncellemeleri gerektirmeden görüntüleri yalnızca bir kez işleyerek veri kümesi özelliklerini çıkarabilen bir filtre çıkarma algoritması sunuyoruz. Bu yaklaşım bireysel Evrişimli katmanlar üzerinde çalışır ve filtreleri eğitim örnekleri üzerinden keşfederek evrişim katmanının filtrelerini kademeli olarak oluşturur. Bu geri yayılımsız algoritmanın etkinliğini değerlendirmek için dört farklı ESA mimarisi tasarladık ve deneyler yaptık. Sonuçlar, farklı veri kümelerinde etkileyici sınıflandırma doğrulukları elde ederek, geri yayılım olmadan eğitimin mümkün olabileceğini göstermektedir. Özellikle, bu sonuçlara herhangi bir veri arttırımı olmadan vet ek bir ağ kullanılarak ulaşılmıştır. Ek olarak, çalışmamızda önerilen algoritma, evrişim katmanı başına filtre sayısını önceden belirleme ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır çünkü algoritmamız bu değeri otomatik olarak belirlemektedir. Ayrıca, eğitim sırasında geri yayılım kullanılmadığından rastgele bir dağılımdan filtrelere ilkdeğer verilmesinin gereksiz olduğunu da bu çalışma ile gösterdik.