Detail předmětu

Konvoluční neuronové sítě

KNN Ak. rok 2023/2024 letní semestr 5 kreditů

Řešení založená na metodách strojového učení postupně nahrazují ručně navržená řešení v mnoha oblastech vývoje software, speciálně pak v percepčních úlohách zaměřených na získávání informací o reálném světě z informačně bohatých senzorů jako jsou kamery, mikrofony a podobně. Dominantní metodou strojového učení jsou v současné době neuronové sítě, a speciálně pak jejich varianty zaměřené na strukturovaná data - konvoluční neuronové sítě. Tyto přístupy jsou jádrem mnoha úspěšných komerčních aplikací a posunují možnosti umělé inteligence.

Garant předmětu

Koordinátor předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

klasifikovaný zápočet

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 26 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 35 bodů půlsemestrální test
  • 65 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cíle předmětu

Seznámit se s konovlučními neuronovými sítěmi, jejich možnostmi, limity a s jejich praktickým využitím převážně v úlohách zpracování obrazu a počítačového vidění s částečným přesahem do zpracování řeči a jazyka. Umožnit absolventům samostatně používat konvoluční sítě v praktických aplikacích a celkově navrhovat řešení založená na konvolučních sítích včetně struktury sítí, jejich učení, tvorby datových sad a vyhodnocení kvality výsledku.
Studenti se seznámí se základy konvolučních neuronových sítí, jejich učení (optimalizace), jejich stavebními bloky a programovými prostředími (frameworky) pro jejich implementaci. Získají základní povědomí o faktorech, které určují jejich úspěšnost v reálných aplikacích včetně vlastností datové sady, vhodnosti chybové funkce, vhodné struktury sítě, regularizace, optimalizace, přetrénování sítí a multi-task učení. Studenti se také seznámí s konkrétními příklady neuronových sítí pro široké spektrum úloh počítačového vidění (klasifikace, detekce, segmentace, identifikace), zpracování řeči, jazykového modelování, posilovaného učení a generování dat.
Studenti si vyzkouší spolupráci na týmovém projektu a seznámí se s knihovnami jazyka Python zaměřenými na matematické operace, lineární algebru a strojové učení.

Proč je předmět vyučován

Tento předmět využijete, ať už je vaším cílem pracovat jako odborník na umělou inteligenci v předních nadnárodních společnostech jako je Google či Facebook, chcete posunovat hranice umělé inteligence ve špičkovém akademickém týmu, nebo si jen tak chcete rozšířit obzory o současnosti umělé inteligence. Neuronové sítě jsou dnes jádrem mnoha komerčních aplikací od přepisu řeči, vyhledávání obrázků podle jejich obsahu a inteligentních dohledových systémů, až po konverzační systémy a autonomní automobily. Zároveň jsou neuronové sítě i hnací silou současného pokroku ve výzkumu a vývoji umělé inteligence. V tomto předmětu získáte základní povědomí o tom, jak takové sítě fungují a jak se prakticky používají. Zároveň vám představíme konkrétní příklady praktických sítí pro úlohy zpracování obrazu, zvuku a textu.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Základní znalosti lineární algebry (násobení vektorů a matic), diferenciálního počtu (parciální derivace a její význam, řetězcové pravidlo), jazyka Python a intuitivní pochopení teorie pravděpodobnosti (např. podmíněná pravděpodobnost). Jakékoliv znalosti strojového učení a zpracování obrazu jsou výhodou.

Technické vybavení

volně dostupné

  • Python, PyTorch, Numpy, Matplotlib, OpenCV.

Literatura studijní

  • Goodfellow, I., Bengio, Y., Courville, A.: Deep Learning. MIT Press, 2016.
  • Li, Fei-Fei, et al.: CS231n: Convolutional Neural Networks for Visual Recognition. Stanford, 2018.
  • Bishop, C. M.: Pattern Recognition, Springer Science + Business Media, LLC, 2006, ISBN 0-387-31073-8.

Osnova přednášek

    1. Úvod, lineární modely, chybová funkce, alg. učení (optimalizace), vyhodnocení. (organizace, opakování NN)
    2. Plně propojené sítě, chybové funkce pro klasifikaci a regresi.(prezentace)
    3. Konvoluční sítě, lokalita a invariance výpočtů, inicializace vah vah, batch normalizace. (prezentace, ukázka vlivu inicializace vah)
    4. Existující architektury klasifikačních sítí pro obraz. (prezentace)
    5. Generalizace, regularizace, rozšiřování datových sad, transfer learning, multi-task sítě, semi supervised learning, active learning, self-supervised learning. (prezentace)
    6. Detekce objektů: MTCNN face detektor, R-CNN, Fast R-CNN, Faster R-CNN, YOLO, SSD. (prezentace včetně následující segmentace)
    7. Sémantická segmentace a segmentace instancí. Odhad vzdáleností, normál povrchu, osvětlení a pohybu (prezentace je stejná jako předchozí).
    8. Sítě pro učení podobností a embedding. Rozpoznávání osob podle obličeje a hlasu. (prezentace)
    9. Rekurentní neuronové sítě a zpracování sekvencí (textu a řeči). Connectionist Temporal Classification (CTC). Sítě s pozorností. (prezentace)
    10. Jazykové modely. Základní modely pro generování popisů obrázků, odpovědi na otázky, překlad jazyka a podobně.(prezentace)
    11. Generativní modely. Autoregresivní faktorizace. Generative Adversarial Networks. (prezentace)
    12. Posilované učení s neuronovými sítěmi. Deep Q-network (DQN) a policy gradients. (prezentace)
    13. Přehled nových a neortodoxních aplikací konvolučních sítí a jejich základní myšlenky.

    Odkazy jsou na živé prezentace a je pravděpodobné, že se budou během semestru mírně měnit k lepšímu.

    Pokud máte návrhy na zlepšení, odkazy na zajímavé zdroje nebo najdete v prezentacích chyby, budu rád, když přidáte komentáře přímo ke konkrétním snímkům prezentací.

Osnova ostatní - projekty, práce

Týmový projekt (2-3 studenti).
Libovolná témata navržená studenty a odsouhlasená vyučujícím.
Postup řešení projektu:

  • Formulace úlohy a utvoření týmu.
  • Průzkum existujících řešení a použitelných nástrojů.
  • Základní řešení a návrh vyhodnocování.
  • Sběr dat.
  • Experimenty, testování a postupné vylepšení řešení.
  • Závěrečná zpráva a prezentace projektu.

Průběžná kontrola studia

  • Hodnocený projekt s obhajobou - 65 bodů.
  • Dva testy během semestru - 35 bodů.


Podmínky zápočtu

Získání alespoň 50 bodů z hodnocených částí předmětu.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Čt přednáška výuky E104 17:0018:5070 1MIT 2MIT NBIO NMAL NSPE NVIZ xx Hradiš

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru