Neurala nätverk har revolutionerat området maskininlärning och AI genom att erbjuda lösningar på problem som tidigare ansågs vara utmanande eller till och med olösliga. Det finns många arkitekturer för neurala nätverk, var och en anpassad för specifika typer av uppgifter.

Feedforward-neurala nätverk (FNN) eller Multilayer Perceptrons (MLP)

Detta är den klassiska arkitekturen för neurala nätverk, som representerar en direkt utvidgning av enkel-lager-perceptronen till flera lager. Den fungerar som en av de grundläggande strukturerna som de flesta moderna arkitekturer för neurala nätverk bygger på.

Konvolutionella neurala nätverk (CNN)

CNN är särskilt kraftfulla för uppgifter som bildbehandling (problem såsom bildklassificering, bildsegmentering, etc.) eftersom de är utformade för att automatiskt och adaptivt lära sig spatiala hierarkier av egenskaper.

De använder konvolutionella lager för att filtrera indata efter användbar information. Dessa konvolutionella lager kan fånga spatiala egenskaper hos en bild såsom kanter, hörn, texturer, etc. Även om deras största framgång har varit inom bildklassificering har de även andra tillämpningar.

Rekurrenta neurala nätverk (RNN)

RNN har slingor som möjliggör informationspersistens. Till skillnad från framåtriktade neurala nätverk kan RNN använda sitt interna tillstånd (minne) för att bearbeta sekvenser av indata, vilket gör dem mycket användbara för tidsserier eller sekventiell data. De används i stor utsträckning för sekvensprediktionsproblem, såsom naturlig språkbehandling eller taligenkänning.

Varianter av RNN

1. Long short-term memory (LSTM): löser problemet med försvinnande gradienter i RNN, vilket underlättar inlärning från långsiktiga beroenden;
2. Gated recurrent units (GRU): en enklare och mer effektiv variant av LSTM. Dock lär den sig komplexa mönster i data sämre än LSTM.

Bibliotek för djupinlärning

Träning av djupa neurala nätverk kräver mer än vad det klassiska maskininlärningsbiblioteket scikit-learn erbjuder. De mest använda biblioteken för arbete med djupa neurala nätverk är TensorFlow och PyTorch. Här är de främsta anledningarna till att dessa föredras för detta ändamål:

1. Prestanda och skalbarhet: TensorFlow och PyTorch är särskilt utformade för att träna modeller på stora datamängder och kan köras effektivt på grafikprocessorer (GPU:er), vilket snabbar upp träningen;

2. Flexibilitet: till skillnad från scikit-learn tillåter TensorFlow och PyTorch att skapa godtyckliga neurala nätverksarkitekturer, inklusive rekurrenta, konvolutionella och transformerstrukturer;

3. Automatisk differentiering: en av de viktigaste funktionerna i dessa bibliotek är möjligheten att automatiskt beräkna gradienter, vilket är avgörande för att optimera vikter i neurala nätverk.