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다층퍼셉트론의 계층적 구조를 통한 성능향상
Hierarchical Architecture of Multilayer Perceptrons for Performance Improvement 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.10 no.6, 2010년, pp.166 - 174  

오상훈 (목원대학교 정보통신공학과)

초록
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다층퍼셉트론이 충분한 중간층 노드 수를 지니면 임의의 함수를 근사시킬 수 있다는 이론적 연구결과에 기초하여, 다층퍼셉트론을 실제 문제에 응용하는 경우에 일반적으로 입력층, 중간층, 출력층으로 이루어진 3층 구조의 다층퍼셉트론을 사용한다. 그렇지만, 이러한 구조의 다층퍼셉트론은 입력벡터가 여러 가지 성질로 이루어진 복잡한 문제의 경우 좋은 일반화 성능을 보이지 않는다. 이 논문에서는 입력 벡터가 여러 가지 정보를 지닌 데이터들로 구성되어 있는 문제인 경우에 계층적 구조를 지닌 다층퍼셉트론의 구성으로 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 즉, 입력데이터를 섭-벡터로 구분한 후 섭-벡터별로 다층퍼셉트론을 적용시키며, 이 섭-벡터별로 적용된 하위층 다층퍼셉트론으로부터 인식 결과를 받아서 최종 결정을 하는 상위 다층퍼셉트론을 구현한다. 제안한 방법의 효용성은 단백질의 구조를 예측하는 문제를 통하여 확인한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Based on the theoretical results that multi-layer feedforward neural networks with enough hidden nodes are universal approximators, we usually use three-layer MLP's(multi-layer perceptrons) consisted of input, hidden, and output layers for many application problems. However, this conventional three-...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 논문에서는 입력벡터가 여러 가지 성질을 지닌 복잡한 문제의 경우, 일반적인 구조의 MLP를 구성하여 학습을 시키는 것 보다 계층적 MLP를 사용하면 성능이 향상되는 것을 제안하였다. 제안한 계층적 구조 MLP는 각 성질별로 입력을 받아서 학습을 하는 하위층 MLP들과 하위층 MLP들의 출력을 받아서 입력으로 활용하는 상위층 MLP로 구성된다.
  • 한편, 입력데이터에 feature extraction이나 feature selection을 적용하여 가공한 후 MLP에 적용하여 성능을 향상시키는 방법도 있다[21]. 이 분야는 또 다른 연구영역이며, 이 논문은 입력데이터를 특별한 가공 없이 MLP에 적용시키는 방법을 제안한 것이다.
  • 이제 각 구조별 복잡도를 비교해보자. MLP의 복잡도는 그 MLP를 구성하고 있는 바이어스를 포함한 가중치의 수로 비교할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다층퍼셉트론의 3층 구조는 무엇으로 이루어져 있는가? 다층퍼셉트론이 충분한 중간층 노드 수를 지니면 임의의 함수를 근사시킬 수 있다는 이론적 연구결과에 기초하여, 다층퍼셉트론을 실제 문제에 응용하는 경우에 일반적으로 입력층, 중간층, 출력층으로 이루어진 3층 구조의 다층퍼셉트론을 사용한다. 그렇지만, 이러한 구조의 다층퍼셉트론은 입력벡터가 여러 가지 성질로 이루어진 복잡한 문제의 경우 좋은 일반화 성능을 보이지 않는다.
3층 구조의 다층퍼셉트론이 좋은 일반화 성능을 보이지 않는 경우는 무엇인가? 다층퍼셉트론이 충분한 중간층 노드 수를 지니면 임의의 함수를 근사시킬 수 있다는 이론적 연구결과에 기초하여, 다층퍼셉트론을 실제 문제에 응용하는 경우에 일반적으로 입력층, 중간층, 출력층으로 이루어진 3층 구조의 다층퍼셉트론을 사용한다. 그렇지만, 이러한 구조의 다층퍼셉트론은 입력벡터가 여러 가지 성질로 이루어진 복잡한 문제의 경우 좋은 일반화 성능을 보이지 않는다. 이 논문에서는 입력 벡터가 여러 가지 정보를 지닌 데이터들로 구성되어 있는 문제인 경우에 계층적 구조를 지닌 다층퍼셉트론의 구성으로 성능을 향상시키는 방법을 제안한다.
다층출력 퍼셉트론은 무엇인가? 다층출력 퍼셉트론[23]은 일반적인 구조의 MLP를 주어진 문제에 대하여 학습시킨 후 성능이 만족스럽지 못한 경우에 각 출력노드마다 상위의 출력노드를 추가 적으로 할당하는 방법이다. 추가된 출력노드는 하위층에 있는 모든 노드들과 가중치로 연결되며 일반적인 EBP에 따라 학습된다.
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참고문헌 (23)

  1. D. E. Rumelhart and J. L. McClelland, Parallel Distributed Processing: Explorations in the Microstructures of Cognition, The MIT Press, 1986. 

  2. K. Hornik, M. Stincombe, and H. White, "Multilayer feedforward networks are universal approximators," Neural Networks, Vol.2, pp.359-366, 1989. 

  3. M. Stevenson, R. Winter, and B. Widrow, “Sensitiviety of feedforward neural networks to weight errors," IEEE Trans. Neural Networks, Vol.1, pp.71-90, 1990. 

  4. Y. Xie and M. A. Jabri, "Analysis of the effects of quantization in multilayer neural networks using a statistical model," IEEE Trans. Neural Networks, Vol.3, pp.334-338, 1992. 

  5. J. Y. Choi and C.-H. Choi, "Sensitivity analysis of multilayer perceptron with differentiable activation functions," IEEE Trans. Neural Networks, Vol.3, pp.101-107, 1992. 

  6. Y. Lee and S.-H. Oh, "Input noise immunity of multilayer perceptrons," ETRI Journal, Vol.16, pp.35-43, 1994. 

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  10. A. S. Weigend and N. A. Gershenfeld, Time Series Prediction: Forecasting the future and understanding the past, Addison-Wesley Publishing Co., 1994. 

  11. Y.-M. Huang, C.-M. Hung, and H. C. Jiau, "Evaluation of neural networks and data mining methods on a credit assessment task for class imbalance problem," Nonlinear Analysis, Vol.7, pp.720-747, 2006. 

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  17. 오상훈, “다층퍼셉트론의 출력노드 수 증가에 의한 성능향상”, 한국콘텐츠학회 논문지, 제9권, 제1호, pp.123-130, 2009. 

  18. D. Simard, P. Y. Steinkraus, and J. C. Platt, "Best practices for convolutional neural networks," Proc. Int. Conf. Document Analysis and Recognition(ICDAR), Washington DC, USA, pp.958-962, 2003. 

  19. Z.-H. Zhou and X.-Y. Liu, "Training cost-sensitive neural networks with methods addressing the class imbalance problem," IEEE Trans. Knowledgement and Data Eng., Vol.18, No.1, pp.63-77, 2006. 

  20. Y. Lee, S.-H. Oh, and M. W. Kim, "An analysis of premature saturation in back-propagation learning," Neural Networks, Vol.6, pp.719-728, 1993. 

  21. Sang-Hoon Oh "On the Design of Multilayer perceptrons for Pattern Classifications," Proc. Int. Conf. on Convergence Content 2009, Hanoi, Vietnam, pp.59-62, Dec. 17-19 2009. 

  22. G. E. Hinton and R. R. Salakhutdinov, "Reducing the dimensionality of data with neural networks," Science, Vol.313, pp.504-507, 2006. 

  23. F. J. Owens, G. H. Zheng, and D. A. Irvine, "A multi-output-layer perceptron," Neural Computing & Applications, Vol.4, pp.10-20, 1996. 

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