6.11. Кратко о других задачах

Ниже приведена информация аннотационного плана о ряде других задач, с успехом решаемых с помощью искусственных нейронных сетей. Несмотря на все различие в их содержательных трактовках, методика применения нейросетевого подхода аналогична той, которая была рассмотрена.

6.11.1. Обработка видеоизображений

Одной из наиболее сложных и актуальных проблем обработки видеоизображений, представленных последовательностью оцифрованных кадров, является проблема выделения и распознавания движущихся объектов в условиях действия различного рода помех и возмущений. Для этого должны быть решены задачи выделения изображений движущихся объектов на сложном зашумленном фоне, фильтрации помех, скоростной фильтрации, отделения объектов от фона, оценки скорости каждого объекта, его идентификации и сопровождения Системы обработки видеоизображений, построенные с применением нейросетевых методов, представляют собой, как правило, программно-аппаратные комплексы на персональных компьютерах, позволяющие работать с данными телевизионной системы в реальном времени (не менее пикселей).

Выделение изображений движущихся объектов осуществляется путем построения оценки поля скоростей с помощью многослойной локально-связной нейронной сети. Размерность сети для изображения пикселей составляет несколько миллионов нейронов и примерно вчетверо больше синапсов.

Распознавание выделенных силуэтов производится на самоорганизующейся нейронной сети, предварительно обученной на изображениях объектов рассматриваемых классов. Обеспечивается инвариантность к произвольному движению фона, устойчивость к зашумлению до 10%. Вероятность правильного распознавания не менее 90%.

6.11.2. Обработка статических изображений

Не менее сложными являются задачи выделения и распознавания объектов на статическом тоновом изображении. В частности, подобные задачи возникают при автоматической обработке спутниковых изображений земной поверхности. Для их решения разработан и реализован на персональных компьютерах ряд автоматизированных систем анализа изображений земной

поверхности. Системы в автоматическом режиме обеспечивает выделение на обрабатываемых изображениях объектов заданных классов: дорожной сети, кварталов с характерной застройкой, аэродромов и стоящих на них самолетов. Нейросетевые принципы, заложенные в их основу, обеспечивают инвариантность к яркостным характеристикам выделяемых и распознаваемых объектов, а также позволяют проводить обучение и адаптацию систем.

6.11.3. Обнаружение и классификация объектов по звуковым и гидроакустическим сигналам

Использование нейросетевых технологий для анализа акустического излучения демонстрируют системы обнаружения и распознавания летательных аппаратов по звуку, а также надводных и подводных объектов по гидроакустическим сигналам. Сигналы от объектов подвергаются предобработке и в оцифрованном виде подаются на вход предварительно обученной нейронной сети для распознавания. Исследования систем показали высокую вероятность правильного распознавания (до 90%).

6.11.4. Задачи комбинаторной оптимизации

Высокая степень распараллеленности обработки информации позволяет успешно применять нейросетевые технологии для решения задач комбинаторной оптимизации, к которым, в первую очередь следует отметить задачи транспортно-ориентированной оптимизации (например, задача коммивояжера и ее модификации) и задачи распределения ресурсов (задача о назначениях, задача целераспределения и другие).

Решение таких задач традиционными методами математического программирования, большинство из которых изначально ориентировано на вычислительную технику с последовательной архитектурой, сопряжено с большими временными затратами, неприемлемыми для многих приложений. При соответствующей аппаратной поддержке нейросетевые методы позволяют значительно повысить оперативность решения данного класса задач, сохраняя высокую точность результата.

6.11.5. Медицинская диагностика

В настоящее время разработано достаточно много нейродиагностических комплексов, позволяющих сократить необходимое время диагностики различных заболеваний, а также снизить потребность в квалифицированном медицинском персонале.

Например, компанией «НейроПроект» создана система диагностики слуха у грудных детей. Общепринятая методика диагностики состоит в том, что в процессе обследования регистрируются отклики мозга в ответ на звуковые раздражители. Для достаточно уверенной диагностики слуха ребенка опытному эксперту-аудиологу необходимо провести около 2000 тестов, что занимает около часа. Нейронная сеть способна с той же достоверностью определить уровень слуха уже по 200 наблюдениям в течение всего нескольких минут, причем без участия квалифицированного персонала.

6.11.6. Распознавание речи

Распознавание речи - одно из наиболее популярных применений нейронных сетей. Достаточно квалифицированный пользователь может создать свою нейросетевую систему распознавания речи, используя, к примеру, двухкаскадную иерархическую нейронную сеть, где первый уровень осуществляет грубое распознавание слов, относя их к одному из классов, а второй уровень точно классифицирует слово внутри каждого из классов.

6.11.7. Обнаружение фальсификаций

В США введена в действие система обнаружения мошенничеств в области здравоохранения. Подсчитано, что потери бюджета от такого рода фальсификаций составляют около 730 млн. долларов в год. Создание нейросетевой специализированной системы заняло у фирмы ITC более года и обошлось в 2,5 млн. долларов. Тестирование показало, что нейронная сеть позволяет обнаруживать 38% мошеннических случаев, в то время как существующая экспертная система - только 14%. Для настройки системы были использованы также методы нечеткой логики и генетической оптимизации.

6.11.8. Анализ потребительского рынка

Фирма IBM Consulting создала нейросетевую систему, прогнозирующую свойства потребительского рынка. Одним из основных маркетинговых механизмов является распространение купонов, дающих право покупки определенного товара со скидкой. Так как затраты на рассылку купонов довольно велики, решающим фактором является эффективность рассылки, т. е. доля клиентов, воспользовавшихся скидкой.

Для повышения эффективности купонной системы важно было провести предварительную сегментацию рынка, а затем адресовать клиентам каждого сегмента именно те купоны, которыми они с большей вероятностью воспользуются. В терминах анализа данных здесь требовалось решить задачу кластеризации, что и было успешно проделано с помощью сетей Кохонена. На втором этапе для потребителей каждого из кластеров подбирались подходящие коммерческие предложения, а затем строился прогноз объема продаж для каждого сегмента.

Другой вариант решения этой же задачи избрала компания GoalAssist Corp., исследуя механизм предоставления поощрительных призов за приобретенные покупки. Обычные методы прогнозирования откликов потребителей оказались недостаточно точны. Так, спрос на одни призы оказался слишком велик, в то время как другие призы остались невостребованными. Для повышения точности прогнозирования было решено использовать нейронные сети. Первая нейронная сеть, построенная с помощью пакета NeuroShell Classifier, решала задачу классификации откликов. Вторая самоорганизующуюся сеть, реализованная в нейропакете NeuroShell Predictor, осуществляла количественное прогнозирование. Средняя ошибка прогноза составила всего около 4%.

Фирма Neural Innovation Ltd. использует при работе с маркетинговыми компаниями конкретную стратегию прямой рассылки. Вначале рассылается 25% от общего числа предложений и собирается информация об откликах потребителей. Затем эта информация обрабатывается нейронной сетью, которая осуществляет поиск оптимального сегмента потребительского рынка для данного товара. Затем остальные 75% предложений рассылаются в указанный сегмент. При этом эффективность рассылки существенно возрастает.

6.11.9. Проектирование и оптимизация сетей связи

Одна из важнейших задач в области телекоммуникаций - нахождение оптимального пути пересылки трафика между узлами - может быть успешно решена с помощью нейронных сетей. В данном случае важны две особенности: во-первых, решение должно быть адаптивным, то есть учитывать текущее состояние сети связи и наличие сбойных участков, а во-вторых, найти оптимальное решение нужно очень быстро, в реальном времени. Нейронные сети прекрасно приспособлены для решения такого рода задач.

Кроме управления маршрутизацией потоков, нейронные сети используются и для проектирования новых телекоммуникационных сетей. При этом удается получить очень эффективные решения.

6.11.10. Прогнозирование изменений котировок

Компания Alela Corp. занимается прогнозированием изменения биржевых индексов. Для предсказания знаков изменения индексов применяется нейронная сеть, использующая радиальные базисные функции. На сайте компании можно бесплатно получить прогнозы изменения индексов Dow Jones, S&P500 и Merval, а также убедиться, что доля верных предсказаний на основе нейронных сетей составляет не менее 80%. Создатели сайта предлагают всем желающим использовать эти прогнозы в качестве дополнительных индикаторов.

6.11.11. Управление ценами и производством

Руководители предприятий часто недооценивают потери от неоптимального планирования производства. Так как спрос и условия реализации зависят от времени, сезона, курсов валют и многих других факторов, то и объем производства следует гибко варьировать с целью оптимального использования ресурсов. Уже существуют удачные примеры нейросетевых систем планирования, которые применяются совместно со стандартными методами исследования операций, динамического программирования, а также с методами нечеткой логики.

Крупное английское издательство, выпускающее газеты, приобрело у фирмы Neural Innovation Ltd. систему планирования цен и затрат, основанную на нейронной сети с использованием генетических алгоритмов. На основе исторических данных система обнаруживает сложные зависимости между затратами на рекламу, объемом продаж, ценой газеты, ценами конкурентов, днем недели, сезоном и т. д. После этого возможен подбор оптимальной стратегии сточки зрения максимизации объема продаж или прибыли.

6.11.12. Исследование факторов спроса

Для увеличения прибыльности бизнеса в условиях конкуренции компании необходимо поддерживать обратную связь с потребителями. В частности, для этого проводятся опросы потребителей, позволяющие выяснить, какие факторы являются для них решающими при покупке данного товара или услуги, почему в некоторых случаях предпочтение отдается конкурентам, и какие

улучшения товара потребитель хотел бы увидеть в будущем. Анализ результатов такого опроса - достаточно сложная задача, так как здесь участвует большое количество связанных между собой параметров. Нейронные сети идеально подходят для решения этой задачи. Существующие нейросетевые методы позволяют выявлять сложные зависимости между факторами спроса, прогнозировать поведение потребителей при изменении маркетинговой политики, находить наиболее значимые факторы и оптимальные стратегии рекламы, а также очерчивать сегмент потребителей, наиболее перспективный для данного товара.

Примеры успешного использования нейросетевых технологий для построения эффективной маркетинговой политики:

• маркетинговая кампания «Tango Orange Man», проведенная английским производителем безалкогольных напитков, фирмой Britvic Soft Drinks совместно с фирмой Neural Technologies;

• исследование предпочтений потребителей различных сортов пива в зависимости от их возраста, дохода, семейного положения и других параметров, проведенное фирмой Neural Technologies.

6.11.13. Прогнозирование потребления энергии

Фирма ZSolutions разработала нейросетевую систему анализа данных об энергопотреблении, фиксирующую измерение потребляемой энергии для каждого клиента через каждые 15 минут, с учетом того, что некоторые из измерений ошибочны. Система позволяет выявлять ошибочные измерения, а также прогнозировать потребление энергии в каждый момент времени. Знание точного прогноза позволило энергетической компании использовать гибкую тарифную политику и увеличить свою прибыль.

6.11.14. Оценка недвижимости

Стоимость дома или квартиры зависит от большого числа факторов, таких как общая площадь, удаленность от центра, экологическая обстановка, престижность, тип дома. Так как вид этой зависимости неизвестен, то стандартные методы анализа, как правило, неэффективны. Обычно эта задача решается экспертами, работающими в агентстве по недвижимости. Недостатком такого подхода является субъективность оценщиков, а также возможные разногласия между ними. Существуют успешные примеры решения задачи объективной оценки с помощью нейронной сети. В частности, фирма Attrasoft приводит пример оценки стоимости домов в Бостоне с учетом 13 параметров.

6.11.15. Анализ страховых исков

Фирмой Neural Innovation Ltd. создана нейросетевая система Claim Fraud Analyser, позволяющая мгновенно выявлять подозрительные страховые иски, относящиеся к поврежденным автомобилям. На входы системы подаются такие параметры, как возраст и опыт водителя, стоимость автомобиля, наличие подобных происшествий в прошлом. В результате обработки определяется вероятность того, что данный иск связан с мошенничеством.

Такая система позволяет не только сэкономить за счет выявления фальсификаций, но и улучшить отношения с клиентами за счет более быстрого удовлетворения честных исков.

6.12. Краткое обобщение

Подводя итог, можно заметить, что нейросетевая методология находит все новые применения в практике принятия решений и управлении сложными организационно-техническими системами. Нейронные сети идеально приспособлены для обнаружения сложных зависимостей в отсутствие априорных знаний об исследуемой системе или процессе. Нейронные сети также можно использовать везде, где обычно применялись линейные методы и алгоритмы, и производилось оценивание при помощи статистических методов анализа, таких как регрессионный, кластерный, дискриминантный анализ, временные ряды.

Приведенные выше примеры показывают, что технологии нейронных сетей, нечеткой логики и генетических алгоритмов применимы практически в любой области. В некоторых задачах, таких как прогнозирование котировок или распознавание образов, нейронные сети стали уже привычным инструментом. Нет сомнений, что повсеместное проникновение новых технологий и в другие области - только вопрос времени.

ПРИЛОЖЕНИЯ