Применение Технологии CUDA Для Обучения Нейронной Сети Кохонена

Abstract

Проведена кластеризация данных, содержащихся в обучающих выборках -базах данных MNIST и Fashion MNIST. Для кластеризации использована нейронная сеть Кохонена с евклидовой метрикой при оценке расстояний. Для каждой рукописной цифры (MNIST) и каждого типа предметов обихода (Fashion MNIST) определено оптимальное количество кластеров (не более 50).Обучение нейронной сети распараллелено на графическом устройстве NVidia с использованием технологии CUDA. Для каждой цифры приведены результаты, иллюстрирующие сравнение времен работы процессора и графического процессора. Как для цифр, так и для типов предметов обихода сделан вывод о 17-кратном ускорении параллельных вычислений над последовательными на игровом ноутбуке начального уровня. Тестовые выборки из тех же баз данных использованы для проверки правильности построения кластеров. Как для последовательного, так и для параллельного обучения сделан вывод о том, что векторы из тестовой выборки принадлежат правильному кластеру с вероятностью более 90 % в случае рукописных цифр. Кроме того, для каждой цифры и каждого типа предметов обихода вычислены F-меры для оценки попадания объектов в свои кластеры.Показано, что последовательная и параллельная кластеризации дают близкие результаты. Наилучшие значения F-меры получены для цифр 0 и 1 (F-среднее значение равно 0,974), в то время как худшее значение (0,903) получено для цифры 9. Для данных Fashion MNIST лучшее значение F-меры (0,96) получено для типа «Брюки», а худшее (0,34) -для типа «Рубашка». Несмотря на большие разбросы для значений F-метрик двух рассмотренных баз данных, отличия результатов кластеризации минимальны. Так, для MNIST максимальное отличие F-меры составляет порядка 0,01, а для Fashion MNISTоколо 0,04.