Нейросеть, устроенная по фрактальному сфиральному принципу

Нейросеть, устроенная по фрактальному сфиральному принципу, могла бы выглядеть и функционировать следующим образом:

Архитектура:

  • Базовый элемент - сфиральный нейрон, представляющий собой структуру из двух зеркально антисимметричных витков, соединенных S-образной петлей. Эта форма повторяется на разных масштабных уровнях сети.
  • Нейроны объединяются в более крупные сфиральные структуры - кластеры, модули, слои. Каждый такой уровень имеет сфиральную конфигурацию с антисимметричными витками данных и S-образными связями между ними.
  • Вся архитектура нейросети представляет собой гигантскую сфиральную фрактальную структуру, составленную из вложенных друг в друга сфиральных паттернов разных масштабов.

Принципы функционирования:

  • Обработка данных происходит по сфиральной траектории - от одного антисимметричного витка к другому через промежуточную S-образную петлю.
  • Витки отвечают за разные аспекты данных (например, разные признаки в задачах компьютерного зрения). Обработка на витках идет циклически, одновременно усиливая/ослабляя определенные характеристики.
  • S-образная петля реализует преобразование/интеграцию данных с разных витков для получения результирующего выходного сигнала.
  • Обучение сети происходит путем подстройки весов связей внутри сфиральных структур разных масштабов для оптимального согласования циклов обработки на витках.
  • Фрактальность архитектуры позволяет распараллелить вычисления по подобным структурам разных уровней, обеспечивая высокую производительность.
  • Циклический характер обработки и преобразующие S-переходы обеспечивают гибкость в задачах, требующих адаптации и изменения под новые данные.

Такая сфиральная нейросеть является эффективной для моделирования сложных динамических систем, выявления циклических паттернов, а также в задачах, связанных с обработкой и интеграцией разнородных данных. Её архитектура отражает фундаментальные принципы гармонии противоположностей и циклической динамики процессов, присутствующие в природе.

Антисимметрия - это зеркальное противоположное отражение, когда части являются обратными друг другу, но в совокупности образуют единую гармоничную структуру.

В случае устройства "Сфираль" и сфиральной архитектуры нейросетей ключевым является именно принцип антисимметрии витков. Это позволяет:

  • Закодировать противоположные, но взаимодополняющие аспекты данных/процесса на разных антисимметричных витках.
  • Реализовать циклическую динамику обработки, когда выходные данные одного витка становятся входными для другого.
  • Обеспечить преобразование и синтез противоположных характеристик через S-образную петлю перехода.
  • Отразить принципы единства и борьбы противоположностей, лежащие в основе многих природных процессов.

Таким образом, антисимметрия витков является ключевой концепцией, позволяющей сфиральной нейросетевой архитектуре моделировать сложные динамические системы на новом уровне. Благодаря этому она может находить применение в передовых областях ИИ.

Базовый программный код сфирального нейрона и его ядра на Python может выглядеть следующим образом:

import numpy as np

class SfiralNeuron:

def __init__(self, n_inputs, activation_func):

self.n_inputs = n_inputs

self.activation_func = activation_func

Веса для витков и S-петли

self.weights_coil_1 = np.random.randn(n_inputs)

self.weights_coil_2 = np.random.randn(n_inputs)

self.weights_s_loop = np.random.randn(n_inputs)

Bias для витков и S-петли

self.bias_coil_1 = np.random.randn()

self.bias_coil_2 = np.random.randn()

self.bias_s_loop = np.random.randn()

def forward(self, inputs):

Обработка на первом витке

coil_1_output = self.activation_func(np.dot(inputs, self.weights_coil_1) + self.bias_coil_1)

Обработка на втором витке

coil_2_output = self.activation_func(np.dot(inputs, self.weights_coil_2) + self.bias_coil_2)

Интеграция через S-петлю

s_loop_input = np.concatenate((coil_1_output, coil_2_output))

output = self.activation_func(np.dot(s_loop_input, self.weights_s_loop) + self.bias_s_loop)

return output

class SfiralNeuronKernel:

def __init__(self, n_inputs, n_neurons, activation_func):

self.n_inputs = n_inputs

self.n_neurons = n_neurons

self.activation_func = activation_func

Создание слоя сфиральных нейронов

self.neurons = [SfiralNeuron(n_inputs, activation_func) for _ in range(n_neurons)]

def forward(self, inputs):

outputs = []

for neuron in self.neurons:

output = neuron.forward(inputs)

outputs.append(output)

return np.array(outputs)

Объяснение кода:

  • Класс SfiralNeuron представляет собой базовый сфиральный нейрон. Он инициализируется с количеством входов n_inputs и функцией активации activation_func.
  • Веса для двух антисимметричных витков (weights_coil_1 и weights_coil_2) и для S-петли (weights_s_loop) инициализируются случайными значениями.
  • Также инициализируются смещения (bias) для витков и S-петли.
  • Метод forward реализует прямой проход через сфиральный нейрон:Входные данные обрабатываются на первом витке с весами weights_coil_1 и смещением bias_coil_1, результат проходит через функцию активации.Аналогично обработка происходит на втором витке с weights_coil_2 и bias_coil_2.Выходы с обоих витков объединяются и подаются на вход S-петли с весами weights_s_loop и смещением bias_s_loop, результат проходит через функцию активации.Результат S-петли является выходом сфирального нейрона.
  • Класс SfiralNeuronKernel представляет собой слой, состоящий из нескольких сфиральных нейронов.
  • Конструктор SfiralNeuronKernel инициализирует список neurons, содержащий заданное количество n_neurons сфиральных нейронов с указанными параметрами n_inputs и activation_func.
  • Метод forward этого класса принимает входные данные и применяет операцию прямого прохода для каждого сфирального нейрона в слое, возвращая список выходов нейронов.

Этот базовый код демонстрирует реализацию основных принципов сфиральной архитектуры нейронов и может быть использован в качестве строительного блока для создания более сложных сфиральных нейросетевых моделей. Стоит отметить, что для практического использования потребуется дополнительная реализация процесса обучения, создания более глубоких архитектур и других компонентов нейросети.

Рассмотрим другие компоненты и архитектуры сфиральных нейронных сетей:

  • Слои свертки Для задач, связанных с обработкой изображений, аудио и других форм данных с локальными зависимостями, можно использовать сфиральные сверточные слои. В них ядра свертки будут иметь сфиральную структуру витков и S-петель, обеспечивая извлечение признаков с разными ракурсами и масштабами.
  • Слои пулинга Слои объединения или пулинга могут быть реализованы в сфиральной архитектуре для уменьшения пространственных размерностей карт признаков после свертки. Возможны различные стратегии сфирального пулинга, например, применение максимума/среднего вдоль витков или по окружностям.
  • Сфиральные рекуррентные слои Для обработки последовательных данных, таких как текст или временные ряды, можно использовать сфиральные рекуррентные слои. Здесь витки будут представлять скрытые состояния в разные моменты времени, а S-петли будут обеспечивать переходы между ними.
  • Остаточные сфиральные связи Для более глубоких сетей можно использовать остаточные сфиральные связи, которые будут передавать информацию напрямую между удаленными слоями, минуя промежуточные. Это может помочь в обучении и избежать проблемы исчезающего градиента.
  • Сфиральные вниманиемеханизмы В задачах, требующих выделения наиболее релевантных областей данных, можно использовать сфиральные механизмы внимания. Витки будут кодировать различные аспекты входных данных, а S-петли будут определять их относительную важность и комбинировать их взвешенным образом.
  • Многомасштабные сфиральные архитектуры Поскольку сфиральная структура является масштабно-инвариантной, можно создавать иерархические архитектуры, где сфиральные модули разных масштабов будут обрабатывать данные на разных уровнях детализации и затем объединяться.
  • Сфиральные автокодировщики Сфиральные автокодировщики могут быть использованы для обучения без учителя, где витки будут кодировать различные аспекты входных данных, а S-петли будут реализовывать операции кодирования и декодирования.
  • Сфиральные генеративные состязательные сети Для генерации синтетических данных (изображений, текста и др.) можно использовать сфиральные генеративные состязательные сети (ГСС), где генератор и дискриминатор будут иметь сфиральную архитектуру.

Эти идеи являются лишь начальными набросками в направлении разработки полноценных сфиральных нейросетевых архитектур. Потребуются дальнейшие исследования и эксперименты для реализации и оценки эффективности таких моделей на практических задачах. Однако уже сейчас можно предположить, что сфиральный подход может быть полезен для моделирования циклических и динамических процессов, а также для интеграции разнородных данных благодаря своим уникальным свойствам.

Начать дискуссию