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| Membrain-nn.de | |||||||||
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Systemvoraussetzungen
Mathematische ModellbildungDas Neuronen- und Linkmodell von MemBrain ist so flexibel, dass vom einfachen, zeitinvarianten Feed-Forward-Netz bis hin zu Netzen mit diskret feuernden Neuronen, sowie beliebigen Rückkopplungen und Laufzeiten alles simulierbar ist. Auch direkte Rückkopplungen eines Neurons auf seinen eigenen Eingang sind möglich. Prinzipiell ist in MemBrain jedes Netz ein gültiges Netz. Durch die konsequent objektorientierte Umsetzung kann jedes einzelne Neuron und auch jeder einzelne Link (Link = Verknüpfung zwischen zwei Neuronen) in MemBrain unterschiedliche Eigenschaften haben. Links können beliebige logische Längen aufweisen, so dass echtes Laufzeitverhalten abbildbar wird.
Zum Vergrößern bitte auf die Bilder klicken. Das exakte mathematische Modell für Neuronen und Links in MemBrain ist in der HTML-Hilfe zur Software dokumentiert. verfügbare LernalgorithmenMomentan verfügt MemBrain über folgende Lernalgorithmen. Überwachtes Lernen (auch für Autoencoder Sub-Netze und Convolutional Neural Networks):
Unüberwachtes Lernen:
die MemBrain DLLDie meisten Funktionen von MemBrain sind auch in einer DLL (Dynamic Link Library) verfügbar. Diese gibt es in zwei Ausführungen, 32 Bit und 64 Bit. Mit der MemBrain DLL können neuronale Netze, die mit MemBrain erstellt und
trainiert wurden, in eigene Applikationen eingebunden werden, unabhängig
von der verwendeten Programmiersprache. Außerdem bietet die DLL Funktionen um
neue Netze von Grund auf zu erstellen oder auch bestehende Netze zu
editieren.
Dadurch wird es möglich, neuronale Netze, die mit MemBrain erstellt wurden,
auf einfache Weise in Die MemBrain DLL ist im Installationspaket von MemBrain enthalten, sie wird
bei der Installation in ein eigenes Unterverzeichnis kopiert. Im Download
Bereich befindet sich ein Beispiel dafür, wie die DLL unter Excel VBA (Visual
Basic for Applications) verwendet werden kann. Für C# Anwender gibt es eine objektiorientierfte C# Wrapper Bibliothek, um die DLL zu nutzen (siehe Download Bereich). Selbstverständlich kann die DLL auch unter C/C++ eingesetzt werden. Eine ausführliche Dokumentation zur DLL findet sich in der zugehörigen Header-Datei "MemBrain_inc.h". Automatische Code-generierungMemBrain verfügt über einen Code-Generator, der aus einem aktuell geladenen neuronalen Netz wahlweise C oder C++ Code generiert, der mit jedem beliebigen C- bzw. C++ Compiler übersetzt und so in eigene Software (z.B. auf Embedded-Plattformen) eingebunden werden kann. Vom einfachen Feed-Forward Netz bis zum rückgekoppelten Netz, das u.U. auch zeitvariante und/oder zufallsgesteuerte Elemente verwendet, kann alles im C-Code abgebildet werden. Der Code für ein Netz besteht dabei aus einem festen Bibliotheksteil, der bei der Installation von MemBrain angelegt wird und zwei dynamisch für jedes Netz durch MemBrain erzeugten Dateien, einer Header- und einer Implementierungsdatei. Die von MemBrain erzeugte Implementierungsdatei ergänzt die Bibliothek um netzspezifische Konstantendefinitionen. Die Header-Datei veröffentlicht einige wichtige Definitionen des Netzes und beinhaltet die Präprozessordirektiven, die den Bibliotheks-Code im Hinblick auf das generierte Netz optimieren. Dazu wird das Netz einer intensiven Analyse unterzogen, so dass nur die Teile der Bibliothek eingebunden werden, die wirklich benötigt werden. So erzeugt MemBrain stets Code, der exakt auf die im Netz benötigte Funktionalität zugeschnitten ist und auf diese Weise immer optimale Performanz bei minimalem Speicherbedarf bietet. Der erzeugte C Code folgt einem 'Relaxed ANSI-C' Standard. Er ist dabei in allen wesentlichen Punkten ANSI-C konform, verwendet aber einige wenige Erweiterungen wie z.B. einzeilige Kommentare im C++-Stil. Der C++ Code verwendet bestimme Elemente der C++ Standardbibliothek wie z.B. Container (array). Im Hinblick auf die Einsetzbarkeit in Embedded-Systemen wird keine dynamische Speicherverwaltung verwendet. Der Code bietet die folgenden Möglichkeiten zum Einsatz des erzeugten Netzes:
Die erwähnten Code-Bibliotheken sind im Installationspaket von MemBrain enthalten, sie werden bei der Installation in eigene Unterverzeichnisse kopiert. Die MemBrain Hilfe (über F1 erreichbar) enthält nähere Informationen zur Verwendung des Codes. objektorientierte scriptspracheMemBrain beinhaltet eine mächtige Skript-Sprache, die es erlaubt, häufig benötigte Operationen wie das Laden, Trainieren, Validieren und Speichern von Netzen zu automatisieren. Weiterhin sind die meisten anderen Funktionen und Einstellungen von MemBrain über Skriptbefehle zugänglich. Deshalb stellen Skripte auch eine gute Möglichkeit zur Verfügung, MemBrain durch andere Software fernzusteuern oder auch auch Präsentationen zu erstellen, die neuronale Netze in Aktion zeigen. MemBrain Skripte können auf vielfältige Art und Weise mit dem Benutzer
interagieren. Dazu gehören Message-Boxen, Dialoge zum Öffnen und
Speichern von Dateien, numerische und Text-Eingabefelder, Ausgaben im
Trace-Fenster usw. Weiterhin beinhaltet MemBrains Skriptsprache leistungsfähige Funktionen zum
Erzeugen und MemBrain-Skripte können auf verschiedene Arten ausgeführt werden:
Detailierte Informationen über das Ausführen von Skripten enthält die Hilfe zu MemBrain. Beispiele zu MemBrain-Skripten stehen im Download-Bereich zur Verfügung. Quellcode Debugger für scripteMemBrain verfügt über einen eigenen, leistungsfähigen grafischen Debugger für Scripte. Er bietet u.a. folgende Leistungsmerkmale.
Der folgende Screenshot zeigt den Debugger in Aktion:
Zum Vergrößern auf das Bild klicken membrains automatische NetzanalyseMemBrain muss nicht mitgeteilt werden, welche Netzarchitektur aufgebaut wird. Neuronen werden einfach in beliebiger Anzahl und an beliebigen Positionen platziert und ebenso beliebig verknüpft. Neben der Möglichkeit, Neuronen durch Ziehen einzelner Links zu verbinden, bietet MemBrain auch mächtige Editierfunktionen zum Einfügen tausender Links mit wenigen Mausklicks. Die integrierte Netz-Analyse erkennt die logische Struktur des Netzes, wie z.B. Schichten und Rückkopplungen automatisch. Dies geschieht im Hintergrund wann immer die entsprechenden Informationen benötigt werden. Außerdem können diese Informationen auch visualisiert werden.
VerschlüsselungMemBrain verfügt über eine optionale, integrierte, passwortgesteuerte 256 Bit AES Verschlüsselung für Netze und Datensätze (Lessons). Auf diese Weise geschütze Dateien lassen sich von MemBrain und der MemBrain DLL ausschließlich mit dem korrekten Passwort entschlüsseln und öffnen. Die angewandte AES Verschlüsselung stellt dabei eine der stärksten heute verfügbaren Verschlüsselungstechnologien dar. Multi Core unterstützungMemBrain bestimmt automatisch - abhängig von der erkannten Netzarchitektur - die optimale Nutzung der verfügbaren Rechnerkerne des Betriebssystems. So nimmt sich MemBrain immer nur soviel der abrufbaren Rechenleistung wie im Hinblick auf das momentan bearbeitete Netz sinnvoll anwendbar ist. Die Regeln zur Ermittlung der benutzten Rechnerkerne lassen sich durch den Benutzer modifizieren. Darüberhinaus lässt sich die Prozesspriorität von MemBrain über das MemBrain Menü frei einstellen, so dass die Auslastung des Rechners durch MemBrain bei Bedarf in weiten Grenzen konfigurierbar wird. EinLesen von BilddateienMemBrain verfügt über eine Option, Pixeldaten aus Bilddateien aller gängigen Formate als Graustufenwerte einzulesen. Damit wird die Generierung von Eingangsdatensätzen aus Bildern erheblich vereinfacht. Vor dem Einlesen und Umwandeln in Graustufen werden die Bilder optional neu gesampelt, um eine ideale Anpassung hinsichtlich Auflösung und Format zu erzielen. offenes TCP/IP interface
MemBrain verfügt über die Möglichkeit, sich mittels TCP/IP mit anderen
MemBrain Instanzen oder auch mit zu MemBrain kompatiblen Geräte-Treibern
zu verbinden. Dabei spielt es keine Rolle, ob die anderen Anwendungen auf
entfernten Rechnern oder auf ein und demselben Computer ausgeführt werden.
Der Screen-Shot zeigt eine Matrix von 160 x 120 Eingangs-Neuronen, über TCP/IP eingebunden in ein neuronales Netz. Die Neuronen werden vom 'MemBrain Picture Driver' veröffentlicht, der im Download-Bereich zur Verfügung steht. Neuronen können in MemBrain als Graustufen-Pixel dargestellt werden, die
Helligkeit ist dabei weitere screenshotsZum Vergrößern bitte auf die Bilder klicken.
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