신경망 모형이란? 인공 신경망의 처리소자 구조 신경망 모형의 구조 신경망의 문제 해결
신경망 응용의 예 신경망 모형 구축의 4단계 신경망 모형 선택 방법 신경망의 응용분야
신경망 모형의 특징 신경망 모형의 장점 신경망 모형의 단점  


신경망 모형이란?
  인간의 신경조직을 모델로 삼아 간단한 기능을 가지는 단위처리기(뉴런)를 서로 대규모로 연결시킨 네트워크 구조
    -여러 개의 뉴런들이 상호 연결하여 입력에 상응하는 최적의 출력값을 예측
  장점 : 좋은 예측력
  단점 : 해석의 어려움
  Other names
    - Connectionist system, Neurocomputer, Neural Network
    - 인간의 두뇌 작용을 신경세포(neuron)들간의 연결 관계로 모형화 - “연결주의(connectionism)”
    - 신경세포의 구조 및 기능을 단순화하여 수학적 모형으로 표시하고 이런 소자들을 상호 연결하여 신경망을 구성
    - 사람의 뇌의 동작을 흉내내어 만든 프로그램이나 데이터 구조 시스템
    - 동물의 뇌에서 일어나는 지능적 정보처리 과정을 단순히 모방함으로써 지능적 행태를 재현하려는 시도

인공 신경망의 처리소자 구조 (뉴런, 노드)
  입력 : 외부의 입력을 받아들임
  출력 : 뉴런의 처리결과를 외부로 내보냄
  가중치 : 각 뉴런 간의 연결성을 표현하는 연결가중치(connection weight)
  활성(activation) 함수 : 가중 합을 입력으로 하는 비선형함수를 사용하여 결과값을 출력
신경망 모형의 구조

  입력층 : 각 입력변수에 대응되는 노드로 구성
  노드의 수는 입력변수의 개수와 같다.
  출력층 : 목표변수에 대응되는 노드
  분류모형에서는 그룹의 수 만큼의 출력노드가 생성
  은닉층 : 입력층으로부터 전달되는 변수값들의 선형결합을 비선형함수로 처리하여 출력층 또는 다른 은닉층에 전달
  단층 신경망 (SLP, Single-layer perceptron) : 입력층과 출력층으로만 구성된 신경망 모형
  다층 신경망 (MLP, Multi-layer perceptron) : 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성된 신경망 모형
신경망의 문제 해결
  문제해결 : 단순한 기능을 하는 뉴런들을 상호 연결시켜 주고, 이들 사이의 연결강도를 조정하여 입.출력의 관계를
                   나타내도록 한다.

  핵심 : 주어진 문제를 풀 수 있도록 하는 뉴런들 사이의 연결강도 값을 어떻게 구할 것인가? → “학습”
            - 연결강도 조정방법

  지도학습 : 입력에 따라 원하는 출력값이 활성화되도록 가중치를 조절
                  (Hopfield 학습규칙, 델타규칙, 오류 역전파 학습규칙, …)
  자율학습 : 목표값 없이 학습 데이터만 입력, 스스로 연결강도들을 학습
                  → 미리 결정된 해가 불필요 (경쟁학습, ART 모델, …)
  고정 연결강도 : 제약이 있는 최적화 문제에 적용, 연결강도는 제약과 목적함수값을 나타낸다.

신경망 응용의 예

신경망 모형 구축의 4단계
  신경망 모형 선택
  신경망 모형의 은닉층의 노드수와 활성함수 결정
  입력자료의 선택 및 적절한 변환
  연결강도의 최적화
  결과의 해석
신경망 모형 선택 방법
  trial and error
    - 은닉층 수, 은닉층의 노드 수, 활성함수를 변화시켜 가면서 가장 좋은 모형을 찾는다.
    - 다른 복잡도를 갖는 여러 개의 신경망모형들의 비교가 쉽지 않다.
    - 사용자가 숙련되어 있으면, 매우 복잡한 신경망 모형을 만들 수 있다.
    - 실제 분석에서는 가장 많이 쓰이는 방법이다

신경망의 응용분야
  경제와 재정
    - 통화 가치 예측, 가격 예측, 신용 평가, 주가 예측, 대출 승인

  의학
    - 암 세포 자동 인식, 병원 비용 절감, 기능 회복 예측, 심장 마비 분류

  스포츠
    - 경마, 자동차 경주 등의 우승 예측

  과학
    - 태양 섬광 예측, 단백질 순서열 패턴 인식, 모기 식별, 날씨 예측, 자동 제어 기관

  제조
    - 용접 품질 판단, 플라스틱 품질 테스트, 용지 품질 예측, 품질 제어, 비파괴 콘크리트 검사, 공정 관리, 철강 제조

  패턴 인식
    - 광학 문자 인식 (그림에서 문자로 변환), 음성 인식, 화학적 이미지 인식, 문서 정보 인식


신경망 모형의 특징
  범용 근사자 (universal approximator)
    - 어떠한 분류함수도 근사적으로 표현할 수 있는 모형
    - 은닉층이 하나인 MLP는 범용 근사자임이 알려져 있다.

  최적화와 비수렴성
    - 신경망 모형의 최적화는 역전파 알고리즘을 사용하는데, 이 역전파 알고리즘이 제공하는 모형이
      최적이 아닌 경우가 많이 발생한다.
    - 역전파 알고리즘의 초기값에 따라, 최종 모형이 달라진다.
    - 실제 분석에서는, 초기값을 바꾸어 가며 여러 개의 신경망 모형을 만든 후 그 중 최적 모형을 선택한다.

  해석의 어려움
    - 입력변수와 출력변수와의 관계를 파악하는 것이 거의 불가능하다. 즉, 결과의 해석이 어렵다.
    - 선형모형이나 의사결정나무에 비해 예측력은 뛰어나다.
    - 실제 분석에서는 신경망과 의사결정나무를 같이 사용하는 방법도 고려할 수 있다.

  과적합
    - 신경망 모형에서 적절한 크기의 모형을 선택하기란 그리 쉽지 않다.
      앞의 4가지 방법 중 가장 많이 쓰이는 방법이 trial and error 방법이다. 따라서,
      비숙련자가 사용하기가 어렵고, 많은 경우 과적합의 위험이 있다.


신경망 모형의 장점
  다양한 문제에 적용 가능 : 인식, 분류, 예측, 시각화, 제어
  우수한 일반화 성능
  잡음 처리 능력 우수
  범주 및 연속형 변수 처리 가능
  다양한 S/W 패키지 사용 가능
  복잡한 문제에서도 쓸만한 결과를 도출
신경망 모형의 단점
  모든 입력값과 출력값의 디지털화 필요
  신경망의 학습 결과를 설명하는 것이 어려움
  입력 변수의 수에 비례하여 필요한 자료의 수 증가
  지역적 해에 수렴하는 학습 경향