ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В работе [3] описывались интересные и полезные результаты исследований Кохонена на самоорганизующихся структурах, используемых для задач распознавания образов. Вообще эти структуры классифицируют образы, представленные векторными величинами, в которых каждый компонент вектора соответствует элементу образа. Алгоритмы Кохонена основываются на технике обучения без учителя. После обучения подача входного вектора из данного класса будет приводить к выработке возбуждающего уровня в каждом выходном нейроне; нейрон с максимальным возбуждением представляет классификацию. Так как обучение проводится без указания целевого вектора, то нет возможности определять заранее, какой нейрон будет соответствовать данному классу входных векторов. Тем не менее это планирование легко проводится путем тестирования сети после обучения.

Алгоритм трактует набор из n входных весов нейрона как вектор в n-мерном пространстве. Перед обучением каждый компонент этого вектора весов инициализируется в случайную величину. Затем каждый вектор нормализуется в вектор с единичной длиной в пространстве весов. Это делается делением каждого случайного веса на квадратный корень из суммы квадратов компонент этого весового вектора.

Все входные вектора обучающего набора также нормализуются и сеть обучается согласно следующему алгоритму:

1. Вектор Х подается на вход сети.

2. Определяются расстояния D_j (в n-мерном пространстве) между Х и весовыми векторами W_j каждого нейрона. В евклидовом пространстве это расстояние вычисляется по следующей формуле

,

где х_i – компонента i входного вектораX, w_ij – вес входа i нейрона j.

3. Нейрон, который имеет весовой вектор, самый близкий к X, объявляется победителем. Этот весовой вектор, называемый W_c, становится основным в группе весовых векторов, которые лежат в пределах расстояния D от W_c.

4. Группа весовых векторов настраивается в соответствии со следующим выражением:

W_j(t+l) = W_j(t) + a[X – W_j(t)]

для всех весовых векторов в пределах расстояния D от W_c

5. Повторяются шаги с 1 по 4 для каждого входного вектора.

В процессе обучения нейронной сети значения D и a постепенно уменьшаются. Автор [3] рекомендовал, чтобы коэффициент a в начале обучения устанавливался приблизительно равным 1 и уменьшался в процессе обучения до 0, в то время как D может в начале обучения равняться максимальному расстоянию между весовыми векторами и в конце обучения стать настолько маленьким, что будет обучаться только один нейрон.

В соответствии с существующей точкой зрения, точность классификации будет улучшаться при дополнительном обучении. Согласно рекомендации Кохонена, для получения хорошей статистической точности количество обучающих циклов должно быть, по крайней мере, в 500 раз больше количества выходных нейронов.

Обучающий алгоритм настраивает весовые векторы в окрестности возбужденного нейрона таким образом, чтобы они были более похожими на входной вектор. Так как все векторы нормализуются в векторы с единичной длиной, они могут рассматриваться как точки на поверхности единичной гиперсферы. В процессе обучения группа соседних весовых точек перемещается ближе к точке входного вектора. Предполагается, что входные векторы фактически группируются в классы в соответствии с их положением в векторном пространстве. Определенный класс будет ассоциироваться с определенным нейроном, перемещая его весовой вектор в направлении центра класса и способствуя его возбуждению при появлении на входе любого вектора данного класса.

После обучения классификация выполняется посредством подачи на вход сети испытуемого вектора, вычисления возбуждения для каждого нейрона с последующим выбором нейрона с наивысшим возбуждением как индикатора правильной классификации.

ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Современный этап развития общества принято рассматривать в контексте широкой информатизации всех его сфер. Эффективное развитие сельского хозяйства невозможно без технического переоснащения производства, базирующегося на внедрении перспективных достижений науки и техники. Прогресс в развитии информационных технологий открывает дополнительные возможности в проведении научно-технических исследований в области агропромышленного производства.

В настоящее время информационные технологии – одна из самых динамично развивающихся областей. Совершенствуется элементная база и архитектура компьютеров, развиваются языки и технологии программирования, создаются новые пакеты прикладных программ на основе современных математических методов моделирования и оптимизации.

Одна из важнейших особенностей технического университета – фундаментальная подготовка инженера на основе расширенного цикла математических, естественнонаучных и общеинженерных дисциплин. Для этого необходимо современное учебно-методическое обеспечение, использующее передовые информационные технологии.

Целью дисциплины «Основы информационных технологий» является подготовка магистрантов и аспирантов к использованию современных информационных технологий как инструмента для решения на высоком уровне научных и практических задач в своей предметной области.

Задачами дисциплины являются:

-приобретение навыков использования технических устройств управления информацией и работы с компьютером;

-изучение современных средств телекоммуникаций;

-овладение современными технологиями информационного обеспечения научных исследований;

-обеспечение создания и ведения баз данных по технологической и эксплуатационной наследственности деталей машин и их соединений;

- овладение навыками работы с профессиональными базами данных;

-овладение информационными технологиями проектирования машин, сборочных единиц и технологических процессов.

Изучение дисциплины способствует формированию следующих компетенций:

- академических, включающих:

- способность самостоятельно приобретать новые знания и умения, в том числе в областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности;

- способность к самостоятельной научно-исследовательской деятельности, готовность генерировать и использовать новые идеи.

- методологические знания и исследовательские умения, обеспечивающие решение задач научно-исследовательской, научно-педагогической, управленческой и инновационной деятельности;

- способность использовать современные информационные технологии и базы данных;

- способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, изменению научного профиля своей профессиональной деятельности.

- социально-личностных, включающих умения:

- совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень;

- владеть навыками формирования и аргументации собственных суждений и профессиональной позиции;

- оказывать личным примером позитивное воздействие на окружающих и участников профессиональной деятельности с точки зрения соблюдения норм и правил здорового образа жизни, активной жизненной позиции;

- сотрудничать, работать в команде, руководить и подчиняться;

- обобщать, анализировать, критически осмысливать, систематизировать, прогнозировать, определять цели и выбирать пути их достижения; владеть культурой мышления.

- профессиональных, включающих способность:

- подготавливать и проводить учебные занятия в учреждениях среднего специального и высшего образования;

- разрабатывать и использовать современное научно-методическое обеспечение;

- осуществлять мониторинг образовательного процесса, диагностику учебных и воспитательных результатов;

- руководить научно-исследовательской работой обучающихся;

- планировать и организовывать воспитательную работу с обучающимися;

- использовать современные средства и методы решения задач, связанных с реализацией образовательной и воспитательной деятельности;

- осваивать и внедрять в образовательный процесс инновационные образовательные технологии;

- анализировать работу основных аппаратных средств персонального компьютера, осуществлять поиск и изучение ин­формации, применять персональный компьютер при решении при­кладных задач;

- формулировать проблемы, решать задачи, разрабатывать планы и обеспечивать их выполнение в избранной сфере профессио­нальной деятельности.

В результате изучения дисциплины магистрант должен

знать:

- основные принципы создания, хранения, обработки и передачи информации;

- основы технологии обмена данными;

- методы и средства решения задач в своей предметной области на базе использования информационных технологий.

уметь:

- пользоваться основными программными продуктами информационных технологий: текстовыми, табличными и графическими процессорами, базами данных, средствами подготовки презентаций, сетевыми клиентскими программами, средствами поддержки математических вычислений;

- пользоваться глобальными информационными ресурсами;

- осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективам развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям;

- проводить с использованием информационных технологий расчеты и оформление проектно-конструкторской документации;

- использовать современные достижения науки и передовые технологии в области систем технического обеспечения сельского хозяйства и автоматизации технологических процессов;

- выбирать методы расчета и анализа систем технического обеспечения сельского хозяйства, анализировать и представлять результаты научных исследований;

- намечать практические рекомендации по использованию научных исследований в области технического обеспечения сельского хозяйства;

- планировать и проводить аналитические, иммитационные и экспериментальные исследования, критически оценивать результаты и делать выводы.

- выбирать методы и проводить испытания для оценки физических, механических и эксплуатационных свойств средств механизации и систем технического обеспечения сельскохозяйственного производства;

- проводить патентный поиск и исследовать патентоспособность и показатели технического уровня разработок систем технического обеспечения сельского хозяйства;

- разрабатывать научно-техническую документацию, оформлять научно-технические отчеты, обзоры, публикации по результатам выполненных исследований;

- применять методы анализа вариантов, разработки и поиска компромиссных решений;

- использовать средства компьютерной техники при проектировании;

- оформлять проектную документацию;

- принимать оптимальные управленческие решения;

- осваивать и реализовывать управленческие инновации в профессиональной деятельности;

- разрабатывать планы и программы организации инновационной деятельности;

- применять инновационные методы решения профессиональных задач;

иметь научное представление:

¾ о современных информационных технологиях в предметной области;

¾ о современных операционных системах и инструментальных пакетах программ;

¾ об основных программных продуктах информационных технологий: текстовых, графических, табличных процессорах, базах данных, средствах подготовки презентаций и средствах поддержки математических вычислений;

¾ сетевых технологиях и сервисах сети Интернет;

¾ проблемах защиты информации в компьютерах и компьютерных сетях.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении математики, информатики, информационных технологий, основ научных исследований и моделирования, оптимизации технологических процессов и принятия решений.