Kunstmatige intelligentie
Programmeeropgave 3 van 2008 — Neurale netwerken

De derde programmeeropgave (in het voorjaar van 2008) behorende bij het vak Kunstmatige intelligentie gaat over Neurale netwerken.
Het is de bedoeling een eenvoudig Neuraal netwerk (NN) te programmeren met één verborgen laag dat Poker-handen kan classificeren. (Als je geen Poker speelt, geen zorg.) We gebruiken files van de UCI Machine Learning Repository, en wel in het bijzonder de Poker Hand Data set. We willen het soort hand te bepalen, gegeven (alle?) informatie over de kaarten.

De bedoeling was dat het zou lukken met één verborgen laag. Dit schijnt lastig voor de "echte" poker-database; sorry. Lukt het niet, probeer dan (naar keuze): een extra laag (formules analoog) OF minder uitkomsten (bijvoorbeeld alleen full house, en ...) OF ...

Het NN heeft een twee- tot tiental invoerknopen (evenveel als er kenmerken zijn), één of meer (?) uitvoerknopen, en een tussen 1 en 40 in te stellen aantal verborgen knopen. Verder zijn er twee bias-knopen, één op invoernivo en één op verborgen nivo. Gebruik BackPropagation als leermethode; redelijke waarden zijn wellicht: leersnelheid 0.1 tot 0.9, aantal verborgen knopen 3 en 100000 voorbeelden in totaal.
Test allereerst het netwerk op een paar "eenvoudige" functies van twee variabelen, bijvoorbeeld XOR(x,y) voor x,y=0,1, respectievelijk f(x,y) = sin(2πx) cos(2πy) voor 0 ⩽ x ⩽ 1 en 0 ⩽ y ⩽ 1. Besteed hier in het verslag kort aandacht aan. Het netwerk heeft hier dus één uitvoerknoop.

Schrijf vervolgens zonodig een klein Perl-programma (voor Perl, zie ook acht sheets in PDF) dat de benodigde kenmerken/attributen uit de poker-files opslaat in het gewenste formaat, bijvoorbeeld allemaal, of juist een samenspel van enkele. Kun je bijvoorbeeld twee combinaties van attributen maken, zodat het netwerk toch goed presteert? Waarden tussen 0 en 1, graag, wellicht gescheiden door spaties.
Train daarna het netwerk hierop met BackPropagation, en geef resultaten van de experimenten. Denk aan het gebruiken van aparte training-set en test-set, zie de UCI-website. Ook een simpel statistiekje over de invoerfile doet het goed. En hoe doet het naieve algoritme (gok de meest voorkomende) het?
Het is goed genoeg om één uitvoerknoop te nemen, waarbij bijvoorbeeld 6 (full house) als 0.6 wordt gerepresenteerd: locaal coderen. Het is ook mogelijk — voor liefhebbers — om 10 knopen te nemen, waarbij knoop 6 staat voor full house: gedistribueerd coderen.

Gebruik gnuplot om voor het verslag enkele grafieken te plotten, bijvoorbeeld met verschillende aantallen verborgen knopen, leersnelheden en stopcriteria.
Maak een file plot.p met daarin bijvoorbeeld
     set xrange [0:1]
     set yrange [0:1]
     set pm3d
     splot sin(2*pi*x)*cos(2*pi*y)

En laad deze file in gnuplot met gnuplot> load "plot.p".
Als je een netwerk hebt om deze functie te benaderen, kun je het beste aan het eind van je programma alle benodigde trio's (x,y,netwerkuitvoer) afdrukken in een file (zeg net.uit; één trio per regel), waarbij x met kleine stapjes door het interval [0,1] loopt, en y idem, terwijl netwerkuitvoer de bijbehorende uitvoer van het getrainde netwerk is. In gnuplot kun je eenvoudig een grafiekje van netuitvoer en beoogde functie maken met behulp van:
     gnuplot> splot "net.uit", sin(2*pi*x)*cos(2*pi*y)
Hierbij kun je zonodig PostScript-uitvoer genereren met behulp van
     gnuplot> set terminal postscript eps enhanced color
     gnuplot> set output "file.ps"
vlak voor het (s)plot-commando te geven (of enhanced monochrome voor grijswaarden-plaatjes). En dat allemaal in een plot-file, dan hoef je het niet steeds over te tikken.
Op internet staat alles en meer over gnuplot, bijvoorbeeld hier of daar.
Kijk verder in de LaTeX-handleiding (Hoofdstuk 4.1) hoe je PostScript-files in LaTeX kunt importeren.

Leg in het verslag ook kort BackPropagation uit, met de formules, en een referentie naar Russell en Norvig.
In te leveren: geprint verslag (in LaTeX gemaakt; de C++-code als Appendix, zie verder hier voor opmerkingen over het verslag), en per email: C++- en Perl-code. Stuur svp geen emails met LaTeX/PS/PDF.

Deadline: dinsdag 8 april 2008.


Vragen en/of opmerkingen kunnen worden gestuurd naar: kosters@liacs.nl.

17 maart 2008 — http://www.liacs.nl/home/kosters/AI/nn08.html