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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola de Engenharia de São Carlos
 
Engenharia Aeronáutica
 
Disciplina: SAA0358 - Redes Neurais e Aprendizagem de Máquina
Neural Networks and Machine Learning

Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 2
Carga Horária Total: 90 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2024 Desativação:

Objetivos
Este curso, fornece os fundamentos de aprendizagem de máquina, redes neurais e inclui os conceitos de aprendizagem profunda (deep learning), incluindo - As principais tendências de tecnologia. 
- Capacitar o aluno a construir, treinar e aplicar redes neurais de diferentes tipos e arquiteturas
- Implementar e aprimorar redes neurais
- Compreender os parâmetros-chave na arquitetura de uma rede neural
 
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
1117972 - Glauco Augusto de Paula Caurin
 
Programa Resumido
Perceptron de Rosenblatt
. O Teorema de Convergência de Perceptron
. O Algoritmo de Perceptron em Batelada

Construção de modelo por meio da regressão
. Modelo de Regressão Linear: Considerações Preliminares
. Estimativa máxima a posteriori do vetar de parâmetros
. O Princípio do Comprimento da Descrição Mínima
. Considerações de tamanho de amostra finita
. O Método de Variáveis Instrumentais

O Algoritmo do Least Mean Square
. Estrutura de Filtragem do Algoritmo LMS
. Otimização irrestrita: uma revisão
, O Filtro Wiener
. O Algoritmo Least Mean Square
. Teoria de aprendizagem estatística LMS para o parâmetro de pequena taxa de aprendizagem
. Virtudes e limitações do Algoritmo LM
. Recozimento da taxa de aprendizagem

Perceptrons Multicamadas
. Aprendizagem em lote e aprendizagem on-line
. O Algoritmo de Backpropagation
. Problema XOR
. Heurísticas para fazer o algoritmo de Backpropagation ter um desempenho melhor
. Backpropagation e Diferenciação
. A Hessiana e seu papel na aprendizagem on-line
. Recozimento Ótima e Controle Adaptativo da Taxa de Aprendizagem
. Generalização
. Aproximações de Funções
. Validação Cruzada
. Regularização de complexidade e poda de rede
. Virtudes e limitações do aprendizado de Backpropagation
. Aprendizagem supervisionada vista como um problema de otimização

Redes Convolucionais e Deep Learning

Métodos de kernel e redes de funções de base radial

. O Problema de Interpolação
. Redes de função de base radialK-Means Clustering

Máquinas de vetar de suporte

Teoria da Regularização

Análise de Componentes Principais
 
 
 
Programa
Habilidades:
As habilidades referem-se ao conjunto de capacidades práticas e técnicas que um indivíduo desenvolve ao trabalhar com redes neurais. Elas são adquiridas por meio da prática, experiência e treinamento específico. Algumas habilidades relevantes em redes neurais incluem:
1 - Implementação de algoritmos de aprendizado de máquina: ser capaz de implementar e aplicar algoritmos de redes neurais, como redes neurais artificiais, redes neurais convolucionais ou redes neurais recorrentes, usando bibliotecas de programação padrão.
2 - Pré-processamento de dados: Saber como preparar e limpar os dados para treinamento de redes neurais, incluindo técnicas como normalização, tratamento de dados ausentes e redução de dimensionalidade.
3 - Treinamento e ajuste de redes neurais: Ter conhecimento sobre como treinar redes neurais usando técnicas como retropropagação (backpropagation) e otimização de hiperparâmetros para melhorar o desempenho do modelo.
4 - Avaliação de modelos: Ser capaz de avaliar e comparar o desempenho de diferentes modelos de redes neurais, utilizando métricas adequadas, como acurácia, precisão, recall e F1-score.

Competências Principais:
As competências são mais amplas e envolvem não apenas as habilidades técnicas, mas também conhecimentos teóricos, habilidades cognitivas e atitudes necessárias para um bom desempenho na área de redes neurais. Algumas competências relevantes em redes neurais podem incluir:
1 - Conhecimento teórico: Ter uma compreensão sólida dos fundamentos teóricos das redes neurais, incluindo conceitos como neurônios artificiais, arquiteturas de redes, funções de ativação, algoritmos de aprendizado e problemas comuns em redes neurais.
2 - Resolução de problemas: Ser capaz de identificar e abordar problemas relacionados a redes neurais, como overfitting, underfitting, exploração de gradientes, problemas de convergência e otimização.
3 - Pensamento crítico e análise: Desenvolver habilidades para analisar, interpretar e avaliar os resultados obtidos por redes neurais, identificando possíveis limitações e alternativas de melhoria.
4 - Criatividade e inovação: Ser capaz de aplicar o conhecimento de redes neurais de maneiras criativas, explorando novas arquiteturas, técnicas ou abordagens para resolver problemas e melhorar o desempenho dos modelos. E importante destacar que as habilidades são mais específicas e orientadas para a execução de tarefas técnicas, enquanto as competências são mais abrangentes e envolvem um conjunto mais amplo de conhecimentos, habilidades cognitivas e atitudes que sustentam o uso eficaz
das habilidades técnicas em um contexto mais amplo.
 
 
 
Avaliação
     
Método
Aulas expositivas teóricas, aulas práticas em Laboratório Didático e em Sala de Computadores, elaboração de relatórios e listas de exercícios. Poderão ser realizadas viagens didáticas a empresas ou instituições com atividades no setor Industrial, de Automação e Controle, de Projetos, Análise de dados, Consultorias e em especial no setor Aeronáutico.
Critério
A avaliação envolve provas (P), exercícios e trabalhos (T), seminários (S) e a redação de artigo científico (A). Média ponderada dos elementos de avaliação P, T, S e A deve ser maior que 5,0 (cinco) para aprovação.
Norma de Recuperação
Os critérios de avaliação da recuperação devem ser similares aos aplicados durante o semestre regular do oferecimento da disciplina; 1) A nota final (MF) do aluno que realizou provas de recuperação dependerá da média do semestre (MS) e da média das provas de recuperação (MR), como segue: d) MF=5 se 5 ≤MR ≤ (10 - MS); e) MF = (MS + MR) / 2 se MR > (10 – MS) f) MF = MS se MR < 5. 2) O período de recuperação das disciplinas deve se estender do início até um mês antes do final do semestre subsequente ao da reprovação do aluno em primeira avaliação.
 
Bibliografia
     
[1] Haykin, Simon, Neural networks and learning machines —3rd ed., Rev. ed of: Neural networks. 2nd ed., 1999
[2] Haykin, Simon, Redes Neurais: Princípios e Prática, Bookman; 2a Edição (1 dezembro 2003)
[3] Hubel, David H., and Torsten N. Wiesel. "Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the
cafs visual cortex." The Journal ofphysiology 160.1 (1962): 106.
[4] Roberts, Lawrence Gilman. "Machine Perception ofThree-dimensional Solids." Diss. Massachusetts Institute of
Technology, 1963.
[5] Marr, David. "Vision." The MIT Press, 1982.
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[8] Lowe, David G., "Three-dimensional object recognition from single two-dimensional images," Artificial Intelligence, 31, 3 (1987), pp. 355-395.
[9] Shi, Jianbo, and Jitendra Malik. "Normalized cuts and image segmentation." Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on 22.8 (2000): 888-905. • Viola, Paul, and Michael Jones. "Rapid object detection using a boosted cascade ofsimple features." Computer Vision and Pattern Recognition, 2001. CVPR 2001. Proceedings of the 2001 IEEE Computer Society Conference on. Vol. 1. IEEE, 2001.
[10] Lowe, David G. "Distinctive image features from scale-invariant keypoints." International Journal of Computer
Vision 60.2(2004): 91-110.
[11] Lazebnik, Svetlana, Cordelia Schmid, and Jean Ponce. "Beyond bags offeatures: Spatial pyramid matching for
recognizing natural scene categories." Computer Vision and Pattern Recognition, 2006 IEEE Computer Society 
Conference on. Vol. 2. IEEE, 2006.
[12] KOHONEN, T.; "Analysis ofa Simple Self-Organizing process" Biological Cybernetics 44:135-140 (1982);
SARAVANAN,
[13] Atilim Gunes Baydin and Barak A. Pearlmutter and Alexey Andreyevich Radul and Jeffrey Mark Siskind,
Automatic differentiation in machine learning: a survey, https://arxiv.org/abs/1502.05767
 

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