Neural Network Algorithm คืออะไร หลักการ องค์ประกอบ ประโยชน์

Neural Network Algorithm (โครงข่ายประสาทเทียม) 

Neural Network Algorithm (โครงข่ายประสาทเทียม) คืออัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning) ที่เลียนแบบการทำงานของสมองมนุษย์ โดยเชื่อมโยง "เซลล์ประสาทเทียม" (Neurons) หลายชั้นเข้าด้วยกัน เพื่อประมวลผลข้อมูล ค้นหารูปแบบ และทำนายผล

หลักการทำงาน Neural Network Algorithm (โครงข่ายประสาทเทียม) 

1. โครงสร้าง (Structure)
2. การประมวลผล (Processing)
3. การเรียนรู้ (Learning

ส่วนประกอบของ Neural Network Algorithm (โครงข่ายประสาทเทียม)

1. Convolutional Neural Network (CNN)
2. Recurrent Neural Network (RNN)
3. Deep Learning (DL)

ประโยชน์และการประยุกต์ใช้งาน

1. Computer Vision
2. Natural Language Processing (NLP)
3. Forecasting

อัลกอริทึมของ Neural Network Algorithm (โครงข่ายประสาทเทียม)

กระบวนการเรียนรู้จากความผิดพลาด (Backpropagation)

กระบวนการเรียนรู้จากความผิดพลาด (Backpropagation) คือ กระบวนการ "เรียนรู้จากความผิดพลาด" ของโครงข่ายประสาทเทียม โดยเป็นการคำนวณย้อนกลับจากผลลัพธ์ (Output) กลับไปยังจุดเริ่มต้น (Input) เพื่อปรับค่าตัวแปรต่างๆ ให้โมเดลทำงานได้แม่นยำขึ้นในครั้งต่อไป ประกอบด้วย 3 เฟส คือ 1) Forward Pass (การส่งข้อมูลไปข้างหน้า) 2) Loss Calculation (การคำนวณความผิดพลาด) และ 3) Backward Pass (การคำนวณย้อนกลับ) แล้วทำการปรับค่า Weight Update (การปรับค่า)

ประเภทของโครงข่ายที่ใช้ Backpropagation 

1. การคำนวณย้อนกลับถูกปรับใช้ในโครงสร้างที่ต่างกัน
2. • Static Backpropagation ใช้กับข้อมูลที่ไม่มีความสัมพันธ์ด้านเวลา เช่น การคัดแยกรูปภาพ (OCR)
   • Backpropagation Through Time (BPTT)ใช้กับโครงข่ายประสาทเทียมแบบหมุนเวียน (RNN) สำหรับข้อมูลที่เป็นลำดับหรือเวลา เช่น ข้อความหรือเสียง โดยจะทำการ "แผ่" โครงข่ายออกมาตามลำดับเวลาก่อนคำนวณ 
   2. วิธีการป้อนข้อมูลเพื่อปรับค่า (Learning Variants)
   ในการฝึกฝน (Training) เราสามารถเลือกส่งข้อมูลเพื่อคำนวณ Error ได้ 3 รูปแบบหลัก
   • Batch Backpropagation คำนวณ Error จากข้อมูล "ทั้งหมด" ในชุดฝึกสอนก่อนแล้วค่อยปรับค่า Weights ครั้งเดียว แม่นยำแต่ช้าและกินทรัพยากรสูง
   • Stochastic Backpropagation (Online) ปรับค่า Weights ทันทีหลังจากอ่านข้อมูล "ทีละ 1 ตัว" ทำงานเร็วแต่ผลลัพธ์อาจจะแกว่ง (Noisy)
   • Mini-Batch Backpropagation เป็นทางสายกลางที่นิยมที่สุด โดยแบ่งข้อมูลเป็น "กลุ่มย่อย" แล้วค่อยปรับค่า ช่วยให้สมดุลทั้งความเร็วและความเสถียร 
   3. อัลกอริทึมการปรับค่าให้เหมาะสม (Optimizers)
   เนื่องจาก Backpropagation ทำหน้าที่แค่หา "ค่าความชัน" (Gradient) เราจึงต้องมีตัวช่วยตัดสินใจว่าจะปรับค่า Weight อย่างไรให้เร็วที่สุด
   • SGD (Stochastic Gradient Descent) พื้นฐานที่สุด ปรับค่าตามความชันตรงๆ
   • Adam (Adaptive Moment Estimation) ยอดนิยมที่สุด เพราะปรับความเร็วในการเรียนรู้ (Learning Rate) ให้อัตโนมัติในแต่ละพารามิเตอร์
   • RMSProp ช่วยแก้ปัญหาเรื่องค่าความชันที่อาจลดลงเร็วเกินไปใน Deep Network 

1. ฟังก์ชันกระตุ้น (Activation Functions )

Activation Function (ฟังก์ชันกระตุ้น) คือ "ตัวตัดสินใจ" ในแต่ละเซลล์ประสาท (Node) ว่าข้อมูลที่รับเข้ามานั้น สำคัญพอที่จะส่งต่อไปยังชั้นถัดไปหรือไม่ โดยการแปลงค่าตัวเลขที่คำนวณได้ให้กลายเป็นรูปแบบที่เหมาะสม (มักเป็นค่าระหว่าง 0 ถึง 1 หรือ -1 ถึง 1)

หากไม่มีฟังก์ชันนี้ Neural Network จะเป็นเพียงสมการเส้นตรงธรรมดา (Linear) ซึ่งไม่สามารถแก้ไขโจทย์ที่ซับซ้อนอย่างการจดจำใบหน้าหรือเสียงได้

ฟังก์ชันยอดนิยมที่ควรรู้จัก:

1. ReLU (Rectified Linear Unit) — นิยมที่สุดในปัจจุบัน
   • หลักการ: ถ้าค่าน้อยกว่า 0 ให้เป็น 0 ถ้ามากกว่านั้นให้คงค่าเดิมไว้
   • ข้อดี: คำนวณเร็วมาก และช่วยลดปัญหาค่าความชันหาย (Vanishing Gradient) ในโครงข่ายที่ลึกๆ
   • ใช้ที่ไหน: Hidden Layers เกือบทุกประเภท
2. Sigmoid
   • หลักการ: แปลงค่าให้อยู่ในช่วง 0 ถึง 1 เท่านั้น
   • ข้อดี: เหมาะสำหรับการพยากรณ์โอกาสความเป็นไปได้ (Probability)
   • ใช้ที่ไหน: Output Layer สำหรับงานที่ตอบว่า "ใช่" หรือ "ไม่" (Binary Classification)
3. Softmax
   • หลักการ: แปลงค่าผลลัพธ์ของทุกโหนดให้รวมกันได้เท่ากับ 1 (100%)
   • ใช้ที่ไหน: Output Layer สำหรับงานที่ต้องเลือกคำตอบเดียวจากหลายตัวเลือก (เช่น แยกแยะรูปสัตว์ว่าเป็น หมา, แมว หรือ นก)
4. Tanh (Hyperbolic Tangent)
   • หลักการ: แปลงค่าให้อยู่ในช่วง -1 ถึง 1
   • ข้อดี: ดีกว่า Sigmoid ตรงที่ค่าเฉลี่ยอยู่ใกล้ 0 ทำให้การเรียนรู้ในชั้นถัดไปเสถียรกว่า

สรุปการเลือกใช้ (Rule of Thumb)

• Hidden Layers: เริ่มต้นด้วย ReLU เสมอ ถ้าโมเดลไม่แม่นค่อยขยับไปตัวอื่น (เช่น Leaky ReLU)
• Output Layer:
• ถ้าตอบ Yes/No ใช้ Sigmoid
• ถ้ามีหลายตัวเลือกใช้ Softmax
• ถ้าทำนายค่าตัวเลข (Regression) อาจไม่ต้องใช้ฟังก์ชันกระตุ้นเลย