Использование машинного обучения для решения задач инженерной оптимизации
Машинное обучение. Глубокое обучение. ИИ. С каждым днем все больше и больше людей используют эти технологии. Во многом это было вызвано появлением больших языковых моделей, развернутых такими компаниями, как ChatGPT, Bard и другими. Несмотря на их широкое использование, относительно немногие люди знакомы с методами, лежащими в основе этих технологий.
В этой статье мы углубимся в один из фундаментальных методов, используемых в машинном обучении: алгоритм градиентного спуска.
Вместо того, чтобы рассматривать градиентный спуск через призму нейронных сетей, где он используется для оптимизации весов и смещений сети, мы вместо этого рассмотрим алгоритм как инструмент для решения классических задач инженерной оптимизации.
В частности, мы будем использовать градиентный спуск для настройки коэффициентов усиления ПИД-регулятора (пропорционально-интегрально-дифференциального) для системы круиз-контроля автомобиля.
Мотивация для следования этому подходу двояка:
Во-первых, оптимизация весов и смещений в нейронной сети — это задача большого размера. Есть много движущихся частей, и я думаю, что они отвлекают от основной полезности градиентного спуска для решения задач оптимизации.
Во-вторых, как вы увидите, градиентный спуск может быть мощным инструментом при решении классических инженерных задач, таких как настройка ПИД-регулятора, инверсная кинематика в робототехнике и оптимизация топологии. Градиентный спуск — это инструмент, с которым, по моему мнению, должно быть знакомо больше инженеров и которые они должны уметь использовать.
Прочитав эту статью, вы поймете, что такое ПИД-регулятор, как работает алгоритм градиентного спуска и как его можно применять для решения классических задач инженерной оптимизации. У вас может возникнуть мотивация использовать градиентный спуск для решения собственных задач оптимизации.
Весь код, использованный в этой статье, доступен здесь, на GitHub.
Что такое ПИД-регулятор?
ПИД-регулятор является широко используемым механизмом управления с обратной связью в инженерных и автоматизированных системах. Он направлен на поддержание желаемой уставки путем непрерывной регулировки управляющего сигнала на основе…
