Прогнозирование внешнего вида флага

Аннотация: В посте представлена выдержка из моей расчетно графической работы.  В данной статье рассмотрены результаты работы нейронной сети и вопрос "можно ли её использовать для прогнозирования внешнего вида флага по территориальным и этническим показателям?".        


Анализ данных — область математики и информатики, занимающаяся построением и исследованием наиболее общих математических методов и вычислительных алгоритмов извлечения знаний из экспериментальных (в широком смысле) данных; процесс исследования, фильтрации, преобразования и моделирования данных с целью извлечения полезной информации и принятия решений. 

Попробуем решить задачу прогнозирования внешнего вида флага по территориальным и этническим признакам. В выборке собраны данные по 194 странам. В ней отражается географическая принадлежность страны, численность населения и его этнические характеристики (основной язык и религия). Так де подробно описаны элементы флага страны (цвета, фигуры и прочие детали).

• Предоставлю полный список параметров описывающих каждую страну:
• Часть света: Европа, Азия, Северная Америка, Южная Америка, Австралия, Африка
• Четверть планеты: северо-восток, северо-запад, юго-восток, юго-запад
• Размер территории: 0 – бесконечности (в тыс. км2)
• Численность населения: 0 – бесконечности (в миллионах человек)
• Язык: английский, испанский, французский, немецкий, славянский, другой индоевропейский,  японский/турецкий/финский, другой
• Основная религия: католицизм, прочие христианские, ислам,  буддизм, хинду, этническое, марксизм, другие
• Количество полос-столбцов: 0 – бесконечности
• Количество полос-строк: 0 – бесконечности
• Количество цветов: 0 – бесконечности
• Наличие цвета «красный»: да/нет
• Наличие цвета «зелёный»: да/нет
• Наличие цвета «синий»: да/нет
• Наличие цвета «золотой»: да/нет
• Наличие цвета «белый»: да/нет
• Наличие цвета «чёрный»: да/нет
• Наличие цвета «оранжевый» : да/нет
• Основной цвет: красный, синий, зелёный, золотой, белый, чёрный, оранжевый 
• Количество кругов: 0 – бесконечности
• Количество крестов: 0 – бесконечности
• Количество косых крестов
• Наличие четвертей: да/нет
• Наличие звёзд/солнца: да/нет
• Наличие полумесяца: да/нет
• Наличие треугольника: да/нет
• Наличие иконки: да/нет
• Наличие изображения «в движении» : да/нет
• Наличие текста: да/нет
• Цвет слева сверху: красный, синий, зелёный, золотой, белый, чёрный, оранжевый
• Цвет снизу справа: красный, синий, зелёный, золотой, белый, чёрный, оранжевый

      Построим нейронную сеть средствами среды Deductor, которая на заданные входные значения территории и населения некоторого государства выдавала на выход параметры его флага. 

       Разделим исходную выборку на 2 подмножества: обучающее (95%) и тестовое (5%). Зададим один скрытый слой c 8 нейронами и зададим сигмоидальную функцию активации. В качестве активационной функции возьмём сигмоиду с крутизной 1. Пример будет считаться распознанным при значении ошибки меньше 0,05. Обучение будет считаться завершённым по достижению эпохи 10000.

       Среда Deductor позволяет в окне «что-если» поэкспериментировать с полученной моделью, подавая на вход значения параметров территории и населения и получить выходные параметры флага.  

Рассмотрим 5 гипотетических стран, которые могли бы существовать. Для каждой из них предоставлю краткое описание, параметры входа, параметры выхода, и предположительный флаг, нарисованный на основе выходных данных.

Африканский союз – страна, объединяющая весь Африканский континент.

Закрытое московское государство – небольшая страна в европейской части, закрытая для въезда. 

Независимая Сибирь – страна, объединяющая всю территорию Сибири, отделившуюся от европейской части России.

 

Суверенная Тасмания – страна на острове Тасмания, получившаяся в итоге отделения одноименного штата от Австралии.

Соединённые Штаты Европы -  страна образовавшаяся на руинах Европейского Союза и объединяет в себе все страны Европы.  

        Очевидно, что говорить о выявлении жёстких закономерностей между этими параметрами было бы глупо. Однако можно утверждать, что от местоположения страны, а значит и её соседей, и от населения страны могут зависеть некоторые детали и цвета флага. Так, по полученным флагам, можно проследить тенденцию появления звёзд при увеличении территории и численности населения (Соединённые Штаты Европы, Африканский Союз). Также при описании местоположения острова Тасмания был получен результат явно описывающий наличие на флаге четверти с изображением Британского флага.