ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΧΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΓΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΔΡΓΑΙΑ. «Νεπξσληθά Γίθηπα θαη Δθαξκνγή Ιζηνχ Ηιεθηξνληθήο Τγείαο» Σζίκε Γηαλλίθνπ Διέλε

Transcript

1 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΧΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΓΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΔΡΓΑΙΑ «Νεπξσληθά Γίθηπα θαη Δθαξκνγή Ιζηνχ Ηιεθηξνληθήο Τγείαο» Σζίκε Γηαλλίθνπ Διέλε Μ ΑΘΗΝΑ, ΦΔΒΡΟΤΑΡΙΟ

2 2

3 ΜΔΣΑΠΣΤΥΙΑΚΟ ΓΙΠΛΩΜΑ ΔΙΓΙΚΔΤΗ (MSc) στα ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΓΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΔΡΓΑΙΑ «Νεπξσληθά Γίθηπα θαη Δθαξκνγή Ιζηνχ Ηιεθηξνληθήο Τγείαο» Σζίκε Γηαλλίθνπ Διέλε Μ Δπηβιέπνπζα Γηδάζθνπζα: Καζηαληά Αλαζηαζία Δμσηεξηθφο Κξηηήο: Καζεγεηήο Απνζηνιφπνπινο Θεφδσξνο ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΧΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΑΘΗΝΑ, ΦΔΒΡΟΤΑΡΙΟ

4 Περύληψη Οη εθαξκνγέο ηζηνχ απφ ηελ αξρή ηεο εκθάληζήο ηνπο ην 1990, εμειίρζεθαλ απφ έλα ηξφπν κνλνζήκαληεο παξνπζίαζεο πιεξνθνξηψλ ζε έλα δηαδξαζηηθφ κέζν, ην νπνίν πξνζπαζεί λα αλαπαξαζηήζεη θαη λα πξνζνκνηψζεη θαζεκεξηλέο δξαζηεξηφηεηεο ελφο αλζξψπνπ κε ςεθηαθφ ηξφπν. ήκεξα κέζα απφ κηα εθαξκνγή ηζηνχ φπσο είλαη ην Amazon, ν νπνηνζδήπνηε έρεη ηε δπλαηφηεηα λα αγνξάζεη πξντφληα (νπφηε αλαθεξφκαζηε ζε εθαξκνγέο e-commerce) αληί λα πάεη απεπζείαο ζε έλα θπζηθφ θαηάζηεκα. Δπίζεο ππάξρεη ε δπλαηφηεηα παξαθνινχζεζεο πξνγξακκάησλ εθπαίδεπζεο, φπσο είλαη ην Πξφγξακκα εμ Απνζηάζεσο Δθπαίδεπζεο ηνπ ΔΚΠΑ, (νπφηε αλαθεξφκαζηε ζε εθαξκνγή e-learning) αληί λα πάεη ζε έλα ακθηζέαηξν. Δθαξκνγέο ηζηνχ φπσο είλαη ην iatronet.gr, παξέρνπλ επηθνηλσλία θαη ππνζηήξημε απφ θάπνηνλ γηαηξφ (νπφηε αλαθεξφκαζηε ζε e-health εθαξκνγή) ρσξίο ηε θπζηθή παξνπζία απηνχ. Σέινο, δίλεηαη ε δπλαηφηεηα εθηέιεζεο ζπλαιιαγψλ κε δεκφζηεο ππεξεζίεο φπσο κέζσ ηνπ taxisnet (εθαξκνγή e-government) ρσξίο λα ρξεηάδεηαη επίζθεςε ζηελ αληίζηνηρε δεκφζηα ππεξεζία. ε απηή ηελ εμέιημε βνήζεζε ε βειηίσζε ησλ ήδε ππαξρφλησλ αιιά θαη ε εκθάληζε λέσλ ηερλνινγηψλ ηζηνχ νη νπνίεο έρνπλ ηελ ζεκαληηθή ηδηφηεηα φηη κπνξεί λα ζπλδπαζηνχλ κεηαμχ ηνπο γηα ηελ δεκηνπξγία κηαο εθαξκνγήο. ε κηα εθαξκνγή ηζηνχ ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ειάρηζην νη αθφινπζεο ηερλνινγίεο: HTML γηα ην πεξηερφκελν θαη ηε κνξθνπνίεζε, CSS πνπ επηηξέπνπλ ζηνλ ζρεδηαζηή ηεο ζειίδαο λα νξίζεη ηελ εκθάληζε ηεο ζειίδαο, κία γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ απφ ηελ πιεπξά ηνπ εμππεξεηεηή (PHP, Perl, ASP.NET θαη άιιεο) γηα ηα δπλακηθά κέξε ηεο ηζηνζειίδαο θαη ηέινο ε ρξήζε κηαο βάζεο δεδνκέλσλ (SQL Server, JDBC, MySql) γηα ηελ απνζήθεπζε φισλ ησλ δεδνκέλσλ πνπ παξάγνληαη απφ ηελ εθαξκνγή θαη απφ ηνλ ρξήζηε. Πξναηξεηηθά κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηερλνινγίεο Javascript θαη AJAX πνπ πξνζθέξνπλ επθνιίεο ζηελ αιιειεπίδξαζε κε ηνλ ρξήζηε. Σα λεπξσληθά δίθηπα απφ ηελ άιιε πιεπξά, (θαη αλαινγία κε ηηο εθαξκνγέο ηζηνχ πνπ πξνζπαζνχλ λα αλαπαξαζηήζνπλ θαζεκεξηλέο δξαζηεξηφηεηεο κε ςεθηαθφ ηξφπν) απνηεινχλ κηα πξνζπάζεηα πξνζέγγηζεο ησλ ιεηηνπξγηψλ πνπ εθηειεί ν αλζξψπηλνο εγθέθαινο, φπσο είλαη γηα παξάδεηγκα ε θαηεγνξηνπνίεζε. Πην ζπγθεθξηκέλα πξνζπαζνχλ λα αληηζηνηρήζνπλ ηα ζπζηαηηθά κέξε ησλ βηνινγηθψλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ, φπσο είλαη νη λεπξψλεο θαη νη ζπλάςεηο ζε αληίζηνηρα ηερλεηά. 4

5 Γηα ηελ θαηαζθεπή ελφο λεπξσληθνχ δηθηχνπ ππάξρνπλ πνιιέο αξρηηεθηνληθέο ε θάζε κία εθ ησλ νπνίσλ κπνξεί λα αλήθεη ζε κία απφ ηηο παξαθάησ ηξεηο θαηεγνξίεο: δίθηπα πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο ελφο επηπέδνπ, δίθηπα πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο πνιιψλ επηπέδσλ θαη αλαδξνκηθά δίθηπα. Αλάινγα κε ηελ αξρηηεθηνληθή πνπ επηιέγεηαη, κπνξεί λα εθαξκνζηεί κία δηαδηθαζία κάζεζεο ε νπνία είλαη απαξαίηεηε γηα λα κπνξεί λα εθπαηδεπηεί ην λεπξσληθφ δίθηπν ψζηε λα αλαγλσξίδεη ηα ζηνηρεία ηνπ πξνβιήκαηνο θαη λα κπνξεί λα παξάγεη κηα ζσζηή έμνδν. Μηα δηαδηθαζία κάζεζεο κπνξεί λα αλήθεη ζε κία απφ ηηο παξαθάησ δχν θαηεγνξίεο: επηβιεπφκελε κάζεζε ή κε-επηβιεπφκελε κάζεζε. Αθνχ ινηπφλ γίλεη θαη ε εθπαίδεπζε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, ζεσξεηηθά κπνξεί λα επηιχζεη θαη ην πξφβιεκα γηα ην νπνίν θαηαζθεπάζηεθε. ε απηφ ην ζεκείν είλαη ρξήζηκν λα αλαθεξζεί πσο δελ ππάξρνπλ λεπξσληθά δίθηπα γεληθνχ ζθνπνχ. Γειαδή δελ ππάξρεη έλα λεπξσληθφ δίθηπν πνπ λα κπνξεί λα επηιχεη πνιιά πξνβιήκαηα. Η θαηαζθεπή ελφο λεπξσληθνχ δηθηχνπ πξέπεη λα απνζθνπεί ζηελ επίιπζε ελφο ζπγθεθξηκέλνπ πξνβιήκαηνο θαη φια εμαξηψληαη απφ ηνλ ζθνπφ ηεο εθαξκνγήο θαη ηε δηαζεζηκφηεηα ή κε ησλ δεδνκέλσλ πξνο εθπαίδεπζε. Σα λεπξσληθά δίθηπα είλαη ηδηαίηεξα δεκνθηιή ζε πξνβιήκαηα πνπ πεξηέρνπλ κε-πξνβιέςηκεο ιεηηνπξγίεο θαη ηα νπνία δελ είλαη πιήξσο θαηαλνεηά. Σέηνηνπ είδνπο πξνβιήκαηα, πνπ ππάξρνπλ ζε πνιιέο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηεο, ζρεηίδνληαη κε θαηεγνξηνπνίεζε, ηελ αλαγλψξηζε, ηελ απνηίκεζε θαη ηελ πξφβιεςε. Απφ ηελ κία πιεπξά ινηπφλ, ππάξρνπλ νη εθαξκνγέο ηζηνχ νη νπνίεο πξνζπαζνχλ λα αλαπαξάγνπλ θαζεκεξηλέο δξαζηεξηφηεηεο κε ςεθηαθφ ηξφπν θαη παξάιιεια ππάξρνπλ ηα λεπξσληθά δίθηπα ηα νπνία ζέινπλ λα αλαπαξαζηήζνπλ ηηο δξαζηεξηφηεηεο ηνπ αλζξψπηλνπ εγθεθάινπ. πλεπψο, κηα λέα γεληά εθαξκνγψλ ηζηνχ ζα είλαη απηέο νη νπνίεο ζα ρξεζηκνπνηνχλ γηα ηελ εθηέιεζε δηαθφξσλ ιεηηνπξγηψλ ηα λεπξσληθά δίθηπα. Σν νπνίν απνηειεί θαη ην ζέκα ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Πην ζπγθεθξηκέλα, δεκηνπξγήζεθε κηα εθαξκνγή e-health ε νπνία αλαπαξηζηά ηνλ ειεθηξνληθφ θάθειν ελφο αζζελή θαη ζα έρεη ζαλ επηπιένλ ιεηηνπξγηθφηεηα, ηε δπλαηφηεηα πξφβιεςεο θαξδηνπάζεηαο κε βάζε ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφ πνπ εηζάγεηαη ζηελ εθαξκνγή. Η παξνχζα δηπισκαηηθή ρσξίδεηαη ζε ηξία κέξε. Σν πξψην κέξνο αθνξά φιε ηελ βηβιηνγξαθία ζρεηηθά κε ηηο εθαξκνγέο ηζηνχ θαη ηα λεπξσληθά δίθηπα θαζψο θαη ηα πεηξάκαηα ηα νπνία έγηλαλ γηα λα απνθαζηζηεί πνηα αξρηηεθηνληθή λεπξσληθνχ δηθηχνπ θαη πνηα δηαδηθαζία κάζεζεο είλαη ε θαιχηεξε γηα ηελ εθαξκνγή. ην δεχηεξν κέξνο ηεο 5

6 δηπισκαηηθήο γίλεηαη φιε ε αλάιπζε πνπ αθνξά απηή θαζαπηή ηελ αλάπηπμε θαη παξνπζίαζε ηεο ηειηθήο εθαξκνγήο. ην ηξίην κέξνο βξίζθνληαη ηα ζπκπεξάζκαηα θαη νη κειινληηθέο επεθηάζεηο. Δπίζεο ζην ηέινο ηνπ παξφληνο εγγξάθνπ ππάξρνπλ δχν παξαξηήκαηα. Σν κελ πξψην πεξηέρεη θνκκάηηα θψδηθα πνπ αθνξνχλ ηελ θαηαζθεπή, εθπαίδεπζε θαη απνζήθεπζε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, ελψ ην δεχηεξν πεξηέρεη φια ηα απνηειέζκαηα ηεο πεηξακαηηθήο αλάιπζεο. Αλαιπηηθφηεξα, πξψηα γίλεηαη κηα αλαζθφπεζε ηεο βηβιηνγξαθίαο, πξψηα γηα ηα λεπξσληθά δίθηπα. Οξίζηεθε ηη είλαη έλα ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν θαη πσο βαζίζηεθε πάλσ ζηα βηνινγηθά λεπξσληθά δίθηπα, ζηε ζπλέρεηα παξνπζηάδνληαη νη δηαθνξεηηθέο δνκέο θαη δηαδηθαζίεο κάζεζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπο θαη ηέινο ζε πνηνπο ηνκείο ηεο δσήο κπνξεί λα εθαξκνζηνχλ, θαζψο θαη θάπνηα πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα πνπ ζπλαληψληαη. ηε ζπλέρεηα, παξνπζηάζηεθαλ θαη νξίζηεθαλ αλαιπηηθά ηα είδε ησλ εθαξκνγψλ ηζηνχ (e-εθαξκνγψλ) πνπ ππάξρνπλ ζήκεξα. Έρνληαο επνκέλσο, ππφςε ηη ππάξρεη ζηα λεπξσληθά δίθηπα θαη ηη ππάξρεη ζηηο εθαξκνγέο ηζηνχ, έγηλε εθηελήο αλαδήηεζε γηα λα βξεζνχλ εθαξκνγέο ηζηνχ πνπ λα ζπλδπάδνληαη κε λεπξσληθά δίθηπα. Απφ ηελ βηβιηνγξαθία πξφεθπςε πσο νη πεξηζζφηεξεο πξνζπάζεηεο αθνξνχζαλ εθαξκνγέο λεπξσληθψλ δηθηχσλ πάλσ ζην e-commerce θαη ζην e-learning, ελψ νη ιηγφηεξεο αθνξνχζαλ εθαξκνγέο πάλσ ζην e-health, ζην e-government θαη ην e-tourism. Η εθαξκνγή ηζηνχ πνπ απνθαζίζηεθε λα εθαξκνζηεί ην λεπξσληθφ δίθηπν, είλαη ζηνλ ηνκέα ηνπ e-health, θαζψο είρε ηηο ιηγφηεξεο αλαθνξέο θαη παξάιιεια απνηειεί έλαλ επαίζζεην ηνκέα. Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, έγηλε πινπνίεζε κηαο ειεθηξνληθήο θαξηέιαο αζζελή ε νπνία ζα είρε σο επηπιένλ ιεηηνπξγία ηελ πξφβιεςε θαξδηνπάζεηαο κε βάζε ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφο ηνπ αζζελή. Κξίζεθε επίζεο ζθφπηκν λα γίλεη κηα εθηελήο αλαθνξά πάλσ ζην e-health θαη ηνπο ηνκείο πνπ απηφ πεξηέρεη. Αθνινχζσο παξνπζηάδεηαη ε πεηξακαηηθή δηαδηθαζία. Πξηλ γίλεη ε θαηαζθεπή ηεο εθαξκνγήο πξνείρε λα γίλνπλ απηά ηα πεηξάκαηα πνπ ζα έδεηρλαλ πνηα είλαη ε θαηάιιειε δνκή λεπξσληθνχ δηθηχνπ θαη κε πνηα δηαδηθαζία κάζεζεο ε νπνία ζα έδηλε κεγαιχηεξε αθξίβεηα ζην απνηέιεζκά. Υξεζηκνπνηήζεθαλ δχν θχξηνη αιγφξηζκνη κάζεζεο, ν αιγφξηζκνο Backpropagation θαη κηα δηαθνξνπνίεζε απηνχ, ν αιγφξηζκνο Resilient Backpropagation. Οη πεηξακαηηθέο αλαιχζεηο ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ ROC ζηαηηζηηθή κέζνδν πνπ αθνξά δηαγλσζηηθνχο ειέγρνπο, έδεημαλ πσο κε βάζε ηα δεδνκέλα πνπ είρακε, θαιχηεξε δηαδηθαζία 6

7 κάζεζεο ήηαλ ε Backpropagation κε κία δνκή δηθηχνπ ε νπνία πεξηέρεη έλα θξπθφ επίπεδν κε 10 λεπξψλεο. ην ηέινο ηνπ πξψηνπ κέξνπο, παξνπζηάδνληαη πιαηθφξκεο αλάπηπμεο λεπξσληθψλ δηθηχσλ. Δμεηάζηεθαλ ηέζζεξηο δηαθνξεηηθέο πιαηθφξκεο πνπ ππάξρνπλ ζήκεξα θαη επηιέρζεθε εθείλε πνπ ππνζηεξίδεη ηηο αξρηηεθηνληθέο θαη δηαδηθαζίεο κάζεζεο απφ ηηο πεηξακαηηθέο αλαιχζεηο, παξέρεη επαξθή ηεθκεξίσζε θαη δίλεη επηπιένλ δπλαηφηεηα απνζήθεπζεο ησλ παξακέηξσλ ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. Πεξλψληαο ζην δεχηεξν κέξνο, αξρηθά γίλεηαη ε θαηαγξαθή ησλ απαηηήζεσλ ινγηζκηθνχ. πγθεθξηκέλα γίλεηαη πεξηγξαθή ηνπ πεδίνπ ηνπ πξνβιήκαηνο θαη γίλεηαη αλάιπζε ησλ ιεηηνπξγηθψλ θαη κε ιεηηνπξγηθψλ απαηηήζεσλ ηεο εθαξκνγήο. ηηο ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο παξνπζηάδνληαη πνηνη είλαη νη ρξήζηεο ηνπ ζπζηήκαηνο καδί κε ηηο ιεηηνπξγίεο πνπ κπνξεί λα αιιειεπηδξάζνπλ κε ην ζχζηεκα, θαη ηέινο παξνπζηάδεηαη θαη ην αληίζηνηρν use-case diagram πνπ αλαπαξηζηά ηα παξαπάλσ. ηηο κε ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο θαηαγξάθεθαλ φια εθείλα πνπ αθνξνχζαλ ηελ απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο, ηε δηαζεζηκφηεηα, ηελ επρξεζηία, ηελ αμηνπηζηία, ηελ ζπληεξεζηκφηεηα, ηελ κεηαθεξζηκφηεηα, ηελ αθξίβεηα, ηελ αζθάιεηα θαη ηέινο ηνπο πεξηνξηζκνχο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ηνπ πιηθνχ. Δλ ζπλερεία γίλεηαη ιεπηνκεξήο πεξηγξαθή ησλ πεξηπηψζεσλ ρξήζεο ηεο εθαξκνγήο πνπ αθνξνχλ: ηε ζχλδεζε κε ην ζχζηεκα, ηελ εγγξαθή ηνπ ηαηξνχ, ηελ θαηαρψξεζε αζζελή, ηελ αλαδήηεζε θαη ελ ζπλερεία πξνβνιή ή/θαη επεμεξγαζία ησλ ζηνηρείσλ ηνπ αζζελή, ηελ αλαδήηεζε ηαηξνχ θαη ελ ζπλερεία ηελ πξνβνιή ή/θαη επεμεξγαζία ησλ ζηνηρείσλ ηνπ ηαηξνχ θαη ηέινο ηελ πξνβνιή ηαηξηθψλ λέσλ. Όιεο νη παξαπάλσ πεξηπηψζεηο ρξήζεο αλαπαξίζηαληαη κε ηα θαηάιιεια δηαγξάκκαηα δξαζηεξηνηήησλ. Λίγν πξηλ ην ηέινο ηνπ δεχηεξνπ κέξνπο, παξνπζηάδνληαη νη ηερλνινγίεο κε ηηο νπνίεο έγηλε ε αλάπηπμε ηεο εθαξκνγήο θαη δίλεηαη ηδηαίηεξε έκθαζε ζηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν έγηλε ε απνζήθεπζε ησλ παξακέηξσλ ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. Πην ζπγθεθξηκέλα παξνπζηάδεηαη ε δνκή ηνπ xml αξρείνπ ζην νπνίν απνζεθεχνληαη ηα ζηνηρεία ηνπ λεπξσληθνχ θαζψο θαη πην αλαιπηηθά θαζέλα απφ ηα elements πνπ ρξεζηκνπνηεί.. ην ηέινο, παξνπζηάδεηαη ε εθαξκνγή, γηα θάζε ιεηηνπξγία ηεο κε ηελ ρξήζε screenshots. ην ηξίην θαη ηειεπηαίν κέξνο, αλαθέξνληαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ πξνέθπςαλ θαζ φιε ηε δηάξθεηα εθπφλεζεο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο θαζψο θαη νη κειινληηθέο επεθηάζεηο πνπ αθνξνχλ θπξίσο ηελ βειηίσζε ηεο αθξίβεηαο ησλ απνηειεζκάησλ ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. 7

8 Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, ζην πξψην παξάξηεκα ππάξρνπλ θνκκάηηα θψδηθα κε ηελ ζπλάξηεζε πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ εθπαίδεπζε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, ην αξρείν xml πνπ παξάρζεθε θαηά ηελ πεηξακαηηθή δηαδηθαζία θαη πεξηέρεη φιεο ηηο παξακέηξνπο ηνπ λεπξσληθνχ, θαζψο θαη ε ζπλάξηεζε κε ηελ νπνία γίλεηαη αλάθηεζε ηνπ λεπξσληθνχ κέζα απφ ην xml αξρείν γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηελ εθαξκνγή. ην δεχηεξν παξάξηεκα θαίλνληαη αλαιπηηθά φια ηα πεηξάκαηα πνπ εθηειέζηεθαλ θαη γηα ηνπο δχν αιγνξίζκνπο. Δπηπιένλ παξέρεηαη πίλαθαο εηθφλσλ, πίλαθαο πηλάθσλ θαη θπζηθά φιε ε βηβιηνγξαθία πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ ζπγγξαθή ηεο δηπισκαηηθήο. 8

9 Abstract Web applications since their first appearance in 1990, evolved from an unequivocal way of presenting information, to an interactive medium, which tries to represent and simulate daily activities in a digital way. Today, through a web application like Amazon, anyone is able to buy products (e-commerce application) instead of going directly to a physical store. There is also the ability to attend training programs, such as the Distance Education Program of University of Athens, (elearning application) rather than go to an auditorium. Web applications such as iatronet.gr, provide communication and support from a doctor (e-health application) without the need of his physical presence. Finally, there is a choice of carrying out transactions with public services, through a web application such as taxisnet (e-government application) without having to visit the respective public service. To this development helped the enhancement of the existing technologies as long as the appearance of new technologies, both of them having the important property that can be combined to create an application. In a web application as a minimum are used the following technologies: HTML for content and formatting, CSS allowing page designer to define the look of a page, a programming language on the server side (PHP, Perl, ASP.NET and others) for the dynamic parts of the site and the use of a database (SQL Server, JDBC, MySql) to store all data generated by the application and the user. Optionally can be used Javascript and AJAX technologies that provide conveniences to user interaction. Neural networks on the other hand, (by analogy with web applications that try to represent daily activities in a digital way) are an attempt to approach the functions performed by the human brain, such as the classification. More specifically, they try to represent the main components of biological neural networks, such as neurons and synapses, in an artificial way. To construct a neural network there are many architectures, each of which may belong to one of the following three categories: one level feed-forward networks, multilevel feed-forward networks and recurrent networks. Depending on the architecture mentioned above, there is a learning process that can be applied, which is essential to train the neural network, which in turn will recognize the inputs of the problem and finally will produce a correct output. A learning process can belong to one of the following two categories: supervised learning and 9

10 non-supervised learning. After neural s network training, (in theory) the problem for which neural network was constructed can be solved. At this point it is worth mentioning that there are no general-purpose neural networks. That means, there is no a neural network that can solve many problems. The construction of a neural network should be designed to solve a specific problem and it all depend on the purpose of the application and on the data availability for training the neural network. Neural networks are particularly popular in problems containing non-predictable functions and which are not fully understood. Such problems, which exist in many human activities related to categorization, recognition, evaluation and prediction. So, on the one hand, there are web applications which try to replicate everyday activities in a digital way, and on the other hand there are the neural networks that try to reconstruct the activities of the human brain. Therefore, a new generation of web applications will be those that will be used to perform various functions using neural networks. This is the subject of this thesis. In particular, an e-health application was developed that represents the electronic medical record of a patient and as an additional functionality will be heart disease prediction based on the heart rate imported in the application. This thesis is divided into three parts. The first part deals with the whole literature on web applications and neural networks and the experiments that were conducted to determine which neural network architecture and learning method was the best for the application. In the second part, is all about the actual development and the presentation of the final application. In third part are the conclusions and future extensions. Also at the very end of this document there are two annexes. The first one which contains pieces of code for how the construction, training and save of the neural network was implemented and the second which contains all the results from the experimental procedure which executed in order to find out the most suitable neural network architecture. Specifically, first was made a literature review for neural networks. Defined what an artificial neural network is and the way they based on the biological neural networks, then the different structures and learning processes are presented and conclude to what areas of life may be apply as long as some advantages and disadvantages encountered. Regarding the web part, 10

11 the types of web applications (e-applications) that currently exist are presented and defined in detail. Having taking into account what exists in the neural networks that what exists in the web applications was made an extensive research to find web applications that are combined with neural networks. From the bibliography was revealed that most efforts were made on neural network applications with e-commerce and with e-learning, while less related applications included e-health, e-government and e-tourism. The application that was decided to be implemented in this thesis was an e-health application, as had fewer references and is also a sensitive area. As mentioned above, an electronic patient medical record was implemented which would also predict heart disease based on the patient's heart rate. It was also necessary to make an extensive report on the e-health and the areas it contains. The following chapter was about the experimental procedure. Before the construction of the application was first and foremost to make these experiments that would indicate the appropriate neural network structure and the learning process which would result in greater accuracy. We used two main methods of learning, Backpropagation method and its variation, the Resilient Backpropagation method. The experimental analysis along with ROC statical analysis method, showed that based on the data we had, better learning process was the Backpropagation with a network structure which contains a hidden layer with 10 neurons. At the end of the first part, development platforms for neural networks are presented. Were examined four different platforms that exist today and chosen that where supports the architecture and learning processes by previous experimental analysis, provides adequate documentation and provides additional storage ability of the parameters of the neural network. Turning to the second part, first the software requirements were recorded. There is a description of the scope of the problem and an analysis of functional and non-functional requirements of the application. The functional requirements presented the users of the system with functions that can interact with the system, and finally presented and the corresponding use-case diagram that illustrates the above. In non-functional requirements were recorded all those related to system performance, availability, usability, reliability, maintainability, the portability, accuracy, security and restrictions of system and hardware. 11

12 Next, there is a detailed description of use cases involving the application: the login to the system, doctor s registration, patient s registration, search and then view and / or edit of data for the patient, doctor search and subsequently viewing and / or process the doctor and finally a list of medical news. All these use cases are represented by appropriate diagrams activity. Shortly before the end of the second part, the technologies were used in order to develop and implement the application were presented, given a particular emphasis on how they the parameters of the neural network were stored. More specifically, the structure of the xml file that stores the data of neural is described, as well as more detail on each of the elements it uses. In the end, for each operation of the web application there is a description using screenshots. The third and last part is about the conclusions were made throughout the development of this project and as long as future extensions, which are mainly to improve the accuracy of the results of the neural network. As mentioned above, the first annex contains code with the function used to train the neural network, the xml file produced during the experimental procedure and contains all the parameters of the neural, and the function which is recovering neural through the xml file for use in the application. The second annex contains all the experimental results from both training algorithms. Moreover table images, table of tables and of course all the literature used for writing this thesis are given. 12

13 Ευχαριςτύεσ Γηα ηελ πεξάησζε ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο ζπλέβαιιαλ (κε ηνλ δηθφ ηνπ ηξφπν ν θαζέλαο) κεξηθά άηνκα, ηα νπνία ζα ήζεια πνιχ λα επραξηζηήζσ. Αξρηθά θαη πάλσ απφ φια ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηελ επηβιέπνπζά κνπ, θπξία Αλαζηαζία Καζηαληά, φρη κφλν πνπ εκπλεχζηεθε θαη κνπ εκπηζηεχηεθε ην ζέκα ηεο δηπισκαηηθήο, αιιά θαη πνπ ήηαλ πάληα δηαζέζηκε γηα ηελ επίιπζε νπνηαζδήπνηε απνξίαο ή πξνβιεκαηηζκνχ, θαζψο θαη γηα ηελ εκςχρσζε θαη ηνλ θαζεζπραζκφ πνπ πξφζθεξε ζε ζηηγκέο κεγάινπ άγρνπο θαηά ηε δηάξθεηα εθπφλεζεο ηεο δηπισκαηηθήο. Δπίζεο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ Καζεγεηή ηνπ ηκήκαηφο καο θχξην Θεφδσξν Απνζηνιφπνπιν, πνπ δέρηεθε λα είλαη κέινο ηεο επηηξνπήο αμηνιφγεζεο ηεο παξνχζαο εξγαζίαο. Φπζηθά δελ ζα κπνξνχζα λα παξαιείςσ λα επραξηζηήζσ ηελ Καηεξίλα, ηε νθία θαη ηε ηαπξνχια γηα ηελ ππνκνλή ηνπο, ηε βνήζεηα θαη ηε ζηήξημε ηνπο, θαηά ηε δηάξθεηα απηνχ ηνπ 1.5 ρξφλνπ ηνπ κεηαπηπρηαθνχ, φπνπ θαηάθεξλαλ λα εμαιείθνπλ ζε κεγάιν βαζκφ ηελ φπνηα δπζθνιία πξνέθππηε κέζα απφ ηηο εξγαζίεο θαη ηα καζήκαηα. Σέινο, ηηο κεγαιχηεξεο θαη ζεξκφηεξεο επραξηζηίεο κνπ, ζα ήζεια λα εθθξάζσ ζηνπο θνληηλνχο κνπ αλζξψπνπο θαη ζηελ νηθνγέλεηα κνπ, γηα ηηο ζπκβνπιέο ηνπο, ηελ εζηθή ππνζηήξημε ηνπο, ηε ζπλερή παξαθίλεζε θαη παξφηξπλζή ηνπο πνπ κε έρεη βνεζήζεη λα επηηχρσ φ,ηη έρσ ζειήζεη κέρξη ζήκεξα. 13

14 Πύνακασ Περιεχομϋνων Πεξίιεςε... 4 Abstract... 9 Δπραξηζηίεο Πίλαθαο Πεξηερνκέλσλ Δηζαγσγή Αληηθείκελν Γηπισκαηηθήο Μέξνο Α - Βηβιηνγξαθηθή Αλαζθφπεζε Νεπξσληθά Γίθηπα Βηνινγηθά Νεπξσληθά Γίθηπα Μνληέιν ηερλεηνχ λεπξψλα πλάξηεζε Δλεξγνπνίεζεο Σερλεηά Νεπξσληθά Γίθηπα Γνκέο Σερλεηψλ Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ Γηαδηθαζίεο κάζεζεο Μάζεζε κε εθπαίδεπζε Μάζεζε ρσξίο εθπαίδεπζε Δθαξκνγέο Σερλεηψλ Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ Πιενλεθηήκαηα θαη Μεηνλεθηήκαηα Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ e-δθαξκνγέο Νεπξσληθά Γίθηπα θαη Δθαξκνγέο Ιζηνχ Σειεταηξηθή Σειεπαζνινγηθή Αλαηνκηθή Σειεδεξκαηνινγία Σειενθζαικνινγία Σειερεηξνπξγηθή Σειεθαξδηνινγία

15 Σειεζπκβνπιεπηηθή θαη Σειεδηάγλσζε Δθαξκνγέο Σειεταηξηθήο ηελ Δπείγνπζα Ιαηξηθή Σειεαθηηλνινγία Καη' Οίθνλ Πεξίζαιςε Σειεδηάζθεςε - Σειεθπαίδεπζε Δπηινγή ζπζηαηηθψλ κεξψλ γηα ηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο Μέζνδνο κάζεζεο Μέζνδνο Backpropagation (αλάζηξνθε κεηάδνζε ιάζνπο) Μέζνδνο resilient propagation (αλζεθηηθήο δηάδνζεο) Πεηξακαηηθή Αλάιπζε Μεζνδνινγία Αμηνιφγεζεο ηεο Πεηξακαηηθήο Αλάιπζεο Δπαηζζεζία, Δηδηθφηεηα θαη Κακπχιεο ROC Κακπχιεο ROC Δπηινγήο θαηαιιειφηεξεο δνκήο λεπξσληθνχ δηθηχνπ Πιαηθφξκεο γηα ηελ αλάπηπμε Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ Δπηινγήο πιαηθφξκαο Μέξνο Β - Τινπνίεζε Δθαξκνγήο Καηαγξαθή Σσλ Απαηηήζεσλ Λνγηζκηθνχ Πεξηγξαθή Σνπ Πεδίνπ Πξνβιήκαηνο Καηαγξαθή Σσλ Λεηηνπξγηθψλ Απαηηήζεσλ Ιαηξφο (Doctor) Γηαρεηξηζηήο (Αdmin) Καηαγξαθή Με Λεηηνπξγηθψλ Απαηηήζεσλ Απφδνζε ζπζηήκαηνο Γηαζεζηκφηεηα Δπρξεζηία Αμηνπηζηία

16 πληεξεζηκφηεηα Μεηαθεξζηκφηεηα Αθξίβεηα ζπζηήκαηνο Αζθάιεηα ζπζηήκαηνο Πεξηνξηζκνί ζπζηήκαηνο-πιηθφ Λεπηνκεξήο πεξηγξαθή πεξηπηψζεσλ ρξήζεο Παξνπζίαζε δηαγξακκάησλ δξαζηεξηνηήησλ (activity diagrams) χλδεζε ζην ζχζηεκα (Login) Δγγξαθή (doctorregistration) Καηαρψξεζε Αζζελή (Registration) Αλαδήηεζε Αζζελνχο Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Αζζελή (patientvieweditdetails) Αλαδήηεζε Ιαηξνχ Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Ιαηξνχ (doctorvieweditdetails) Πξνβνιή Ιαηξηθψλ Νέσλ (viewmedicalnews) Αλάπηπμε Δθαξκνγήο Ηιεθηξνληθφο Ιαηξηθφο Φάθεινο Γηαδηθαζία Νεπξσληθνχ Γηθηχνπ Απνζήθεπζε Νεπξσληθνχ Γηθηχνπ Αιιειεπίδξαζε Νεπξσληθνχ Γηθηχνπ κε ηελ εθαξκνγή Παξνπζίαζε Δθαξκνγήο Μέξνο Γ πκπεξάζκαηα θαη Μειινληηθέο Πξνεθηάζεηο πκπεξάζκαηα Μειινληηθέο Πξνεθηάζεηο Παξάξηεκα A - Κψδηθαο πλάξηεζε γηα ηελ εθπαίδεπζε ηνπ Νεπξσληθνχ Γηθηχνπ Αξρείν XML κε παξακέηξνπο ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ

17 Αλάθηεζε Νεπξσληθνχ Γηθηχνπ θαη ρξήζε ζηελ εθαξκνγή Παξάξηεκα Β Πεηξακαηηθή Αλάιπζε Πεηξακαηηθή αλάιπζε γηα Resilient Propagation κέζνδν εθπαίδεπζεο Resilient Propagation κέζνδν εθπαίδεπζεο κε 1 θξπθφ επίπεδν Resilient Propagation κε δχν θξπθά επίπεδα Πεηξάκαηα κε ην κεγαιχηεξν accuracy γηα Resilient Propagation Πεηξακαηηθή αλάιπζε γηα Backpropagation κέζνδν εθπαίδεπζεο Backpropagation κε 1 θξπθφ επίπεδν Backpropagation κε δχν θξπθά επίπεδα κε Learning rate = 0,4 θαη momentum = 0, Πεηξάκαηα κε ην κεγαιχηεξν accuracy γηα BackPropagation Βηβιηνγξαθία Πίλαθαο Δηθφλσλ Πίλαθαο Πηλάθσλ

18 Ειςαγωγό Η αλαθάιπςε ηνπ Παγθνζκίνπ Ιζηνχ απφ ηνλ Tim Berners-Lee ην 1990 είρε αξρηθά σο ζθνπφ, ηελ επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο ηνπ δηακνηξαζκνχ ηεο πιεξνθνξίαο αλάκεζα ζηνπο επηζηήκνλεο πνπ εξγάδνληαλ ή επηζθέπηνληαλ ην CERN. Με ην πέξαζκα φκσο ησλ εηψλ, απηφ ην θαζαξά αθαδεκατθφ εξγαιείν, απφ έλα πεξηβάιινλ πνπ θηινμελνχζε απιά θαη ζηαηηθά αξρεία (ηα νπνία πεξηείραλ ππεξζπλδέζκνπο πξνο άιια αξρεία) κεηαηξάπεθε ζε κία ππνδνκή γηα ηελ εθηέιεζε πνιχπινθσλ εθαξκνγψλ. Απηέο νη εθαξκνγέο θαιχπηνπλ ηνκείο φπσο είλαη α) ε εθπαίδεπζε, κέζσ ηεο δεκηνπξγίαο πιαηθνξκψλ e-learning γηα εθκάζεζε κε ηελ ρξήζε δηαδηθηπαθψλ ηερλνινγηψλ, β) ην ειεθηξνληθφ εκπφξην (e-commerce) γηα ηε δηάζεζε θαη αγνξαπσιεζία πξντφλησλ ειεθηξνληθά, γ) ε ειεθηξνληθή δηαθπβέξλεζε (egovernment) πνπ αλαθέξεηαη ζηε ρξήζε ησλ εξγαιείσλ θαη ησλ ζπζηεκάησλ πνπ παξέρνπλ νη Σερλνινγίεο Πιεξνθνξηψλ θαη Δπηθνηλσληψλ γηα ηελ παξνρή θαιχηεξσλ δεκφζησλ ππεξεζηψλ ζε πνιίηεο θαη επηρεηξήζεηο θαη ηέινο δ) ε ειεθηξνληθή πγεία (e-health) δειαδή ηελ ρξήζε ησλ εξγαιείσλ θαη ππεξεζηψλ πνπ παξέρνπλ νη Σερλνινγίεο Πιεξνθνξηψλ θαη Δπηθνηλσληψλ ζηνλ ηνκέα ηεο πγείαο. Σα ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα, είλαη ζπζηήκαηα επεμεξγαζίαο δεδνκέλσλ πνπ έρνπλ σο ζθνπφ λα κηκεζνχλ δηάθνξεο δηαδηθαζίεο πνπ εθηειεί ν αλζξψπηλνο εγθέθαινο φπσο είλαη ε θαηεγνξηνπνίεζε, ε αλαγλψξηζε, ε απνηίκεζε θαη ε πξφβιεςε. Οη εθαξκνγέο ηνπο ινηπφλ αλάινγα κε ηελ δηαδηθαζία πνπ ζέινπκε λα εθηειεζηεί, επεθηείλνληαη ζε δηάθνξνπο ηνκείο φπσο είλαη ε νηθνλνκία γηα ηελ θαηεγνξηνπνίεζε πειαηψλ κε βάζε ηηο αγνξαζηηθέο ηνπο ζπλήζεηεο, ν ηξαπεδηθφο ηνκέαο γηα ηελ γλεζηφηεηα ππνγξαθήο θαη ηξαπεδνγξακκαηίσλ, ν ηαηξηθφο ηνκέαο γηα θαηεγνξηνπνίεζε ηαηξηθψλ εηθφλσλ πνπ πξνέξρνληαη απφ εμεηάζεηο ππεξήρσλ, ειεθηξνθαξδηνγξαθήκαηα θιπ. Ο ζπλδπαζκφο ζπλεπψο κηαο εθαξκνγήο ηζηνχ πνπ ζα είρε ηελ ηθαλφηεηα λα επεμεξγάδεηαη δεδνκέλα θαη λα εθηειεί δηαδηθαζίεο φπσο ν αλζξψπηλνο εγθέθαινο, ζα πξνζέδηδε κηα άιιε δηάζηαζε ζην είδνο ησλ εθαξκνγψλ πνπ κέρξη ζήκεξα εμππεξεηνχλ νη εθαξκνγέο ηζηνχ. Μηα ηέηνηα εθαξκνγή ζα κπνξνχζε λα είλαη γηα ηελ ειεθηξνληθή πγεία, πνπ απνηειεί θαη αληηθείκελν ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο. Πην ζπγθεθξηκέλα, ζε κηα ηέηνηα εθαξκνγή ειεθηξνληθήο πγείαο, πέξα απφ κηα απιή θαηαρψξεζε ησλ ηαηξηθψλ ζηνηρείσλ θαη εμεηάζεσλ ελφο αζζελή, ζα ππάξρεη ε δπλαηφηεηα, λα γίλεη πξψηε πξφβιεςε θαη θαηά ζπλέπεηα κηα πξψηε δηάγλσζε γηα θάπνηα αζζέλεηα απφ ηελ νπνία κπνξεί λα πάζρεη ν αζζελήο. Κάηη ηέηνην ζα είρε σο απνηέιεζκα λα επηηαρπλζεί ζεκαληηθά ε ρξνλνβφξα 18

19 δηαδηθαζία ειέγρνπ ησλ δεδνκέλσλ ησλ ηαηξηθψλ εμεηάζεσλ, ελψ παξάιιεια νη πεξηπηψζεηο πνπ ζα θξίλνληαη σο χπνπηεο, ζα εμεηάδνληαη ζηε ζπλέρεηα απφ ηαηξνχο. Γίλεηαη ινηπφλ ήδε θαλεξφ πσο ε εηζαγσγή ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ πάλσ ζηελ ειεθηξνληθή πγεία ζα ζπκβάιιεη αθφκα πεξηζζφηεξν ζηελ ζεξαπεία αζζελεηψλ κέζσ ηεο έγθπξεο θαη έγθαηξεο πξφβιεςεο, θάλνληαο εθαξκνγή ηνπ ξεηνχ φηη «ε πξφγλσζε είλαη ε θαιχηεξε ζεξαπεία». 19

20 Αντικεύμενο Διπλωματικόσ θνπφο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο είλαη ε δεκηνπξγία κηαο εθαξκνγήο ειεθηξνληθήο πγείαο ε νπνία ζα βαζίδεηαη ζε λεπξσληθά δίθηπα θαη ε πινπνίεζή ηεο ζα γίλεη κε ηε ρξήζε ηερλνινγηψλ ηζηνχ. Γηα ην ζθνπφ απηφ πέξα απφ ην πξαθηηθφ κέξνο πνπ αθνξά απηή θαζεαπηή ηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο, έγηλε αλαζθφπεζε ηεο ζεσξίαο πάλσ ζηα λεπξσληθά δίθηπα, αιιά θαη παξνπζίαζε ζρεηηθά κε πινπνηήζεηο πνπ έρνπλ γίλεη κέρξη ζήκεξα ζηε δηεζλή βηβιηνγξαθία νη νπνίεο ζπλδπάδνπλ λεπξσληθά δίθηπα θαη εθαξκνγέο ηζηνχ. Πην ζπγθεθξηκέλα ζηελ παξνχζα δηπισκαηηθή, πινπνηήζεθε κηα εθαξκνγή ηζηνχ ε νπνία σο θχξηα ιεηηνπξγία ηεο, έρεη ηελ πξφβιεςε, κε ηε ρξήζε λεπξσληθνχ δηθηχνπ, πηζαλήο παζνινγίαο γηα θάπνην ζπγθεθξηκέλν θαξδηαθφ ξπζκφ πνπ εηζάγεη έλαο ηαηξφο ζην ζχζηεκα. Παξάιιεια ν ηαηξφο πνπ ρεηξίδεηαη ην ζχζηεκα, εθηφο απφ ηελ πξφβιεςε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ ζα έρεη ηε δπλαηφηεηα δεκηνπξγίαο ελφο ειεθηξνληθνχ ηαηξηθνχ θαθέινπ γηα ηνλ ζπγθεθξηκέλν αζζελή, θαζψο θαη ππεξεζία ελεκέξσζεο πάλσ ζε ηαηξηθά ζέκαηα. Με ζθνπφ ηελ εχξεζε ηεο θαιχηεξεο δνκήο λεπξσληθνχ δηθηχνπ γηα ηελ εθαξκνγή, εθηειέζηεθαλ πεηξάκαηα πάλσ ζε δηαθνξεηηθέο αξρηηεθηνληθέο θαη αιγνξίζκνπο κάζεζεο ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα αμηνινγήζεθαλ ρξεζηκνπνηψληαο ζηαηηζηηθέο κεζφδνπο απφ ηηο νπνίεο θαη ηειηθά πξνέθπςε ε θαιχηεξε δνκή ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ γηα ηελ εθαξκνγή. Οη ηερλνινγίεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο είλαη ASP.NET κε C#, σο βάζε δεδνκέλσλ ρξεζηκνπνηήζεθε ν SQL SERVER 2008 R2, ελψ γηα ην ζρεδηαζηηθφ κέξνο ηεο ζειίδαο ρξεζηκνπνηήζεθε HTML, CSS, JQUERY θαη AJAX. 20

21 Μϋροσ Α - Βιβλιογραφικό Αναςκόπηςη Νευρωνικϊ Δύκτυα Σα λεπξσληθά δίθηπα είλαη κηα ηδηαίηεξε πξνζέγγηζε ζηε δεκηνπξγία ζπζηεκάησλ κε λνεκνζχλε θαζψο απνθεχγνπλ λα αλαπαξαζηήζνπλ ξεηά ηε γλψζε θαη λα πηνζεηήζνπλ εηδηθά ζρεδηαζκέλνπο αιγνξίζκνπο αλαδήηεζεο. Αληίζεηα, βαζίδνληαη ζε βηνινγηθά πξφηππα θαζψο ρξεζηκνπνηνχλ δνκέο θαη δηαδηθαζίεο πνπ κηκνχληαη ηηο αληίζηνηρεο ηνπ αλζξψπηλνπ εγθεθάινπ. (1) Βιολογικϊ Νευρωνικϊ Δύκτυα Η ηθαλφηεηα ηνπ εγθεθάινπ λα ζθέθηεηαη, λα ζπκάηαη θαη λα επηιχεη πξνβιήκαηα, εληνπίδεηαη ζηνλ εγθέθαιφ ηνπ. Όπσο είλαη γλσζηφ απφ ηελ Βηνινγία, ε δνκηθή κνλάδα ηνπ εγθεθάινπ είλαη ν λεπξψλαο (Δηθφλα 1). Δηθφλα 1 Βηνινγηθφο Νεπξψλαο (2) Έλαο ηππηθφο βηνινγηθφο λεπξψλαο απνηειείηαη απφ ην ζψκα (body) πνπ απνηειεί ηνλ ππξήλα ηνπ, ηνπο δελδξίηεο (dendrites) κέζσ ησλ νπνίσλ ιακβάλεη ζήκαηα απφ γεηηνληθνχο λεπξψλεο (ζεκεία εηζφδνπ) θαη ηνλ άμνλα (axon) πνπ είλαη ε έμνδνο ηνπ λεπξψλα θαη ην κέζν ζχλδεζήο ηνπ κε άιινπο λεπξψλεο. ε θάζε δελδξίηε ππάξρεη έλα απεηξνειάρηζην θελφ πνπ νλνκάδεηαη ζχλαςε (synapse). Οη ζπλάςεηο κέζσ ρεκηθψλ δηαδηθαζηψλ επηηαρχλνπλ ή επηβξαδχλνπλ ηε ξνή ειεθηξηθψλ θνξηίσλ πξνο ην ζψκα ηνπ λεπξψλα. Η ηθαλφηεηα κάζεζεο πνπ παξνπζηάδεη ν εγθέθαινο νθείιεηαη ζηελ ηθαλφηεηα ησλ ζπλάςεσλ λα κεηαβάινπλ ηελ αγσγηκφηεηα ηνπο. Σα ειεθηξηθά ζήκαηα πνπ εηζέξρνληαη ζην ζψκα ησλ λεπξψλσλ κέζσ ησλ δελδξηηψλ ζπλδπάδνληαη θαη αλ ην απνηέιεζκα μεπεξλά θάπνηα ηηκή θαησθιίνπ ην ζήκα δηαδίδεηαη κε ηε βνήζεηα ηνπ άμνλα πξνο άιινπο λεπξψλεο. 21

22 Ο εγθέθαινο ελφο λενγέλλεηνπ αλζξψπνπ απνηειείηαη απφ πεξίπνπ 100 δηζεθαηνκκχξηα λεπξψλεο θάζε έλαο απφ ηνπο νπνίνπο ζπλδέεηαη κε πεξίπνπ 1000 άιινπο λεπξψλεο. Απηφ πξαγκαηνπνηείηαη κέζσ ηνπ άμνλα θάζε λεπξψλα ζηνλ νπνίν θαηαιήγνπλ ηζάξηζκνη δελδξίηεο άιισλ λεπξψλσλ. Γεδνκέλνπ φηη θάζε ηέηνηα ζχλδεζε πεξηιακβάλεη θαη κία ζχλαςε, πξνθχπηεη φηη ππάξρνπλ πεξίπνπ 100 ηξηζεθαηνκκχξηα ζπλάςεηο νη νπνίεο θαη επεξεάδνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ. Δίλαη πξνθαλέο φηη θάζε πξνζπάζεηα λα αληηγξαθεί ε δνκή θαη ε ιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ ζε ηέηνηα θιίκαθα είλαη αδχλαηε. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, ηα κνληέια ηα νπνία θαηαζθεπάδνληαη πεξηιακβάλνπλ κεξηθέο ρηιηάδεο ηερλεηνχο λεπξψλεο, έρνπλ ην πνιχ έλα εθαηνκκχξην ηερλεηέο ζπλάςεηο θαη παξνπζηάδνπλ πνιχ πεξηνξηζκέλε ιεηηνπξγηθφηεηα. Αλ θαη ν ρξφλνο απφθξηζεο ησλ βηνινγηθψλ λεπξψλσλ είλαη ηεο ηάμεο ησλ ρηιηνζηψλ ηνπ δεπηεξνιέπηνπ (msec), εληνχηνηο ν εγθέθαινο είλαη ζε ζέζε λα ιακβάλεη πνιχπινθεο απνθάζεηο, εθπιεθηηθά γξήγνξα. Καηά κία άπνςε, απηφ νθείιεηαη ζην φηη ε ππνινγηζηηθή ηθαλφηεηα ηνπ εγθεθάινπ θαη ε πιεξνθνξία πνπ πεξηέρεη είλαη δηακνηξαζκέλα ζε φιν ηνπ ηνλ φγθν. Πξφθεηηαη δειαδή γηα έλα παξάιιειν θαη θαηαλεκεκέλν ππνινγηζηηθφ ζχζηεκα. Απηά ηα ραξαθηεξηζηηθά είλαη θαη ην θπξηφηεξν θίλεηξν πίζσ απφ ηελ επηζπκία λα κνληεινπνηεζεί ν αλζξψπηλνο εγθέθαινο κε ηα ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα. Μνληέιν ηερλεηνχ λεπξψλα Ο ηερλεηφο λεπξψλαο (artificial neuron) είλαη έλα ππνινγηζηηθφ κνληέιν ηα κέξε ηνπ νπνίνπ κπνξεί λα αληηζηνηρηζηνχλ άκεζα κε απηά ηνπ βηνινγηθνχ λεπξψλα. Όπσο απεηθνλίδεηαη ζηελ Δηθφλα 2, έλαο ηερλεηφο λεπξψλαο δέρεηαη θάπνηα ζήκαηα εηζφδνπ ρ 1,ρ 2 ρ n ηα νπνία, ζε αληίζεζε κε ηνπο ειεθηξηθνχο παικνχο ηνπ εγθεθάινπ, αληηζηνηρνχλ ζε ζπλερείο κεηαβιεηέο. Κάζε ηέηνην ζήκα εηζφδνπ κεηαβάιιεηαη απφ κηα ηηκή βάξνπο w i (weight) ν ξφινο ηεο νπνίαο είλαη αληίζηνηρνο ηνπ ξφινπ ηεο ζχλαςεο ζην βηνινγηθφ λεπξψλα. Η ηηκή βάξνπο κπνξεί λα είλαη ζεηηθή ή αξλεηηθή, ζε αληηζηνηρία κε ηελ επηηαρπληηθή ή επηβξαδπληηθή ιεηηνπξγία ηεο ζχλαςεο. Σν ζψκα ηνπ ηερλεηνχ λεπξψλα ρσξίδεηαη ζε δχν κέξε, ηνλ αζξνηζηή (sum) ν νπνίνο πξνζζέηεη ηα επεξεαζκέλα απφ ηα βάξε ζήκαηα εηζφδνπ παξάγνληαο ηελ πνζφηεηα S, θαη ηε ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο (activation function), έλα είδνο θίιηξνπ ην νπνίν δηακνξθψλεη ηελ ηειηθή ηηκή ηνπ ζήκαηνο εμφδνπ y, ζε ζπλάξηεζε κε ηελ πνζφηεηα S θαη ηελ ηηκή θαησθιίνπ ηεο ζπλάξηεζεο ελεξγνπνίεζεο. Γηεπθξηλίδεηαη φηη ε κνλαδηθφηεηα ηεο εμφδνπ ηνπ λεπξψλα έρεη λα θάλεη κε ηελ ηηκή εμφδνπ θαη φρη κε ην πφζεο γξακκέο-έμνδνη ππάξρνπλ ζην δεμηφ 22

23 κέξνο. Μπνξεί δειαδή έλαο λεπξψλαο λα έρεη πνιιέο εμφδνπο, αιιά φιεο ζα έρνπλ ηελ ίδηα ηηκή. Μεξηθέο θνξέο ζεσξνχκε φηη, εθηφο απφ ηα εηζεξρφκελα ζήκαηα θαη ηα αληίζηνηρα βάξε, ν λεπξψλαο έρεη θαη θάπνην βάξνο w 0, ην νπνίν νλνκάδεηαη πφισζε (bias) ή παξάγνληαο πξνδηάζεζεο ηνπ λεπξψλα. Η κφλε δηαθνξά απηνχ ηνπ βάξνπο απφ ηα ππφινηπα ζπλίζηαηαη ζην φηη επηδξά ζπλερψο ζε κία ηηκή εηζφδνπ ρ 0 =1. Ο φξνο απηφο δελ ζα πξέπεη λα απνδίδεηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ λεπξψλα. Πξφθεηηαη γηα έλα εμσηεξηθφ εξέζηζκα ην νπνίν πξνζηίζεηαη καδί κε ηα ππφινηπα εηζεξρφκελα ζήκαηα. Πνιιέο θνξέο, γηα απινπνίεζε, ε πφισζε παξαιείπεηαη. Δηθφλα 2 Μνληέιν Σερλεηνχ Νεπξψλα (3) πλάξηεζε Δλεξγνπνίεζεο ηελ Δηθφλα 3 παξνπζηάδνληαη ηξεηο ηππηθέο πεξηπηψζεηο γηα ηε ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο: Η βεκαηηθή ζπλάξηεζε (step function) (Δηθφλα 3α), ε νπνία δίλεη ζηελ έμνδν απνηέιεζκα (ζπλήζσο 1) κφλν αλ ε ηηκή πνπ ππνινγίδεη ν αζξνηζηήο είλαη κεγαιχηεξε απφ κία ηηκή θαησθιίνπ Σ. Η ζπλάξηεζε πξφζεκνπ (sign function) (Δηθφλα 3.β) ε νπνία δίλεη ζηελ έμνδν αξλεηηθή (ή ζεηηθή) πιεξνθνξία αλ ε ηηκή πνπ ππνινγίδεη ν αζξνηζηήο είλαη κηθξφηεξε (ή κεγαιχηεξε) απφ κία ηηκή θαησθιίνπ Σ. Η ινγηζηηθή ζπλάξηεζε (logistic function) (Δηθφλα 3.γ) ε νπνία εθθξάδεηαη απφ ηε γεληθή ζρέζε: 23

24 φπνπ α είλαη έλαο ζπληειεζηήο ξχζκηζεο ηεο ηαρχηεηαο κεηάβαζεο κεηαμχ δχν αζπκπησηηθψλ ηηκψλ. Δηθφλα 3 πλαξηήζεηο Δλεξγνπνίεζεο - Γξαθηθέο Παξαζηάζεηο (4) Σν θνηλφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ παξαπάλσ ζπλαξηήζεσλ είλαη ε κε-γξακκηθφηεηα, κηα απαξαίηεηε ηδηφηεηα γηα ηε κνληεινπνίεζε κε-γξακκηθψλ θαηλνκέλσλ. Μηα γξακκηθή ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο ζα παξήγαγε πάληα έμνδν επζέσο αλάινγε ηεο εηζφδνπ, θάηη αξθεηά πεξηνξηζηηθφ. Όζνλ αθνξά ηε ινγηζηηθή ζπλάξηεζε, αλήθεη ζε κία νηθνγέλεηα ζπλαξηήζεσλ πνπ νλνκάδνληαη ζηγκνεηδείο (sigmoid) θαη νη νπνίεο έρνπλ ηε ραξαθηεξηζηηθή γξαθηθή παξάζηαζε ζρήκαηνο πεπιαηπζκέλνπ "S" (Δηθφλα 3.γ) κε ηελ παξάκεηξν α λα ειέγρεη ην ξπζκφ κεηάβαζεο απφ κηθξέο πξνο κεγάιεο ηηκέο εμφδνπ. Άιιεο ζπλαξηήζεηο είλαη ε αληίζηξνθε εθαπηνκέλε (tan -1 ή arctan ) θαη ε ππεξβνιηθή εθαπηνκέλε (tanh). Η κεγάιε ζεκαζία ησλ ζηγκνεηδψλ ζπλαξηήζεσλ έγθεηηαη ζηελ ηδηφηεηα πνπ έρνπλ, αθελφο λα είλαη ζπλερείο θαη παξαγσγίζηκεο ζε φιν ην θάζκα ηηκψλ εηζφδνπ θαη αθεηέξνπ λα πεξηνξίδνπλ ηελ έμνδν κεηαμχ 0 θαη 1 (ή -1 θαη 1). Δπηπιένλ, ε παξάγσγνο ηνπο έρεη ζρήκα "θακπάλαο" κε απνηέιεζκα λα ιεηηνπξγεί πνιχ ηθαλνπνηεηηθά ζα θίιηξν πνπ θαηαζηέιιεη ηηο κεγάιεο ηηκέο ελψ δίλεη ηθαλνπνηεηηθή έμνδν γηα κηθξέο ηηκέο εηζφδνπ. Τεχνητϊ Νευρωνικϊ Δύκτυα Σα ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα (artificial neural networks), ή πην απιά ΣΝΓ, είλαη ζπζηήκαηα επεμεξγαζίαο δεδνκέλσλ πνπ απνηεινχληαη απφ έλα πιήζνο ηερλεηψλ λεπξψλσλ νξγαλσκέλσλ ζε δνκέο παξφκνηεο κε απηέο ηνπ αλζξψπηλνπ εγθεθάινπ. πλήζσο νη ηερλεηνί 24

25 λεπξψλεο είλαη νξγαλσκέλνη ζε κία ζεηξά απφ ζηξψκαηα ή επίπεδα (layers) (Δηθφλα 4). Σν πξψην απφ απηά ηα επίπεδα νλνκάδεηαη επίπεδν εηζφδνπ (input layer) θαη ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ εηζαγσγή δεδνκέλσλ. Σα ζηνηρεία ηνπ δειαδή δελ είλαη νπζηαζηηθά λεπξψλεο, γηαηί δελ εθηεινχλ θάπνην ππνινγηζκφ (δελ έρνπλ βάξε εηζφδνπ νχηε ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο). ηε ζπλέρεηα, κπνξεί λα αθνινπζνχλ πξναηξεηηθά, έλα ή πεξηζζφηεξα ελδηάκεζα ή θξπθά επίπεδα (hidden layers), ελψ ζην ηέινο ππάξρεη ην επίπεδν εμφδνπ (output layer). Μηα δηαδεδνκέλε ζπληνκνγξαθία γηα πνιπεπίπεδα λεπξσληθά δίθηπα ε νπνία βαζίδεηαη ζηε δνκή ηνπο, είλαη ε (p, m i, m 2,...,m q, n), φπνπ p ν αξηζκφο ησλ εηζφδσλ, q ν αξηζκφο ησλ θξπθψλ επηπέδσλ, m i ν αξηζκφο λεπξψλσλ ηνπ θξπθνχ επηπέδνπ i θαη n ν αξηζκφο ησλ εμφδσλ. Γηα παξάδεηγκα, βάζεη ησλ παξαπάλσ, ην Σερλεηφ Νεπξσληθφ Γίθηπν ζηελ Δηθφλα 4 είλαη Δηθφλα 4 Σερλεηφ Νεπξσληθφ Γίθηπν (5) Οη λεπξψλεο ζηα ΣΝΓ κπνξεί λα είλαη πιήξσο ή κεξηθψο ζπλδεδεκέλνη. Πιήξσο ζπλδεδεκέλνη (fully connected) είλαη εθείλνη νη νπνίνη ζπλδένληαη κε φινπο ηνπο ππφινηπνπο λεπξψλεο. ε θάζε άιιε πεξίπησζε νη λεπξψλεο είλαη κεξηθψο ζπλδεδεκέλνη (partially connected). Μία ζπλήζεο πεξίπησζε κεξηθήο δηαζχλδεζεο είλαη απηή ζηελ νπνία νη 25

26 λεπξψλεο ελφο επηπέδνπ είλαη πιήξσο δηαζπλδεκέλνη κε απηνχο ηνπ επφκελνπ επηπέδνπ φπσο ζηελ Δηθφλα 4. Γνκέο Τεχνητών Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ Όηαλ δελ ππάξρνπλ ζπλδέζεηο κεηαμχ λεπξψλσλ ελφο επηπέδνπ θαη λεπξψλσλ πξνεγνχκελνπ επηπέδνπ (φηαλ δειαδή ε ξνή πιεξνθνξίαο είλαη πξφζζηαο θαηεχζπλζεο) ηα ΣΝΓ ραξαθηεξίδνληαη σο δίθηπα κε πξφζζηα ηξνθνδφηεζε (feedforward). ηελ αληίζεηε πεξίπησζε, θαζψο θαη ζηελ πεξίπησζε ζπλδέζεσλ κεηαμχ λεπξψλσλ ίδηνπ επηπέδνπ, ηα ΣΝΓ ραξαθηεξίδνληαη σο δίθηπα κε αλαηξνθνδφηεζε feedback ή recurrent. ηελ Δηθφλα 4 πνπ παξνπζηάζηεθε παξαπάλσ θαίλεηαη έλα παξάδεηγκα ελφο ΣΝΓ πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο. Η ζπκπεξηθνξά ηνπ λεπξψλα 5 θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ δηθηχνπ είλαη ε αθφινπζε: Ο λεπξψλαο 5 δέρεηαη ηξία ζήκαηα εηζφδνπ απφ ηνπο ηξεηο λεπξψλεο (1, 2 θαη 3) ηνπ επηπέδνπ εηζφδνπ. Σα ζήκαηα απηά ηξνπνπνηνχληαη απφ ηα βάξε w 15, w 25 θαη w 35 θαη αζξνίδνληαη απφ ηνλ αζξνηζηή ηνπ λεπξψλα 5. ηε ζπλέρεηα, ην ζπλνιηθφ ζήκα απφ ηνλ αζξνηζηή δέρεηαη ηε δξάζε ηεο ζπλάξηεζεο ελεξγνπνίεζεο ηνπ λεπξψλα 5 θαη ην απνηέιεζκα ζηέιλεηαη ζηνπο λεπξψλεο 8 θαη 9. Με εμαίξεζε ηνπο λεπξψλεο ηνπ επηπέδνπ εηζφδνπ (1, 2, θαη 3), νη νπνίνη απιά πξνσζνχλ ηελ είζνδν ζην επφκελν επίπεδν, ε ιεηηνπξγία ησλ ππνινίπσλ λεπξψλσλ είλαη παξφκνηα. Άξα, ην ΣΝΓ ζηελ εηθφλα 4, δέρεηαη ηα ζήκαηα εηζφδνπ x 1, x 2 θαη x 3 (δηάλπζκα εηζφδνπ) θαη κεηά απφ εζσηεξηθή επεμεξγαζία παξάγεη ζηελ έμνδν ηα ζήκαηα y 8 θαη y 9 (δηάλπζκα εμφδνπ). ηελ πεξίπησζε ηερλεηψλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ κε αλαηξνθνδφηεζε ε παξαπάλσ πεξηγξαθή δηαθνξνπνηείηαη θαζψο ν ππνινγηζκφο ησλ δηαθφξσλ κεγεζψλ γίλεηαη ζε δχν επαλαιακβαλφκελα ζηάδηα. ην πξψην ζηάδην ππνινγίδνληαη ηα κεγέζε πνπ αθνξνχλ ζπλδέζεηο πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο θαη ζην δεχηεξν γίλνληαη νη ππνινγηζκνί γηα ηηο ζπλδέζεηο αλαηξνθνδφηεζεο. Αλ θαη ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο ηα δίθηπα κε αλαηξνθνδφηεζε είλαη πνιχ ρξήζηκα, ζηελ πιεηνςεθία ησλ εθαξκνγψλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ ρξεζηκνπνηνχληαη δίθηπα πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο. Γηαδηθαζίεο κάζεζεο Αθξηβψο φπσο ππάξρνπλ δηαθνξεηηθνί ηξφπνη κε ηνπο νπνίνπο καζαίλνπλ άλζξσπνη απφ ην πεξηβάιινλ ηνπο, ην ίδην ηζρχεη θαη γηα ηα ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα. Τπφ κηα επξεία έλλνηα κπνξνχκε λα θαηεγνξηνπνηήζνπκε ηηο δηαδηθαζίεο κάζεζεο κέζσ ησλ νπνίσλ ιεηηνπξγνχλ ηα λεπξσληθά δίθηπα σο εμήο: κάζεζε κε εθπαίδεπζε θαη κάζεζε ρσξίο εθπαίδεπζε. Με ην ίδην 26

27 θξηηήξην, ε δεχηεξε κνξθή κάζεζεο κπνξεί λα θαηεγνξηνπνηεζεί πεξαηηέξσ ζε κεεπηβιεπφκελε κάζεζε θαη ζε εληζρπηηθή κάζεζε. Απηέο νη δηαθνξεηηθέο κνξθέο κάζεζεο πξνζνκνηψλνπλ ηελ αλζξψπηλε κάζεζε. Γηα λα κπνξέζεη ην ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν λα κάζεη, ζα πξέπεη θάζε δηαδηθαζία κάζεζεο λα εθηειείηαη γηα έλαλ ζπγθεθξηκέλν αξηζκφ επαλαιήςεσλ. Μέζα ζε κία επαλάιεςε ηα δεδνκέλα ηνπ επηπέδνπ εηζφδνπ πξνσζνχληαη πξνο ηα επφκελα επίπεδα κέρξη θαη ην επίπεδν εμφδνπ θαη ζηε ζπλέρεηα εθηειείηαη (φπσο ζα αλαθεξζνχκε παξαθάησ) ζπγθξηκέλνο αιγφξηζκνο εθπαίδεπζεο. Όιε απηή ε δηαδηθαζία νξίδεηαη σο επνρή (epoch). Μάζεζε κε εθπαίδεπζε Η κάζεζε κε εθπαίδεπζε αλαθέξεηαη επίζεο θαη σο επηβιεπφκελε κάζεζε. ε απηφλ ηνλ ηξφπν κάζεζεο ν εθπαηδεπηήο έρεη γλψζε ηνπ πεξηβάιινληνο θαη απηή ε γλψζε αληηπξνζσπεχεηαη απφ έλα ζχλνιν παξαδεηγκάησλ εηζφδνπ-εμφδνπ. Ωζηφζν, ην πεξηβάιινλ είλαη άγλσζην ζην λεπξσληθφ δίθηπν. Όηαλ ην λεπξσληθφ δίθηπν εθηίζεηαη ζε έλα δηάλπζκα εηζφδνπ, ν εθπαηδεπηήο ηνπ έρεη ηε γλψζε γηα λα παξέρεη ζην λεπξσληθφ δίθηπν κηα επηζπκεηή έμνδν (απφθξηζε) γηα ην ζπγθεθξηκέλν δηάλπζκα εηζφδνπ. Η επηζπκεηή έμνδνο αληηπξνζσπεχεη ηε βέιηηζηε ελέξγεηα πνπ πξέπεη λα εθηειείηαη απφ ην λεπξσληθφ δίθηπν. Οη παξάκεηξνη ηνπ δηθηχνπ πξνζαξκφδνληαη ζχκθσλα κε ην απνηέιεζκα απφ ηνλ ζπλδπαζκφ ηνπ δηαλχζκαηνο εηζφδνπ θαη ηνπ ζήκαηνο ζθάικαηνο. Ωο ζήκα ζθάικαηνο νξίδεηαη ε δηαθνξά κεηαμχ ηεο επηζπκεηήο εμφδνπ θαη ηεο πξαγκαηηθήο απφθξηζεο ηνπ ζπζηήκαηνο. Απηή ε πξνζαξκνγή ησλ παξακέηξσλ εθηειείηαη κε επαλαιεπηηθφ ηξφπν, βήκα πξνο βήκα, κε ζηφρν λα θέξεη ηειηθά ην λεπξσληθφ δίθηπν ζε κηα θαηάζηαζε φπνπ ζα πξνζνκνηψλεη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ εθπαηδεπηή. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ε γλψζε πνπ έρεη ν εθπαηδεπηήο γηα ην πεξηβάιινλ κεηαθέξεηαη ζην λεπξσληθφ δίθηπν κέζσ ηεο εθπαίδεπζεο θαη απνζεθεχεηαη κε ηε κνξθή «ζηαζεξψλ» ζηαζκηζκέλσλ βαξψλ, ηα νπνία αληηπξνζσπεχνπλ ηελ καθξνπξφζεζκε κλήκε. Όηαλ επηηεπρζεί απηή ε ζπλζήθε, ην λεπξσληθφ δίθηπν κπνξεί λα αληηκεησπίζεη ην πεξηβάιινλ ρσξίο ηνλ εθπαηδεπηή Μάζεζε ρσξίο εθπαίδεπζε ηελ επηβιεπφκελε κάζεζε, ε δηαδηθαζία κάζεζεο ιακβάλεη ρψξα ππφ ηελ θαζνδήγεζε ελφο εθπαηδεπηή. Ωζηφζν ζηελ δηαδηθαζία κάζεζεο ρσξίο εθπαίδεπζε, φπσο άιισζηε θαλεξψλεη θαη ην φλνκά ηεο, δελ ππάξρεη εθπαηδεπηήο πνπ λα επηβιέπεη ηε δηαδηθαζία κάζεζεο. Γειαδή δελ ππάξρνπλ ραξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα ιεηηνπξγίαο πνπ πξέπεη λα 27

28 κάζεη ην δίθηπν. Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ νξίδνληαη πεξαηηέξσ δχν θαηεγνξίεο κάζεζεο. Δνισχυτική μάθηση ηελ εληζρπηηθή κάζεζε, ε εθκάζεζε κηαο αληηζηνίρηζεο εηζφδνπ-εμφδνπ εθηειείηαη κέζσ ζπλερνχο αιιειεπίδξαζεο κε ην πεξηβάιινλ κε ζηφρν ηελ ειαρηζηνπνίεζε ελφο βαζκσηνχ δείθηε απφδνζεο. ε έλα ηέηνην ζχζηεκα, ππάξρεη ν θξηηήο ν νπνίνο κεηαηξέπεη έλα ζήκα πνπ ιακβάλεη απφ ην πεξηβάιινλ ζε έλα ζήκα πςειφηεξεο πνηφηεηαο. Σν ζχζηεκα ζρεδηάδεηαη ψζηε λα παξαηεξεί κηα ρξνληθή αθνινπζία εξεζηζκάησλ πνπ ιακβάλεη απφ ην πεξηβάιινλ, ηα νπνία θαηαιήγνπλ ζηελ παξαγσγή ηνπ πνηνηηθφηεξνπ ζήκαηνο. Οπζηαζηηθά ν ζηφρνο ελφο ηέηνηνπ κεραληζκνχ κάζεζεο είλαη λα ειαρηζηνπνηήζεη κηα ζπλάξηεζε θφζηνπο ε νπνία είλαη κηα πξφβιεςε ηνπ αζξνηζκέλνπ θφζηνπο ελεξγεηψλ πνπ εθηεινχληαη ζε κία αιιεινπρία βεκάησλ. Μη επιβλεπόμενη μάθηση ηε κε-επηβιεπφκελε κάζεζε δελ ππάξρεη νχηε εθπαηδεπηήο αιιά νχηε θαη θξηηήο πνπ λα επηβιέπεη ηε δηαδηθαζία κάζεζεο. Αληί απηνχ ππάξρεη έλα αλεμάξηεην κέηξν πνηφηεηαο ηεο αλαπαξάζηαζεο πνπ θαιείηαη λα κάζεη ην λεπξσληθφ δίθηπν θαη νη παξάκεηξνη ηνπ δηθηχνπ βειηηζηνπνηνχληαη ζε ζρέζε κε απηφ ην κέηξν. (6) (1) (7) 28

29 Εφαρμογϋσ Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων Σα Σερλεηά Νεπξσληθά Γίθηπα είλαη ηδηαίηεξα δεκνθηιή ζε πξνβιήκαηα πνπ πεξηέρνπλ κεπξνβιέςηκεο ιεηηνπξγίεο θαη ηα νπνία δελ είλαη πιήξσο θαηαλνεηά. Σέηνηνπ είδνπο πξνβιήκαηα ππάξρνπλ ζε πνιιέο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηεο πνπ ζρεηίδνληαη κε θαηεγνξηνπνίεζε (classification), αλαγλψξηζε (recognition), απνηίκεζε (assesement) θαη πξφβιεςε (forecasting/prediction). Πην ζπγθεθξηκέλα: Δθαξκνγέο Καηεγνξηνπνίεζεο: Ιαηξηθφο ηνκέαο: θαηεγνξηνπνίεζε ηαηξηθψλ εηθφλσλ πνπ πξνέξρνληαη απφ εμεηάζεηο ππεξήρσλ, ειεθηξνθαξδηνγξαθήκαηα, ηεζη Παπαληθνιάνπ θηι. Σα λεπξσληθά δίθηπα θαινχληαη λα θάλνπλ κηα πξψηε δηάγλσζε, επηηαρχλνληαο ζεκαληηθά ηε ρξνλνβφξα δηαδηθαζία ειέγρνπ ησλ δεδνκέλσλ ηαηξηθψλ εμεηάζεσλ απφ ηνπο ηαηξνχο. Οη πεξηπηψζεηο πνπ θξίλνληαη σο χπνπηεο, εμεηάδνληαη ζηε ζπλέρεηα απφ ηαηξνχο. Σνκέαο άκπλαο: θαηεγνξηνπνίεζε εηθφλσλ πξνεξρφκελσλ απφ ζπζθεπέο φπσο radar, sonar, θηι. Γεσξγία: έιεγρνο θαιιηεξγεηψλ ζε ζπλδπαζκφ κε δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα ηε-ιεεπηζθφπεζεο. Οηθνλνκία/επηρεηξήζεηο: θαηεγνξηνπνίεζε πειαηψλ κε βάζε ηηο αγνξαζηηθέο ηνπο ζπλήζεηεο. Αλαγλψξηζε: Σξαπεδηθφο ηνκέαο: γλεζηφηεηα ππνγξαθήο θαη ηξαπεδνγξακκαηίσλ. Πιεξνθνξηθή θαη ηειεπηθνηλσλίεο: αλαγλψξηζε ήρνπ, εηθφλαο θαη γξαπηνχ θεηκέλνπ (ρεηξφγξαθνπ ή ηππσκέλνπ). Οη εθαξκνγέο νπηηθήο αλαγλψξηζεο ραξαθηήξσλ (optical character recognition - OCR) είλαη απφ ηηο πην δηάζεκεο εθαξκνγέο ΣΝΓ. Απνηίκεζε: Σνκέαο άκπλαο: παξαθνινχζεζε ζηφρσλ. Αζθάιεηα: εληνπηζκφο θίλεζεο (motion detection), ηαχηηζε δαθηπιηθψλ απνηππσκάησλ, αλάιπζε εηθφλαο ζε ζπζηήκαηα επηηήξεζεο. 29

30 Μεραλνινγία: παξαθνινχζεζε, επηζεψξεζε θαη έιεγρνο πξντφλησλ. Πξφβιεςε: Οηθνλνκία/επηρεηξήζεηο: πξφβιεςε ηζνηηκίαο λνκηζκάησλ θαη ηηκψλ κεηνρψλ (ζπλήζσο βξαρππξφζεζκε), πξφβιεςε πσιήζεσλ, θηι. Γεσξγία: πξφβιεςε παξαγσγήο, θπξίσο κε ρξήζε δνξπθνξηθψλ εηθφλσλ. Μεηεσξνινγία: πξφβιεςε θαηξνχ. Πξέπεη λα ηνληζζεί φηη αλ θαη έλα εθπαηδεπκέλν ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν κπνξεί λα αλαγλσξίζεη δεδνκέλα ηα νπνία δελ έρεη δεη πνηέ ηνπ, απηφ δελ ζπκβαίλεη ζηελ πεξίπησζε πνπ ηα δεδνκέλα δελ αλήθνπλ ζηε ίδηα θαηεγνξία πξνβιεκάησλ γηα ηελ νπνία έρεη εθπαηδεπηεί. Γελ ππάξρνπλ δειαδή ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα γεληθνχ ζθνπνχ ηα νπνία λα κπνξνχλ λα αληηκεησπίδνπλ δηάθνξα εηεξνγελή πξνβιήκαηα. πλήζσο θάζε πξφβιεκα είλαη εηδηθή πεξίπησζε θαη ε αληηκεηψπηζε ηνπ κε λεπξσληθά δίθηπα απαηηεί κειέηε θαη πεηξακαηηζκφ (1) 30

31 Πλεονεκτόματα και Μειονεκτόματα Νευρωνικών Δικτύων Δίλαη πξνθαλέο φηη έλα ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν νθείιεη ηελ ππνινγηζηηθή ηνπ ηζρχ θαηά πξψηνλ ζηελ παξάιιειε, θαηαλεκεκέλε δνκή ηνπ θαη θαηά δεχηεξνλ ζηελ ηθαλφηεηά ηνπ λα καζαίλεη θαη, σο εθ ηνχηνπ, λα γεληθεχεη. Ο φξνο γελίθεπζε αλαθέξεηαη ζηελ παξαγσγή, απφ ην ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν, ινγηθψλ εμφδσλ απφ εηζφδνπο ηηο νπνίεο δελ έρεη μαλαζπλαληήζεη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθπαίδεπζήο ηνπ. Απηέο νη δχν πξνζεγγίζεηο δίλνπλ ζηα λεπξσληθά δίθηπα ηε δπλαηφηεηα λα βξίζθνπλ θαιέο πξνζεγγηζηηθέο ιχζεηο ζε κεγάιεο θιίκαθαο πξνβιήκαηα. Η πξαγκαηηθφηεηα φκσο είλαη πσο γηα λα δνζεί ιχζε ζε έλα πνιχπινθν πξφβιεκα κέζσ ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ, ζα πξέπεη απηφ ην πξφβιεκα λα δηαηξεζεί ζε επηκέξνπο ππφ-πξνβιήκαηα ηνπ νπνίνπ ε ιχζε κπνξεί λα ιπζεί ρξεζηκνπνηψληαο ηηο δπλαηφηεηεο πνπ έρνπλ ηα λεπξσληθά δίθηπα. Απηέο νη δπλαηφηεηεο, πνπ απνηεινχλ θαη ηα πιενλεθηήκαηα ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ παξνπζηάδνληαη παξαθάησ: (7) (8) (9) Με γξακκηθφηεηα: Έλαο ηερλεηφο λεπξψλαο κπνξεί λα είλαη είηε γξακκηθφο, είηε κε-γξακκηθφο. Έλα ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν απνηεινχκελν απφ δηαζπλδεδεκέλνπο κε-γξακκηθνχο λεπξψλεο, απφ ηε θχζε ηνπ είλαη κε γξακκηθφ θαη κπνξεί λα επηιχζεη κε-γξακκηθά πξνβιήκαηα. Αληηζηνίρηζε Δηζφδνπ-Δμφδνπ: Έλα ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν κπνξεί λα «κάζεη» κέζα απφ παξαδείγκαηα. Κάζε παξάδεηγκα απνηειείηαη απφ έλα κνλαδηθφ ζήκα εηζφδνπ θαη κηα αληίζηνηρε επηζπκεηή απφθξηζε (έμνδνο). ην λεπξσληθφ δίθηπν παξνπζηάδεηαη ζαλ είζνδνο έλα ηπραία επηιεγκέλν παξάδεηγκα. Απηφ πνπ πξνζπαζεί λα εθηειέζεη ην λεπξσληθφ, είλαη λα ειαρηζηνπνηήζεη ηε δηαθνξά κεηαμχ ηεο επηζπκεηήο απφθξηζεο θαη ηεο πξαγκαηηθήο απφθξηζεο πνπ παξήγαγε ην δίθηπν απφ ην ζήκα εηζφδνπ (εδψ ην ηπραίν παξάδεηγκα). Απηφ ζπκβαίλεη γηα έλα πιήζνο παξαδεηγκάησλ, έσο φηνπ ην δίθηπν θηάζεη ζε κία θαηάζηαζε φπνπ ε δηαθνξά κεηαμχ επηζπκεηήο-πξαγκαηηθήο απφθξηζεο είλαη ε ειάρηζηε δπλαηή. Με απηφλ ηνλ ηξφπν καζαίλεη απφ ηα παξαδείγκαηα θαηαζθεπάδνληαο κηα αληηζηνίρεζε εηζφδνπ-εμφδνπ γηα θάπνην δνζέλ πξφβιεκα. Δλδεηθηηθή Απφθξηζε: Έλα ηερλεηφ λεπξσληθφ δίθηπν κπνξεί λα ζρεδηαζηεί ψζηε λα παξέρεη πιεξνθνξία ζρεηηθά κε ην βαζκφ εκπηζηνζχλεο ζε κηα ιεθζείζα απφθαζε (γηα παξάδεηγκα ζε κία πεξίπησζε αλαγλψξηζεο ελφο πξνηχπνπ) ζπκβάιινληαο ζηελ 31

32 απφξξηςε δηθνξνχκελσλ εμφδσλ θαη θαηά ζπλέπεηα ζηελ βειηίσζε ηεο απφδνζεο ηνπ δηθηχνπ. Γπλαηφηεηα πινπνίεζεο ζε VLSI: Η παξάιιειε θχζε ελφο λεπξσληθνχ δηθηχνπ ην θαζηζηά ελδερνκέλσλ πην γξήγνξν γηα ηνλ ππνινγηζκφ ζπγθεθξηκέλσλ εξγαζηψλ. Απηφ φκσο ην ραξαθηεξηζηηθφ θαζηζηά επίζεο έλα λεπξσληθφ δίθηπν ηδηαίηεξα θαηάιιειν γηα πινπνίεζε κε ρξήζε ηερλνινγίαο πνιχ κεγάιεο θιίκαθαο νινθιήξσζεο (Very Large Scale Integration-VLSI). Οκνηνκνξθία Αλάιπζεο θαη ρεδίαζεο: Αλεμαξηήησο πεδίνπ εθαξκνγήο, ηα λεπξσληθά δίθηπα ρξεζηκνπνηνχλ ηελ ίδηα ζεκεηνγξαθία. Απηφ ζπκβαίλεη εμαηηίαο ησλ λεπξψλσλ. Οη λεπξψλεο αληηπξνζσπεχνπλ έλα ζπζηαηηθφ ην νπνίν είλαη θνηλφ θαη βξίζθεηαη ζε φια αλεμαηξέησο ηα λεπξσληθά δίθηπα. Απηφο ν θνηλφο ραξαθηήξαο έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ ρξήζε ίδησλ ζεσξηψλ θαη αιγνξίζκσλ ζε δηαθνξεηηθέο εθαξκνγέο ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ. Παξφια φκσο ηα πιενλεθηήκαηα ηνπο ηα ηερλεηά λεπξσληθά δίθηπα παξνπζηάδνπλ θαη νξηζκέλα ζεκαληηθά κεηνλεθηήκαηα: Φαηλφκελν overfitting: Έλα απφ ην πξνβιήκαηα πνπ παξαηεξνχληαη θαηά ηελ εθπαίδεπζε ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ, είλαη ην θαηλφκελν overfitting. Σν ζθάικα ησλ δεδνκέλσλ εθπαίδεπζεο νδεγείηαη ζε πάξα πνιχ κηθξέο ηηκέο, αιιά φηαλ παξνπζηάδνληαη λέα δεδνκέλα ζην δίθηπν ην ζθάικα ιακβάλεη κεγάιεο, κε απνδεθηέο ηηκέο. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ην λεπξσληθφ δίθηπν έρεη «θαηαρσξίζεη ζηε κλήκε ηνπ» ηα παξαδείγκαηα εθπαίδεπζεο, αιιά δελ έρεη ηελ δπλαηφηεηα λα θάλεη ηελ γελίθεπζε ζε άγλσζηεο θαηαζηάζεηο. Μεγάιε ππνινγηζηηθή ηζρχ: Η αλάπηπμε ελφο λεπξσληθνχ δηθηχνπ είλαη ππνινγηζηηθά κηα εληαηηθή δηαδηθαζία πνπ απαηηεί πνιχ κεγαιχηεξν ππνινγηζηηθφ ρξφλν. Με έλα ζπλεζηζκέλν πιηθφ (hardware) ειεθηξνληθνχ ππνινγηζηή κπνξεί λα πάξεη απφ ψξεο κέρξη εκέξεο έσο φηνπ ην λεπξσληθφ δίθηπν λα ζπγθιίλεη ζην ειάρηζην δπλαηφ ιάζνο αλάκεζα ζηελ είζνδν θαη ηελ έμνδν. Δκπεηξηθή αλάπηπμε θαη άιια ζέκαηα: Η κνληεινπνίεζε ελφο λεπξσληθνχ δηθηχνπ είλαη κία λέα ηερληθή πνπ αλαδχζεθε απφ δηάθνξεο αξρέο, γη απηφ 32

33 ζεκαληηθά ζέκαηα πνπ αθνξνχλ ηελ κεζνδνινγία αλάπηπμεο θαη ζρεδηαζκνχ ηνπο δελ έρνπλ επηιπζεί αθφκα. Δίλαη δχζθνιν λα ζπκπεξάλεη θαλείο φηη θάπνηνο έρεη αλαπηχμεη ην θαιχηεξν δπλαηφ λεπξσληθφ δίθηπν γηα κία ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή δεδνκέλνπ ησλ πνιιαπιψλ αιγνξίζκσλ εθπαίδεπζεο πνπ ππάξρνπλ ηελ εκπεηξηθή θχζε πνπ βαζίδεηαη ε αλάπηπμε κνληέισλ θαζψο επίζεο θαη απφ ηελ χπαξμε ειάρηζησλ νδεγηψλ πνπ κπνξεί λα βνεζήζνπλ θάπνηνλ λα πξναπνθαζίζεη πνηα δνκή λεπξσληθνχ δηθηχνπ θαη πνηνο αιγφξηζκνο εθπαίδεπζεο ζα απνδψζεη θαιχηεξα γηα θάπνην δνζκέλν πξφβιεκα. 33

34 e-δθαξκνγέο Σν δηαδίθηπν θαη νη ηερλνινγίεο ηζηνχ επέηξεςαλ ελφο λένπ είδνπο εθαξκνγψλ, νη νπνίεο ζπλήζσο αξρίδνπλ κε ην αγγιηθφ γξάκκα «e». Σέηνηνπ είδνπο εθαξκνγέο είλαη ην e- commerce, ην e-learning, ην e-health, ην e-government. Σέηνηεο εθαξκνγέο είλαη ζπλήζσο πξσηνπνξηαθέο φζνλ αθνξά ηελ ρξήζε ησλ ηερλνινγηψλ ηζηνχ θαη κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζηε δεκηνπξγία λέσλ απαηηήζεσλ γηα ηερλνινγίεο φπσο επίζεο θαη ζηελ επέθηαζε ησλ ήδε ππαξρφλησλ. ηε ζπλέρεηα παξνπζηάδνπκε ελ ζπληνκία κεξηθέο απφ ηηο πην ζπρλά ζπλαληφκελεο e- εθαξκνγέο. e-commerce (Ηιεθηξνληθφ εκπφξην): (12) Πξφθεηηαη γηα θάζε είδνο εκπνξηθήο ζπλαιιαγήο κεηαμχ πξνζψπσλ (θπζηθψλ θαη κε) πνπ πξαγκαηνπνηείηαη κε ειεθηξνληθά κέζα κε ζθνπφ ηε δηάζεζε θαη αγνξαπσιεζία πξντφλησλ ειεθηξνληθά, ή ηελ δηεθπεξαίσζε εκπνξηθψλ ιεηηνπξγηψλ θαη ζπλαιιαγψλ ρσξίο ηε ρξήζε ραξηηνχ, ζπλήζσο κέζσ δηθηχσλ ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ. Γεληθά πξφθεηηαη γηα ηελ αγνξαπσιεζία αγαζψλ, πιεξνθνξηψλ θαη ππεξεζηψλ κέζα απφ δίθηπα ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ. Οη κνξθέο πνπ ζπλαληψληαη πην ζπρλά είλαη: πλαιιαγέο κεηαμχ επηρεηξήζεσλ (Business-to-Business - B2B): Σν ειεθηξνληθφ εκπφξην επηηξέπεη ζε επηρεηξήζεηο λα βειηηψζνπλ ηε κεηαμχ ηνπο ζπλεξγαζία, απινπνηψληαο ηηο δηαδηθαζίεο θαη ην θφζηνο ησλ πξνκεζεηψλ, ηελ ηαρχηεξε απνζηνιή ησλ πξνκεζεηψλ θαη ηνλ απνηειεζκαηηθφηεξν έιεγρν ηνπ επηπέδνπ απνζεκάησλ. Ληαληθέο πσιήζεηο - Hιεθηξνληθφ εκπφξην κεηαμχ επηρείξεζεο θαη θαηαλαισηψλ (Business-to-Consumer - B2C): Πξφθεηηαη γηα ηελ πην δηαδεδνκέλε κνξθή ειεθηξνληθνχ εκπνξίνπ. Ο θαηαλαισηήο έρεη πξφζβαζε ζε κηα ηεξάζηηα πνηθηιία πξντφλησλ ζε δηθηπαθνχο θφκβνπο-θαηαζηήκαηα, βιέπεη, επηιέγεη, αλ επηζπκεί λα αγνξάζεη είδε έλδπζεο κπνξεί ελίνηε θαη λα ηα δνθηκάδεη (κέζσ εηδηθψλ πξνγξακκάησλ), αλαθαιχπηεη πξντφληα ηα νπνία δελ ζα κπνξνχζε λα βξεη εχθνια ζηε ρψξα ηνπ, ζπγθξίλεη ηηκέο θαη ηέινο αγνξάδεη. e-learning (Ηιεθηξνληθή Μάζεζε): (13) Έλαο νξηζκφο ηεο ειεθηξνληθήο κάζεζεο, ν νπνίνο δφζεθε απφ ην ηκήκα εθπαίδεπζεο θαη δεμηνηήησλ ηνπ Ηλσκέλνπ Βαζηιείνπ είλαη ν εμήο: Μάζεζε, ε νπνία επηηπγράλεηαη κέζσ ηεο ρξήζεο ηερλνινγηψλ πιεξνθνξίαο θαη 34

35 επηθνηλσλίαο (ICTs). Μπνξεί λα είλαη απφ απιή (παξαθνινχζεζε νπηηθναθνπζηηθνχ πιηθνχ ζε έλα ιχθεην απφ καζεηέο) σο πεξηζζφηεξν ζχλζεηε (παξνρή ελφο νιφθιεξνπ παλεπηζηεκηαθνχ καζήκαηνο δηαδηθηπαθά). Με απηφλ ηνλ νξηζκφ ην θαηλφκελν ηεο ειεθηξνληθή κάζεζεο άξρηζε εδψ θαη δεθαεηίεο κε ηελ εηζαγσγή ηεο ηειεφξαζεο θαη ησλ πξνβνιέσλ ζηηο αίζνπζεο δηδαζθαιίεο θαη έρεη εμειηρζεί πιένλ ψζηε λα πεξηιακβάλεη δηαδξαζηηθά πξνγξάκκαηα ζε ππνινγηζηέο, ηξηζδηάζηαηεο εμνκνηψζεηο, νπηηθναθνπζηηθέο θαη ηειεθσληθέο ζπλδηαζθέςεηο θαη νκάδεο ζπδεηήζεσλ ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν θνηηεηψλ απφ φιν ηνλ θφζκν. Μαδί κε ηελ ηερλνινγία εμειίζζεηαη θαη ε ειεθηξνληθή κάζεζε, θαζηζηψληαο ηηο δπλαηφηεηεο απεξηφξηζηεο. ηφρνο ηεο ειεθηξνληθήο κάζεζεο είλαη ε κέγηζηε θαηά ην δπλαηφλ αμηνπνίεζε ησλ ηερλνινγηψλ επεμεξγαζίαο ηεο πιεξνθνξίαο θαη ησλ δηαδηθηπαθψλ ηερλνινγηψλ πξνθεηκέλνπ λα παξέρεηαη: εμαηνκηθεπκέλε κάζεζε, αιιειεπηδξαζηηθφηεηα, παξνπζίαζε πεξηερνκέλνπ κε πνηθηιία κέζσλ, ρξεζηνθεληξηθά πεξηβάιινληα. e-government (Ηιεθηξνληθή Γηαθπβέξλεζε): (14) Η ειεθηξνληθή δηαθπβέξλεζε αλαθέξεηαη ζηε ρξήζε ησλ εξγαιείσλ θαη ησλ ζπζηεκάησλ πνπ παξέρνπλ νη Σερλνινγίεο Πιεξνθνξηψλ θαη Δπηθνηλσληψλ (ΣΠΔ) γηα ηελ παξνρή θαιχηεξσλ δεκφζησλ ππεξεζηψλ ζε πνιίηεο θαη επηρεηξήζεηο. Οη ΣΠΔ ρξεζηκνπνηνχληαη ήδε επξέσο απφ θπβεξλεηηθνχο θνξείο, φπσο αθξηβψο θαη ζηηο επηρεηξήζεηο, αιιά ε ειεθηξνληθή δηαθπβέξλεζε πεξηιακβάλεη πνιχ πεξηζζφηεξα απφ απιά εξγαιεία. Η απνηειεζκαηηθή ειεθηξνληθή δηαθπβέξλεζε πεξηιακβάλεη επαλεμέηαζε ζε νξγαληζκνχο θαη δηαδηθαζίεο, θαη ε αιιαγή ζπκπεξηθνξάο, έηζη ψζηε νη δεκφζηεο ππεξεζίεο λα παξέρνληαη πην απνηειεζκαηηθά ζηνπο αλζξψπνπο πνπ έρνπλ αλάγθε λα ηηο ρξεζηκνπνηήζνπλ. Αλ εθαξκνζηεί ζσζηά, ε ειεθηξνληθή δηαθπβέξλεζε κπνξεί λα πξνζθέξεη ζε φινπο ηνπο πνιίηεο, ηηο επηρεηξήζεηο θαη ηνπο νξγαληζκνχο ηε εθηέιεζε ησλ ζπλαιιαγψλ ηνπο κε ηελ θπβέξλεζε πην εχθνια, πην γξήγνξα θαη κε ρακειφηεξν θφζηνο. e-health (Ηιεθηξνληθή Τγεία): (15) Ηιεθηξνληθή πγεία ζεκαίλεη ρξήζε ησλ εξγαιείσλ θαη ππεξεζηψλ πνπ παξέρνπλ νη Σερλνινγίεο Πιεξνθνξηψλ θαη Δπηθνηλσληψλ, γηα ηελ πγεία. Αλεμαξηήησο αλ ηα εξγαιεία γηα ηελ ειεθηξνληθή πγεία ρξεζηκνπνηνχληαη απφ επηζηήκνλεο πγείαο ή απεπζείαο απφ ηνπο ίδηνπο ηνπο αζζελείο, παίδνπλ έλα ζεκαληηθφ ξφιν ζηε βειηίσζε ηεο δσήο ησλ αζζελψλ. 35

36 Η ειεθηξνληθή πγεία θαιχπηεη ηελ αιιειεπίδξαζε αλάκεζα ζηνπο αζζελείο θαη ζηνπο παξφρνπο ππεξεζηψλ πγείαο, ηε κεηάδνζε δεδνκέλσλ απφ ίδξπκα ζε ίδξπκα ή αθφκα θαη ηελ απεπζείαο επηθνηλσλία αλάκεζα ζε αζζελείο ή/θαη επηζηεκφλσλ πγείαο. Μεξηθά παξαδείγκαηα πεξηιακβάλνπλ: δίθηπα πιεξνθνξηψλ πγείαο, ηνλ ειεθηξνληθφ ηαηξηθφ θάθειν, ππεξεζίεο ηειεταηξηθήο, δηθηπαθέο πχιεο γηα ηελ πγεία, θαζψο θαη πνιιά άιια εξγαιεία πνπ βαζίδνληαη ζηηο ηερλνινγίεο πιεξνθνξηψλ θαη επηθνηλσληψλ πνπ ζπκβάιινπλ ζηελ πξφιεςε, δηάγλσζε, ζεξαπεία, παξαθνινχζεζε πγείαο θαη δηαρείξηζε ηνπ ηξφπνπ δσήο. Με ηελ ειεθηξνληθή πγεία νη αζζελείο ζα κπνξνχλ λα έρνπλ θαιχηεξε πιεξνθφξεζε ζρεηηθά κε ηελ θαηάζηαζή ηνπο θαη ηε ζεξαπείαο ηνπο, νη ππεξεζίεο πγείαο ζα κπνξνχλ λα θάλνπλ θαιχηεξε δηαρείξηζε πφξσλ θαη ηέινο ζα αλαπηπρζνχλ πην θηιηθέο πξνο ηνλ αζζελή ππεξεζίεο πγείαο. 36

37 Νευρωνικϊ Δύκτυα και Εφαρμογϋσ Ιςτού Απφ ηελ αλαζθφπεζε ηεο βηβιηνγξαθίαο θάλεθε πσο νη ελέξγεηεο πνπ έρνπλ γίλεη πάλσ ζηηο εθαξκνγέο ηζηνχ κε ρξήζε λεπξσληθψλ δηθηχσλ αθνξνχλ ηα εμήο πεδία: Καηεγνξηνπνίεζε (classification) πζηαδνπνίεζε (clustering) Δμφξπμε (mining) Πξφβιεςε (prediction) Φηιηξάξηζκα (filtering) Πξνηηκήζεηο (recommendation) Αμηνιφγεζε (Evaluation) Δμαηνκίθεπζε (Personalization) θαη Καηάηαμε (Ranking) Πην αλαιπηηθά, γηα ηνλ ηνκέα ηεο θαηεγνξηνπνίεζεο έρνπκε ηελ εθαξκνγή λεπξσληθψλ δηθηχσλ γηα ηελ θαηεγνξηνπνίεζε: ηζηνζειίδσλ ( (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22)), ρξεζηψλ θαη πειαηψλ ((23) (24) (25) (26)), κελπκάησλ ( (27) (28) (29)) θαζψο επίζεο επεξσηήκαησλ (queries) αιιά θαη εξσηήζεσλ ( (30), (31), (32)). πλερίδνληαο, ζηνλ ηνκέα ηεο ζπζηαδνπνίεζεο έρνπκε ηα λεπξσληθά δίθηπα λα εθαξκφδνληαη πάιη γηα ηζηνζειίδεο ((33) (34) (35) (36) (37) (17) (38)), γηα απνηειέζκαηα επεξσηήζεσλ ( (39)) γηα ππεξθείκελα ((40)), αιιά θαη ρξήζηεο ( (41) (42)). Όζνλ αθνξά ηελ εμφξπμε κε ρξήζε λεπξσληθψλ, απηή αθνξά: θείκελν απφ ηνλ Ιζηφ ( (24)), γλψζε απφ ηνλ Ιζηφ ( (43) (44)), εμφξπμε κε ηε βνήζεηα πξαθηφξσλ ( (45)) θαζψο θαη εμαγσγή πξνθίι ρξεζηψλ ( (46), (47)). ην πεδίν ηεο πξφβιεςεο κε ρξήζε λεπξσληθψλ δηθηχσλ, ππάξρνπλ εθαξκνγέο πάλσ ζε: ρξήζηεο (48), αλαδεηήζεηο (49), θαη πιεηζηεξηαζκνχο (50). Σν θηιηξάξηζκα εθαξκφζηεθε πάλσ ζε: ((51), (29)) αιιά θαη ζε πεξηερφκελν ((52) (53) (54)) ελψ ζηνλ ηνκέα ησλ πξνηηκήζεσλ ρξεζηκνπνηήζεθαλ λεπξσληθά δίθηπα: γηα 37

38 Internet domains (55), γηα ηε δεκηνπξγία κηαο κεραλήο πξνηηκήζεσλ (56), ζε ηζηνζειίδεο ( 57) θαη ζε πεξηερφκελν (58) Γηα ηελ εμαηνκίθεπζε ρξεζηκνπνηήζεθαλ λεπξσληθά δίθηπα γηα εμαηνκίθεπζε ηζηνζειίδσλ (57), γηα ηελ δεκηνπξγία κηαο ππεξεζίαο εμαηνκίθεπζεο γηα e-commerce (59), αιιά θαη γηα εμαηνκίθεπζε online πσιήζεσλ (60). Η αμηνιφγεζε κε λεπξσληθά δίθηπα αθνξνχζε: ηε δεκηνπξγία ελφο κνληέινπ αμηνιφγεζεο θήκεο (64), ηελ αμηνιφγεζε κηαο ηζηνζειίδα e-government (61), ηελ αμηνιφγεζε ηεο πνηφηεηα ηνπ πεξηερνκέλνπ κηαο ηζηνζειίδαο (62) θαη ηελ κέηξεζε ηνπ βαζκνχ εκπηζηνζχλεο γηα ηεο C2C επηρεηξήζεηο (63). Ο ηνκέαο ηεο θαηάηαμεο εθαξκφζηεθε γηα ηελ θαηάηαμε ηζηνζειίδσλ (49). ε απηφ ην ζεκείν είλαη ρξήζηκν λα επηζεκάλνπκε πσο ππήξραλ θαη αλαθνξέο ζρεηηθά κε ηνλ ζπλδπαζκφ ζεκαζηνινγηθνχ ηζηνχ θαη λεπξσληθψλ δηθηχσλ. ((27) (64)) Σέινο φζνλ αθνξά ηελ ελζσκάησζε ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ ζηηο εθαξκνγέο ηζηνχ, ππήξραλ αλαθνξέο ζρεηηθά κε ηελ εθαξκνγή ηνπο πεξηζζφηεξν γηα e-commerce ((65) (66) (67) (48) (68) (69) (45) (70) (63) (71)) θαη e-learning ( (72) (73) (74) (75) (76) (54) (77) (78) (62)) εθαξκνγέο, ελψ ιηγφηεξεο αλαθνξέο ππήξραλ ζρεηηθά κε ηα: e-health (9) (79) θαη e- government ((61) (80)) θαη ην e-tourism (81). ηε ζπγθεθξηκέλε δηπισκαηηθή επηιέμακε λα αζρνιεζνχκε κε ηελ θαηαζθεπή κηαο εθαξκνγήο e-health θαζψο νη ππάξρνπζεο αλαθνξέο ζηε βηβιηνγξαθία είλαη ειάρηζηεο, ελψ παξάιιεια απνηειεί έλα επαίζζεην ζέκα απφ ηε ζηηγκή πνπ αζρνιείηαη κε ηελ θξνληίδα αζζελψλ απφ απφζηαζε. 38

39 Τηλεώατρικό Ο θιάδνο ηεο πγείαο πεξηιακβάλεη πνιιά κέιε ηα νπνία πξέπεη λα ζπλεξγαζηνχλ πξνθεηκέλνπ λα πξνζθεξζνχλ νη θαηάιιειεο ππεξεζίεο. ε απηά πεξηιακβάλνληαη λνζνθνκεία, ηδησηηθά θαη δεκφζηα, θιηληθέο, γηαηξνί, θξνληίδα ζην ζπίηη θαζψο θαη πνιιά αθφκα. ((82) (83)). Οη αζζελείο πεξηκέλνπλ ηελ ίδηα θξνληίδα απφ θάζε κέινο πνπ αλαθέξζεθε. Απηφ φκσο πνιιέο θνξέο είλαη δχζθνιν ιφγσ ηηο αδπλακίαο πξφζβαζεο ζε φια ηα αξρεία ησλ αζζελψλ. Έηζη μνδεχεηαη ρξφλνο ζηελ επαλάιεςε εμεηάζεσλ, θαηαπνλψληαο πεξαηηέξσ ηνλ αζζελή θαη θαζπζηεξψληαο ηαπηφρξνλα ηελ ζεξαπεία ηνπ. Δπηπιένλ θάζε εμέηαζε ζπλνδεχεηαη κε έλα ζχλνιν γξαθεηνθξαηηθψλ δηαδηθαζηψλ πνπ πξέπεη επίζεο λα εθηειεζηνχλ. Μεγάιεο δπζθνιίεο ππάξρνπλ ζε πεξηθεξεηαθέο θνηλφηεηεο φπνπ δελ ππάξρνπλ ηα θαηάιιεια θέληξα νχηε ην θαηάιιειν πξνζσπηθφ γηα ηελ πεξίζαιςε ησλ θαηνίθσλ, κε απνηέιεζκα λα πξνζθέξνληαη ππεξεζίεο ρακειήο πνηφηεηαο, ή αθφκα ρεηξφηεξα λα κελ ππάξρεη δπλαηφηεηα πεξίζαιςεο. Γελ είλαη ιίγεο νη θνξέο πνπ αζζελείο πεζάλαλε γηαηί δελ θηάζαλε εγθαίξσο ζε θάπνην θέληξν, επεηδή ζηελ πεξηνρή δελ ππήξρε λνζνθνκείν. Απηφ πνπ θάλεη ε ηειεταηξηθή είλαη λα εηζάγεη ηερλνινγία ζηνλ ηνκέα ηεο πγείαο. Η εηζαγσγή απηνκαηνπνηεκέλσλ εθαξκνγψλ θαη πιεξνθνξηαθψλ ζπζηεκάησλ ζεκαίλεη αλαδηάξζξσζε ησλ ιεηηνπξγηψλ ηνπ θιάδνπ ηηο πγείαο, κε απνηέιεζκα ηελ εμπγίαλζε ηνπο. Οη γξαθεηνθξαηηθέο δηαδηθαζίεο απινπζηεχνληαη, κεηψλνληαη ηφζν νη ρξφλνη θαη ηα ζθάικαηα φζν θαη ην θφξην εξγαζίαο γηα ην πξνζσπηθφ ησλ λνζνθνκείσλ, λνζνθφκεο, γηαηξνί θαη άιινη ππάιιεινη. Παξάιιεια εθφζνλ ηα πάληα απνζεθεχνληαη ζε ειεθηξνληθά αξρεία νη έληππνη θάθεινη είλαη πεξηηηνί, πξάγκα πνπ ζπλεπάγεηαη κεγάιε κείσζε ζηα έμνδα γξαθηθήο χιεο. Με ηε βνήζεηα ηεο ηερλνινγίαο κπνξνχλ λα επέιζνπλ αθφκα πεξηζζφηεξεο θαη ζεκαληηθφηεξεο βειηηψζεηο. Άηνκα κε ρξφληεο αζζέλεηεο πνπ φπσο αλαθέξακε ζπαηαινχλ κεγάιν κέξνο ηεο δσήο ηνπο ζε εμεηάζεηο, δίλεηαη ε δπλαηφηεηα λα παξαθνινπζνχληαη ζην ζπίηη θαη εθφζνλ ε θαηάζηαζε ηνπο είλαη ζηαζεξή λα κελ ρξεηάδεηαη λα πεξηκέλνπλ γηα ζπληαγέο, ν ειεθηξνληθφο ηνπο θάθεινο ζα αλαθέξεη αλαιπηηθά ηη πξέπεη λα ηνπο ρνξεγεζεί θαη θάζε πφηε, ελψ κπνξεί λα ελεκεξψλεηαη επίζεο ειεθηξνληθά απφ ηνλ ππεχζπλν ηεο ζεξαπείαο γηαηξφ, εθφζνλ ηα δεδνκέλα πνπ παίξλεη απφ ηελ παξαθνινχζεζε ηνπ αζζελνχο είλαη ηα επηζπκεηά. 39

40 Με ηελ ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξνληθψλ θαθέισλ ν αζζελήο δηαζέηεη φιν ηνπ ην ηζηνξηθφ κε αλαιπηηθέο ιεπηνκέξεηεο, νη πιεξνθνξίεο δελ ράλνληαη, ελψ θάζε ζεξάπνληαο κπνξεί λα έρεη πξφζβαζε ζε απηφ απφ νπνηνδήπνηε κέξνο ηνπ θφζκνπ, εάλ απηφ θξηζεί αλαγθαίν. Με απηφ ηνλ ηξφπν κπνξνχλ λα παξέρνληαη ηαηξηθέο ζπκβνπιέο απφ απφζηαζε. Τπάξρνπλ πνιιέο πεξηπηψζεηο αζζελψλ πνπ δελ κπνξνχλ λα δηαγλσζηνχλ, ή λα ζεξαπεπηνχλ γηαηί δελ ππάξρεη εηδηθφο ηεο πάζεζεο ηνπο ζηελ πεξηνρή. Η ηειεταηξηθή θάλεη δπλαηή ηελ αληαιιαγή γλψζεο κέζσ ηειεπηθνηλσληαθψλ ζπζηεκάησλ. Έηζη νπνηνζδήπνηε γηαηξφο κπνξεί λα δεηήζεη ζπκβνπιή, ή γλσκάηεπζε απφ νπνηνλδήπνηε άιιν γηαηξφ ρσξίο θαλέλαλ γεσγξαθηθφ πεξηνξηζκφ. Αθφκα θαη ζήκεξα ππάξρνπλ πεξηπηψζεηο πξαγκαηνπνίεζεο δχζθνισλ ρεηξνπξγείσλ φπνπ ν εηδηθφο ρεηξνχξγνο δίλεη ηεο νδεγίεο θαη παξαθνινπζεί φιε ηε δηαδηθαζία απφ απφζηαζε. Ιδηαίηεξα ζεκαληηθφ ζε πεξηπηψζεηο πνπ δελ ππάξρεη ρξφλνο γηα ηε κεηαθνξά ηνπ αζζελνχο, ή ε πξφζβαζε ζην πεξηβάιινλ ηνπ αζζελνχο είλαη δχζθνιε. Ο θιάδνο ηεο ηειεταηξηθήο απνηειείηαη θαη απηφο απφ δηάθνξεο εθαξκνγέο, νη βαζηθφηεξεο ησλ νπνίσλ αλαιχνληαη ζηηο αθφινπζεο παξαγξάθνπο. Σειεπαζνινγηθή Αλαηνκηθή Σα ηειεπηθνηλσληαθά κέζα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ εμ' απνζηάζεσο πξαγκαηνπνίεζε παζνινγναλαηνκηθψλ εμεηάζεσλ. Ιδηαίηεξα ρξήζηκε εθαξκνγή ζε φιεο ηηο ηαηξηθέο εηδηθφηεηεο, θαζψο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηα απνηειέζκαηα απηά γηα λα πξνβνχλ ζε δηάγλσζε ηεο παζήζεσο ηνπ αζζελνχο. Σειεδεξκαηνινγία Οη πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο ηειεδεξκαηνινγίαο βξίζθνπλ εθαξκνγή ζε αζζελείο κε δεξκαηνινγηθά πξνβιήκαηα, ηα νπνία βξίζθνληαη ζε απνκαθξπζκέλε θιηληθή ε νπνία δελ έρεη εμεηδηθεπκέλν δεξκαηνιφγν παξά κφλν γεληθφ ηαηξφ θαη θάπνηνλ εηδηθεπφκελν. Γεξκαηνινγηθέο εηθφλεο, ηζηνξηθφ ηνπ αζζελνχο, εξγαζηεξηαθέο αλαιχζεηο, θαη νηηδήπνηε άιιν ζρεηηθφ δεδνκέλν κεηαδίδεηαη ειεθηξνληθά πξνο ηνλ δεξκαηνιφγν, ν νπνίνο αμηνινγεί ηα θιηληθά δεδνκέλα θαη πξνβαίλεη ζε δηάγλσζε. Σειενθζαικνινγία Δμεηδηθεπκέλνη νθζαικίαηξνη βξίζθνληαη ζπλήζσο ζε κεγάιεο θιηληθέο. Οη εθαξκνγέο ηειενθζαικνινγίαο έρνπλ ζαλ ζηφρν λα επηηξέπνπλ ηελ πξφζβαζε ηφζν ζε απηνχο φζν θαη ζηα νθζαικνινγηθά κεραλήκαηα κε ηε ρξήζε ππνινγηζηψλ, αλά πάζα ζηηγκή θαη απφ 40

41 νπνηνδήπνηε κέξνο. Σα ζπζηαηηθά ζηνηρεία ελφο ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο ηειενθζαικνινγίαο είλαη ην ζχζηεκα αλάθηεζεο θαη ςεθηνπνίεζεο εηθφλαο θαη ην ζχζηεκα κεηάδνζεο ςεθηαθψλ εηθφλσλ. Σειερεηξνπξγηθή Έλαο θιάδνο ζηνλ νπνίν ε ηειεταηξηθή έρεη λα πξνζθέξεη πνιιά είλαη απηφ ηεο ηειερεηξνπξγηθήο. Γχν βαζηθέο αλάγθεο ππάξρνπλ ζηνλ θιάδν απηφ. Πνιχ βαζηθή είλαη ε αλάγθε δηάρπζεο ησλ εμεηδηθεπκέλσλ ιαπαξνζθνπηθψλ ρεηξνπξγηθψλ ηερληθψλ θαη γλψζεσλ, θαζψο θαη ε πξαγκαηνπνίεζε νπνηαζδήπνηε εγρείξηζεο απφ απφζηαζε. Ήδε ζε πεηξακαηηθφ ζηάδην έρνπλ αλαπηπρζεί ζπζηήκαηα ιαπαξνζθνπηθήο ηειερεηξνπξγηθήο, ηα νπνία επηηξέπνπλ ηελ επηθνηλσλία κεηαμχ ρεηξνπξγψλ κηθξήο εκπεηξίαο ζε απνκαθξπζκέλα ρεηξνπξγεία θαη ρεηξνπξγψλ κε κεγάιε εκπεηξία ζε θεληξηθά λνζνθνκεία. Με ηε ρξήζε ξνκπνηηθψλ ζπζθεπψλ νη ρεηξνπξγνί ηνπ θεληξηθνχ λνζνθνκείνπ έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα ζπκκεηέρνπλ ελεξγά ζηελ ρεηξνπξγηθή δηαδηθαζία, κέζσ ζπζηεκάησλ ακθίδξνκεο νπηηθναθνπζηηθήο επηθνηλσλίαο. Ιδηάδνπζαο ζεκαζίαο γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηέηνησλ εθαξκνγψλ είλαη νη εμειηγκέλεο ηειεπηθνηλσληαθέο ππνδνκέο θαζψο θαη ην εμεηδηθεπκέλν ινγηζκηθφ θαη πιηζκηθφ πνπ απαηηνχληαη, ψζηε λα είλαη εθηθηή ε πξνζνκνίσζε, ζην θεληξηθφ λνζνθνκείν, ηεο θαηαζηάζεσο πνπ επηθξαηεί ζην απνκαθξπζκέλν ρεηξνπξγείν. πζηήκαηα εηθνληθήο πξαγκαηηθφηεηαο έξρνληαη λα θαιχςνπλ ηηο αλάγθεο απηέο επηηξέπνληαο ζηνπο ρεηξνπξγνχο ηνπ θεληξηθνχ λνζνθνκείνπ λα έρνπλ κηα πξαγκαηηθή εηθφλα ηεο φιεο δηαδηθαζίαο. Σειεθαξδηνινγία Οη παικνί πνπ παξάγνληαη απφ ηνπο κπο ηεο θαξδηάο κεηαηξέπνληαη ζε έλα ειεθηξηθφ ζήκα απνθαινχκελν ειεθηξνθαξδηνγξάθεκα (ΗΚΓ - ECG). Απνηειεί νπζηαζηηθά κηα γξαθηθή αλαπαξάζηαζε ηεο ειεθηξνκεραληθήο δξαζηεξηφηεηαο ηεο θαξδηάο θαη είλαη κηα απφ αο πιένλ ζεκαληηθέο θπζηνινγηθέο παξακέηξνπο πνπ κεηξηνχληαη ζηνπο αζζελείο. Δπηπιένλ ηα ηειεπηαία ρξφληα, ζηελ ηειεθαξδηνινγία πξνζηέζεθαλ φιεο ηηο θαξδηαθέο κεηαδφζεηο δηαγλψζεσλ φπσο ειεθηξνθαξδηνγξαθήκαηα, ερνγξαθήκαηα, αγγεηνπιαζηηθή αιιά θαη ν θαξδηαθφο έιεγρνο βεκαηνδνηψλ. ηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο ν αζζελήο θάλεη ηελ εμέηαζε θαη απηή κεηαθέξεηαη κε θαηάιιεια ηειεπηθνηλσληαθά κέζα ζηνλ αληίζηνηρν θαξδηνιφγν. Σειεζπκβνπιεπηηθή θαη Σειεδηάγλσζε Πξφθεηηαη γηα ηελ αληαιιαγή πιεξνθνξίαο, ζπκβνπιήο ή θάπνηαο δηάγλσζεο κε ρξήζε απιψλ ηειεθσληθψλ ζπζθεπψλ κεηαμχ ελφο κε εμεηδηθεπκέλνπ ηαηξηθνχ ή παξαταηξηθνχ 41

42 κέινπο θαη ελφο άιινπ κέινπο ηεο ηαηξηθήο θνηλφηεηαο κε πεξηζζφηεξε πείξα ζην ζπγθεθξηκέλν ζέκα. Μπνξεί επηπιένλ λα πεξηιακβάλεη θαη κεηάδνζε ςεθηαθψλ θιηληθψλ ζηνηρείσλ ηα νπνία θαιείηαη ν εμεηδηθεπκέλνο ηαηξφο λα εμεηάζεη πξνηνχ ζπκβνπιέςεη ή πξνβεί ζε θάπνηα δηάγλσζε ζε ζπλεξγαζία κε ηνλ κε εμεηδηθεπκέλν ηαηξφ. Οη κέρξη ζήκεξα πην γλσζηέο θαη δηαδεδνκέλεο εθαξκνγέο ηειεδηάγλσζεο θαη ηειεζπκβνπιεηηθήο απνηεινχλ ε ηειεαθηηλνινγία, ε ηειεθαξδηνγξαθία, ε ηειεπαζνινγηθή αλαηνκηθή, ε ηειεδεξκαηνινγία θαη ε ηειενθζαικνινγία. Αθφκε ρξεζηκνπνηείηαη ηειεδηάγλσζε θαη ηειεζπκβνπιεπηηθή ζηελ ςπρηαηξηθή θαη ζηελ λεπξνινγία. Δθαξκνγέο Σειεταηξηθήο ηελ Δπείγνπζα Ιαηξηθή Οη εθαξκνγέο ηειεταηξηθήο ζηελ επείγνπζα ηαηξηθή αλήθνπλ επίζεο ζηελ παξαπάλσ θαηεγνξία ηειεζπκβνπιεηηθή θαη ηειεδηάγλσζε. Υσξίδνληαη ζε δχν βαζηθνχο θιάδνπο: ζηηο εθαξκνγέο ηειεταηξηθήο ζε αζζελνθφξα ή δηακεηαθνκηζηηθνχο ζηαζκνχο θαη ζε εθαξκνγέο πεξίπησζε πνιεκηθψλ ζπγθξνχζεσλ, θπζηθψλ θαηαζηξνθψλ ή ζνβαξψλ ηξνκνθξαηηθψλ επηζέζεσλ, φπνπ ρξεηάδεηαη επείγνπζα ηαηξηθή πεξίζαιςε κεγάιεο θιίκαθαο θαη κε ηδηαίηεξεο απαηηήζεηο ζε εμεηδηθεπκέλν ηαηξηθφ πξνζσπηθφ. Σειεαθηηλνινγία Η κεηάδνζε αθηηλνινγηθψλ εηθφλσλ απφ έλα κέξνο ζε άιιν κε ηε ρξήζε ειεθηξνληθνχ ππνινγηζηή. Γηα λα κεηαδνζεί ε εηθφλα ςεθηαθά πξέπεη θαη ε ζχιιεςε ηεο λα γίλεη ζε ςεθηαθή κνξθή. ε πεξηπηψζεηο πνπ ην δηαζέζηκν κεράλεκα δελ ππνζηεξίδεη απηή ηε δπλαηφηεηα πξέπεη ε εηθφλα λα ςεθηνπνηεζεί εθ ησλ πζηέξσλ. Η ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή έρεη κεγάιεο απαηηήζεηο ζε ηερλνινγίεο ςεθηνπνηήζεηο θαη πξνβνιήο ηεο εηθφλαο πνπ κεηαθέξεηαη θαζψο είλαη απαξαίηεηε ε ηδηαίηεξα πςειή αλάιπζε ηεο εηθφλαο πξνθεηκέλνπ ν γηαηξφο λα βγάιεη ηα απαξαίηεηα ζπκπεξάζκαηα. Καη' Οίθνλ Πεξίζαιςε Η εθαξκνγή απηή ρξεζηκνπνηεί ηειεπηθνηλσληαθά ζπζηήκαηα θαη έρεη δηάθνξεο κνξθέο. Μπνξεί λα είλαη έλα ζχζηεκα ειεθηξνληθήο ππελζχκηζεο ζηνπο αζζελείο φζνλ αθνξά ηε δνζνινγία ησλ θαξκάθσλ ηνπο θαζψο θαη ηελ ψξα πνπ πξέπεη λα ηα ιάβνπλ. Η ππεξεζία απηή κπνξεί λα ππνζηεξηρηεί κε έλαλ απιφ ηειεθσλεηή, ν νπνίνο ζα ιακβάλεη απηφκαηα κελχκαηα απφ ηνλ ειεθηξνληθφ ππνινγηζηή ηνπ ππεχζπλνπ ζεξάπνληα ηαηξνχ. Η ηειεθαξδηνινγία πνπ πεξηγξάθηεθε παξαπάλσ απνηειεί επίζεο εθαξκνγή θαη' νίθνλ πεξίζαιςεο, ηδηαίηεξα ρξήζηκε θαζψο πεξηνξίδεη ζην ειάρηζην ηεο επηζθέςεηο ζην ηαηξείν ηνπ ζεξάπνληα ηαηξνχ. 42

43 Σειεδηάζθεςε - Σειεθπαίδεπζε Με ηελ εμέιημε ησλ πιεξνθνξηθψλ ζπζηεκάησλ θαη ησλ ηερλνινγηψλ ηειεπηθνηλσλίαο γίλεηαη δπλαηή ε πξαγκαηνπνίεζε ηειεδηάζθεςεο κεηαμχ δχν ή πεξηζζφηεξσλ αηφκσλ, ρσξίο λα είλαη αλαγθαία ε κεηαθίλεζε ησλ εμεηδηθεπκέλσλ ηαηξψλ πνπ κπνξεί λα βξίζθνληαη ζε νπνηαδήπνηε πεξηνρή ηνπ θφζκνπ. Παξφκνηα επξεία εθαξκνγή βξίζθεη ε ηειεθπαίδεπζε κέζσ ηερλνινγηψλ θαη ππεξεζηψλ ηειεδηάζθεςεο, φπνπ εηδηθεπφκελνη ηαηξνί ή θνηηεηέο κπνξνχλ λα εθπαηδεχνληαη ζε δηάθνξεο ηαηξηθέο δηαδηθαζίεο θαη ηερληθέο ρσξίο θαη' αλάγθε λα βξίζθνληαη ζην ρψξν πνπ εθηειείηαη ε ηαηξηθή δηαδηθαζία. 43

44 Επιλογό ςυςτατικών μερών για την υλοπούηςη τησ εφαρμογόσ Μέζνδνο κάζεζεο Γηα ηνπο ζθνπνχο ηεο εθαξκνγήο ρξεζηκνπνηήζεθαλ πξαγκαηηθά δεδνκέλα, απφ ζπλνιηθά 160 αζζελείο. ε απηνχο ηνπο αζζελείο έγηλε θαηαγξαθή ηνπ θαξδηαθνχ παικνχ ηνπο κέζα ζε έλα εηθνζηηεηξάσξν, κέζα απφ ηνπο νπνίνπο θαξδηαθνχο παικνχο βγήθε ην απνηέιεζκα αλ ηειηθά ν αζζελήο απηφο έρεη πξνδηάζεζε λα εκθαλίζεη θαξδηνπάζεηα ή φρη. Απφ ηελ ζηηγκή πνπ ππήξραλ δηαζέζηκα πξαγκαηηθά δεδνκέλα καδί κε ηα απνηειέζκαηά ηνπο, ζεσξήζεθε ζθφπηκν, λα ρξεζηκνπνηεζεί κηα δηαδηθαζία κάζεζεο κε επίβιεςε. Όζνλ αθνξά ηελ αξρηηεθηνληθή απηή θαζεαπηή ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, ρξεζηκνπνηήζεθε δνκή πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο (feedforward) θαζψο απνηειεί ηελ πην δηαδεδνκέλε δνκή λεπξσληθνχ δηθηχνπ γηα δηαδηθαζίεο κάζεζεο κε επίβιεςε. Πην αλαιπηηθά, γηα ηελ εθπαίδεπζε ηνπ λεπξσληθνχ ρξεζηκνπνηήζεθαλ δχν δηαθνξεηηθέο κέζνδνη επηβιεπφκελεο κάζεζεο: ε backpropagation (νπηζζνδηάδνζεο) θαη ε resilient propagation (αλζεθηηθήο δηάδνζεο), ε θάζε κία απφ απηέο ηηο κεζφδνπο ρξεζηκνπνηήζεθαλ κέρξη θαη δχν θξπθά επίπεδα, ελψ γηα θάζε θξπθφ επίπεδν ρξεζηκνπνηήζεθε δηαθνξεηηθφο αξηζκφο λεπξψλσλ. Σέινο, φια ηα παξαπάλσ εθηειέζηεθαλ γηα δηαθνξεηηθφ αξηζκφ epoch. Πξηλ γίλεη αλαθνξά ζηα απνηειέζκαηα απφ ηελ εθπαίδεπζε ησλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ είλαη ρξήζηκν λα γίλεη κηα κηθξή αλαθνξά ζε θάζε κία απφ ηηο κεζφδνπο επηβιεπφκελεο κάζεζεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. Μέζνδνο Backpropagation (αλάζηξνθε κεηάδνζε ιάζνπο) H αλάζηξνθε κεηάδνζε ιάζνπο απνηειεί ηελ πην γλσζηή κέζνδν εθπαίδεπζεο λεπξσληθψλ δηθηχσλ πνιιψλ επηπέδσλ. ε απηή ηε κέζνδν, θαζνξίδεηαη έλα πνζνζηφ ηνπ ζπλνιηθνχ ζθάικαηνο πνπ αληηζηνηρεί ζηα βάξε ηνπ θάζε λεπξψλα, αθφκε θαη απηψλ πνπ αλήθνπλ ζε θξπθά επίπεδα, γηα ηνπο νπνίνπο ε επηζπκεηή έμνδνο δελ είλαη γλσζηή. Με απηφλ ηνλ ηξφπν γίλεηαη δπλαηφ λα ππνινγίδνληαη νη δηνξζψζεηο ζηα βάξε ηνπ θάζε λεπξψλα μερσξηζηά. Η δηαδηθαζία εθπαίδεπζεο πεξηιακβάλεη δχν ζηάδηα. Σν πξψην ζηάδην νλνκάδεηαη πξφζζην πέξαζκα (forward pass). Αξρηθά εηζάγνληαη ζηελ είζνδν δεδνκέλα απφ θάπνην δηάλπζκα εθπαίδεπζεο, νπφηε νη λεπξψλεο ζην επίπεδν εηζφδνπ παξάγνπλ απνηέιεζκα ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ απνηειεί είζνδν γηα ην επφκελν, θξπθφ επίπεδν. Η δηαδηθαζία απηή επαλαιακβάλεηαη δηαδνρηθά γηα ηα επφκελα επίπεδα, κέρξη ην επίπεδν εμφδνπ. ην επίπεδν 44

45 εμφδνπ, ην απνηέιεζκα, απνηειεί θαη ηελ έμνδν ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. Όηαλ ππνινγηζηεί θαη απηή ε ηηκή, ηφηε κπνξεί λα ππνινγηζηεί ην ζθάικα ζηνπο λεπξψλεο εμφδνπ, φπνπ θαη μεθηλά ε δεχηεξε θάζε ηεο εθπαίδεπζεο. ην δεχηεξν ζηάδην ηεο εθπαίδεπζεο, πνπ νλνκάδεηαη αλάζηξνθν πέξαζκα ή αλάζηξνθε κεηάδνζε (backpropagation) ζθνπφο είλαη ην ζθάικα πνπ πξνθχπηεη αλάκεζα ζηελ επηζπκεηή θαη ζηελ πξαγκαηηθή έμνδν ηνπ δηθηχνπ λα κεηαδνζεί πξνο ηελ είζνδν, αιιάδνληαο ην βάξνο ζηηο ζπλάςεηο ησλ λεπξψλσλ. Γηα λα γίλεη απηφ παίξλνπκε ηηο ηηκέο απφ ηνπο λεπξψλεο ηνπ επηπέδνπ εμφδνπ θαη ππνινγίδνπκε ην ζθάικα ρξεζηκνπνηψληαο ηηο επηζπκεηέο ηηκέο εμφδνπ. ηε ζπλέρεηα γίλεηαη αλαπξνζαξκνγή ησλ βαξψλ κεηαμχ ηνπ επηπέδνπ εμφδνπ θαη ηνπ ακέζσο πξνεγνχκελνπ θξπθνχ επηπέδνπ, ππνινγίδνληαη ηα βάξε πνπ ζπλδένπλ απηφ ην θξπθφ επίπεδν κε ην πξνεγνχκελν θ.ν.θ κέρξη θαη ηα βάξε κεηαμχ επηπέδνπ εηζφδνπ θαη πξψηνπ θξπθνχ επηπέδνπ. Η κέζνδνο ρξεζηκνπνηεί δχν επηπιένλ παξακέηξνπο καδί κε ηνλ ξπζκφ κεηαβνιήο (gradient) ηνπ ζθάικαηνο αλάκεζα ζηελ πξαγκαηηθή ηηκή πνπ εκθαλίδεη ην δίθηπν θαη ζηελ επηζπκεηή. Η πξψηε παξάκεηξνο είλαη ν ξπζκφο κάζεζεο (learning rate). Ο ξπζκφο κάζεζεο είλαη ζηελ νπζία έλα πνζνζηφ πνπ θαζνξίδεη ην πφζν άκεζα ν ξπζκφο κεηαβνιήο ζθάικαηνο, ζα πξέπεη λα εθαξκνζηεί ζηνλ πίλαθα βαξψλ θαη ζηηο ηηκέο θαησθιίνπ. Η δεχηεξε παξάκεηξνο νλνκάδεηαη momentum. Απηή θαζνξίδεη, ζε πνην βαζκφ, νη αιιαγέο πνπ πξνθχπηνπλ ζηα βάξε απφ ηελ πξνεγνχκελε επαλάιεςε ζα πξέπεη λα εθαξκνζηεί ζηελ ηξέρνπζα επαλάιεςε. Η παξάκεηξνο απηή είλαη νπζηαζηηθά πνζνζηφ, φπσο θαη ν ξπζκφο κάζεζεο. (83) (1) Μέζνδνο resilient propagation (αλζεθηηθήο δηάδνζεο) Έλα απφ ηα πξνβιήκαηα κε ηνλ αιγφξηζκν εθπαίδεπζεο backpropagation είλαη ν βαζκφο κε ηνλ νπνίν ηα βάξε κεηαβάιινληαη. Ο ξπζκφο ζθάικαηνο κπνξεί ζπρλά λα πξνθαιέζεη κεγάιε αιιαγή ζηνλ πίλαθα βαξψλ. Ο αιγφξηζκνο αλζεθηηθήο δηάδνζεο ρξεζηκνπνηεί ην πξφζεκν ηνπ ξπζκνχ κεηαβνιήο ηνπ ζθάικαηνο θαη φρη ην κέγεζνο ηνπ. Γειαδή είλαη ζεκαληηθφ αλ ν ξπζκφο είλαη αξλεηηθφο, ζεηηθφο ή θνληά ζην κεδέλ. Απηφ απνηειεί πιενλέθηεκα θαζψο δελ ρξεηάδεηαη λα θαζνξηζηεί θακία παξάκεηξνο. Δπίζεο ν ζπγθεθξηκέλνο αιγφξηζκνο δελ έρεη κηα ζπλνιηθή ηηκή κε ηελ νπνία αλαλεψλεη φινλ ηνλ πίλαθα βαξψλ αιιά θξαηάεη δηαθνξεηηθέο γηα θάζε ηηκή ηνπ πίλαθα θαη γηα θάζε ηηκή θαησθιίνπ. Απηέο νη ηηκέο ζηελ αξρή αξρηθνπνηνχληαη κε έλαλ πνιχ κηθξφ αξηζκφ θαη ζε θάζε επαλάιεςε, γίλεηαη ελεκέξσζε ηνπ βάξνπο θαη ηεο ηηκήο θαησθιίνπ ζχκθσλα κε απηέο ηηο ηηκέο ζε ζπλδπαζκφ κε ην πξφζεκν ηνπ ξπζκνχ κεηαβνιήο ζθάικαηνο, 45

46 επηηξέπνληαο κε απηφλ ηνλ ηξφπν κηα πην εμαηνκηθεπκέλε εθπαίδεπζε ηφζν ηεο ηηκήο θαησθιίνπ φζν θαη ησλ ηηκψλ ηνπ πίλαθα βαξψλ. (83) Πειραματικό Ανϊλυςη Γηα ηελ εχξεζε ηεο θαιχηεξεο αξρηηεθηνληθήο λεπξσληθνχ δηθηχνπ θαη αιγνξίζκνπ εθπαίδεπζεο, εθηειέζηεθε έλαο αξηζκφο απφ πεηξάκαηα. (Βιέπε Παξάξηεκα Β Πεηξακαηηθή Αλάιπζε). Αξρηθά ν πξψηνο αιγφξηζκνο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ εθπαίδεπζε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ ήηαλ ν Resilient Propagation. Ωο δνκή λεπξσληθνχ δηθηχνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ηφζν δίθηπν κε έλα θξπθφ επίπεδν, φζν θαη κε δχν θξπθά επίπεδα. Ο δεχηεξνο αιγφξηζκνο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ήηαλ ν Backpropagation. πγθεθξηκέλα εμεηάζηεθαλ δηαθνξεηηθά learning rates θαη δηαθνξεηηθέο ηηκέο ζηα momentum. Ωο δνκή λεπξσληθνχ δηθηχνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ηφζν δίθηπν κε έλα θξπθφ επίπεδν, φζν θαη κε δχν θξπθά επίπεδα ε θάζε κία απφ ηηο παξαπάλσ κεζφδνπο, γηα θάζε θξπθφ επίπεδν ρξεζηκνπνηήζεθε δηαθνξεηηθφο αξηζκφο λεπξψλσλ, ελψ νη εθπαίδεπζε έγηλε ζε δηάθνξα epochs. ε θάζε πίλαθα παξνπζηάδεηαη, ζηελ πξψηε ζηήιε ε αθξίβεηα (Accuracy) ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ ζε πνζνζηφ % (δειαδή ζηα 100 δείγκαηα πνπ ηνπ παξνπζηαζηήθαλ κεηά ηελ εθπαίδεπζε, πφζα απφ απηά ηαμηλφκεζε ζσζηά), ζηε δεχηεξε ζηήιε θαίλεηαη ην ζθάικα ηεο εθπαίδεπζεο (Train Error) θαη ζηε ηξίηε ζηήιε γηα πφζεο επαλαιήςεηο έηξεμε ε εθπαίδεπζεο (Epoch). Δηδηθά γηα ηελ κέζνδν Backpropagation θαίλεηαη ε ηηκή ηνπ learning rate θαη ηνπ momentum. Όινη νη πίλαθεο πνπ παξνπζηάδνληαη ζην παξάξηεκα Β είλαη ηαμηλνκεκέλνη κε βάζε ην κεγαιχηεξν accuracy. Μεθοδολογύα Αξιολόγηςησ τησ Πειραματικόσ Ανϊλυςησ Γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο παξαπάλσ πεηξακαηηθήο αλάιπζεο ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηαηηζηηθέο κέζνδνη πνπ αθνξνχλ δηαγλσζηηθνχο ειέγρνπο θαη εηδηθφηεξα ε κέζνδνο ROC (Receiver Operating Characteristic Curve). Παξαθάησ θάλνπκε κηα κηθξή εηζαγσγή ζηνπο φξνπο επαηζζεζία θαη εηδηθφηεηα, ζηνηρεία ηα νπνία ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ κέζνδν ROC ε νπνία αλαιχεηαη θαη απηή παξαθάησ. 46

47 Ευαισθησία, Ειδικότητα και Καμπύλεσ ROC ε φιε ηελ παξαθάησ ελφηεηα ζα ζπκβνιίδνπκε κε A θαη A ην ελδερφκελν παξνπζίαο ή απνπζίαο κηαο αζζέλεηαο θαη κε T+ θαη T ηε ζεηηθή ή αξλεηηθή δηάγλσζε ελφο ηεζη σο πξνο ηελ παξνπζία ηεο ίδηαο αζζέλεηαο. Η θεηική προγνωζηική ηιμή (positive predictive value) ελφο δηαγλσζηηθνχ ηεζη είλαη ε πηζαλφηεηα θάπνηνο λα είλαη αζζελήο φηαλ ν δηαγλσζηηθφο έιεγρνο έρεη βξεζεί ζεηηθφο δειαδή PV+ = P(A T+). Η αρνηηική προγνωζηική ηιμή (negative predictive value) ελφο δηαγλσζηηθνχ ηεζη είλαη ε πηζαλφηεηα θάπνηνο λα κελ είλαη αζζελήο φηαλ ν δηαγλσζηηθφο έιεγρνο έρεη βξεζεί αξλεηηθφο δειαδή PV = P(A T ). Γηα λα έρνπκε έλα θαιφ δηαγλσζηηθφ έιεγρν ζα πξέπεη θαη νη δχν πξνγλσζηηθέο ηηκέο λα είλαη πςειέο θαη θνληά ζην έλα Δπαηζζεζία (sensitivity) ελφο δηαγλσζηηθνχ ηεζη (ή ζπκπηψκαηνο) είλαη ε πηζαλφηεηα ην ηεζη λα είλαη ζεηηθφ (ή λα εκθαλίδεηαη ην ζχκπησκα) δεδνκέλνπ φηη θάπνηνο έρεη ηε λφζν πνπ εμεηάδνπκε δειαδή sensitivity = P(T+ A). Δηδηθφηεηα (specificity) ελφο δηαγλσζηηθνχ ηεζη (ή ζπκπηψκαηνο) είλαη ε πηζαλφηεηα ην ηεζη λα είλαη αξλεηηθφ (ή λα κελ εκθαλίδεηαη ην ζχκπησκα) δεδνκέλνπ φηη θάπνηνο δελ έρεη ηε λφζν πνπ εμεηάδνπκε δειαδή specificity = P(T A). Φεπδψο αξλεηηθή πεξίπησζε (false negative case) νλνκάδεηαη έλα άηνκν πνπ έρεη ηε λφζν αιιά ην δηαγλσζηηθφ ηεζη είλαη αξλεηηθφ. Φεπδψο ζεηηθή πεξίπησζε (false positive case) νλνκάδεηαη έλα άηνκν πνπ δελ έρεη ηε λφζν αιιά ην δηαγλσζηηθφ ηεζη είλαη ζεηηθφ. ε κία κειέηε ζπλήζσο παξαηεξνχκε ηελ εηδηθφηεηα θαη ηελ επαηζζεζία θαη φρη ηηο πξνγλσζηηθέο ηηκέο πνπ καο ελδηαθέξνπλ άκεζα. Καη απηέο νη δχν ηηκέο πξέπεη λα είλαη πςειέο θαη θνληά ζην έλα γηα λα έρνπκε έλα θαιφ δηαγλσζηηθφ ηεζη. [101] ηα παξαθάησ δηαγξάκκαηα παξνπζηάδνληαη νη ξάβδνη ζθαικάησλ γηα ηελ αθξίβεηα, ην ζθάικα, ηελ επαηζζεζία, ηελ εηδηθφηεηα, ηελ αξλεηηθή θαη ζεηηθή πξνγλσζηηθή ηηκή ησλ δεδνκέλσλ εθπαίδεπζεο. 47

48 Δηθφλα 5 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηεο αθξίβεηαο 48

49 Δηθφλα 6 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηνπ ζθάικαηνο 49

50 Δηθφλα 7 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηεο επαηζζεζίαο 50

51 Δηθφλα 8 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηεο εηδηθφηεηαο 51

52 Δηθφλα 9 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηεο ζεηηθήο πξνγλσζηηθήο ηηκήο 52

53 Δηθφλα 10 Οη ξάβδνη ζθαικάησλ ζπκβνιίδνπλ ην 95% δηάζηεκα εκπηζηνζχλεο γηα ηνλ Μέζν Όξν ηεο αξλεηηθήο πξνγλσζηηθήο ηηκήο Καμπύλες ROC Η παξαπάλσ δηαδηθαζία πεξηγξάθεη ηε δηάγλσζε κίαο λφζνπ κε ηε ρξήζε ελφο δηαγλσζηηθνχ ειέγρνπ ηνπ νπνίνπ ην απνηέιεζκα είλαη δίηηκν (ζεηηθφ ή αξλεηηθφ ηεζη). πλήζσο φκσο νη κεηξήζεηο ησλ δηαγλσζηηθψλ ειέγρσλ γίλνληαη κε πνζνηηθέο - ζπλερείο κεηαβιεηέο. Οη θακπχιεο ROC (Receiver Operating Characteristic curves) απεηθνλίδνπλ κε κηα θακπχιε ηνπο ζπλδπαζκνχο ηεο αλαινγίαο ησλ ςεπδψλ ζεηηθψλ πεξηπηψζεσλ (1 specificity) θαη ηεο 53

54 επαηζζεζίαο (ζηνπο άμνλεο X θαη Y αληίζηνηρα) γηα φιεο ηηο ηηκέο πνπ παξαηεξνχκε ζην δείγκα. πλεπψο νη θακπχιεο ROC είλαη ε δηαγξακκαηηθή απεηθφληζε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ελφο πνζνηηθνχ δηαγλσζηηθνχ ηεζη θαη καο βνεζάλε λα εμεηάζνπκε ηελ απφδνζε ηνπ ηεζη γηα δηαθνξεηηθά ζεκεία πξνγλσζηηθνχ ειέγρνπ. εκαληηθή πνζφηεηα ζηηο θακπχιεο ROC είλαη ε ηηκή AUC (area under curve) ε νπνία καο δίλεη ηελ πεξηνρή θάησ απφ ηελ θακπχιε δειαδή ην εκβαδφλ πνπ πεξηθιείεηαη κεηαμχ ηεο θακπχιεο ROC θαη ηνπ άμνλα ησλ X. Η AUC κεηξάεη ηελ πηζαλφηεηα ε ηηκή ηνπ ηεζη ελφο αζζελή (TA) λα είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ ηηκή ηνπ ηεζη ελφο αηφκνπ ρσξίο ηελ ππφ εμέηαζε λφζν (TA) δειαδή AUC = P(TA > TA) Δδψ ελδηαθέξνλ έρεη ν έιεγρνο ηεο ππφζεζεο H 0 : AUC = 0.5 έλαληη ηεο ελαιιαθηηθήο H 1 : AUC > 0.5. Η ηηκή AUC = 0.5 αληηζηνηρεί ζε έλα ηεζη πνπ καληεχεη ηπραία (φπσο αλ ρξεζηκνπνηνχζακε έλα λφκηζκα γηα λα καληέςνπκε πνηνο έρεη ηε λφζν) θαη νπζηαζηηθά δελ έρεη θακία πξνγλσζηηθή ηθαλφηεηα. Γηα φιεο ηηο αξρηηεθηνληθέο λεπξσληθψλ δηθηχσλ πξαγκαηνπνηήζεθε ε αλάιπζε ROC αλαθνξηθά κε ηελ Αθξίβεηα (Accuracy), ην ζθάικα (Error), ηα αιεζψο αξλεηηθά (True Negative), αιεζψο ζεηηθά (True Positive), ςεπδψο αξλεηηθά (False Negative) θαη ςεπδψο ζεηηθά (False Positive) Μζθοδος Δομή ROC Curve Analysis Statistical Significant Curves p<0.05 True True False False Error Accuracy Negative Positive Negative Positive NS NS NS NS NS NS 1 ΝΔ με NS p=0.018 NS NS NS NS 2 ΝΔ με NS p=0.02 NS p=0.027 p=0.027 NS 3 ΝΔ με NS p=0.01 NS p=0.017 p=0.017 NS 4 ΝΔ με NS p=0.04 NS p=0.024 p=0.024 NS 5 ΝΔ με NS p=0.005 NS p=0.010 p=0.010 NS 6 ΝΔ με NS p=0.002 p=0.028 p=0.015 p=0.015 p= ΝΔ με NS p=0.03 NS NS NS NS 8 ΝΔ με p=0.03 p=0.004 NS p=0.018 p=0.018 NS 9 ΝΔ με NS p=0.027 NS p=0.010 p=0.010 NS 10 ΝΔ με NS p=0.007 NS p=0.045 p=0.045 NS 11 ΝΔ με p=0.047 p=0.007 NS p=0.019 p=0.019 NS 12 ΝΔ με NS p=0.001 p=0.036 p=0.009 p=0.009 p=

55 13 ΝΔ με NS p=0.016 NS p= p=0.035 NS 14 ΝΔ με NS p=0.001 NS NS NS NS 15 ΝΔ με (10,40) NS p=0.000 p=0.046 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,40) NS p=0.000 p=0.005 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,60) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,60) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,70) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,80) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,50) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (40,80) p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.013 p=0.013 p= ΝΔ με (10,50) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,20) NS p=0.000 p=0.025 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,20) NS p=0.000 p=0.003 p=0.004 p=0.004 p= ΝΔ με (10,20) NS p=0.000 p=0.002 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,100) p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔμε (10,120) p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.002 p=0.002 p= ΝΔ με (10,20) NS p=0.000 p=0.004 p=0.000 p=0.000 p= ΝΔ με (10,60) NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,1 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,2 p=0.029 p=0.000 p=0.027 p=0.001 p=0.001 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,3 NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,4 p=0.001 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,5 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,6 p=0.001 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,7 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,8 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,9 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p= Backpropagation με Learning Rate = 0,4 και momentum = 0,1 NS p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 p=0.000 Πίλαθαο 1Απνηειέζκαηα Αλάιπζεο ROC Απφ ηνλ πίλαθα 1 πξνθχπηεη φηη νη κέζνδνη πνπ είλαη ζηαηηζηηθά ζεκαληηθέο ζηνλ πιεζπζκφ (ζεκεησκέλεο κε κσβ ρξψκα) είλαη απηέο γηα ηηο νπνίεο ε Αθξίβεηα (Accuracy), ην ζθάικα 55

56 (Error), ηα αιεζψο αξλεηηθά (True Negative), αιεζψο ζεηηθά (True Positive), ςεπδψο αξλεηηθά (False Negative) θαη ςεπδψο ζεηηθά (False Positive), παξνπζηάδνπλ p<0.05 θαηά ηνλ έιεγρν ηεο κεδεληθήο ππφζεζεο H0 : AUC = 0.5 αλά παξάκεηξν. ηηο γξαθηθέο παξαζηάζεηο πνπ αθνινπζνχλ θαίλεηαη ε Δηδηθφηεηα θαη ε Δπαηζζεζία, ε Αθξίβεηα θαη ην θάικα Δθπαίδεπζεο ησλ πεηξακάησλ πνπ απεδείρζεζαλ ζηαηηζηηθά ζεκαληηθά κέζσ ηεο αλάιπζεο ROC Δηθφλα 11 Γξαθηθή Αλαπαξάζηαζε ηεο Δπαηζζεζίαο θαη ηεο Δηδηθφηεηαο ησλ πεηξακάησλ πνπ απεδείρζεζαλ ζηαηηζηηθά ζεκαληηθά κέζσ ηεο αλάιπζεο ROC 56

57 ΝΔ με (40,80) ΝΔ με (10,100) ΝΔμε (10,120) Backpropagation με Learning Rate = 0,1 Backpropagation με Learning Rate = 0,2 Backpropagation με Learning Rate = 0,4 Backpropagation με Learning Rate = 0,5 Backpropagation με Learning Rate = 0,6 Backpropagation με Learning Rate = 0,7 Backpropagation με Learning Rate = 0,8 Backpropagation με Learning Rate = 0,9 Dot/Lines s how Max Values 80,00 Ακρίβεια (ποζοζηό) 70,00 60,00 Μέθοδος Δηθφλα 12 Γξαθηθή Αλαπαξάζηαζε ηεο Αθξίβεηαο ησλ πεηξακάησλ πνπ απεδείρζεζαλ ζηαηηζηηθά ζεκαληηθά κέζσ ηεο αλάιπζεο ROC 57

58 ΝΔ με (40,80) ΝΔ με (10,100) ΝΔμε (10,120) Backpropagation με Learning Rate = 0,1 Backpropagation με Learning Rate = 0,2 Backpropagation με Learning Rate = 0,4 Backpropagation με Learning Rate = 0,5 Backpropagation με Learning Rate = 0,6 Backpropagation με Learning Rate = 0,7 Backpropagation με Learning Rate = 0,8 Backpropagation με Learning Rate = 0,9 Σθάλμα εκπαίδεσζης Dot/Lines s how Min Values 0, , , , ,10000 Μέθοδος Δηθφλα 13 Γξαθηθή Αλαπαξάζηαζε ηνπ θάικαηνο Δθπαίδεπζεο ησλ πεηξακάησλ πνπ απεδείρζεζαλ ζηαηηζηηθά ζεκαληηθά κέζσ ηεο αλάιπζεο ROC 58

59 Δπηινγήο θαηαιιειφηεξεο δνκήο λεπξσληθνχ δηθηχνπ Γηα ηελ εθαξκνγή ζα ρξεζηκνπνηεζεί εθείλε ε δνκή πνπ παξνπζίαζε ην κεγαιχηεξν classification accuracy κε ην κηθξφηεξν train error, ηελ κεγαιχηεξε επαηζζεζία θαη ηελ κεγαιχηεξε εηδηθφηεηα. Απηφ ηζρχεη γηα κηα δνκή δηθηχνπ κε έλα θξπθφ επίπεδν ην νπνίν έρεη 10 λεπξψλεο, ρξεζηκνπνηεί κέζνδν εθπαίδεπζεο backpropagation κε ξπζκφ κάζεζεο 0.4, momentum 0.1 θαη έρεη εθπαηδεπζεί γηα 8000 epochs. Accuracy Error Epochs True Negative True Positive False Negative False Positive 87 0, Sensitivity Specificity Positive Predictive Value Negative Predictive Value Learning Rate Momentum Number of Neurons on Layer 1 0, , ,4 0,1 10 Πιαηθφξκεο γηα ηελ αλάπηπμε Νεπξσληθψλ Γηθηχσλ ήκεξα ππάξρνπλ δηάθνξεο πιαηθφξκεο νη νπνίεο έρνπλ αλαπηπρζεί ζε δηάθνξεο πξνγξακκαηηζηηθέο γιψζζεο, πνπ απνζθνπνχλ ζηελ πην γξήγνξε θαη εχθνιε αλάπηπμε λεπξσληθψλ δηθηχσλ. Οη πην γλσζηέο απφ απηέο είλαη: ην The NNFW project [ πνπ απνηειείηαη απφ θιάζεηο λεπξσληθψλ δηθηχσλ πξνγξακκαηηζκέλεο κε ηε γιψζζα C++, ην Encog framework, [ πνπ απνηειεί κηα νινθιεξσκέλε πιαηθφξκα αλάπηπμεο λεπξσληθψλ δηθηχσλ πινπνηεκέλε ηφζν ζε Java φζν θαη ζε C#, ην Neuralmesh [ έλα εξγαιείν δηαρείξηζεο γηα ηελ δεκηνπξγία λεπξσληθψλ δηθηχσλ πινπνηεκέλν ζε PHP θαη Neuroph [ πνπ απνηειεί κηα πεξηνξηζκέλε πιαηθφξκα γηα ηελ αλάπηπμε βαζηθψλ αξρηηεθηνληθψλ λεπξσληθψλ δηθηχσλ. Δπηινγήο πιαηθφξκαο Γηα ηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο απφ ηα παξαπάλσ frameworks, ρξεζηκνπνηήζεθε ην Encog θαη ζπγθεθξηκέλα ε έθδνζε γηα C#. Απφ ηελ ζηηγκή πνπ ε εθαξκνγή ζα εθηειείηαη ζε 59

60 δηαδηθηπαθφ πεξηβάιινλ ηζηνχ, δελ κπνξεί ρξεζηκνπνηεζεί ην The NNFW αθνχ είλαη πινπνηεκέλν ζε C++. Απφ ηα ηξία ελαπνκείλαληα, ζην Neuralmesh θαίλεηαη πσο έρεη ζηακαηήζεη ε αλάπηπμή θαη ππνζηήξημή ηνπ απφ ην 2008, ελψ ε έιιεηςε πιήξνπο ηεθκεξίσζεο θάλεη αθφκα πην δπζρεξή ηε ρξήζε ηνπ. Σν Νeuroph παξέρεη πεξηνξηζκέλνπο αιγνξίζκνπο επηβιεπφκελεο κάζεζεο, ελψ θαη εθείλν κε ηε ζεηξά ηνπ δελ έρεη επαξθή ηεθκεξίσζε. 60

61 Μέξνο Β - Τινπνίεζε Δθαξκνγήο 61

62 Καταγραφό Των Απαιτόςεων Λογιςμικού Πεξηγξαθή Σνπ Πεδίνπ Πξνβιήκαηνο Σν πεδίν εθαξκνγήο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο αλαθέξεηαη ζηε δεκηνπξγία κηαο on-line εθαξκνγήο γηα e-health ε νπνία σο θχξην ζηφρν ζα έρεη ηελ πξφβιεςε αζζελψλ κε θαξδηνπάζεηα. Πξηλ γίλεη φκσο ε πξφβιεςε ζα πξέπεη ν ηαηξφο λα έρεη ηε δπλαηφηεηα δεκηνπξγίαο ηνπ ηαηξηθνχ θαθέινπ ηνπ αζζελή. Οπφηε, νη θχξηεο ελέξγεηεο ηνπ πιεξνθνξηαθνχ ζπζηήκαηνο ζα αθνξνχλ ηελ θαηαρψξεζε, αλαδήηεζε θαη επεμεξγαζία ηνπ ηαηξηθνχ θαθέινπ ελφο αζζελή θαζψο επίζεο ηελ θαηαρψξεζε θαη πξφβιεςε παζνινγίαο ελφο θαξδηαθνχ ξπζκνχ γηα έλαλ ζπγθεθξηκέλν αζζελή πνπ εηζάγεηαη απφ ηνλ ηαηξφ. ην ζχζηεκα έρνπλ πξφζβαζε δχν εηδψλ ρξήζηεο: νη ιαηροί, πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηελ εθαξκνγή γηα λα θαηαρσξήζνπλ, θαη αλαδεηήζνπλ έλαλ ηαηξηθφ θάθειν ή έλα θαξδηνγξάθεκα, λα δηαρεηξηζηνχλ ην πξνθίι ηνπο, λα ελεκεξσζνχλ γηα δηάθνξα ηαηξηθά λέα θαη ηέινο ν διαχειριζηής ηης εθαρμογής, ν νπνίνο είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ εγγξαθή ησλ ηαηξψλ ζην ζχζηεκα θαη ηελ επεμεξγαζία ζηνηρείσλ ηνπο. Καηαγξαθή Σσλ Λεηηνπξγηθψλ Απαηηήζεσλ Όπσο πξναλαθέξακε, ε εθαξκνγή καο ρξεζηκνπνηείηαη απφ δχν εηδψλ ρξήζηεο: ηνπο ηαηξνχο θαη ηνλ δηαρεηξηζηή ηεο εθαξκνγήο. Οη δχν απηνί ρξήζηεο απνηεινχλ ηνπο actors ηνπ ζπζηήκαηφο καο. Ο θαζέλαο απφ απηνχο εθηειεί δηαθνξεηηθέο ελέξγεηεο αλάινγα κε ηα δηθαηψκαηα πνπ ηνπ δίλεη ην ζχζηεκα. Αθνινπζεί πεξηγξαθή ησλ actors: Ιαηξφο (Doctor) Ο Ιαηξφο απνηειεί ηνλ βαζηθφ actor γηα ηελ χπαξμε ηεο εθαξκνγήο. Έρεη ηε δπλαηφηεηα, αθνχ πξψηα ζπλδεζεί κε ην ζχζηεκα, λα θαηαρσξήζεη ηνλ ηαηξηθφ θάθειν θάπνηνπ αζζελή, λα αλαδεηήζεη θαη ζηε ζπλέρεηα λα πξνβάιεη θαη λα επεμεξγαζηεί ηνλ ηαηξηθφ θάθειν ελφο ήδε θαηαρσξεκέλνπ αζζελή, λα θαηαρσξήζεη κηα ζρεκαηνκνξθή θαξδηαθνχ ξπζκνχ πνπ αθνξά θάπνηνλ ζπγθεθξηκέλν αζζελή, λα θάλεη πξφβιεςε γηα ηελ παζνινγία ζπγθεθξηκέλεο ζρεκαηνκνξθήο θαξδηαθνχ ξπζκνχ (αθνχ πξψηα πξνεγεζεί ε αλαδήηεζή ηεο), λα δηαρεηξηζηεί ζηνηρεία ηνπ πξνθίι ηνπ θαη ηέινο λα ελεκεξσζεί γηα δηάθνξα ηαηξηθά λέα. 62

63 Διαχειριςτόσ (Αdmin) O actor Admin είλαη ππεχζπλνο γηα ηε δηαρείξηζε, ζπληήξεζε θαη επέθηαζε ηεο εθαξκνγήο. Δίλαη ν κφλνο πνπ έρεη ηελ αξκνδηφηεηα λα θαηαρσξεί Ιαηξνχο ζην ζχζηεκα θαη λα κπνξεί λα επεμεξγαζηεί ζπγθεθξηκέλα ζηνηρεία ηνπ πξνθίι ηνπο. χκθσλα κε απηά πνπ νξίζακε παξαπάλσ πξνθχπηεη ην παξαθάησ κνληέιν πεξηπηψζεσλ ρξήζεο: 63

64 Δηθφλα 14 Μνληέιν Πεξηπηψζεσλ Υξήζεο 64

65 Καηαγξαθή Με Λεηηνπξγηθψλ Απαηηήζεσλ Δθηφο απφ ηηο ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο πνπ ζα πξέπεη λα πιεξνί ην ζχζηεκά καο ππάξρνπλ θαη κεξηθέο κε ιεηηνπξγηθέο, νη νπνίεο έρνπλ ηζάμηα βαξχηεηα. Πην ζπγθεθξηκέλα, έρνπκε: Απφδνζε ζπζηήκαηνο Η απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο αθνξά ζηε ηαρχηεηα ηεο εθηέιεζεο ησλ δηαθφξσλ ελεξγεηψλ πνπ δεηείηαη λα γίλνπλ είηε απφ ηνλ ηαηξφ είηε απφ ηνλ δηαρεηξηζηή. Όζνλ αθνξά ηηο δηαδηθαζίεο θαηαρψξεζεο, αλαδήηεζεο θαη εηζφδνπ ζην ζχζηεκα, ν επηζπκεηφο ρξφλνο αληαπφθξηζεο ηνπ ζπζηήκαηνο δε ζα πξέπεη λα μεπεξλά ηα 3 δεπηεξφιεπηα. Όζνλ αθνξά ηε δηαδηθαζία πξφβιεςεο κηαο ζρεκαηνκνξθήο θαξδηαθνχ ξπζκνχ σο επηζπκεηφο ρξφλνο απφθξηζεο νξίδνληαη ηα 7 δεπηεξφιεπηα, θαζψο απνηειεί κηα δηαδηθαζία πνπ ρξεηάδεηαη ρξφλν γηα λα παξάγεη αθξηβή απνηειέζκαηα. ρεηηθά κε ηελ εμφξπμε ησλ ζηαηηζηηθψλ ζηνηρείσλ, ν κέγηζηνο επηζπκεηφο ρξφλνο ζα πξέπεη λα είλαη 3 sec. Σέινο ζα πξέπεη λα επηζεκάλνπκε φηη νη απνδφζεηο πνπ πξναλαθέξακε εμαξηψληαη άκεζα απφ ην ζχζηεκα ζην φπνην εθηειείηαη ε θάζε ελέξγεηα. Οη ειάρηζηεο απαηηήζεηο ζπζηήκαηνο αλαθέξνληαη αλαιπηηθφηεξα παξαθάησ. Γηαζεζηκφηεηα Σν ζχζηεκα καο είλαη δηαζέζηκν ζηνπο ηαηξνχο ηνπ ζπζηήκαηνο θαζψο θαη ζηνλ δηαρεηξηζηή 24 ψξεο ην 24σξν 7 κέξεο ηελ βδνκάδα. Ο ηαηξφο πξέπεη λα έρεη ηε δπλαηφηεηα νπνηαδήπνηε ψξα ηεο εκέξαο λα έρεη πξφζβαζε ζηα ηαηξηθά δεδνκέλα ηνπ αζζελή ηνπ. Ο ρξφλνο κε δηαζεζηκφηεηαο (π.ρ. γηα ιφγνπο ζπληήξεζεο, αλάθακςεο) δε ζα πξέπεη λα μεπεξλά ην 1% θαζψο παξαπάλσ θαζπζηέξεζε κπνξεί λα πξνθαιέζεη ζνβαξά πξνβιήκαηα ζηελ πγεία θάπνηνπ αζζελή ιφγσ θαζπζηέξεζε ζηε δηάγλσζε. Δπρξεζηία Σν ζχζηεκά καο ζα πξέπεη λα είλαη εχρξεζην κηαο θαη ε πιεηνςεθία ησλ ηαηξψλ δελ είλαη εμνηθεησκέλε ζε πεξίπινθεο εθαξκνγέο. Η κφλε πξνυπφζεζε γηα ηνλ ηειηθφ ρξήζηε είλαη λα γλσξίδεη ηε ρξήζε ησλ web browsers. Έηζη θαη ην interface ησλ πειαηψλ αιιά θαη ην interface ηνπ ηαηξνχ αιιά θαη ηνπ δηαρεηξηζηή ζα πξέπεη λα είλαη θηιηθφ ζηνλ κέζν ρξήζηε, ρσξίο αλαθξίβεηεο θαη παληνχ λα ππάξρεη ε δπλαηφηεηα άκεζεο εχξεζεο θεηκέλνπ βνήζεηαο. 65

66 Δπίζεο ν ηαηξφο θαη ν δηαρεηξηζηήο ζα πξέπεη λα είλαη ζε ζέζε λα ρξεζηκνπνηεί ην ζχζηεκα κεηά απφ δχν κέξεο εθπαίδεπζεο. Αμηνπηζηία Σν ζχζηεκά καο ζα πξέπεη λα βγάδεη αμηφπηζηα απνηειέζκαηα ζην ρξήζηε θπξίσο σο πξνο ηελ αλαδήηεζε θαη σο πξνο ηελ θαηάζηαζε ησλ παξαγγειηψλ ηνπ εθάζηνηε ρξήζηε. πληεξεζηκφηεηα Έλα πνηνηηθφ ινγηζκηθφ πξέπεη λα είλαη ζπληεξήζηκν. Γειαδή λα θηηαρηεί κε ηέηνην ηξφπν έηζη ψζηε κεηά ηε δεκηνπξγία ηνπ λα κπνξεί λα επηδέρεηαη δηάθνξεο ηξνπνπνηήζεηο θαη λα πξνζαξκφδεηαη ζηα λέα δεδνκέλα πξνθεηκέλνπ λα ζπλερίζεη λα ρξεζηκνπνηείηαη γηα θάπνην ζεβαζηφ ρξνληθφ δηάζηεκα. Γηα λα επηηεπρζεί απηφ πην εχθνια, ην πξφγξακκα θαη ηα δεδνκέλα ηνπ πξέπεη λα έρνπλ ηκεκαηνπνηεζεί ψζηε λα είλαη πην απιή ε πξφζβαζε ζε απηά θαη νη δηαθνξεηηθέο κνλάδεο ηνπ πξνγξάκκαηνο λα ζπλδεζνχλ κε ηνλ θαιχηεξν δπλαηφ ηξφπν. Μεηαθεξζηκφηεηα Δίλαη απαξαίηεην λα εμαζθαιίδεηαη κεηαθεξζηκφηεηα γηα ην ινγηζκηθφ. Γειαδή λα κπνξεί απηφ λα κεηαθεξζεί απφ έλα πεξηβάιινλ ζε έλα άιιν έρνληαο ηελ ίδηα απνηειεζκαηηθή ιεηηνπξγία. Σν πιεξνθνξηαθφ καο ζχζηεκα πξέπεη λα έρεη ηε δπλαηφηεηα κεηαθνξάο ρσξίο απψιεηα πιεξνθνξηψλ θαη ρσξίο λα πξνθχςνπλ άιιεο θαηαζηξνθέο. Δλδερφκελε πξνζαξκνγή ηνπ ζπζηήκαηνο ζε έλα λέν ζχζηεκα δηαρείξηζεο βάζεσλ δεδνκέλσλ δελ ζα πξέπεη λα μεπεξλά ηηο 2 εκέξεο. Αθξίβεηα ζπζηήκαηνο Δπεηδή ην ζχζηεκα καο αζρνιείηαη κε πξνζσπηθψλ δεδνκέλσλ πνπ αθνξνχλ δεδνκέλα πγείαο θάπνηνπ αηφκνπ, ηπρφλ ιάζνο εηζαγσγή κπνξεί λα νδεγήζεη ζε εζθαικέλε δηάγλσζε κε απνηέιεζκα λα ηεζεί ζε θίλδπλν ε πγεία ηνπ αζζελνχο. Θα πξέπεη λα ινηπφλ λα δηαζθαιηζηεί κέζσ δηαθφξσλ ειέγρσλ πσο ε εηζαγσγή ζηνηρείσλ γίλεηαη κε νξζφ ηξφπν. 66

67 Αζθάιεηα ζπζηήκαηνο Δίλαη απαξαίηεην λα ππάξρνπλ θάπνηνη ζπληειεζηέο νη νπνίνη πξνζηαηεχνπλ ην ινγηζκηθφ απφ θαηαπαηήζεηο δηθαησκάησλ, εζθαικέλεο ηξνπνπνηήζεηο, θαηαρξήζεηο θαη άιιεο θαηαζηξνθέο πνπ κπνξεί λα ππνζηεί. Γηα ην ιφγν απηφ έρνπλ ιεθζεί ηα εμήο κέηξα: α) Ο θάζε ρξήζηεο ρξεζηκνπνηεί έλαλ θσδηθφ ν νπνίνο ηνπ δίλεη ηε δπλαηφηεηα πξφζβαζεο ζηα κέξε ηνπ ζπζηήκαηνο πνπ αλαινγεί ε δηθαηνδνζία ηνπ. Η απαίηεζε εηζαγσγήο νλφκαηνο ρξήζηε θαη ζπλζεκαηηθνχ γηα ην άλνηγκα ηεο εθαξκνγήο απνηειεί έλα ν ζεκαληηθφ θαλφλα αζθαιείαο. απηφλ φκσο ηνλ θαλφλα αζθαιείαο ζπκπεξηιακβάλνληαη θαη θάπνηεο αθφκα δηθιίδεο αζθαιείαο. Μηα απφ απηέο είλαη ην γεγνλφο φηη ην ζπλζεκαηηθφ θαηά ηελ εηζαγσγή ζηελ εθαξκνγή ζα πξέπεη λα είλαη ζε κνξθή πνπ λα κελ απνθαιχπηεηαη ζε θάπνηνλ ηξίην πνπ ζα βιέπεη ηελ νζφλε. β) Αθφκα αξθεηά ζεκαληηθφ ζηνηρείν πνπ πξέπεη λα δηαζέηεη ην ζχζηεκα είλαη δηαθνξεηηθφ φλνκα ρξήζηε γηα θάζε κία απφ ηηο ηξεηο δηαθνξεηηθέο θαηεγνξίεο ρξεζηψλ. Θα πξέπεη λα ππάξρεη πεξηνξηζκφο επηθνηλσλίαο κεηαμχ ησλ δηαθνξεηηθψλ πεξηνρψλ ηνπ πξνγξάκκαηνο. Γηα παξάδεηγκα ν δηαρεηξηζηήο ηνπ ζπζηήκαηνο δελ ζα πξέπεη λα έρεη πξφζβαζε ζηα ηαηξηθά ζηνηρεία ελφο αζζελή πνπ αθνξνχλ κφλν ηνλ ηαηξφ. Απηφ γίλεηαη αθελφο γηα ιφγνπο αζθάιεηαο θαη αθεηέξνπ δηφηη νη αξκνδηφηεηεο ηνπ δελ ζρεηίδνληαη κε απηφ ην πεδίν. Πεξηνξηζκνί ζπζηήκαηνο-πιηθφ Σν πιεξνθνξηαθφ ζχζηεκα ην νπνίν ζα θηηάμνπκε ζα πινπνηεζεί κε ηελ βνήζεηα ηεο αληηθεηκελνζηξαθνχο γιψζζαο πξνγξακκαηηζκνχ C# 4.0 θαη πην ζπγθεθξηκέλα ζα ρξεζηκνπνηεζεί ην web framework ASP.NET 4.0 γηα ηελ δεκηνπξγία ησλ δηαδηθαζηψλ πνπ εθηεινχληαη ζηε κεξηά ηνπ εμππεξεηεηή. Η βάζε δεδνκέλσλ ζα πινπνηεζεί κε ηε ρξήζε ηνπ SQL Server 2008 R2. Αλαθνξηθά κε ηε γξαθηθή δηεπαθή, ζα γίλεη ρξήζε ησλ ηερλνινγηψλ HTML, CSS, Javascript, JQuery θαη AJAX. Tέινο είλαη απαξαίηεην, ε εθαξκνγή λα είλαη κε ηέηνην ηξφπν ζρεδηαζκέλε θαη πινπνηεκέλε ψζηε λα θαίλεηαη ην ίδην ζε φινπο ηνπο θπιινκεηξεηέο (browsers) θαη παξάιιεια λα εκθαλίδεηαη ζσζηά ζε αλαιχζεηο απφ 1024Υ768 θαη πάλσ. 67

68 Λεπηνκεξήο πεξηγξαθή πεξηπηψζεσλ ρξήζεο Παξνπζίαζε δηαγξακκάησλ δξαζηεξηνηήησλ (activity diagrams) Αθνινπζεί ιεπηνκεξήο αλάιπζε ησλ πεξηπηψζεσλ ρξήζεο πνπ αλαθέξζεθαλ ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην θαη παξνπζίαζε ησλ δηαγξακκάησλ δξαζηεξηνηήησλ κε ηελ αλαθνξά ησλ ξνψλ ηνπο. χλδεζε ζην ζχζηεκα (Login) Η επηινγή ηεο ζχλδεζεο ζην ζχζηεκα γίλεηαη θαη απφ ηνπο δχν ρξήζηεο ηνπ ζπζηήκαηνο. Ο actor Doctor ρξεζηκνπνηεί άιιε δηεπαθή απφ απηή ηνπ Admin. Πην ζπγθεθξηκέλε θαηά ηε ζχλδεζε, ν ρξήζηεο θαιείηαη λα δψζεη username θαη password, θαη αλάινγα κε ηελ ηαπηνπνίεζε ηνπ σο πειάηε, ππάιιειν ή δηνηθεηηθφ κέινο, ζα εηζέξρεηαη ζε δηαθνξεηηθή δηεπαθή ηνπ ζπζηήκαηνο πνπ ζα ηνπ επηηξέπεη λα θάλεη ηηο επηηξεπφκελεο ζε απηφλ ελέξγεηεο. Η είζνδνο ζην αληίζηνηρν interface, ζεκαηνδνηείηαη κε ην ηέινο ηεο πεξίπησζεο ρξήζεο απηήο. Πεξίπησζε Υξήζεο: χλδεζε ζην χζηεκα ( Login ) Πξσηεχνληεο actors: Doctor,Admin Βασική ροή 1. Δηζαγσγή ζηνηρείσλ ζχλδεζεο (ηα ζηνηρεία απηά ζα είλαη ην username θαη ην password) 2. Έιεγρνο νξζφηεηαο ζηνηρείσλ πνπ εηζήγαγε ν ρξήζηεο 3. Δκθάληζε κελχκαηνο επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 3.α Σα ζηνηρεία πνπ δφζεθαλ είλαη ιαλζαζκέλα 1. Δκθάληζε κελχκαηνο ζθάικαηνο 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 1 68

69 χκθσλα κε ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη ην αθφινπζν δηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ γηα ηελ πεξίπησζε ρξήζεο Login: Δηθφλα 15 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ - χλδεζε ζην ζχζηεκα Δγγξαθή (doctorregistration) Η ελέξγεηα ηεο εγγξαθήο ζην ζχζηεκα εθηειείηαη απφ ηνλ actor Admin, ν νπνίνο είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ θαηαρψξεζε ησλ Ιαηξψλ ζην ζχζηεκα. Γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηεο 69

70 εγγξαθήο ν Admin ζα πξέπεη λα εηζάγεη ηα ζηνηρεία πνπ αλαθέξνληαη παξαθάησ θαη αθνξνχλ ηνλ ηαηξφ: Όλνκα, επψλπκν, φλνκα ρξήζηε, θσδηθφ ρξήζηε, επηβεβαίσζε θσδηθνχ, , ηειέθσλν (θηλεηφ / ζηαζεξφ) εηδηθφηεηα ηκήκα Σν ζχζηεκα ειέγρεη ηελ νξζφηεηα ησλ παξαπάλσ ζηνηρείσλ. πγθεθξηκέλα εθηεινχληαη νη εμήο έιεγρνη: Έιεγρνο φηη φια ηα ππνρξεσηηθά ζηνηρεία είλαη ζπκπιεξσκέλα Δμεηάδεηαη αλ ην username πνπ εηζήγαγε ν ρξήζηεο ππάξρεη ήδε ζηε βάζε Γίλεηαη έιεγρνο φηη ην password πνπ πιεθηξνινγήζεθε δχν θνξέο είλαη ην ίδην αιιά θαη πσο έρεη κήθνο ηνπιάρηζηνλ 8 ραξαθηήξεο Διέγρεηαη πσο ην είλαη ηεο κνξθήο: kapoioonoma@provider.(com/gr/uk/...) Διέγρεηαη φηη ην ηειέθσλν πνπ πιεθηξνινγήζεθε έρεη αθξηβψο 10 αξηζκεηηθνχο κφλν ραξαθηήξεο. Πεξίπησζε Υξήζεο : Δγγξαθή Ιαηξνχ ( doctorregistration ) Πξσηεχνλ actor: Admin 70

71 Βαζηθή ξνή 1. Ο Admin ζπκπιεξψλεη ππνρξεσηηθά φια ηα ζηνηρεία 2. Σν ζχζηεκα ειέγρεη ηελ νξζφηεηα ησλ ζηνηρείσλ. 3. Γεκηνπξγείηαη ν ινγαξηαζκφο ηνπ ηαηξνχ ζην ζχζηεκα 4. Σν ζχζηεκα εκθαλίδεη κήλπκα επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 3α. Σα ζηνηρεία πνπ εηζήρζεζαλ δελ ήηαλ νξζά 1. Δκθάληζε κελχκαηνο ιάζνπο 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 1 χκθσλα κε ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη ην αθφινπζν δηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ γηα ηελ πεξίπησζε ρξήζεο doctorregistration: 71

72 Δηθφλα 16 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ Δγγξαθή Ιαηξνχ Καηαρψξεζε Αζζελή (Registration) H δηαδηθαζία θαηαρψξεζεο αζζελή πεξηιακβάλεη κηα ζεηξά ηεζζάξσλ βεκάησλ: θαηαγξαθή πξνζσπηθψλ ζηνηρείσλ αζζελή, θαηαγξαθή νηθνγελεηαθνχ ηζηνξηθνχ, θαηαγξαθή θνηλσληθνχ ηζηνξηθνχ θαη θαηαγξαθή εμεηάζεσλ Σν κφλν ππνρξεσηηθφ βήκα γηα ηελ νινθιήξσζε ηεο δηαδηθαζίαο θαηαρψξεζεο απνηειεί ε θαηαγξαθή ησλ πξνζσπηθψλ ζηνηρείσλ. ε θάζε βήκα θαηαγξαθήο γίλεηαη έιεγρνο νξζφηεηαο ησλ ζηνηρείσλ πνπ εηζήρζεζαλ. 72

73 Δηθφλα 17 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ Καηαρψξεζε Αζζελή

74 Αλαδήηεζε Αζζελνχο H δηαδηθαζία αλαδήηεζεο αζζελή εθηειείηαη απφ ηνλ Actor Doctor. Η αλαδήηεζε κπνξεί λα γίλεη κε νπνηαδήπνηε απφ ηα παξαθάησ θξηηήξηα: αξηζκφο ηαπηφηεηαο αζζελή, φλνκα, επψλπκν. Πεξίπησζε Υξήζεο: Αλαδήηεζε Αζζελνχο(SearchPatient) Πξσηεχνληεο actors: Doctor Βασική ροή 1. Δηζαγσγή ζηνηρείσλ αλαδήηεζεο 2. Έιεγρνο νξζφηεηαο ζηνηρείσλ πνπ εηζήγαγε ν ρξήζηεο 3. Δκθάληζε κελχκαηνο επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 3.α Σα ζηνηρεία πνπ δφζεθαλ είλαη ιαλζαζκέλα 1. Δκθάληζε κελχκαηνο ζθάικαηνο 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 1 χκθσλα κε ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη ην αθφινπζν δηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ γηα ηελ πεξίπησζε ρξήζεο SearchPatient: 74

75 Δηθφλα 18 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ Αλαδήηεζε Αζζελή Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Αζζελή (patientvieweditdetails) Η επηινγή απηή εθηειείηαη απφ ηνλ actor Doctor. Γηα λα κπνξέζεη λα πξνρσξήζεη ζε απηή ηελ επηινγή, ζα πξέπεη λα είλαη εγγεγξακκέλνο ρξήζηεο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ζα πξέπεη πξνεγνπκέλσο λα έρεη απζεληηθνπνηεζεί επηηπρψο απφ ην ζχζηεκα. Αθφηνπ ν ηαηξφο ζπλδεζεί επηηπρψο ζην ζχζηεκα, κε ηελ βνήζεηα ηεο αλαδήηεζεο κπνξεί λα επηιέμεη ηνλ αζζελή ηνπ νπνίνπ ζέιεη λα δεη/ επεμεξγαζηεί ηα ζηνηρεία ηνπ. Πεξίπησζε Υξήζεο: Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Αζζελή (patientvieweditdetails) Πξσηεχνλ actor: Doctor Πξνυπνζέζεηο: Ο ηαηξφο πξέπεη λα έρεη απζεληηθνπνηεζεί θαη ζπλδεζεί ζην ζχζηεκα 75

76 Βαζηθή ξνή 1. Ο ηαηξφο αξρηθά θάλνληαο ρξήζε ηεο πεξίπησζεο ρξήζεο ηεο Αλαδήηεζεο Αζζελή «SearchPatient» φπσο απηή αλαιχζεθε πξνεγνπκέλσο, αλαδεηά ηνλ αζζελή ηνπ νπνίνπ ηα ζηνηρεία ζέιεη λα πξνβάιεη ή/θαη ηξνπνπνηήζεη. 2. Ο ηαηξφο επηιέγεη εθείλα ηα ζηνηρεία πνπ ζέιεη λα ηξνπνπνηήζεη 3. Ο ηαηξφο ηξνπνπνηεί απφ ηα ζηνηρεία πνπ ηνπ πξνβάιινληαη απηά πνπ ηνλ ελδηαθέξνπλ. 4. Σν ζχζηεκα ειέγρεη ηελ εγθπξφηεηα ησλ ζηνηρείσλ 5. Η ηξνπνπνίεζε θαηαρσξείηαη ζηε βάζε δεδνκέλσλ 6. Δκθαλίδεηαη κήλπκα επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 4.α Σα ζηνηρεία δελ είλαη έγθπξα. 1. Σν ζχζηεκα ελεκεξψλεη κε κήλπκα ιάζνπο ηνλ ηαηξφ γηα ηε κε εγθπξφηεηα ησλ ζηνηρείσλ. 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 2 ηεο βαζηθήο ξνήο. Δηθφλα 19 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ Πξνβνιή/Δπεμεξγαζία Αζζελή 76

77 Αλαδήηεζε Ιαηξνχ Η δηαδηθαζία αλαδήηεζεο Ιαηξνχ εθηειείηαη απφ ηνλ Actor Admin. Η αλαδήηεζε κπνξεί λα γίλεη κε νπνηαδήπνηε απφ ηα παξαθάησ θξηηήξηα: φλνκα θαη επψλπκν ηαηξνχ Πεξίπησζε Υξήζεο: Αλαδήηεζε Ιαηξνχ(SearchDoctor) Πξσηεχνληεο actors: Admin Βασική ροή 1. Δηζαγσγή ζηνηρείσλ αλαδήηεζεο 2. Έιεγρνο νξζφηεηαο ζηνηρείσλ πνπ εηζήγαγε ν ρξήζηεο 3. Δκθάληζε κελχκαηνο επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 3.α Σα ζηνηρεία πνπ δφζεθαλ είλαη ιαλζαζκέλα 1. Δκθάληζε κελχκαηνο ζθάικαηνο 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 1 χκθσλα κε ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη ην αθφινπζν δηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ γηα ηελ πεξίπησζε ρξήζεο SearchDoctor: 77

78 Δηθφλα 20 Γηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ Αλαδήηεζε Ιαηξνχ Προβολό/επεξεργαςύα ςτοιχεύων Ιατρού (doctorvieweditdetails) Η επηινγή απηή εθηειείηαη απφ ηνλ actor Admin. Γηα λα κπνξέζεη λα πξνρσξήζεη ζε απηή ηελ επηινγή, ζα πξέπεη λα είλαη εγγεγξακκέλνο ρξήζηεο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ζα πξέπεη πξνεγνπκέλσο λα έρεη απζεληηθνπνηεζεί επηηπρψο απφ ην ζχζηεκα. Αθφηνπ ν admin ζπλδεζεί επηηπρψο ζην ζχζηεκα, κε ηελ βνήζεηα ηεο αλαδήηεζεο κπνξεί λα επηιέμεη ηνλ αζζελή ηνπ νπνίνπ ζέιεη λα δεη/ επεμεξγαζηεί ηα ζηνηρεία ηνπ. Πεξίπησζε Υξήζεο: Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Ιαηξνχ (docotrvieweditdetails) Πξσηεχνλ actor: Admin Πξνυπνζέζεηο: Ο admin πξέπεη λα έρεη απζεληηθνπνηεζεί θαη ζπλδεζεί ζην ζχζηεκα 78

79 Βαζηθή ξνή 1. Ο admin αξρηθά θάλνληαο ρξήζε ηεο πεξίπησζεο ρξήζεο ηεο Αλαδήηεζεο Αζζελή «SearchDoctor» φπσο απηή αλαιχζεθε πξνεγνπκέλσο, αλαδεηά ηνλ ηαηξφ ηνπ νπνίνπ ηα ζηνηρεία ζέιεη λα πξνβάιεη ή/θαη ηξνπνπνηήζεη. 2. Ο admin επηιέγεη εθείλα ηα ζηνηρεία πνπ ζέιεη λα ηξνπνπνηήζεη 3. Ο admin ηξνπνπνηεί απφ ηα ζηνηρεία πνπ ηνπ πξνβάιινληαη απηά πνπ ηνλ ελδηαθέξνπλ. 4. Σν ζχζηεκα ειέγρεη ηελ εγθπξφηεηα ησλ ζηνηρείσλ 5. Η ηξνπνπνίεζε θαηαρσξείηαη ζηε βάζε δεδνκέλσλ 6. Δκθαλίδεηαη κήλπκα επηηπρίαο Δλαιιαθηηθή ξνή 1 4.α Σα ζηνηρεία δελ είλαη έγθπξα. 1. Σν ζχζηεκα ελεκεξψλεη κε κήλπκα ιάζνπο ηνλ ηαηξφ γηα ηε κε εγθπξφηεηα ησλ ζηνηρείσλ. 2. Η πεξίπησζε ρξήζεο εθηειείηαη μαλά απφ ην βήκα 2 ηεο βαζηθήο ξνήο. Δηθφλα 21Γηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ Πξνβνιή/επεμεξγαζία ζηνηρείσλ Ιαηξνχ 79

80 Πξνβνιή Ιαηξηθψλ Νέσλ (viewmedicalnews) Ο actor απηήο ηεο επηινγήο είλαη ν Ιαηξφο, ζηνλ νπνίν δίλεηαη ε δπλαηφηεηα πξνβνιήο δηαθφξσλ ηαηξηθψλ λέσλ πνπ δεκνζηεχνληαη απφ έγθπξα ηαηξηθά θέληξα κέζσ ηνπ Twitter. Πεξίπησζε Υξήζεο: Πξνβνιή Ιαηξηθψλ Νέσλ (ViewMedicalNews) Πξσηεχνλ actor: Ιαηξφο Πξνυπνζέζεηο: ν Ιαηξφο έρεη ζπλδεζεί ζην ζχζηεκα Βαζηθή ξνή 1. Δπηινγή ζπγθεθξηκέλνπ ηαηξηθνχ θέληξνπ πξνο πξνβνιή λέσλ 2. Πξνβνιή Ιαηξηθψλ λέσλ χκθσλα κε ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη ην αθφινπζν δηάγξακκα δξαζηεξηνηήησλ γηα ηελ πεξίπησζε ρξήζεο View Μedical News: Δηθφλα 22 Γηάγξακκα Γξαζηεξηνηήησλ Πξνβνιή Ιαηξηθψλ Νέσλ 80

81 Ανϊπτυξη Εφαρμογόσ Ηλεκτρονικόσ Ιατρικόσ Φϊκελοσ Γηα ηελ πινπνίεζε ησλ δηαδηθαζηψλ ηνπ ειεθηξνληθνχ ηαηξηθνχ θαθέινπ πνπ εθηεινχληαη απφ ηελ κεξηά ηνπ εμππεξεηεηή (server) ρξεζηκνπνηήζεθε ε ηερλνινγία ASP.NET ηεο Microsoft κε ρξήζε ηεο πξνγξακκαηηζηηθήο γιψζζαο C# θαη πην ζπγθεθξηκέλα ηεο έθδνζε 4. Δπίζεο γηα ηελ απνζήθεπζε φισλ ησλ δεδνκέλσλ πνπ δηαρεηξίδεηαη ε εθαξκνγή, έγηλε ρξήζε ηνπ Microsoft SQL SERVER 2008 R2. Γηα ηελ δεκηνπξγία ηεο γξαθηθήο δηεπαθήο κε ηελ νπνία αιιειεπηδξά ν ρξήζηεο κε ην ζχζηεκα κέζσ ηνπ θπιινκεηξεηή (browser), ρξεζηκνπνηήζεθαλ ηερλνινγίεο HTML, CSS, Javascript, JQuery θαη AJAX. Διαδικαςύα Νευρωνικού Δικτύου ε απηή ηελ ελφηεηα ζα παξνπζηαζηεί ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν έγηλε ε απνζήθεπζε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί απηφ αξγφηεξα απφ ηελ δηαδηθηπαθή εθαξκνγή. Καηά ηελ εθπαίδεπζε κηαο ζπγθεθξηκέλεο αξρηηεθηνληθήο λεπξσληθνχ δηθηχνπ (ε νπνία γίλεηαη έμσ απφ ηα φξηα ηνπ ζπζηήκαηνο ηεο δηαδηθηπαθήο εθαξκνγήο) φπσο αλαθέξζεθε θαη ζηηο πξνεγνχκελεο παξαγξάθνπο, γίλεηαη ρξήζε πνιιψλ θαη δηαθνξεηηθψλ παξακέηξσλ. Καηά ηελ νινθιήξσζε ηεο εθπαίδεπζεο, ην Encog Framework παξέρεη ηελ δπλαηφηεηα φιεο απηέο ηηο παξάκεηξνη καδί κε ηηο ηηκέο ηνπο, λα απνζεθεχνληαη ζε έλα αξρείν ηεο κνξθήο xml, γεγνλφο πνπ ην θαζηζηά ηδαληθφ γηα ηελ ρξήζε ηνπ απφ νπνηαδήπνηε εθαξκνγή πνπ έρεη ηε δπλαηφηεηα πξνγξακκαηηζηηθά λα δηαρεηξίδεηαη αξρεία xml. Παξαθάησ παξνπζηάδνπκε ηα βαζηθά ζηνηρεία απφ ηα νπνία απνηειείηαη απηφ ην xml αξρείν. Η γεληθή, αθεξεκέλε, δνκή ηνπ xml αξρείνπ είλαη ε παξαθάησ: <Document> <Header> <platform>java</platform> <fileversion>1</fileversion> <encogversion>2.5.1</encogversion> <modified>wed Dec 15 12:38:16 CST 2010</modified> </Header> <Objects></Objects> </Document> 81

82 Σν αξρείν απνηειείηαη απφ δχν κέξε. Πξψην είλαη ην Header ην νπνίν απνζεθεχεη πιεξνθνξίεο ζρεηηθέο κε ην xml αξρείν, φπσο είλαη ε πιαηθφξκα πάλσ ζηελ νπνία έγηλε ε αλάπηπμε ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ (Java, C# ή Silverlight ζηελ ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε), ε έθδνζε ε νπνία ρξεζηκνπνηήζεθε θαη ηέινο πφηε έγηλε ε ηειεπηαία ηξνπνπνίεζή ηνπο. ην δεχηεξν κέξνο ηνπ xml αξρείνπ γίλεηαη ε απνζήθεπζε κηαο ζπιινγήο απφ αληηθείκελα (Objects) πνπ νπζηαζηηθά απνηειεί ηελ απνζήθεπζε φισλ ησλ παξακέηξσλ ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη πην αλαιπηηθά ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν γίλεηαη απηή ε απνζήθεπζε. Αποθόκευςη Νευρωνικού Δικτύου Η πξψηε xml εηηθέηα (tag εθεμήο) πνπ δεκηνπξγείηαη ακέζσο κεηά ην Object είλαη ην BasicNetwork ην νπνίν ππνδειψλεη ηελ αξρή ηνπ απνζεθεπκέλνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ. Σν BasicNetwork tag καδί κε ηηο ηδηφηεηέο ηνπ (εθεμήο attirbute) θαίλνληαη παξαθάησ: <BasicNetwork name="testneuralnetwork" native="basicnetwork" id="1"> To attribute id είλαη έλα ηνπηθφ id πνπ πξνζδηνξίδεη ην ζπγθεθξηκέλν αληηθείκελν BasicNetwork θαη ζπλήζσο παίξλεη ηηκή ίζε κε 1. Σν attribute native αλαθέξεηαη ζηελ ζπγθεθξηκέλε θιάζε πνπ θσδηθνπνίεζε ην ζπγθεθξηκέλν αληηθείκελν, ελψ ην attribute name είλαη εθείλν φπνπ πξνζδηνξίδεη απηφ θαζεαπηφ ην λεπξσληθφ δίθηπν θαη κέζσ απηνχ κπνξεί λα γίλεη αλαθνξά ζε νπνηαδήπνηε απφ ηηο άιιεο παξακέηξνπο ηνπ. Σν επφκελν tag ζην νπνίν ζα γίλεη αλαθνξά είλαη ην layers, ην νπνίν φπσο δειψλεη θαη ην φλνκά ηνπ ζα αθνξά ηα επίπεδα απφ ηα νπνία απνηειείηαη ην λεπξσληθφ δίθηπν. Κάζε επίπεδν ελζπιαθψλεηαη κέζα ζε έλα tag πνπ νλνκάδεηαη layer, ην νπνίν έρεη έλα κνλαδηθφ ID πνπ ρξεζηκνπνηείηαη αξγφηεξα φηαλ είλαη λα γίλεη ε ζχλδεζε ησλ επηπέδσλ κέζσ ησλ ζπλάςεσλ. Σα παξαπάλσ θαίλνληαη κε ηελ επφκελε δήισζε: <layers> <layer id="1"> Κάζε layer πεξηέρεη έλα tag BasicLayer. Μέζσ ηνπ attribute native γίλεηαη αλαθνξά ζηελ θιάζε πνπ πινπνίεζε ην ζπγθεθξηκέλν επίπεδν ηνπ λεπξσληθνχ, φπσο γηα παξάδεηγκα ε ρξήζε ηεο θιάζεο RadialBasisFunctionLayer γηα λεπξσληθά δίθηπα αθηηληθήο βάζεο. πλήζσο φκσο γηα ηα πεξηζζφηεξα λεπξσληθά ρξεζηκνπνηείηαη ε θιάζε BasicLayer. 82

83 <BasicLayer native="basiclayer" id="1"> ηε ζπλέρεηα, γίλεηαη απνζήθεπζε ηνπ αξηζκνχ ησλ λεπξψλσλ πνπ ρξεζηκνπνηεί ην ζπγθεθξηκέλν επίπεδν θαζψο θαη ησλ ηηκψλ θαησθιίνπ γηα θάζε λεπξψλα. Γηα παξάδεηγκα ε παξαθάησ δήισζε αλαθέξεηαη ζε έλα layer πνπ έρεη έμη λεπξψλεο (tag neurons) θαη κέζα ζην tag threshold απνζεθεχνληαη φιεο νη ηηκέο θαησθιίνπ γηα θάζε λεπξψλα δηαρσξηζκέλεο κε θφκκα. <neurons>6</neurons> <threshold> , , , , , </threshold> Αλ θάπνην layer ρξεζηκνπνηεί ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο κε ηελ ρξήζε ηνπ tag <activation> απνζεθεχεηαη ν ηχπνο ηεο ζπλάξηεζεο ελεξγνπνίεζεο. Γηα παξάδεηγκα ε παξαθάησ δήισζε αλαθέξεηαη ζε κηα ζηγκνεηδή ζπλάξηεζε ελεξγνπνίεζεο. <activation> <ActivationSigmoid></ActivationSigmoid> </activation> Η ρξήζε ησλ ίδησλ αθξηβψο tags γίλεηαη γηα φια ηα επίπεδα ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, απφ ην εηζφδνπ κέρξη ην εμφδνπ θαη ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ φισλ ησλ θξπθψλ. Σν κφλν πνπ αιιάδεη είλαη ην attribute id ζην tag layer ην νπνίν απμάλεηαη ζε θάζε επίπεδν θαηά 1. Πξνζνρή πξέπεη λα ππάξμεη ζην γεγνλφο φηη ε απνζήθεπζε ησλ layer ζην xml γίλεηαη κε ηελ αληίζηξνθή ζεηξά. Γειαδή πξψηα ζα απνζεθεπηεί ην επίπεδν εμφδνπ, ζηε ζπλέρεηα ηα θξπθά επίπεδα θαη ηέινο ην επίπεδν εηζφδνπ. Οπφηε έλα layer κε id=1 ζα αλαθέξεηαη ζην επίπεδν εμφδνπ θαη φρη ζην επίπεδν εηζφδνπ. Αθνχ ινηπφλ έγηλε ε απνζήθεπζε φισλ ησλ επηπέδσλ ηνπ λεπξσληθνχ δηθηχνπ, πξέπεη λα γίλεη θαη ε ζχλδεζε απηψλ κέζσ ησλ ζπλάςεσλ. Με ηελ παξαθάησ δήισζε γίλεηαη ε απνζήθεπζε ησλ ζπλάςεσλ κεηαμχ ηνπ επηπέδνπ εμφδνπ θαη ηνπ ηειεηαίνπ θξπθνχ επηπέδνπ. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηελ βνήζεηα ησλ id πνπ δειψζεθαλ πξνεγνπκέλσο κέζα ζην tag layer. <synapses> <synapse to="2" from="1"> 83

84 Σειεπηαίν βήκα είλαη λα γίλεη ε απνζήθεπζε ηνπ πίλαθα βαξψλ πνπ έρεη απνζεθεπκέλα ηα βάξε αλάκεζα ζε θαζέλα απφ ηνπο λεπξψλεο. Απηφ γίλεηαη κε ηε ρξήζε ησλ tags WeightedSynapse, weights θαη Matrix. Σν παξαθάησ παξάδεηγκα αθνξά ηνλ πίλαθα βαξψλ απφ ην επίπεδν εμφδνπ πνπ έρεη έλαλ λεπξψλα ζην ηειεπηαίν θξπθφ επίπεδν πνπ έρεη έμη λεπξψλεο <WeightedSynapse native="weightedsynapse" id="1"> <weights> <Matrix rows="6" cols="1"> <row> </row> <row> </row> <row> </row> <row> </row> <row> </row> <row> </row> </Matrix> </weights> </WeightedSynapse> Αλληλεπύδραςη Νευρωνικού Δικτύου με την εφαρμογό Ο ηξφπνο ζε επίπεδν θψδηθα πνπ αιιειεπηδξά ε εθαξκνγή κε ηνλ λεπξσληθφ δίθηπν, φηαλ θαιείηαη λα εθηειέζεη ηελ δηαδηθαζία πξφβιεςεο θαξδηνπάζεηαο, παξνπζηάδεηαη ζην Παξάξηεκα. 84

85 Παρουςύαςη Εφαρμογόσ Όηαλ θάπνηνο ηαηξφο ζειήζεη λα ρξεζηκνπνηήζεη ην ζχζηεκα, ζα πξέπεη πξψηα λα απζεληηθνπνηεζεί απφ απηφ. Η απζεληηθνπνίεζε ηνπ ηαηξνχ επηηπγράλεηαη απφ ηελ νξζή εηζαγσγή ησλ ζηνηρείσλ ηνπ ζηελ νζφλε ζχλδεζεο ζπζηήκαηνο. Σα ζηνηρεία κε ηα νπνία απζεληηθνπνηείηαη, έρνπλ δσζεί απφ ηνλ δηαρεηξηζηή ηνπ ζπζηήκαηνο. ε πεξίπησζε πνπ ην username θαη ην password πνπ εηζήγαγε ν ηαηξφο δελ ππάξρνπλ θαηαρσξεκέλα ζηε βάζε, εκθαλίδεηαη κήλπκα ιάζνπο θαη πξνηξνπή γηα επαλαεηζαγσγή ζηνηρείσλ Δηθφλα 23 Οζφλε ζχλδεζεο κε ην ζχζηεκα Μφιηο ν ηαηξφο απζεληηθνπνηεζεί απφ ην ζχζηεκα, ε πξψηε νζφλε πνπ ηνπ εκθαλίδεηαη είλαη απηή ηεο Αλαδήηεζεο Αζζελή. Ο ηαηξφο κέζα απφ απηή ηε ζειίδα κπνξεί λα αλαδεηήζεη 85

86 κφλν αζζελείο πνπ είλαη αξκφδηνο λα παξαθνινπζεί. ην δεμί κέξνο ηεο νζφλεο ν ηαηξφο κπνξεί λα δεη θαη κία κηθξή βνήζεηα πνπ αθνξά ηε ρξήζε ηεο ζειίδαο ζηελ νπνία βξίζθεηαη απηή ηε ζηηγκή. Δηθφλα 24 ειίδα Αλαδήηεζεο Αζζελή Όηαλ ν ηαηξφο ζειήζεη λα αλαδεηήζεη θάπνηνλ αζζελή ην κφλν πνπ έρεη λα θάλεη είλαη λα πιεθηξνινγήζεη ηα ζηνηρεία ηνπ ζηα αληίζηνηρα πεδία. Παξαθάησ θαίλνληαη ηα απνηειέζκαηα αλαδήηεζεο γηα έλαλ αζζελή κε επψλπκν «ηγαξάο». Δηθφλα 25 Απνηειέζκαηα Αλαδήηεζεο 86

87 ε πεξίπησζε πνπ δελ ππάξρνπλ αζζελείο κε ηα δνζέληα ζηνηρεία ή ν ζπγθεθξηκέλνο αζζελήο δελ είλαη ππφ ηελ επίβιεςε ηνπ ηαηξνχ πνπ θάλεη ηελ αλαδήηεζε ηφηε εκθαλίδεηαη κήλπκα ιάζνπο: Δηθφλα 26 Μήλπκα Λάζνπο Μφιηο εκθαληζηνχλ ηα απνηειέζκαηα αλαδήηεζεο ζηνλ ηαηξφ, ππάξρεη ε δπλαηφηεηα, πξνβνιήο θαη πεξαηηέξσ επεμεξγαζίαο ησλ ζηνηρείσλ ηνπ αζζελή. Γηα λα εθηειέζεη ν ηαηξφο απηή ηελ επηινγή, αξθεί λα επηιέμεη απφ ηελ ηειεπηαία ζηήιε ηνπ πίλαθα απνηειεζκάησλ, ην εηθνλίδην «Πξνβνιή/Δπεμεξγαζία». ηελ παξαθάησ εηθφλα θαίλνληαη ηα πξνζσπηθά ζηνηρεία γηα ηνλ αζζελή «Αιέμαλδξνο ηγαξάο» 87

88 Δηθφλα 27 Πξνβνιή Πξνζσπηθψλ ηνηρείσλ γηα ζπγθεθξηκέλν αζζελή Οκνίσο εκθαλίδνληαη ηα ζηνηρεία πνπ έρεη εηζάγεη ν γηαηξφο ζην νηθνγελεηαθφ ηζηνξηθφ, ζην θνηλσληθφ ηζηνξηθφ θαη ζηηο εμεηάζεηο. 88

89 Δηθφλα 28 Πξνβνιή ηνηρείσλ Οηθνγελεηαθνχ Ιζηνξηθνχ Δηθφλα 29 Πξνβνιή Κνηλσληθνχ Ιζηνξηθνχ 89

90 Δηθφλα 30 Πξνβνιή Δμεηάζεσλ Όηαλ ν ηαηξφο ζειήζεη λα θαηαρσξήζεη θάπνηνλ αζζελή, αξθεί λα επηιέμεη ην «Καηαρψξεζε Νένπ Αζζελή» απφ ην θεληξηθφ κελνχ. Η πξψηε νζφλε πνπ εκθαλίδεηαη ζηνλ ηαηξφ είλαη απηή ηεο θαηαρψξεζεο ησλ πξνζσπηθψλ ζηνηρείσλ. Αλ δελ θαηαρσξεζνχλ πξψηα ηα πξνζσπηθά ζηνηρεία ηνπ αζζελή, ν γηαηξφο ζα κπνξεί λα δεη ηηο ζειίδεο πνπ αθνξνχλ ηελ θαηαρψξεζε ησλ ηζηνξηθψλ θαη ησλ εμεηάζεσλ αιιά δελ ζα κπνξεί λα πξνρσξήζεη ζηελ εηζαγσγή ζηνηρείσλ. 90

91 Δηθφλα 31 ειίδα θαηαρψξεζεο πξνζσπηθψλ ζηνηρείσλ λένπ αζζελή 91

92 Δηθφλα 32 Μήλπκα ιάζνπο φηαλ δελ έρεη πξνεγεζεί ε θαηαρψξεζε ησλ πξνζσπηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αζζελή Οη ππφινηπεο νζφλεο γηα ηελ θαηαρψξεζε ησλ ηζηνξηθψλ θαη ησλ εμεηάζεσλ είλαη φκνηεο κε εθείλεο ηεο πξνβνιήο/επεμεξγαζίαο ζηνηρείσλ, γη απηφ θαη δε γίλεηαη πεξαηηέξσ παξνπζίαζε απηψλ. ηε ζπλέρεηα παξνπζηάδεηαη ν θχξηνο ζθνπφ χπαξμεο απηνχ ηνπ ηαηξηθνχ θαθέινπ: ε πξφβιεςε θαξδηνπάζεηαο αλάινγα κε ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφ πνπ ζα εηζάγεη ν γηαηξφο ζην ζχζηεκα. Ο ηαηξφο κφιηο επηιέμεη απφ ην κελνχ «Καξδηαθφο Ρπζκφο», ζα ηνπ εκθαληζηεί ε ζειίδα ηεο Δηθφλαο 24. ε απηή ηε ζειίδα ν ηαηξφο πξέπεη λα θαηαρσξήζεη θάπνηα ζηνηρεία φπσο είλαη ε ζεξκνθξαζία ή ε πίεζε ηνπ αζζελνχο. Ο ηαηξφο γηα λα κπνξέζεη λα θάλεη πξφβιεςε απφ ηνλ θαξδηαθνχ ξπζκφ ηνπ αζζελή ζα πξέπεη πξψηα λα θαηαρσξήζεη ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφ ηνπ αζζελή ζην ζχζηεκα. Πξνο δηεπθφιπλζε ησλ ηαηξψλ ππάξρεη εηδηθή θφξκα, ηελ νπνία αθνχ ηελ θαηεβάζνπλ απφ ηνλ ζχλδεζκν πνπ θαίλεηαη ζην πάλσ κέξνο ηεο ζειίδαο, κπνξνχλ λα εηζάγνπλ ηνπο θαξδηαθνχο ξπζκνχο ελφο 24σξνπ θαη ζηε ζπλέρεηα λα αλεβάζνπλ απηή ηε θφξκα ζην ζχζηεκα. Η κνξθή πνπ έρεη απηφ ην αξρείν θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 25. Μφιηο ν ηαηξφο θαηαρσξήζεη ηφζν ηα ζηνηρεία φζν θαη ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφ, κπνξεί λα μεθηλήζεη ηελ πξφβιεςε. Έλα απνηέιεζκα κηαο πξφβιεςεο θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα

93 Δηθφλα 33 ειίδα πξφβιεςεο θαξδηαθνχ ξπζκνχ 93

94 Δηθφλα 34 Μνξθή πξνηχπνπ γηα ηελ εηζαγσγή ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ 94

95 Δηθφλα 35 Πξφβιεςε Καξδηαθνχ Ρπζκνχ Σειεπηαία ππεξεζία πνπ παξέρεηαη ζηνλ ηαηξφ είλαη εθείλε ηεο ελεκέξσζεο γηα ηαηξηθά ζέκαηα, κε ηε ρξήζε ηνπ twitter. ηε ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε ν ηαηξφο έρεη ηε δπλαηφηεηα λα ελεκεξψλεηαη απφ ην Harvard Health ζρεηηθά κε ηα ηειεπηαία λέα πάλσ ζηελ ηαηξηθή, ρσξίο λα ρξεηάδεηαη λα θχγεη απφ ην ζχζηεκα. 95

96 Δηθφλα 36 Σα λέα ηνπ Harvard Health κέζα απφ ηε ζειίδα ηνπ twitter 96

97 Δηθφλα 37 Σα λέα ηνπ Harvard Health κέζα απφ ην ζχζηεκα 97