নিউরাল নেটওয়ার্কে হাতেখড়ি (পর্ব ০১)

দেরি করে হলেও ডিপ লার্নিং এর ব্যবহার ও প্রয়োজনীয়তা ইদানীং ব্যাপক হারে বাড়ছে। কম্পিউটার ভিশন, ন্যাচারাল ল্যাঙ্গুয়েজ প্রসেসিং সহ বেশ কিছু সেক্টরে এর প্রভাব লক্ষণীয়। ডিপ লার্নিং হচ্ছে মেশিন লার্নিং এর একটি ব্র্যাঞ্চ বা একটা মেশিন লার্নিং টেকনিক যা কিনা নিজে নিজেই সরাসরি ডাটা থেকে ফিচার এবং টাস্ক শিখে নিতে পারে। সেই ডাটা হতে পারে ইমেজ, টেক্সট এমনকি সাউন্ড। অনেকেই ডিপ লার্নিং -কে এন্ড টু এন্ড লার্নিং-ও বলে থাকেন। ডিপ লার্নিং টেকনিকের খুব পুরনো এবং বহুল পরিচিত ব্যাবহার হয় পোস্টাল সার্ভিসে খামের উপর বিভিন্ন ধরনের হাতের লেখা চিহ্নিত করতে। মোটামুটি ১৯৯০ সালের দিক থেকেই ডিপ লার্নিং এর এই প্রয়োগ চলে আসছে।

২০০৪/২০০৫ সালের দিক থেকে ডিপ লার্নিং এর ব্যবহার খুব উল্লেখ যোগ্য ভাবে বেড়ে চলছে। মূলত তিনটি কারণে — প্রথমত ইদানিং কালের ডিপ লার্নিং মেথড গুলো মানুষের চেয়ে অনেক বেশি ভালো ভাবে অবজেক্ট রিকগনিশনের বা ক্লাসিফিকেশনের কাজ করতে পারছে, দ্বিতীয়ত GPU এর কল্যাণে অনেক বড় আকারের ডিপ নেটওয়ার্ক খুব কম সময়ের মধ্যেই লার্নিং শেষ করে নিতে পারছে, তৃতীয়ত, খুব ইফেক্টিভ লার্নিং এর জন্য যে পরিমাণ ডাটার প্রয়োজন পরে সেই লেভেলের ডাটা গত ৫/৬ বছরে ব্যবহার উপযোগীভাবে তৈরি হচ্ছে বিভিন্ন সার্ভিসের মাধ্যমে।

বেশির ভাগ ডিপ লার্নিং মেথড নিউরাল নেটওয়ার্ক আর্কিটেকচার ফলো করে আর তাই ডিপ লার্নিং মডেলকে মাঝে মধ্যেই ডিপ নিউরাল নেটওয়ার্ক হিসেবেও বলা হয়ে থাকে। খুব পপুলার একটি ডিপ লার্নিং মডেল হচ্ছে কনভলিউশনাল নিউরাল নেটওয়ার্ক বা CNN. এ ধরনের নেটওয়ার্ক বিশেষ করে ইমেজ ডাটা নিয়ে কাজ করার সময় ব্যবহৃত হয়ে থাকে। যখন বেশ কিছু লেয়ার নিয়ে একটি নিউরাল নেটওয়ার্ক ডিজাইন করা হয় তখন এটাকেই ডীপ নিউরাল নেটওয়ার্ক বলে। এই লেয়ারের সংখ্যা হতে পারে ২-৩ টি থেকে শ-খানেক পর্যন্ত।

এ পর্যন্ত পড়ার পর যদি খুব অস্বস্তি চলে আসে তবে ভয় পাওয়ার কিছু নাই, নিচেই খুব ব্যাসিক কিছু উদাহরণ এর মাধ্যমে সব সহজ ভাবে আলোচনা করা হবে। আমরা একটা সমস্যা দেখবো এবং তার সমাধানের জন্য একটি নিউরাল নেটওয়ার্ক ডিজাইন করবো। তারপর পাইথনে কোড লিখে সেই নেটওয়ার্কের প্রোগ্রামেটিক ভার্শন লিখবো এবং সেটার লার্নিং করিয়ে সমস্যাটা সমাধানও করবো ইনসা আল্লাহ। তার আগে পরবর্তী চ্যাপ্টারে জেনে নেব, মেশিন লার্নিং এবং ডিপ লার্নিং এর মধ্যে পার্থক্য বা সম্পর্ক কোথায়।

মেশিন লার্নিং বনাম ডিপ লার্নিং

ইতোমধ্যে একটা ধারনা পেয়ে গেছেন যে, ডিপ লার্নিং এর মাধ্যমে বেশিরভাগ সময়েই ডাটা ক্লাসিফিকেশনের কাজ করা হয়ে থাকে। কিন্তু যদি আপনার মেশিন লার্নিং সম্পর্কে ধারনা থেকে থাকে তাহলে হয়ত এটাও জানেন যে, মেশিন লার্নিং এর বিভিন্ন অ্যালগরিদম ব্যবহার করেও ডাটা ক্লাসিফিকেশনের কাজ করা যায়। কিন্তু দুটো মাধ্যমের কাজ করার ধরনে বেশ কিছু পার্থক্য আছে। যেমন- মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে ইমেজ ক্লাসিফিকেশনের কাজ করার সময় প্রথমেই ট্রেনিং ডাটা(ইমেজ) থেকে আপনার নিজেকেই ফিচার (যেমন-এইজ, কর্নার ইত্যাদি) এক্সট্র্যাক্ট করে নিতে হবে আপনার মেশিন লার্নিং মডেলকে ট্রেনিং করানোর জন্য। এরপর নতুন ডাটা(ইমেজ) নিয়ে সেটার ধরন প্রেডিক্ট করার সময় আপনার মেশিন লার্নিং মডেল সেই ফিচার গুলোকেই ভ্যারিয়েবল (চেনার হাতিয়ার) হিসেবে কাজে লাগিয়ে নতুন ইমেজটাকে অ্যানালাইস করে ডিসিশন নেয়। এভাবে ইমেজের মধ্যে কোন একটি নির্দিষ্ট অবজেক্ট রিকগনিশন বা ডিটেকশণ এর কাজও করা হয়ে থাকে।

অন্যদিকে ডিপ লার্নিং টেকনিকে কাজ করার সময় আপনি ম্যানুয়ালি সেই ফিচার এক্সট্র্যাকশনের কাজ থেকে বেঁচে যেতে পারেন। এক্ষেত্রে আপনি পুরো ইমেজটাকেই আপনার ডিপ নিউরাল নেটওয়ার্কে ইনপুট হিসেবে দিয়ে দিতে পারেন এবং সেই নেটওয়ার্ক স্বয়ংক্রিয় ভাবেই লেবেলের সাথে সম্পর্ক রেখে ওই ইমেজের গুরুত্বপূর্ণ ফিচারগুলোকে কন্সিডার করে লার্নিং করে নিতে পারবে যাতে করে সে পরবর্তীতে নতুন ইমেজ থেকে একই ধরনের অবজেক্ট খুঁজে নিতে পারে বা তার টাস্ক সম্পন্ন করতে পারে।

কখন আপনার জন্য মেশিন লার্নিং অ্যাপ্রোচ ভালো হবে এবং কখন আপনি ডিপ লার্নিং নিয়ে কাজ করলে সুবিধা হবে সেটা নির্ভর করে আপনার নির্দিষ্ট সমস্যাটির টাইপের উপর এবং আপনার কাছে থাকা ডাটার পরিমাণ ও ধরনের উপর। তবে খুব সহজ ভাবেও প্রাথমিক একটা সিদ্ধান্ত নিতে পারেন। যেমন- আপনার কাছে যদি তুলনামূলক কম পরিমাণ ডাটা থাকে এবং আপনার কম্পিউটেশন পাওয়ারও সীমাবদ্ধ হয় তাহলে আপনার জন্য মেশিন লার্নিং অ্যাপ্রোচ ভালো হবে। এতে করে আপনি একদিকে কম রিসোর্স ব্যবহার করেই সমস্যাটি নিয়ে কাজ করতে পারবেন এবং সাথে সাথে যেহেতু আপনি নিজেই ডাটা থেকে ফিচার পছন্দ করেন আর বর্তমানে অনেক গুলো মেশিন লার্নিং অ্যালগরিদম আছে তাই, বিভিন্ন ফিচার এবং অ্যালগরিদম এর কম্বিনেশন ব্যবহার করে আপনার মডেল এর পারফর্মেন্স চেক করে দেখতে পারেন।

অন্যদিকে যদি আপনার কাছে অনেক পরিমাণ ডাটা থাকে এবং সাথে সাথে আপনার কাছে যথেষ্ট পরিমাণ কম্পিউটেশন পাওয়ার থাকে তাহলে আপনার জন্য ডিপ লার্নিং অ্যাপ্রোচ ভালো হবে। এতে করে অনেক অনেক ডাটা থেকে ট্রেনিং করানোর সময় আপনার ডিজাইন করা নিউরাল নেটওয়ার্কটি অনেক বেশি পারফেকশন দেখাতে পারবে। এমনকি সেই ডাটা গুলো থেকে ধরে ধরে আপনাকে ফিচার পছন্দ না করে দিলেও চলবে। তবে এর জন্য মারাত্মক রকম কম্পিউটেশন পাওয়ার এবং সময়ও দরকার পরবে।

লেখকঃ নুহিল মেহেদী