Download - Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Transcript
Page 1: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Odredivanje neodredenosti hadronske strukturemetodama strojnog ucenja

Ivan Coric1

Mentor: prof. Kresimir Kumericki1

1Prirodoslovno matematicki fakultet, Fizicki odsjekSveuciliste u Zagrebu

29. sijecnja 2019.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 1 / 36

Page 2: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 2 / 36

Page 3: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 3 / 36

Page 4: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Comptonski form faktori

Generalizirane partonske distribucije:Hq, Eq, Hq, Eq, Hq

T , HqT , E

qT , E

qT

F(η, t) =∑q

e2q

∫ 1

−1dx

×[

1

η − x − iε− 1

η + x − iε

]F q(x , η, t),

F(η, t) =∑q

e2q

∫ 1

−1dx

×[

1

η − x − iε+

1

η + x − iε

]F q(x , η, t),

Comptonski form faktori: H, E , H, E , HT, ET, HT, ET

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 4 / 36

Page 5: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 5 / 36

Page 6: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Duboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

Slika: Prikaz duboko virtualnog komptonskog rasprsenja. Slika posudena s [1].

ep → epγ

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 6 / 36

Page 7: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Duboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

Slika: Leptoprodukcija realnog fotona kao koherentna superpozicija DVCS iBethe-Heitler amplituda. Posudeno iz [2].

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 7 / 36

Page 8: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Opservable

zbroj spin-up i spin-down snopa σ (BSS - engl. Beam spin sum)

razlika spin-up i spin-down snopa ∆σ (BSD - engl. Beam spindifference)

omjer BSD i BSS σBSA (BSA - engl. Beam spin asymmetry)

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 8 / 36

Page 9: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 9 / 36

Page 10: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Motivacija

Slika: Prikaz problema detekcije objekata. Slika posudena s [3].

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 10 / 36

Page 11: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 11 / 36

Page 12: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Usporedba bioloskog i umjetnog neurona

Slika: Usporedba bioloskog i umjetnog neurona. Slika posudena s [4] .

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 12 / 36

Page 13: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 13 / 36

Page 14: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Umjetni neuron

Linearna kombinacija ulaza

uk =n∑

j=1

wkjxj + bk

Nelinearna aktivacija

fk = f (uk)

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 14 / 36

Page 15: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Primjeri aktivacijskih funkcija

Slika: Prikaz aktivacijskih funkcija. Slika posudena s [5].

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 15 / 36

Page 16: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 16 / 36

Page 17: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Neuronske mreza

Slika: Prikaz neuronske mreze. Slika posudena s [6].

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 17 / 36

Page 18: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 18 / 36

Page 19: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Algoritam propagacije unazad

Funkcija gubitka (engl. Loss function)

L =N∑i=1

(yi − y (x i ))2

Ucenje parametara

∆wkj = −η ∂L∂wkj

∆bk = −η ∂L∂bk

η - parametar ucenja (engl. learning rate)

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 19 / 36

Page 20: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 20 / 36

Page 21: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Goloskokov-Kroll (GK)

Slika: Prikaz CFF funkcija za GK model.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 21 / 36

Page 22: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Jednodimenzionalni umjetni podaci

Slika: Prikaz umjetnih (engl. mock) podataka.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 22 / 36

Page 23: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 23 / 36

Page 24: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Naivni pristup

Slika: Prikaz naucene σBSA opservable.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 24 / 36

Page 25: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Naivni pristup

Slika: Prikaz naucenih CFF funkcija.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 25 / 36

Page 26: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Ucenje CFF funkcije koja najvise doprinosi

Slika: Prikaz naucene ImH CFF funkcije.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 26 / 36

Page 27: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Ucenje preostalih CFF funkcija

Slika: Prikaz naucenih CFF funkcija.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 27 / 36

Page 28: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 28 / 36

Page 29: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Goloskokov-Kroll (GK)

Slika: Prikaz CFF funkcija za GK model.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 29 / 36

Page 30: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Dvodimenzionalni umjetni podaci

Slika: Prikaz umjetnih (engl. mock) podataka.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 30 / 36

Page 31: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Sadrzaj

1 UvodComptonski form faktoriDuboko virtualno komptonsko rasprsenje (DVCS)

2 Neuronske mrezeMotivacijaUsporedba bioloskog i umjetnog neuronaUmjetni neuronNeuronske mrezaUcenje neuronske mreze

3 RezultatiJednodimenzionalni umjetni podaciRezultati za jednodimenzionalne podatkeDvodimenzionalni umjetni podaciRezultati za dvodimenzionalne podatke

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 31 / 36

Page 32: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Rezultati za dvodimenzionalne podatke

Slika: Prikaz naucene σBSA opservable.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 32 / 36

Page 33: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Rezultati za dvodimenzionalne podatke

Slika: Prikaz naucene ImH CFF funkcije.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 33 / 36

Page 34: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Rezultati za dvodimenzionalne podatke

Slika: Prikaz naucenih CFF funkcija.

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 34 / 36

Page 35: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Literatura I

URL: http://inspirehep.net/record/682849/plots, Online;accessed 23-January-2019

Kumericki, Kresimir and Liuti, Simonetta and Moutarde, HerveGPD phenomenology and DVCS fitting. Entering the high-precisionera.European Physical Journal A, 2016.

URL: http://hemingwang.blogspot.com/2018/04/machine-learning-conceptmean-average.html, Online; accessed23-January-2019

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 35 / 36

Page 36: Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama ... · Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog u cenja Ivan Cori c 1 Mentor: prof. Kre simir Kumeri

Literatura II

Nagyfi RichardThe differences between Artificial and Biological Neural Networks.URL:https://towardsdatascience.com/the-differences-between-artificial-and-biological-neural-networks-a8b46db828b7,Online; accessed 18-January-2019

URL: https://www.julyedu.com/question/big/kp id/26/ques id/1044,Online; accessed 18-January-2019

URL: https://www.quora.com/How-does-deep-learning-work-and-how-is-it-different-from-normal-neural-networks-

applied-with-SVM-How-does-one-go-about-starting-to-

understand-them-papers-blogs-articles, Online; accessed18-January-2019

Ivan Coric (Sveuciliste u Zagrebu) Odredivanje neodredenosti hadronske strukture metodama strojnog ucenja29. sijecnja 2019. 36 / 36