Büyük ölçekli veri setleri için GPU hızlandırmalı melez bir GA-SVM: Cu-GA-SVM

Öz

Bu çalışmada Genetik Algoritma ve Destek Vektör Makinelerinden oluşan melez bir yöntemin CUDA tabanlı hız optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Makine öğrenmesinde, geliştirilen yöntemlerin yüksek doğruluk değerlerinde başarı vermesi hedeflenir. Ayrıca önerilen algoritmanın sonuçları bulurken hızlı bir şekilde çalışması da yine hedeflenen bir durumdur. Bu çalışmada, özellikle gerçek zamanlı uygulamalarda önemli bir parametre olan hız parametresi dikkate alınmakta ve verilerin hızlı bir şekilde sınıflandırılması için yeni bir GPU teknolojisi kullanılmaktadır. Bunun için grafik işlemciler üzerinde programlama yapmamızı sağlayan CUDA programlamadan yararlanılmıştır. Sınıflandırma algoritması olarak genetik algoritmayla optimize edilmiş destek vektör makinesi kullanılmıştır. Deneyler 384 CUDA çekirdeğinden oluşan NVIDIA GeForce 940MX ekran kartına sahip bir bilgisayar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Büyük ölçekli veri kümeleri üzerinde yapılan deneylerde, CUDA programlamanın sonuçlar üzerinde pozitif etkilerinin olduğu görülmüştür. Bu şekilde makine öğrenmesi uygulamalarında sınıflandırma aşamasında grafik işlemciler ile gerçek zamanlı uygulamalar için hızlı bir sistemin altyapısı oluşturulabilir.

Anahtar Kelimeler

• CUDA,Genetik Algoritma,SVM,Melez algoritma

A GPU accelerated hybrid GA-SVM for large scale datasets: Cu-GA-SVM

Abstract

In this study, CUDA based speed optimization of a hybrid method consisting of Genetic Algorithm and Support Vector Machines has been performed. In machine learning, it is aimed to achieve high accuracy values from the developed methods. It is also a target for the proposed algorithm to work quickly while finding the results. In this study, speed parameter which is indispensable especially in real time applications is taken into consideration and a new GPU technology is used to classify the data quickly. Therefore, CUDA programming, which allows us to program on graphics processors of which importance and use are increasing in recent years, has been benefited from. Support vector machine optimized by genetic algorithm has been used as the classification algorithm. The experiments have been performed on a computer with NVIDIA GeForce 940MX graphics card, which consists of 384 CUDA core. Experiments performed on large scale data sets have shown that CUDA programming has positive effects on the results. In this way, the infrastructure of a quick system for real-time applications can be created by using the graphics processors in the classification phase of the machine learning applications.

Keywords

• CUDA,Genetic Algorithm,SVM,Hybrid Algorithm

Kaynakça

1. Lo, W. T., Chang, Y. S., Sheu, R. K., Chiu, C. C., & Yuan, S. M. (2014). CUDT: a CUDA based decision tree algorithm. The Scientific World Journal, 2014.
2. Sierra-Canto, Xavier, Madera-Ramirez, Francisco, V. Uc-Cetina, Parallel training of a back-propagation neural network using cuda, in: Proceedings of the 2010 Ninth International Conference on Machine Learning and Applications, ICMLA ’10, IEEE Computer Society, Washington, DC, USA, 2010, pp. 307–312.
3. J. Bhimani, M. Leeser and N. Mi, "Accelerating K-Means clustering with parallel implementations and GPU computing," in High Performance Extreme Computing Conference (HPEC), 2015 IEEE, 2015, pp. 1-6.
4. J. Zhang, G. Wu, X. Hu, S. Li and S. Hao, "A parallel K-Means clustering algorithm with MPI," in Parallel Architectures, Algorithms and Programming (PAAP), 2011 Fourth International Symposium on, 2011, pp. 60-64.
5. B. Catanzaro, N. Sundaram, and K. Keutzer, \Fast support vector machine training and classification on graphics processors," in Proceedings of the 25th international conference on Machine learning, ICML ’08, (New York, NY, USA), pp. 104{111, ACM, 2008.
6. L. J. Cao, S. S. Keerthi, C.-J. Ong, J. Q. Zhang, U. Periyathamby, X. J. Fu, and H. P. Lee, \Parallel sequential minimal optimization for the training of support vector machines," Neural Networks, IEEE Transactions on, vol. 17, pp. 1039{1049, July 2006.
7. T. He, Z. Dong, K. Meng, H. Wang, Y. Oh, Accelerating multi-layer perceptron based short term demand forecasting using graphics processing units, in: Transmission & Distribution Conference & Exposition: Asia and Pacific, 2009, IEEE, 2009, pp. 1–4.
8. Ruiz-Gonzalez, R.; Gomez-Gil, J.; Gomez-Gil, F.J.; Martínez-Martínez, V. An SVM-Based Classifier for Estimating the State of Various Rotating Components in Agro-Industrial Machinery with a Vibration Signal Acquired from a Single Point on the Machine Chassis. Sensors 2014, 14, 20713-20735.

9. Liu M., Wu C., (2003), “Scheduling algorithm based on evolutionary computing in identical parallel machine production line”, Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 19, 6-7.
10. Lessmann, S., Stahlbock, R., and Crone, S. F.: Optimizing hyperparameters of support vector machines by genetic algorithms, In IC-AI, 74–82, 2005
11. Pourbasheer, E., Riahi, S., Ganjali, M. R., and Norouzi, P.: Application of genetic algorithm support vector machine (GA-SVM) for prediction of BK-channels activity, Euro. J. Medicinal Chem., 44, 5023–5028, 2009.
12. NVIDIA CUDA, https://docs.nvidia.com/cuda/, Erişim Tarihi: 10.12.2017