Патент ссср 220645

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ABTQPCNQkAV СВЙДЕТЕДЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик! Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено ОЗ.Х1!.1966 (№ 1116672/26-24) Кл. 42m ) 7, 60 с присоединением заявки ¹.ЧПК G 06g

УДК 681.327.12(088.8) Приоритет

Опубликовано 28,1 1.1968. Вюллетень № 20

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете тйинистров

СССР

Дата опубликования описания 26.IX.19á8

Автор изобретения

В. С. Гладкий

Таганрогский радиотехнический институт

Заявитель

МНО(ОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОВУ 1А1ОЩЕЕСЯ УСТРОИСТВО

Известны многофункциональные обучающиеся устройства, содержащие блок сенсорных элементов, ассоциативный блок, интеграторы, схему сравнения потенциалов, устройство управления и позволяющие накапливать информацию о классах объектов и распознавать объекты, представленные в виде электрических сигналов с пространственным или пространственно-временным характером.

Предлагаемое устройство отличается тем, что все входы блока сенсорных элементов соединены со ходами нейронов ассоциативного блока и прп статистически равномерном распределении этих связей выходы каждого нейрона соединены со входами всех остальных нейронов ассоциативного блока, а при распределении, отличающемся от равномерного, проме>куточпые (эффекторные) выходы нейронов объединены по числу распознаваемых классов объектов в группы. Выходы групп через пороговые элементы соединены с подключенными на вход схемы сравнения потенциалов интеграторами и через схемы «И» — с устройством управления, выходы которого через схемы «НЕ», «И» и «запрет» подсоединены к стимулирующи I входам нейронов ассоциативного блока.

Такое выполнение устройства повышает эффективность обучения распознаванию пространственно-временных сигналов.

На чертеже представлена упрощеннал фуцкцпо алгя ал схема устройства.

Устройство состоит из блока 1 сенсорных элементов 1а, ассоциативного блока 2, выпол5 пенного на базе формальных обучающихся нейронов 2а и пороговых элементов 2в, интеграторов 8, схемы 4 сравнения потенциалов, устройства управления 5 и узлов стимулирования 6, количество которых равно количест10 ву распознаваемых классов объектов.

Каждый из узлов стимулирования 6 выпо7нен на основе двух схем 7 и 8 «И», схемы

«НЕ» 9 и схемы 10 типа «запрет». Все сенсорные элементы 1а однотипны и представляют

15 собой управляемые по частоте мультивибраторы (однотипны также и все формальные обучающиеся нейроны 2а) . Последние соораны на базе триггеров и имеют по три входа а., в и в и по два выхода с и d. Вход а — синаптп20 чески > (к нему подводятся возбуждения от сснсориых элементов 1а и выходов d других нейронов ассоциативного блока 2). Входы в и в льллютсл стимулирующими (по ним на входы триггеров нейрона от узлов стимули25 ровання 6 поступают соответственно сигналы

«поощрения» П и «наказания» Н). Выход с является эффекторным выходом нейрона. Выходы с данной группы нейронов объединяются в один выход и суммарнал интенсивность им30 пульсов па объединенном выходе использует220645 ся как основа для обучения устройства и последующего распознавания объектов.

Начальные парасметры нейронов (порог, частота, длительность импульсов и задержка) выбираются в результате предварительного расчета такими, чтобы при заданной схеме межнейропных соединений в статистически равномерном исходном распределении в сети

«единичных» и «нулевых» состояний триггеров нейронов (при отсутствии внешних сигналов) устройство нс входило бы в спонтанное самовозбуждсние или самозатухание и находилось бы в некотором динамически устойчивом (равновесном) состоянии. Динамически устойчивое состояние устройства достигается поэтапно.

После сборки и включения устройства отмечается направление развития динамического процесса, и в зависимости от этого в ассоциативный блок 2 посылаются сти:1улирующие сигналы П или Н. В данном случае имеет место обучение при отсутствии входного сигнала. После достижения динамически устойчивого состояния подсчитывается число «единичных» и «нулевых» состояний триггеров нейронов 2а. При существенном нарушении равновесия между числом «единичных» и

«нулевых» состояний изменяют некоторые параметры нейрона (например, порог или длительность импульса), и процесс начального обучения повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто равенство числа «единичных» и «нулевых» состояний триггеров.

В процессе обучения необходимо достигать устройством такого динамически устойчивого состояния, при котором величина напряжения на выходе )-ro интегратора при подаче на вход сигнала j-го образа, превышала бы величины напряжений на выходах других интеграторов. Обучение устройства состоит в том, что на вход блока сенсорных элементов подается сигнал, который оператор относит, и;1пример к j-му образу. Пр;. этом из устройс"ва управления б по шине е на управляющие входы схем 7 всех узлов стимулирования б н по шине 1 на управляющие входы схем 8 и 10

1-ro узла стимулирования поступает высокий отр цательный потенциал, под воздействием которого схемы 7 и 8 открываютсл, а схема 10 закрывается. Все схемы 8 и 10 остальных узлов стимулирования б (кроме J-го) оказываются соответственно закрытымп и открытыми.

Поэтому при обучении устройства распознаванию J-го образа все узлы стимулирования, кроме j-ro, будут генерировать сигналы Н; в /-ом узле при этом генерируются сигналы П.

Сигналы стимулирования генериру1отся по следующему правилу: импульс поощрения, (i) -,слоо„р выраоатывается лишь на J-й стимулирующей ш.1не (при входном сигнале, относимом операторо;I к j-му образу Q:) и лишь в тот момент времени, когда хотя бы на одной

20 из выходных шин, кроме J é, есть им нульс (Q q, (t) =1; qi (/) =О) . Импульс наказаi=1

i, i

5 (с, и и я ф „,к, и р и том ж е вх одном сигн ал е, вырабатываегся на всех стимулирующих шинах, кроме 1-й, в момент появления импульса на выходе соответствующей группы нейронов ассоциативного блока 2.

t."2. ..(+-) =1;;()=1; Q..=-а1, где т — время реакции системы стимулирования (Т) Л1 .рт);

qi(t) — выходная функция 1-й группы нейронов в момент времени t, (q, (t) = у. с

= q,"(i)

i 1 с - с (t); i=1, 2,..., k);

N; — число нейронов в i-й группе;

Q,„ — входной сигнал.

Если обозначить: f; (Т) — функция принадлежности данного входного сигнала k j-му

25 оор23y (fi (Т) = 1 при Q„= Qiñ ), ср(с) — выходная функция групп нейронов б ез 1-й группы

К

-;()=К;(); Q..=Q,;

i 1 с;1

Т вЂ” время действия входного сигнала;

Лс — средний промежуток времени между двумя соседними импульсами в потоке q, (i=1,2,..., k), 35 то функция, реализуемал блоком стимулирования в режиме обучения, выражается следующим образом: для /-го узла .стимулирования

t P (+ =) = qi () Л fi (О Л V (1) ,1 (1) ,,Ос П. л л,.

,"нак: -с1 сках = Qj1 для i-го узла стимулирования (1g j; i =1, 2,..., 4) йо.), () =0;

45 йак (с + ) — 1; (с) (ссвх — Q

Сигнал наказания, посылаемый по соответстгующей шипе стимулирования, будет воздействовать лишь па те нейроны данной группы, выходная функция которых д; (t) (т=1, 50 2,, N,) в данный момент времени раьнлегся единице (q =1). Сигнал наказания, при этом, будет воздействовать лишь на те триггеры нейронов T„;„i,1(=1,2,..., и; о=0,1), для которых функция входа в данный момент времени не равна нулю (Q,- (t) =1; =1, 2,..., k).

В результате воздействия стимулирующего импульса триггеры возбужденных нейронов изменяют свои состояния на обратные

T=,.1,;(!) -Э-Т;,.с,i (/+-.); Т, -З-Т;,? с(/+-.) (а:- = 1) (а:- = 1)

-, ",),(/+-.) = 1; (1 — -- 1, 2,..., А;

65 =1,2,...,N,;<=1,2,...,n).

220645

Если в момент Времени t суммарный возбуждающий потенциал т-го нейрона превышасТ порог его возбуждения ЯР !

ln =-,,() Ь ; „!0(t) = 1; Q,„(Т) -- Q„.

Е,=l.=10=-+1 при а =1; =1;

=- — 1 при а1, 0 = 1; = 0;

=- = 0 при а.о =0; о = 0,1, то в результате воздействия стимулирующего сигнала 1i „ „(t+T) окажется

IL

У:-..-!,">(+- -.) и,, .,0(—;--.) — 0;

==1

q-х =, - Q; и выходная функция 1-й группы равной нулю становится <0 (t + -) = 0

Сигнал поощрения, посыласчый по соответствующей шине стимулирования В j-ю группу нейронов (при Q„(T) =Q,), достигнет лишь Тсх (нсьозбужденных) неиронов, для которых хотя бы одна входная функция 21

В момент t была равна единице. а„., >(/) = 1; 9t (:):0; Q(Т): Qj

В результате воздействия стимулирующего сигнала триггеры, соответствующие входы которых были Возбуждены, измен lloT свои сос. тояния на обратные

T -,>>,, (г) — .- Т (t — -.); T -, >;J. (I) -;- Т; „,; . а.=1 а: = — 1

При 61 =0, реЯкцией нейрона н3 сиГна 1 поощрения будет возбу>кдение его В момент времени (/-,-т) и

- ",>(t+--.) > 6"; (1!(-!- —.) =1;О,„(1) = Q;

:=1

, поошр (+ ) — 1 °

При возрастании порога О, вероятность указанной реакции каждого нейро,1а на сигнал поощрения будет уменьшаться асимптот.!чески, приближаясь к 0,5.

ToI д,2 BPPQ»THo Tb того, ITo Bbl> 0. IH25i ф > нкция группы нейронов становится равной единице, и ри Ч, о ошр (/+-т) = 1 будет

Г (q<10(t + -.) = 1t „1,1,р(t+- -.) = 11Р 1 — 0,5, т. е. при большом числе нейронов в группе эта вероятность Весьма близка к едиш1пе.

В период адаптации к сигналу 1-ro образца будет наблюдаться некоторая концентрация

«единичных» состояний управляющих триггеров в j-ой группе нейронов при одновремен:!0м понижении концентрации «едини шых» состояний в остальных группах нейронов. Однако при многократном чередовании B...o.I.!bl; сиги!!лов, принадлежащих поочередно ко Все;! р 11 3;! и ч 3 с м ы .;! 0 О р 2 3 я !, поВышения и и 0 и 11 ж еНИЯ КОНЦС!1ТР2ЦИИ «С.",! „IИЧНЫХ» И il, ЛЕВЫХ» состояний в каждой группе будут сченять друг с друга, так что после окончания процесса обучения приводят к новому, отличному от исходногo, статистическому распределению

«единичных» и «нулевых» состояний управляющих триггеров !,При сохранен и исходного равнозесия между числом тех и других).

Сохранение равновесия является основной предпосылкой к сохранению в системе дина:«»÷ñoIiHê устойчивых состояний при различ10 Hb!x входных воздействиях.

При адаптации к пространственно-временным сигналам процесс обучения длится каждый раз в течение времени, равном длительности входного сигнала.

1 В результате многократного повторения сигналов, относящихся ко всем различаемым образам (при соответствующе.. стимулирова1ип), в обучающем устройстве вырабатываютс» приспособительные свойс: В3, заключаю20 щисся В том, что повышенная интенсивность потока Ii:IIIóëüñOB íà j-м выходе б"дет иметь место лишь при нялипш на входе устройства

ПРОСТPЯHСТВЕННО-ВРЮIЕ1!НОГО СИГНЯЛЯ, ОТНОСЯщегося к /-»y образу.

Б Г.роцсссе распознавания накопленный при

G.3 чен1и Опыт (Bbip2æeíiibiÉ в распределе11;111 состояний триггеров нейронов в ассоциаi.::Bíoì блоке) используется для автоматической классификацш! входных сигналов.

30 Классификация осуществляется на основашш оцснки распределения потенциалов на выходах интеграторов 8, для чего выходы всех интеграторов подключены на вход схемы 4 сравнения потенциалов. Данный входной сигнал относится к тому образу, соответствующий выход интегратора которого имеет наибольший потенциал.

Прсдя! ет изобретения

Многофуикционяльное обучающееся устройство, содержащее блок сенсорных элементов, ассоциативный блок, выполненный на базе формальных обучающихся нейронов, инте45 граторы, схем, сравнения потенциалов и устройство управдсния, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обучения распознаванию пространственно-временных с1ггиа IOB, все входы блока сенсорных элеменS0 ТоВ сосдинсиь! со входами нейронов ассоциативнОГО Олскс и IipH статистически ряВномеpиом распpoäåëåíèè этих связей В !womb! каждого нейро:-!а соединены со входами всех осталь„;. х нейронов ассоциативного блока, а при распределении, отличающемся от равномерного, промежуто шые (эффекторныс) выходы нейронов объединсны Ilo числу ряспознаваеi«I:lx II.I3 "oB Обьектов В Группы, IlpH 3TQM Bblходы групп через лоро-овыс элсмснTû сосди60 неиы с подкл очснными на вход схл ы сравнения потенциалов интеграторами и через схемы

65 нейронов ассоциативного блока.

220645 а®

Составитель Г. И. шибанов

Редактор Е. В. Семанова Текред Р. М. Новикова

Корректор С. Ф. Гоптаренко

Заказ 2620i13 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д 4

Типограф: л, пр, Сапунова, 2