Устройство для выделения экстремального числа Советский патент 1984 года по МПК G06F7/02 

Изобретение относится к области технической кибернетики и может быть использовано для построения техничес ких средств систем классификации, распознавания образов, поиска инбормации и автоматизации принятия решений в нечетких условиях. Устройство предназначено для реа лизации операций дизъюнкции, конъюнк ции и импликацш над нечеткиг га пере менными (высказываниями) в нечеткой логике Л. Заде, где результат С опе рации дизъюнкции п нечетких переменных Вг(,2, .,., п) вычисляется по формуле C maxBi, результат К операци конъюнкции п нечетких переменных В-{ вычисляется по формуле K minBi, а результат D операции импликации двух нечетких переменных А и В- вычисляется по формуле (1-A,B-i) . Здесь А,Вг(,2, ..., п), C,D,K числа из интервала СО, IT, представленные т-разрядным унитапным кодом (один из т). Кроме того, устройство можно использовать для выделения крайней старшей или крайней младшей единиц из т-разрядного двоичного чис ла. Известно устройство для определения экстремальных чисел, представлен ных двоичным параллельным кодом, содержащее регистр, сумматор, элементы И, ИЛИ, НЕ, переключатель. Определение экстремального из п чисел происходит за п+1 такт 11. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие и то, что оно не выполняет операции вычитания числа из единицы, что необходимо для вычисления операции ималикации. I Наиболее близким к предложенному является устройство п.ля выделения максимального числа, содержащее элементы И, ИЛИ, НЕ, причем входы i-ro элемента ИЛИ соединены с входами i-x разрядов сравниваек 1Х чисел (1 1 , . . т, где m - число разрядов сравниваемых чисел), а выход соединен с первым входом 1-го элемента И, -й вход j-ro элемента И соединен с выходом элемента НЕ с первого по (}-1)-й, где , ..., m, вход k-fo элемента НЕ соединен с выходом k-ro элемента ИЛИ, где , ..., (m-1), выходы элементов И являются выходами устройства . 0 1ределение максимального из п чисел, представленных в унитарном коде, происходит за один такт 12. Недостатком устройства является то, что оно не позволяет вьщелять кроме максимального минимальное число. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выделения кроме максимального минимального числа. Поставленная цель достигается тем, что устройство для выделения экстремального числа, содержащее элементы И, ИЛИ, НЕ, причем первый вход каждого 1-го элемента ИЛИ, где , 2,..., т, m - число разрядов сравниваемых чисел, соединен с входом (m-i+1)-ro разряда первого числа устройства, остальные входы каждого 1-го элемента ИЛИ соединены с входами 1-х разрядов остальных п сравниваемых чисел устройства, а выход каждого 1-го элемента ИЛИ соединен с первым входом 1-го элемента И, j-e входы элементов И с j-ro по т-й соединены с выходом (j-l)-ro элемента НЕ., где , ..., m, вход k-ro элемента НЕ .соединен с выходом k-ro элемента ИЛИ, где , 2, ..., (m-D, содержит m дополнительных элементов И, m дополнительных элементов R,1K и т-й элемент НЕ, вход которого соединен с выходом т-го элемента ИЛИ, второй вход первого элемента И и (j+1)-й вход j-ro элемента И соединены с шиной выделения максимального числа, выход каждого 1-го элемента ИЛИ соединен с рвым входом 1-го дополнительного элемента И, выход каждого j-ro элемента НЕ соединен с (m-j+2)-MH входами дополнительных элементов И с первого по (j-1)-й, второй вход т-го дополнительного элемента И и ()-й вход k-ro дополнительного элемента И соединены с шиной выделения минимального числа, выходы 1-х элемента И и дополнительного элемента И подключены к соответств ющим входам 1-го дополнительного элемента ИЛИ, выход которого является 1-м выходом устройства. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство состоит из m поразрядных узлов анализа l/i , 1,2, . . ., Ipn, содержащих элемент ИЛИ 2, элемент ИЗ, элемент НЕ 4, элемент ИЧИ 3, элемент И 6, группы ИНН 7,, , 7,2 , i-v для подачи перво о чис:.,, in групп Вт по п шин в каждой для подачи соответственно 1-го, 2-го ..., т-го разрядов каждого из п остальных чисел, шины установки режима выделения минимального числа 9, шины установки режима выделения максимального числа 10 и выходных шин Назначение каждого из m поразрядных узлов анализа состоит в выполнении дизъюнкции COOT ветствующих разрядов унитарных кодов чисел, поданных на входы элемента ИЛИ 5, в выдаче результата дизъюнкции на выход узла через незаблокированный элемент И 3 либо через незаблокированный элемент И 6, в выработ ке сигнала для блокировки элементов И 3 мла;ших узлов анализа в режиме вьщ€шения максимального числа и для блокировки элементов И 6 старигих узлов анализа в режиме выделения минимального числа. В каждом из поразрядных узлов анализа 1-| выход элемента ИЛИ 5 соединен с ВХС1ДОМ элемента НЕ 4, с первым входом элемента И 3 и с первым входом элемента И 6, выходы элемента И 3 и элемента И 6 подключены к входам элемента ИЛИ 2, выход которо го является соответствующим выходом 11 устройства, j-e входы элементов И 3 в поразрядных узлах анализа с j-ro по т-й соединены с выходом элемента HF; 4, находящегося в (j-1)-M поразрядном узле анализа, где 2,3 , . . , тп. Выход элемента НЕ 4 в каждом j-м поразрядном узле анализа соединен, также с ()-ми входами элементов И 6, находящихся в поразрядных узлах анализа с первого по (,1-1) Первый вход элемента ИЛИ 5 каждого i-ro узла анализа подключен к шине 73 первого числа А, где I (m-i-f1), каждый из остальных п входов подклю чен к шине 8 i-ro разряда одного и п остальных чисел В. (1+1)-й вход элемента И 3 каждого i-ro узла анал за подключен к шине установки режим выделения максимального числа 10, а ()-й вход элемента И 6 каждого i-ro узла анализа подключен к шине установки режима выделения минималь ного числа 9. Возрастание индексации на чертеже соответствует упорядоченности от старших разрядов к младшим. Использование унитарного кода приводит к экoнo шн оборудования, н обходимого для вычисления результатов операций дизъюнкции, конъюнкции и импликации. Эта экономия возрастает с уменьшением числа разрядов для представления вводимой информации, что особенно существенно для устройств, реализующих операции нечеткой логики, где нет необходимости представлять числа с большой точностью. Последнее объясняется тем, что степени истинности (значения) нечетких переменных или высказываний, являющихся аргументами, устанавливаются субъективно оператором, для которого точность оценки степеней истинности нечетких переменных О,1 уже является достаточно, высокой. Л для представления чисел с шагом О,1 в диапазоне 0-1 требуется всего 11 разрядов унитарного кода. Каждый разряд, начиная справа, кодирует последователь,но числа 0; 0,1; 0,2, ..., 1. Такое дискретное представление чисел не приводит к потере точности при вычислениях, поскольку для логических операций область определения аргумента и область значений результата является одним и тем же множеством. А-пгоритм работы устройства следующий . Вычисление дизъюнкции нечетких переменных состоит в выполнении поразрядной дизъюнкции утитарных кодов этих чисел и в последующем выделении из полученного кода старшей единицы. Вычисление конъюнкции п нечетких переменньк состоит также в выполнении поразрядной дизъюнкции унитарных кодов этих чисел и в последующем выделении из полученного кода младшей,единицы, а не старшей, как при вычислении дизъюнкции.Простота этих алгоритмов свидетельствует о преимуществе унитарного кода перед двоичным в данном случае. Вычисление результата D импликации двух нечетких переменных А и R-i. состоит в получении разности (1-А) и нахождении дизъюнкции чисел (1-А) и Вг в указанном порядке. Для получения унитарного кода разности (1-А) необходимо единицу, стоящую в i-M разряде m -разрядного унитарного кода числа А, переписать в ()-й разряд, а в i-м разряде записать нуль. Например, при и .3 единица в коде числа будет в 8-м разряде слева (считая от самого старшего разряда, а в коде числа .7 единица будет в четвертом разряде Слева, так как 11-8+1 4. В устройстве значение разности (1-А) образуется за счет инверсного порядка подключения шин разрядов числа А к первым входам элементов ИЛИ 5 всех поразрядных узлов анализ-а. Тем самым вместо кода числа фактически подается код числа (1-А). Устройство работает следующим образом, При вычислении операции дизъюнкции п нечетких переменных на все шины 7 и пшну выделения минимального числа 9 подаются нулевые сигналы, а на шину выделения максимального числа 10 - единичный сигнал. На шины 8 подаются i-e разряды унитарных , кодов каждого из п чисел В,-, В2, ... БП. Если требуется выполнить дизъюнк цию меньшего числа нечетких переменных, то на шины остальнь х переменных подаются нулевые сигналы. На выходах элементов ИПН 5 поразрядных узлов анализа образуется код, представляющий собой поразрядную дизъюнкцию коВу. Пусть в

дов чисел В,.1 , В2;, этом коде старшая единица находится в L-M разряде. Через элемент НЕ 4 этот сигнал запирает все элементы И старших поразрядных узлов анализа 1j.., И все элементы И 3 1. ,1 младшрТх поразрядных узлов анализа Ч-м 1-11-2 .т- Кроме того. ita элементы И 6 всех поразрядных узлов анализа закрыты нулевым сигналом с шины выделения минимального числа 9. Во всех старших по отношению к i-му узлах анализа элементы И 3 закрыты нулевыми сигналами с выходов элементов ИЛИ 5. Поэтому во всех старших и во всех младших по отношению к i-му поразрядных узлах анализа закры ты как элементы ИЗ, так и элементы И 6. Тогда на выходах и всех стар ших и всех младших по отношению к i-му узлов анализа будут нулевые сиг налы, а единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 5 i-ro узла анализа про ходит через открытый элемент И 3 и элемент ИЛИ 2 на выход i-ro поразряд ного узла анализа. Таким образом, на выходных и1инах 1 1 формируется код максималтлюгс из чисел В, В, При пычислонии операции конъюнкци устроит г ло раГкугает аналогично, как

чисел В t, В.,

В. и при вычислении дизъюнкции. Шины 7и 8 находятся в том же состоянии. Отличие заключается в следующем. На шину вьщеления минимального числа 9 подается единичный сигнал, а на шину вьщеления максимального числа 10 нулевой сигнал. Нулевые сигналы с шины вьщеления максимального числа 10 запирают элементы И 3 всех поразрядных узлов анализа.. Если в коде, образующемся на выходах элементов ИЛИ 5, в i-M разряде находится младшая единица, то через элемент НЕ 4 оказываются закрытыми элементы И 6 старших поразрядных узлов анализа 1 , Ig, ..., H-I. Нулевые сигналы с выходов элементов ИЛИ 5 младших поразрядных узлов анализа i , 1-l-t-z 1w закрывают элементы И 6 в этих узлах. 8i-M же узле анализа на всех входах элемента И 6 находятся единичные сигналы. Следовательно, и на его входе единичньш сигнал, который через элемент ИЛИ 2 поступает.на выход i-ro поразрядного узла анализа. Таким образом, и на выходных шинах 11 формируется унитарный код минимального из При вычислении операции импликации двух нечетких переменных А и В на шины 7 подается унитарный код 4Pj.cла А. При этом на первых входазс элементов ИЛИ 5 образуется унитарный код числа (1-А). Так как результат операции импликации определяется как дизъюнкция чисел (1-А) и В{ , то,подав число В на входы 8 указанным образом, нулевой сигнал на шину выделения минимального числа 9, единичный сигнал на шину вьщеления максимального числа 10, на выходах 11 устройства получим унитарный код результата импликации чисел А и B-i. Расширение функциональных возможностей устройства для вьщеления экстремального числа по отношению к прототипу состоит в том, что среди п -Р ниваемых чисел оно позволяет за два последовательных такта вьщелять кроме максимального также и минимальное число и, кроме того, выделять в т-разрядном двоичном коде наряду с крайней левой единицей также и крайнюю правую. Отметим, что прототип можно было бы использоват, для выделения экстрема.пьного числа, но д.ггя этого его иеобх(1Д11мо бы.;то noiKi.niiicfi.

так, чтобы создать возможность подачи на его входы п сравниваемьк чисел также и в инверсном относительно номеров разрядов порядке. Однако это приводит к более сложному схемному решению, чем данное.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬИЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО ЧИСЛА, содержащее элементы И, ИЛИ, НЕ, причем первый вход каждого i-ro элемента ИЛИ, где i 1, 2, ..., m, m- число разрядов сравниваемых чисел, соединен с входом (m-i+1)-ro разряда первого числа устройства, остальные входы каждого i-ro элемента ИЛИ соединены с входами i-x разрядов остальных п сравниваемых чисел устройства., а выход каждого i-ro элемента ИЛИ соединен с первым входом i-ro элемента И, j-e входы элементов И с j-ro по т-й соединены с выходом (j-l)-ro элемента НЕ, где , .... m, вход k-ro элемента НЕ соединен с выходом k-ro элемента ИЛИ, где , 2, ..., (m-1), отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет вьщеления кроме максимального минимального числа, устройство содержит га дополнительных элементов И, m дополнительных элементов ИЛИ и ш-й элемент НЕ, вход которого соединен с выходом т-го элемента ИЛИ, второй вход первого элемента И и (з+1)-й вход j-ro элемента И соединены с шиной выделения максимального числа, выход каждого i-ro элемента ИЛИ соединен с первым входом i-ro (О дополнительного элемента И, выход каждого j-ro элемента НЕ соединен с (m-j+2)-ми входами дополнительных элементов И с первого по (j-l)-A, второй вход т-го дополнительного элемента И и (m-k+2)-й вход k-ro дополнительного элемента И соединены с шиной вьщеления минимального числа, выходы i-x элемента И и дополнительного элемента И подключены к соотэь со ветствующим входам дополнительного элемента ИЛИ, .выход которого является i-M выходом устройства.