Устройство для выделения экстремального числа Советский патент 1985 года по МПК G06F7/02 

111 Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для построения технически средств классификации, распознавания образов, поиска информации и автоматизации принятия решений в нечетких условиях. Устройство предназначено для реализации операций дизъюнкции, конъюнк ции и импликации Над нечеткими переменными (высказываниями) в нечетной логике Л.Заде, где результат С опера ции дизъюнкции п нечетных переменных ( 1 1,2, ...п ) вычисляется по формуле С max & , результат Ц операции конъюнкции h нечетких переменных 8 вычисляется по формуле 1Ги п Bi , а результат D операции импликации А - В; двух нечетких пере менныу А и 6, вычисляется по формуле О max (1 -А, В;). Здесь А , В; (U 1,2, .. . п ) С ;D , t - числа из интервала представленные т-разрядным унитарным кодом (один из m ). Кроме того, устройство можно использовать для выделения крайней старшей или краГтней младшей единиц из т-разрядного двоичного кода числа. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство состоит из m поразрядньж УЗЛОВ анализа t ,, 1, ..., 1, содержащих элемент ИЛИ 2, элемент ИЛИ 3, элементы И 4-6 и элемент НЕ 7 8 для подач группу шин 8,, 8 первого числа, m групп 9, 9, ... 9 по п шин в каждой для подачи соответственно 1-го, 2-го ...m -го разряда каждого из h остальных чисел, шины WAX to разрешения выделе ния максимального числа, шины MiN 11 разрешения вьщеления минимального числа и выходных шин 12,, t2 12. Назначение каждого из m идентичны поразрядных узлов анализа состоит в выполнении дизьюнкциисоответствуюищх разрядов унитарных кодов чисел, пода ных на вход элемента ИЛИ 3, в выдаче результата дизъюнкции на выход узла через незаблокированньй элемент И 4, в выработке сигнала для блокировки элементов И 4 младших узлов анализа в режиме выделения максимального числа и для блокировки элементов И 4 0 старших узлов анализа в режиме выделения минимального числа. В каждом из m поразрядных узлов анализа все информационные входы являются соответствующими входами элемента ИЛИ 3, первым управляющим входом - вход элемента И 5, вторым управляющим входом - вход элемента И 6, первый блокировочный вход соединен с входом элемента ИЛИ 2 и с входом элемента И 5, второй блокировочный вход соединен с входом элемента ИЛИ 2 и с вхрдом элемента И 6, первым блокировочным входом является выход элемента И 5, вторым блокировочнь{м выходом - выход элемента И 6, информационным выходом является выход элемента И А, выход элемента ШЖ 2 соединен с входом элемента И 4, выход элемента ИЛИ 3 соединен с входами элементов И 4 и НЕ 7, выход которого соединен с входами элементов И 5 и 6. Первый информационный вход каждого 1-го узла анализа соединен с шиной 8 первого числа А , где k (m-i + + 1), а каждый из остальньк П информационных входов соединен с шиной 9j 1 -го разряда одного из п о-.тальных чисел В. Шина МАХ 10 соединена с первым управляющим входом каждого 1 -го поразрядного узла анализа к с первым блокировочным входом первого узла анализа 1, . Шина Ml N 11 соединена с вторым управляющим входом каждого -го поразрядного узла анализа 1 и с вторьм блокировочньм входом последнего m-го узла анализа 1j. Первый блокировочный выход и второй блокировочный вход 1-го узла анализа соединены соответственно с первьм блокировочным входом и вторым блокировочнья выходом (i+1)-ro узла анализа 1,, , где i 1,2, ..., .Информационные выходы поразрядных узлов анализа являются выходньми IZ,, 12у12 устройства. Использование унитарного кода приводит к экономии оборудования, необходимого для вычисления резуль-татов операции дизъюнкции, конъюнкции и импликации. 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) нечетных переменных или высказьшаний, являющихся аргументами, .устанавливаются субъективно оператором, для которого точность оценки степеней истинности нечетных переменных, равная 0.1, уже является достаточно высокой. Для представления чисел с шагом 0.1 в диапазоне от О до 1 требуется всего 11 разрядов унитарного кода. Каждый разряд, начиная справа,кодирует последовательно числа О, 0.1, 0,2, ..., 1. Такое дискретное представление чисел не приводит к потере точности при вычис лениях, поскольку для логических операций область определения аргумен та и область значений результата являются одним и тем же множеством. Алгоритм работы устройства следующий. Вычисление дизъюнкции П нечетных переменных состоит в выполнении поразрядной дизъюнкции унитарных кодов этих чисел и в последующем выделении из полученного кода старшей единицы. Вычисление конъюнкции п не. четных переменных состоит также в выполнении поразрядной дизъюнкции унитар ных кодов этих чисел и в последующем вы дёлении из полученного кода младшей единицы, а не старшей, как при вычис лении дизъюнкции. Простота этих алго ,ритмов свидетельствует о преимуществ унитарного кода перед двоичным в данном случае. Вычисление результата D импликации Л- В двух нечетких переменных А и 8i| состоит в получении разности (1-А) и нахождении дизъюнкции чисел (1-А) и 8| в указанном порядке. Для получения унитарного кода разности 1-А необходимо единицу, состоящую в i -м разряде m-разрядного унитарного кода числа А переписать в (п1-1 + 1)-й разряд, а в i -м разряде записать 0. Например, приm 11 и ,3 в коде числа А будет в 8-м разряде слева (считая от самого старшего разряда), а в коде ,7 единица будет в 4-м разряде слева, так как It-8+1 4. В устройстве значение-разности 1-А образуется за счет инверсного порядка Подключения шин разрядов числа ft к первым входам элементов ИЛИ 3 всех поразрядных узлов анализа. Тем самым вместо кода числа А фактически подается код числа 1-А. 11 04 Устройство работает следующим образом. При вычислении операции дизъюнкции ;Г| нечетких переменных на все шины 8 1 шину MiN 11 подаются нулевые сигналы, а на шину MhX 10 - единич- ный сигнал. На шины 9( подаются u--e разряды унитарных кодов каждого из П чисел В ,9 , ..., Р„. Если требуется выполнить дизъюнкщпо меньшего числа нечетких переменных, то на шины остальных переменных подаются нулевые сигналы. На выходах элементов ИЛИ 3 поразрядных узлов анализа образуется код, представляющий собой поразрядную дизъюнкщда кодов чисел 8, , Bj , ..., 8 . Пусть в этом коде старшая единица находится в 1-н разряде. Единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 3 в первом узле анализа через элемент И 4 поступает на выход 12| устройства, так как на другой вход элемента И 4 подается единичный сигнал с шины МДХ 10 через элемент ШШ 2, Кроме того, этот же единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 3, инвертируясь элементом НЕ 7, запирает всю цепочку из m последовательно соединенных элеменj-oB И 5, обусловленная тем самым нулевой сигнал на первом из входов элемента ИЛИ 2 в каждом поразрядном узле анализа 1 , 1, .. ., Ip,. На второй вход элемента ИЛИ 2 каждого -го из поразрядных-уз лов анализа подается нулевой сигнал с шины M/N 11 через элемент И 6 (i-fl)-ro порязрядного узла анализа, где , 2, ...,m-t, а на второй вход элемента ИЛИ 2 последнего га-го узла анализа нулевой сигнал .подается непосредственно с шины MiN 11. Нулевой сигнал с выхода элемента ИЛИ 2 в каждом из поразрядных узлов анализа 1„ , 1 «2 , i, ..., 1 блокирует элемент И 4, обуславливая тем самым нулевой сигнал на выходе соответствующего узла анализа независгою от состояния выходов элементов ИЛИ 3 в этих узлах анализа. Пусть в коде, образованном Состояиями выходов элементов ИЛИ 3 всех оразрядных узлов анализа, старшая диница находится в -м разряде, где S1i т, В этом случае описание.раоты группы поразрядных узлов анализа ,ц.1 , п аналогично рассмот- . енному, если с выхода элемента И 5

(i-l)-ro узла анализа на первый блокировочный вход 1 -го узла анализа подан единичный сигнал. Покажем, что для .рассматриваемого случая на выходах элементов И 5 всех поразрядных узлов анализа 1 ц, 1 1,4i будет единичный сигнал.

Действительно, во всех этих поразрядных узлах анализа на выходах элементов ИЛИ 3 имеется нулевой сигнал, а на первых блокировочных входах имеется единичный сигнал. Для первог узла анализа этот единичный сигнал снимается с шины МАК 10 и, поступая затем на вход элемента И 5 совместно с нулевым сигналом, снятьм с выхода элемента ИЛИ 3 и проинвертированньм элементом НЕ 7, и с сигналом с шины МАХ 10, обусловит единичный сигнал на выходе элемента И 5 и тем самьм единичный сигнал на первом блокировочном входе второго узла анализа. Аналогичным образом происходиг формирование единичного сигнала на вьпсодах элементов И 5 поразрядных узлов анализа tj, 1, .. l-l

На информационных выходах 12|, 12, ... 2 ., соответствующих узло анализа будут нулевые сигналь, проредшие с выходов элементов ИЛИ 3 через элементы И 4. Таким образом, на выходе устройства будет унитарный код с единицей BI -м разряде, что соответствует унитарному коду максимального из чисел В,8 2 П

При вычислении операции конъюнкци устройство работает аналогично, как и при вычислении дизъюнкции. Шины 8 и 9 находятся в том же состоянии. Отличие зяключается лишь в следующем. Fla шину МАХ 10 подается нулевой сигнал, а на шину MiN 11 - единичный сигнал. Нулевые сигналы с шины ( 10 запирают элементы НЕ всех поразрядных узлов анализа. Единичный сигнал с шины М IN И, поступая на входы всех элементов И 6 и на второй блокировочный вход младшеготп-го поразрядного узла анализа, подготавливает цепочку из последовательно соединенных элементов И 6 к работе, аналогичной работе элементов И 5 при вычислении операции дизъюнкции. Таким образом, передача блокирующих сигналов происходит не-от старших разрядов к младшим, как при вычислении дизъюнкции, а в обратном направлении. Это и обусловит выделение на выходах устройства не старшей единицы из кода, образованного состояниями выходов все элементов ИЛИ 3, а младшей, что и означает вьщеление унитарного кода минимального из чисел Вi ,8 , ..,, 8t).

При вычислении операции импликации двух нечеткими переменных А и В на шины 8 подается унитарный код числа ft При этом на первых входах элсг;ентов 1ШИ 3 образуется унитарный код числа 1 -ft. Так как результат операции импликации определяется как дизъюнкция чисел 1-ft и 8; , то, подав число 8i на входы 9 описаниьм выше образом, нулевой сигнал - на шину Ml К П, единичный сигнал - на шину МАХ 10, на выходах 12 устройства получим унитарный код результата операции импликации чисел А и 8i .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО ЧИСЛА, содержащее m поразрядных узлов анализа (т - количество разрядов сравниваемых чисел), каждый из которых включает многовходовый элемент ИЛИ, элементы И и НЕ, причем шина каждого -го разряда первого числа устройства, где 1.2, ...,т, соединена с первьм вхо.дом многовходового элемента ИЛИ (т- 1 + 1)-Го поразрядного узла анализа, шина i -го разряда каждого из R остальных чисел соединена с одним из П остальных входов многовходового элемента ИЛИ i -го поразрядного узла анализа, BI -м поразрядном узле анализа выход многовходового элемента ИЛИ подключен к входу элемента НЕ и первому входу первого элемента И, выход которого является выходом t-го разряда экстремального числа устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей 5 устройства за счет вь дeJfeния кроме максимального также минимального числа, в каждый поразрядный узел анализа введены второй и третий элементы И и двухвходовой элемент ИЛИ, 1выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход элемента НЕ соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы вторых элементов И всех поразрядных узлов анализа соединены с шиной разрешения выделения максимального числа устройства, подключенной также к первому входу двухвходового элемента ИЛИ и третьему входу второго элемента И первого поразрядного узла анализа, выход вто(Л рого элемента И i-го поразрядного узла анализа, где j 1,2, ...-, (m- t), соединен с первым входом, двухвходового элемента ИЛИ и третьим входом второго элемента И (j + 1)-го поразрядного узла анализа, вторые входы третьих элементов И всех поразрядных узлов анализа соединены с шиной, разрешения вццеления минимальСП него числа устройства, подключенной ф также к второму входу двухвходового ср элемента ИЛИ и третьему входу третьеСП го элемента Ит-го поразрядного узла анализа, второй вход двухвходового элемента ИЛИ и третий вход третьего элемента И j-го поразрядного узла анализа подключены к выходу третьего элемента И (J + 1)-го поразрядного узла анализа.