Ячейка ассоциативной классифицирующей среды Советский патент 1989 года по МПК G06F7/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и технической кибернетике и может быть использовано в качестве классификатора сигнальных многокомпонентных образов или в качестве базового блока при построении обучающихся автоматов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет реализации функции адаптации. Ячейка содержит блок ассоциативной памяти, состоящий из модулей ассоциативной памяти, два блока формирования импульсов, состоящие из формирователей импульсов, сумматор, пороговые элементы, управляемый генератор и ключ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и технической кибрр- нетике и предназначено для использования, в качестве базового злемента при построении адаптивных классификаторов сигнальных многокомпонентных образцов и в системах принятий решений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет реализации функций адаптации.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемой ячейки; на фиг.2 - функциональная схема модуля блока ассоциативной памяти.

Ячейка (фиг.1) содержит блок 1 ассоциативной памяти, состоящий из модулей 2, два блока 3 и 4 формирования импульсов, содержащие формирователи 5 импульсов, сумматор 6, пороговые элементы 7-9, управляемый гене-

ратор 10, ключ 11, информационные входы 12 блока 1.

Модуль 2 (фиг.2) содержит входной фильтр 13, пиковый детектор 14, узел 15 сравнения, элемент 16 задержки, первый ключ 17, узел 18 памяти, второй ключ 19, третий ключ 20.

Описание функционирования ячейки ведется в предположении ее присутствия в составе ассоциативной классифицирующей среды.

Пусть классифицируется среда в том числе и рассматриваемая ячейка, не заняты. В среде присутствует фо-- новая активность с пуассоновским коном распределения

( X.pt)

,(t)

.

7

где Pa)..(t) - вероятность следования k импульсов за время t;

А Ф - средняя частота следования импульсов.

Если считать, что импульсы нормированы по длительности и амплитуде и фоновая активность представляет собой стационарный процесс, то можно рассматривать усредненное значение напряжения

иоф -{-ju(t)dt

1

.pt

-Z. Umtn Umtn A.p.

t/- I

Если переходная характеристика входного фипьтра 13

-iK

h,{t) . (1 - 1 );

Q . I

10

л /

- с/ , / CQ ,

И с, оо то за время t 3 с, нап- ряжение на выходе этого фильтра

и,,1 и,

а при неограниченном времени слеже- Ния будет полностью скомпенсировано, чем достигается адаптация ячейки по привыканию. Отсюда следу(ат, что время tj. предъявления в период Т повторе- НИЯ сигнальных образцов должны удов- летворять условиям:

t, ь З ,

и Т 3-0, .

Пусть по входам среды приложен

сигнальный образ в виде пространственной композиции потоков импульсов с частотным кодированием уровней сигналов. Пройдя ячейки предшествующих слоев среды, на входах данной ячей- ки активность пpeдcтaвляetcя также в виде потоков импульсов с пуассонов- ским распределением. Ко входам входного фильтра 13, вьщеленного модулем 2, прикладывается усредненное зна- чение сигнала

Uoc .

Если переходная характеристика накопления h(t) узла 18 памяти

h.Ct) - 1-1

J

где (.ц - постоянная времени накопления ,

то пренебрегаемая ослаблением сигнала детектором 14 и ключом 17, формируется функция обученности, нормированная по и.

ГУ1

y(tj (

ч (Л L

- 1

o )( -b

(o., . 1

1

(1

in/ ,

, - 1) - --, (1

OЧ

-tjt,

q... -1

15

- 3.

tn/ &N

где tj, - время предъявления сигнального образа,

Чон 1,. .

:или

у(г) ,(t j

1 -th((,.j --tJtHj

q - 1

Ч in (i- V-r ).

Отсюда следует ограничение, что «. оо , В этом случае при t ; to 10 бц ; -. Юо, ; y(tn) 0,8 t h(t),

т.е. узел 18 памяти отслеживает уровень входной активности с учетом адаптации по привыканию. Однако, этот процесс протекает лишь в случае, если ключ 17 отперт. На начальном этапе ключ 20 заперт отсутствием сигнала со стороны узла 15 сравнения и накопления сигнала обученности не происходит. В основу обучения поло-; жен принцип задержки реакции среды на неизвестньй сигнальный образ. Если приложенный сигнальный образ не полезен, то на входах элементов 7 периферийных и всех предьщущих ячеек отсутствуют сигналы фиксации и независимо от состояний генераторов ГО я,чеек ключи 1 7 всех модулей 2 заперты, чего достаточно для блокщюв- ки памяти прежней обученности ячеек.

I52219I

Если данньй модуль 2 не имеет обучен- ности, то со стороны узла 18 памяти ключ 19 получает разрешение на прохождение задержанного элементом 16 за-, держки сигнала входной активности. Переходная характеристика элемента за- пепжки

h(tO

--t/C,

;

где

J,

- постоянная впемени элемента задержки, удовлетворяющая

условию

3/V D

t/г t .

1

Время 3 OY должно превышать время прохождения волны активностей по всей обученной среде с тем, чтобы процесс классификации оканчивался раньше, чем начинался процесс подобу- чения ячеек, В частности, если класг: сифицйрующая среда имеет m слоев, то 5 т(Л-5)д . При воздействии неизвестного сигнального образа на модуль 2 без предварительной обучен- ности по истечении времени S S, один и тот же уровень сигналов поступает на первый и третий входы сравнения узла 15 сравнения. На его выходе появляется сигнал, который отпирает ключ 20, разрешая ввод в данный узел сигнала фиксации, и прикладьшается через сумматор 6 ко входу генератора 10 на выходе которого появляется .импульсный поток с частотой, пропорциональной весу модуля 2, задаваемой в процессе суммирования. Модули 2 соединены между собой по принципу взаимозапрещения. Поэтому в гоночной борьбе ко входному сигналу подключается тот модуль, :у которого раньше всех сформируется равенство сигналов на входах сравнения узла 15 сравнения. Этим достигается минимизация занятости ячейки сигнальными путями. Таким образом, слияние сигнальных путей обеспечивается входным фильтром 13 принимающего модуля. Причем, эти пути принадлежат одному сигнальному об- разу,

Пройдя данную ячейку, информационные сигналы, перемешиваясь на входных фильтрах-ячеек последующих слоев, достигают слоя отведения ответов,. Если среда обладает достаточной связ- ностью, то активность каждой ячейки выходного слоя коррелирует со всем сигнальным образом. По окончании переходных процессов на выходах элемен

тов 7 ячеек, связанньсх со значащими элементами кода-ответа, прикладывается сигнал фиксации. Пройдя все ячейки последующих слоев, этот сигнал появляется на входах элемента 7 рассматриваемой ячейки и через элемент 7 и ключ 1I, отпертый сигналом с вы0

5

0

5

0

;

5

0

5

хода генератора 10, прикладьшается к входам ключей 20 всех модулей 2, Но разрешение,на пропускание сигнала фиксации имеет только ключ 20 модуля, выигравшего гонки. Сигнал фиксации с выхода ключа 20 отпирает ключ 17, и узел 18 памяти за время 3 Т отслеживает уровень входного сигнала и снимает, разрешение с ключа 19 на пропускание сигнала с элемента 16 задержки. Узел 15 сравнения остается возбужденным, так как присутствуют равные напряжения на первом и втором входах сравнения, В дальнейшем сигнал фиксации с выходов модулей 2 распространяется к ячейкам предьщу- щего слоя в соответствии с направлениями вв.ода информационного сигнала. Процесс обучения ячейки был рассмотрен в предположении наличия разрешения на входах генератора IО со стороны блоков 3 и 4, Эти блоки необходимы для приема внешних управляющих сигналов при работе ячейки в системе принятия решений или адаптивного управления. Генератор 10 является возбудимым только в случае при сутствия сигнала разрешения на выходе элемента 8 и отсутствия сигнала запрещения на выходе элемента 9, Если необходимо организовать управление только разрешающего типа, то на вхо дах блока 4 необходимо установить нулевые сигналы, если необходимо организовать управление запрещающего типа, то на входах формирователя 5 необходимо установить потенциалы с уровнями Uj tn Ajj , Элементы 8 и § должны обладать порогом с уровнем Переходная характеристика формирователя 5

-3 (1 yo-l

-ь

- 1

-±1

);

А /Л - И+ / I D

где - постоянная времени формирог

вателя 5, Время управления должно перекрывать

время обучения

к

LQ , поэтому необходимо иметь в Bi-зду, что процесс управления задерживается на 3t и управляющие сигналы должны подаваться с упреждением. Обучение ячейки при наличии разрешения было рассмотрено. При наличии на входах блока 4 запрещающих сигналов элемент 9 выдает запрещение генератору 10 на отработку информационного сигнала. R резуль- тате Ключ 11 заперт, сигнал фиксации в яёйку не вводится, и ключи 11 не получают разрещения на подобучение узлов 18 памяти. Причем, управляющие сигналы разрешающего типа должны всегда присутствовать , при процессах обучения и классификации. Сигналы запрещающего типа должны подаваться только во время обучения. Это возможно потому, что обученность обре- тается только ячейками, не охваченными запрещающим воздействием,в актах обучения.

Процесс классификации отличается от процесса обучения только тем, что у обученного модуля 2 прервана цепь приложения сигнала с элемента 16 задержки и происходит сравнение уровня информационного сигнала с уровнем сигнала с выхода узла 18 памяти. Если модуль 2 фиксирует совпадение сигналов и выигрьгоает гонки аналогично ситуации записи, то выходная активность ячейки полностью совпадает с той, которая имела место на этапе обучения ячейки, создавая условия для повторения сигнальных ситуаций на входах ячеек последующего слоя, В противном слзтаае на выходах узлов 5 сравнения всех модулей 2 сигналы от- сутствугот и ячейка не откликается на неопознанный фрагмент сигнального образа.

Ячейка допускает подобучение в процессе классификации. Необходимость в этом возникает при медленном изме- HeHtm сигнальных образов. Достигается это кратковременной подачей сигналов на входы элемента 7 периферийных ячеек, связанных со значащими элементами кодов-ответов. Достигнув рассматриваемой ячейки, этот сигнал отпирает ключ 17 модуля 2 принимающ го информационный сигнал. Этого достточно, чтобы узел 18 памяти отследил новый уровень информационного сигнал Разбаланс заполненного и пришедшего сигналов определяется зоной срабатывния узла 15 сравнения.

Удержание обученности обеспечивается малостью токов утечки узла 18, Переходная характеристика разряда элемента памяти h

-i/,

h 1

где j - постоянная времени хранения. Если iU - ширина зоны срабатьшания узла 15 сравнения, то при заданном времени хранения t постоянную времени узла 18 памяти в режиме хранения можно определить из условия

с С- ГтТ )

и

ОС

где - относительная ширина зоны

срабатьшания узла сравнения, Период повторения предъявления одного и того же сигнального образа должны удовлетворять условию:

З-сГ, Т t.

За это время функция обученности уменьшится.

Ячейка обеспечивает адаптацию и к управляющим сигналам, если они следуют чаще, чем . . Этим обеспечивается, полная согласуемость ячеек при работе в системах адаптивного управления, когда в качестве базового блока используется ассоциативная классифицирующая среда.

Особый интерес представляют процессы полного и частичного стирания сигнальных путей, связанных с сигнальными образами или их фрагментами, потерявшими значимость. При редком предъявлении или снятии сигнального образа из предъявления в соответствии с переходной характеристикой хранения через время

X х1 т б

функция обученности y(t) снижается за пределы зоны срабатьгоания узла сравнения и за время 3fcvj, принимает нулевое значение. Если сигнальный образ предъявляется на фоне метающих и случайных объектов, то ячейка за счет . подобучения изменяет значения функций обученности в соответствии с ограничениями на частоту предъявления. Данными процессами реализуется процедуpa адаптации ячейки по забьшанию. Характерно , что процессы адаптации стороннего управления не требуют.

Ячейка не должна располагать информацией о конечной цели функционирования. Процесс классификации реализуется в результате коллективного поведения ячеек в составе классифицирующей среды. При этом ячейка само- стоятельно адаптируется как к фрно- . вой, так и к сигнальной ситуациям.

Формула изобретения

д

5

0 5 о Q 5

мирования импульсов соединены с входами третьего порогового элемента, выход которого соединен с входом запрещения генерации управляемого генератора, информационный вход которого подключен к выходу сумматора, выход первого порогового элемента соединен с информационным входом ключа.

Составитель А,Чеканов Редактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич Корректор М.Самборская

Заказ 6963/45 Тираж 668Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фив.г