Устройство для моделирования нейронной сети Советский патент 1980 года по МПК G06G7/60 

1

Изобретение относится к электрическому моделированию, в частности к моделированию нервной система, и может быть использовано для моделирования популяций, в частности, в5 качестве блока, моделирующего уровень популяции растительных организмов, представляющих источник питания других уровней популяции.

Известно устройство для моделиро- 10 вания нейронной сети, содержащее блоки моделирования нейронов, генератор тактовых импульсов, блоки триггеров, генератор равномерно распределенных случайных чисел и преобразователь кона распределения {l}. При этом выходы блоков триггеров соединены с :управляющими-входами одного из блоков моделирования нейронов, сигнальные входы которого подключены к выхо-20 дам других блоков моделирования нейроноб,.а выход - к соответствующим сигнальным входам других блоков модели- рования нейронов. Генератор равномерного распределенных случайных чисел 25 и преобразователь закона распределения соединены последовательно. Выходы преобразователя соединены с первыми входами блоков триггеров, к вторым зходам Т;сторых подключены выходы f е-.ЗО

нератора тактовых имПульсов и вход .. генератора равномерно распределенных .случайных чисел.

Недостатками известного устройства являются неоправданно усложненный способ управления синапсами нейроподобных элегтентов, сложность конст рукции, отсутствие возможности обобщить изменения формы сигналов в пределах данного .класса, невозможность оперативного запоминания опознанной формл сигнала.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, каждый из которых имеет п возбуждающих и m тормозящих входов

12 ..

Выход кахсдого нейронного элемента

через цепь обратной связи соединен с его возбуждающим входом, а последний подключен к тормозящим входам соседних нейронных элементов. Это устройство позволяет осуществлять опознание формы сигнала и обобщение изменений формы в пределах данного класса.

Недостатка ли его являются невозможность моделирования циклической активности нейронной сети и невоэможность распознавания циклических последовательностей нервных импульсов. Цель изобретения - расширение фун ционсшьных возможностей за счет моде лирования биологических ритмов нейро ной сети. Указанная цель достигается тем, ,что в устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, каждый из ко торых имеет п возбуждающих и m тормозящих входов, введены элементы задержки, преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов и генератор импульсов с регулируемой частотой, выход которого подключен к входам ключей нейронныхэлементов, выходы которых соединены с первыми возбуждающими входами соответствующих нейронных элементов группы,, выход каждого нейронного элемента под-каючен к втором/ возбуждающему входу этого же нейронного элемента и через последовательно соединенные элемент задержки и преобразователь частоты в напряжение подключен.к управляющему входу ключа последующего нейронного элемента своей группы и к соответствующему входу выходного нейронного элемента, выход которого является выходом устройства, выход последнего нейронного элемента первой .группы соединен чере.з последовательно соединенные элемент задержки и преобразователь частоты в напряжение с управляющим входом ключа первого нейронного элемента второй группы и с входом элемента задержки, выход ко торого подключен к первому тормозяще му входу первого нейронного элемента первой группы и через преобразовател частоты в напряжение - -к управляющем входу ключа первого нейронного элемента первой группы, выход первого нейронного элемента первой группы со динен с первым тормозящим входом пер вого нейронного элемента второй груп пы, первый тормозящий вход каждого нейронного элемента группы, кроме последнего, через элемент задержки подключен к перелому тормозящему входу последующего нейронного элемента своей группы, остальные входы каждого нейронного элемента являются входами устройства. На чертеже изображена структурная схем устройства для моделирований нейронной сети. Устройство содержит генератор ймпульАоэ 1, ключи 2 и 3 нейронных эле ментов, две группы 4 и 5 нейронных элементов б и 7, элементы задержки 8, преобразователи частоты в напряжение 9 и выходной нейронный элемент 10,11 12 и 13 входы нейронных элементов. В качестве нейронных элементов могут быть использованы устройства для моделирования нейронов. Устройство работает следуюащм образом. С генератора импульсов 1 через ключ 2, нормальное состояние которого открытое, на возбуждающий вход 12 нейронного элемента 6 поступают импульсы с частотой Гд, Благодаря положительной обратной связи выход-вход IIс весом, меньшим 1, происходит насыщение нейронного элемента б до максимальной частоты на выходе f«Qv34. Через элемент задержки 8 импульсы поступают на преобразователь частоты в напряжение 9,С выхода преобразователя 9 напряжение подается на управля1сщий вход ключа 3, нормальное состояние которЬго.закрытое, и ключ 3 открывается. Начинает аналогичным образом работать второй нейронный элемент 6. При насыщении последнего нейронного элемента б первой группы 4 через элемент задержки 8 -и преобразователь 9 на управляющий вход ключа 2 поступает сигнал, прекращающий доступ импульсов на вход 11, Одновременно на тормозящий вход 13 первого нейронного элемента 6 первой группы 4 поступает сигнал с выхода последнего нейронного элемента 6 первой группы 4, прекращающий генерирование импульсов нейронным элементом 6. Сигнала на выходе не будет , и ключ 3 закрывается, прекращая доступ импульсов с генератора 1 на вход II нейронного элег/юнта 6. Одновременно через тормозной вход 13 прекращается генерация импульсов нейронным элементом. При прекращении генерации последнего нейронного элемента 6 первой группы 4 открывается ключ 2, и процесс повторяется. При прекращении генерации первого нейронного элемента б первой группы 4 снимается воздействие с тормозного входа 13 первого нейронного элемента 7 второй группы 5, и начинает аналогичным образом работать вторая группа 5 нейронных элементов 7 которая прекращает генерацию, как только первый нейронный элемент б первой группы достигает насыщения.. Сигналы с выходов 1ейронных элементов б и 7 суммируются нейронным эле-ментом 10.. Помимо задающего генератора 1 в устройстве предусмотрена возможность включения генератора случайных сигналов, который подключается к свободным тормозящим или возбуждающим входам. Устройство может применяться для многозначного распознавания и кодирования сигналов и позволяет моделировать и распознав-ать импульсные последовательности со сложным ритмическим кодированием. Устройство может применяться в моделировании экологических процессов, в частности в моделировании растительной популяция с учетом сезонного распределения роста отдельных групп, удельного веса каждой группы в площа ди, занимаемой популяцией, продуктив ности, устоПчивости к .моделируемом воздействиям заданного и случайного характеров, а кроме того, с учетом введения отсчета времени в многоуров невую систему популяции. В данном случае частота задающего генератора моделирует климатические и почвенныеусловия роста растительной популяци и, каждый из видов которой моделируется cooтвeтcтвyющи /IИ нейронными элементами первой группы. Применение положительных обратных .связей и возрастание активности нейронных элементов моделирует в данном случае динамику роста и размкох ения данного -растительного вида, причем расположение нейронных элементов в сети и очередность их включения и угасания моделирует сезонное распределение роста растительных видов дан ной популяций . Одновременной эта сезонность и периодическая активность является эталоном времени в случае подключения данного блока к другим блокам в модели экологической система. Подключение генератора случайных чисел позволяет моделировать благоприятные и неблагоприятные климатические условия. Для расширения класса моделирования в систему введена дополнительная группа 5 нейронных элементов 7, уровень активностей которой моделирует зимние запасы растительной пищи попу ляции как в естественных условиях, так и в сельском хозяйстве. В последнем случае уровень активностг этой группы моделирует количество зимних запасов кормов, как пр изведенных или накопленных в данном производстве. Кроме того, активность данной группы может моделировать уро вень искусственного подкармливания диких животных при ведении лесного хозяйства, в охотничьих угодьях, в заповедниках, в рыбном хозяйстве. Та ким образом, данная модель является необходимым блоком модели выс111его уровня. Благодаря введению новых элементо и связей между ними расширились функциональные возгжэжности устройств Формула изобретения Устройство для моделирования нейронной сети, содерх ащее две группы нейронных элементов, каждый из которых имеет п возбуждающих и m тормозящих входов, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования биологических ритмов нейронной сети, в него введены элементы задержки,преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов и генератор импульсов, выход которого . подклю.чен к входам ключей -нейронных элементов, выходы которых соединены с первыми возбуждающими входами соответствующих нейронных элементов,групп, выход каждого нейронного элемента подключен к второму вoзбyJKдaющeмy входу этого же нейронного элементу , и через последовательно соединенные элемент задержки и преобразователь частоты в напряжение подключен к управляющему входу ключа поСледующето нейронного элемента своей группы и к соответствующему входу выходного нейронного элемента, выход которого является выходом устройства, выход последнего нейронного элемента первой группы соединен через последовательно соединенные элемент задержки и преобразователь частоты в напряжение с управляющим входом ключа первого нейронного элемента второй группы и с.входом элемента задержки, выход которого подключен к первому тормо.зящему-входу первого нейронного элемента первой группы и через преобразователь частоты в напряжение - к управляющему входу ключа первого нейронного элемента первой группы, выход первого нейронного элемента первой группы соединен с первым тормозящим входом первого нейронного элемента второй группы, первый тормозящий вход каждого нейронного элемента группы, кроме последнего, через элемент задержки, подключен к первому тормозящему входу последующего нейроннчого элемента своей группы остальные входы каждого нейронного элемента являются входами устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 496572, кл. G 06 G 7/60, 1973. 2,Авторское свидетельство СССР 578579, кл. G Об G 7/60, 1974 (прототип) .