Устройство для моделирования популяций Советский патент 1981 года по МПК G06G7/60 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к области аналогового моделирования биологических систем .и пред |наэначено для моделирования адаптирующихся популяций. Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, элементы задержки, преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов я генератор импульсов. Известное устройство можно поменять для моделирования простейшей растительной популяции fij. Однако устройство нельзя использовать для мо делирования животных популяций с известш ш распредале1шем возрастных групп. Наиболее близким по техническому решению является устройство для моделирования активности псшуляции, содержащее группы нейронных элементов, ключи, блоки задержки, коммутаторы, фильтр и сумматсф, позволяющее моделировать любую животную популяцию с учетом сезонности циклов раэмноясения удельното веса возрастных групп до уровня питания i2j. ПОПУЛЯЦИЙ Однако известное устройство не пoзвoляet моделировать адаптацию популяции к изменениям усло;вий внеишей среды, одним из признаков которой является саморегуляция рождаемости, рюгуляция соотношения полов в популяции. Цельизобретения - расширеиие функциональнь1х возможностей за счет учета приспособляемости пот/ляции к изменениям условий существования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок моделирования численности популяций, дополнительно введены блоки анализа изменения численности, ключ и нейронные элементы, причем первый выход блока моделирования численности пстуляций через первый блок анализа изменения числен- . нести соединен с управляющим входом ключа, второй выход блока моделирования о1сленности пойгуляций подключен к информационному входу ключа, выход которого через второй блок анализа изменения численности соединен с входами первого и второго нейронного элемекга, выход первого нейронного элемента соедйнбн с первой входов блока моделировання численности популяции, выход второго нейронного элемента подключен к второй труппе входов блока моделирования численности попуяяилй. Блок анализа изменения численности содержит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и разделительный диод, причем вход элемента задержки объединен с входом первого преобразователя частоты 6 напряжение и является входом блока, выход Элемента задержки через второй преобразователь частоты в напряжение соединен; с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого преобразователя , частоты в напряжение, выход сумматора соединен с анодом разделительного диода, катод которого является выходом блока. Нейррнный элемент содержит ключи, генератор импульсов, преобразователи частоты в напрюкение, сумматоры, разделительный диод, источник напряжегшя, преобразователь напряжения в частоту, блок формирования выходных импульсов к элемент задержки, причем управляющий вход первого ключа является входом нейронного элемента, выход генератора импульсов соединен с информационным входом перво го ключа, выход которого подалючен к инфор мащонному входу второго ключа и входу первого преобразователя частоты в Напряженке, выход которого соединен с прямым входом первого сумматора, выход которого подключен К первому входу второго сумматора и к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с входом блока формирования выходда Х илшульсов, выход которого подкгаочен к входу элеменгга задержки и является выходом нейронного элемента выход элемента задержки через второй преобразователь частоты в напряжение соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого через третай преобразователь частоты в напряжение соединен с выходом второго ключа, управлянщий вход которого подключен к катоду раздепительного диода и управляннцему ъкору третьего клюй, яйформационный вход котороm соединен с вьгходом источника напряжения, анод разделитетшного диода подключен к выхо ду второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа. Йа фиг. 1 представлена общая схема устрой ства; tti фиг. 2 - блок анализа изменения чис ленносш; на фиг. 3 - схема нейронного элемента; на фиг. 4 - схема блока моделирования чнсленносгв популяции. Устройство содержит блок 1 моделирования чнсленяосп п(Я1уляцш1, первый блок 2 англиза изменейяя чашекности, который моделирует изменение чнсленностя популяции, ключ 3, : второй блок 4 анализа изменения численности. 4 оторый моделирует изменение численности рождаемости, блок 5 оптимизации, содержащий нейронные злементы 6 и 7. Блоки 2 и 4 анализа изменения численности содержит преобразователи 8 и 9. частоты в напряжение, элемент 10 задержки, сумматор 11 и диод 12. Нейронные элементы 6 и 7 содержат ключ 13, генератор 14 импульсов, преобразователи 15 - 17 частоты в напряжение, сумматорьг 18 и 19, преобразователь 20 напряжения в частоту, блок 21 формирования выходных импульсов, элемент 22 задержки, источник 23 напряжения, ключ 24, диод 25, ключ 26. Блок моделирования численности популяций содержит группы 25-27 дайронньгх элементов, сумматор 28, коммутатор 29. Группы 25 и 26 нейронных элементов состоят из элементов 30 и 31 задержки, коммутаторов 32 и 33, ключей 34 - 36 и нейронных элементов 37 - 39. Группы 27 нейронных элементов состоит из нейронного элемента 40, ключа 41, элемента 42 задержки, ком.мутатора 43, нейронного элемюнта 44, фильтра 45, элемента 46 задержки и нейронного элемента 47. Работает устройство следующим образом. Если на первом выходе блока 1 моделирования численности популяций снижается частота импульсной последовательности, т.е. fi - fa 3 - fft , ro соответствует снижению численности популяцшя, то на выходе блока 2 анализа численности появляется напряжение, которое переводит положение клющ 3 в открытое состояние. Если при этом на втором выходе блока 1 моделирования числе1шости популядай также наоднается снижение частоты импульсной последовательности, т.е. fi fs ... fj , то аналогично на выходе блока 4 анализа численности появляется напряжение. При включении в работу блока 5 оптимизации на его первом выходе появляется меняющаяся импульсная последовательность FI .FI const, О FI « f а на втором выходе последовательность с частотой следования импульсов р2 const, О Периодичность изменения частот следования импульсов на первом в втором выходе блока 5 оптимизации, fte совпадает. Ймщльсные; последовательности с выхода блока 5 опти а1зации подаются на входал нейронных элементов блока 1 моделирования численности популяции. Импульсные последсжательности, подаваемые на входы нейронных элементов первой и второй групп блока 1 моделирования численности популяции с выхода блока 5 оптимизации вносят корректирстки в соотношение самцов и самок в популяции. При этом, если вносимая корректировка в какой-то момент окажется опти5мальной, t. обеспечивает стабильность числен ности популяции и стабильность рождаемости, то блоки 2 и 4 анализа изменения численности выключанлся, а на выходе блока 5 оптимизации сохраняется полученное в этот момент соотношение импульсных последовательностей, обеспечивающих стабильность популяции. Работа блоков 2 и 4 анализа изменения чис ленности заключается в следующем. Импульсная последовательность поступает на вход пер вого преобразователя 8 частоты в напряжение и через блок 10 задержки на вход второго преобразователя 9 частоты в напряжение. Напряжение с выхода первого преобразователя поступает на нейнвертирующий вход сумматор а ншряженце с выхода второго - на инвертирующий вход сумматора. Если на входе блока частота импульсной последовательност изменяется и при этом fi i fj ... f В каждый момент времени напряжение на неинвертирующем входе сумматора 11 будет больше напряжения на его инвертирующем входе. В сумматоре 11 разность напряжений усиливается и через диод 12 поступает на управляющий вход ключа 3, нормальйое положение которого закрытое. Напряжение с выхода блока 2 анализа изме нения численноста переводит положение ключа 3 в открытое положение, вследствие чего сигналы с второго выхода блока 1 моделировани численности популяций поступают на вход блока 4 анализа изменения Щ1сленности. Если при этом частота следования импульсов на входе блока 4 анализа изменения численности меня - f f ется и fi f, fs... f то на выходе пошляется напряжение, которое поступает на входы нейронных элементов 6 и 7 блока 5 оп тимизааии. Напряжение на входе нейронного элемента открывает ключ 13 и сигналы с генератора 14 импульсов Поступают на преобразователь 15 частоты в напряжение. Напряжение с выхода преобразователя 15 поступает на неинвертирующий ВХОД сумматора 18 и с выхода сумматора 18 на вход сумматора 19 и преобразователя напряжения в частоту 20, сигналы с выхода преобразователя 20 формируются в импульсы в блоке 21 формирователя выходных импульсов и с его выхода подаются на выход нейронного элемента, а также через элемент 22 задержки - на вход преобразователя 16, с выхода которого напряжение поступает на нейнвертирующий вход сумматора 18. При этом коэффициент усиления данной положительной обратной связи равен единице. Благодаря функционированию положительной обратной связи напряжение на выходе сумматора 18 начинает расти, вместе с чем растет и частота 19 следова шя импульсов на выходе нейронного элемен.а. На второй вход второго сумматора 19 через ключ 24, нормальное положение которого открытое, подается напряжение с источника 23 напряжения. Пока напряжение на первом входе сумматора 19 меньше напряжения на его втором входе диод 25 запирает выход сумматора . Как только напряжение на первом входе Сумматора 19 превысит напряжение на его втором входе, напряжение через диод 25 поступает на управляющие входы ключей 24 и 26. Ключ 24 переходит в закрытое положение, а ключ 26 - в открытое. Вследствие этого напряжение на втором входе сумматора 19 исчезает и напряжение на его в{ 1ходе возрастает и с.ановится равным напряжению на выходе первого сумматора 18. Через открытый этим напряжением ключ 26 сигналы с выхода генератора 14 импульсов поступают на вход преобразователя 17. С этого момента налряже1ше на выходе сумматора 18 и пропорциональная ему частота следования имп льсоБ на выходе нейронного элемента начинают падать. В тот момент, когда напряжение на выходе сумматора 18 и на первом входе сумматора 19 достигает нуля, ключ 24 снова перейдет Б открытое положение, а ключ 26 - в закрытое. После этого напряжение на сумматоре 18 нашют возрастать. Оба нейронных элемента блока 5 оптимизации независимы. Каждый из них имеет собственные источники 14 входных илтульсов и собственные ЙСТОЧ1ГИКИ 23 напряжения, кроме того, веса тормозных входов их могут отличаться. Ритмы работь нейронных элементов не совпадают. Величина максимальной частоты следования импульсов на входе каждого нейронного элемента зависит от велишны напряжения на втором входе сумматора 19, крутизна нарастания частоты следовагош импульсов зависит от частоты импульсов на выходе генератора 14 импульсов, крзтгизна падеш я частоты следования импульсов - от веса тормоэного вхсла, который Превышает едшшцу. Сигналы с выходов блоков 5 оптим}1зации, поступая на входы нейронных элементов первой (мэдель младшей гр)шпы самок) группы и второй (модель младшей группы самцов) группы блока 1 моделирования численности популяции вносят корректировку в соотношение самцоч и самок в этих группах популяции. Таким образом, сигналы с выходов блока 5 оптимизации будут моделировать иэменекие соотношения попов в ПJпyляцш. Если в резульате таких постоянно вносимых поправок в соотношеше полов в популяции будет достигуто прекращение снижения численности попуяции или рождаемости, что выразится в стаилизации частоты импульсной последовательноси на выходах блока 1 моделирования числен78ности пснтуляции, то прекращение работы блоков 2 и 4 анализа изменения численности при ведет к переводу ключей 13 нейронных элементов 6 и 7 в закрытое положение, что будет сопровождаться стабилизацией частот импульсных последовательностей на выходах блока 5 f оптимизации. Если по каким-то причи1нам соотношение численности полов перестанет удовлетворять стабильности популйции, то описанный процесс повторится и установится новое соотношение тасленности полов, отвечающее повым условиям. На устройстве можно моделировать животную Популяцию как с моногаммным, так и с полигаммным типом семьи. Ф о р м у ла изобре те н и я 1. Устройство для моделирования популяций, содержащее блок моделирования численности популяций, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета приспособляемости популяции к изменениям условий существования в него дополнительно введены блоки анализа изменения численности, ключ и нейронные элементы, причем первый выход блока моделирования численности псяпулящй через первый блок анализа изменения численности соединен с управляющим входом ключа, второй выход блока моделировагаш численности популяций по подаслючен к информационному входу ключа, выход которого через второй блок анализа изменения численности соединен с входами первого и второго нейронного злемента, выход первого нейронного злемента соединен с первой группой входов блока моделировашш численности популяций, выход второго нейронного элемента подключен к второй группе входо блока моделирования численности популяций. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок анализа изменения числен ности содержит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и разделительньш диод, причем вход элемента задеряоси объединен с входом первого преобразователя частоты в напряжение и является вхо дом блока, выход элемента задержки через второй преобразователь частоты в напряжение соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого преобразователя частоты в напр яжега1е, выход сумматора соединен с анодом разделительного диода, катод которого является выходом блока. 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что нейронный элемент содержит ключи, генератор импульсов, преобразователи частоты в напряжение, сумматоры, разделительный диод, источник напряжения, преобразователь напряжения в частоту, блок формирования выходных импульсов и элемент задержки, причем управляющий вход первсяо ключа является входом нейронного злемента, выход генератора импульсов соединен с информационным входом первого ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и входу первого преобразователя тастоты в напряжение, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с входом блока формирования выходных импульсов, выход которого подключен к входу злемента задержки и является выходом нейр жного элемента, выход злемента задержки через второй преобразовательчастоты в напряжеше соединен с вторым входом сумматрра, третий вход которого через третий преобразователь частоты в напряжение с динен с выходом второго клоча, управляющий вход которого подключен к катоду разделительного щюда и управляющему входу третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом источника напряжения, анод разделительного диода подключен к выходу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторсжое свщехельство СССР во заявке № 2675140/18.24, 1сл. G Об G 7/60, 18.05.79. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2716369/18-24, кл. G ( G 7/60, 29.06.79 {прототип).

rz

т

20

2f

Фиг. 5