Ячейка ассоциативной классифицирующей среды

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

191 . А1 (19) (И) (51) 4 G 06 F 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 . (21 ) 4223236/24-24 (22) 06.04,87 (46) 15,11 .89.Бюл, В 42 (71 ) Таганрогский радиотехнический институт им,В.Д.Калмыкова (72) Н.И.Денисенко и А.П.Дятлов (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 849201, кл. G 06 F 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 879582, кл. G 06 F 7/00, 1980. (54) ЯЧЕЙКА АССОЦИАТИВНОЙ КЛАССИФИЦИРУ10ЩЕЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к вычислиИзобретение относится к вычислительной технике и технической кибррнетике и предназначено для HcrloJlbэования.в качестве базового элемента при построении адаптивных классификаторов сигнальных миогокомпонентных 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 I ассоциативной памяти, состоящий из модулей 2, два блока 3 и 4 формирования импульсов, содержащие формирователи 5 импульсов, сумматор 6, пороговые элементы 7-9, управляемый гене2 тельной 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 эа счет реализации функции адаптации. Ячейка содержит блок ассоциативной памяти, состоящий иэ модулей ассоциативной памяти, два блока формирования импульсов, состоящие из формирователей импульсов, сумматор, пороговые элементы, управляемый генератор и ключ, 1 з.п. ф-лы, 2 ил..ратор 10, ключ 11, информационные входы 12 блока

Модуль 2 (фиг.2) содержит входной фильтр 13, пиковый детектор )4, узел

15 сравнения, элемент 16 задержки, первый ключ 17, узел 18 памяти, вто.рой 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 фоновая активность с пуассоновским за": коном распределения к

Р (.) = - - 1 " где Р (C) — вероятность следования (к

k импульсов за время t;

1522191 и с %1о () и с ю (1

-+и|, -1 )(1 -4("i

+ -- — — (1 ф„н -1!

О!

5 99 ("Н 1 — 1 ), ул 9о 1 "о9

1 th !со -+иl н — (1 -1 )

qo

U T « 0,1 U073 и Т .З<,, °

t >- 3 — средняя частота следоваТ ния импульсов.

Если считать, что импульсы нормированы по длительности и амплитуде и фоновая активность представляет собой

5 стационарный процесс, то можно рассматривать усредненное значение напряжения

Uo = — — U(t)dt о h q !

1 "-1n "1 т

6=1

Если переходная характеристика входного фильтра 13

-Ю, !. 20

1 () =--" — (1 -1 );

-1 о л л л и ь,7> o To» время Ь 3 с, напряжение U „ на выходе этого фильтра а при неограниченном времени слеже- 30

HHH будет полностью скомпенсировано чем достигается адаптация ячейки по привыканию. Отсюда следует, что время

t предъявления в период Т повторения сигнальных образцов должны удов- 35 летворять условиям:

Пусть по входам среды приложен 40 сигнальный образ в виде пространственной композиции потоков импульсов с частотным кодированием уровней сигналов, Пройдя ячейки предшествующих слоев среды, на входах данной ячей- 45 ки активность представляешься также в виде потоков импульсов с пуассоноваким распределением. Ко входам входного фильтра 13, вьщеленного модулем

2, прикладывается усредненное зна- 50 чение сигнала

Uoc Umt n 1 с °

Если переходная характеристика накопления h„(t) узла 18 памяти

Ь„() =11 где с н — постоянная времени накопления 9 то пренебрегаемая ослаблением сигнала детектором 14 н ключом 17, формируется функция обученности, нормированная по Б

= „! сн фи ь„о о

qîц где 1„- время предъявления сигнального образа, «л

ЧОН "О "Н 9 л

Ч1Н "i Н9

У(И) и "с 1 4 (п) 1 -tn !61 -1и ДАФН (1 -1" ).

q -1

Отсюда следует ограничение, что л л

,н (< с . В этом случае при tн =

Л. Л A A, A

-3.,;,, =1О „;,=10., У(и) о 8 t„%o >(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 неизвестный сигнальный образ. Если приложенный сигнальный образ не полезен, .то иа входах элементов .7 периферийных и всех предыдуших ячеек отсутствуют сигналы фиксации и независимо от состояний генераторов 10 ячеек ключи 17 всех модулей 2 заперты, чего достаточно для блокировки памяти прежней обученности ячеек.

1(1;1=1-X

+(о

) 10

5 152219

Если данный модуль 2 не имеет обученности, то со стороны узла 18 памяти ключ 19 получает разрешение на прохождение задержанного элементом 1 6 за- с держки сигнала входной активности. Переходная характеристика элемента запеожки где ь — постоянная времени элемента

jr з аде ржк и, удовлетворяющая

Л г условию Зо ь>(1.

Время 3 с должно превышать время 15 прохождения волны активностей по всей обученной среде с тем, чтобы процесс классификации оканчивался раньше, чем начинался процесс подобучения ячеек. В частности, если клас= 20 сифицирующая среда имеет m слоев, то v = m(.4-5) с При воздействии неизвестного сигнального образа на модуль 2 без предварительной обученности по истечении времени 3 один 25 и тот же уровень сигналов поступает на первый и третий входы сравнения узла 15 сравнения. Ha его выходе появляется сигнал, который отпирает ключ 20, разрешая ввод в данный узел 30 сигнала фиксации, и прикладывается через сумматор 6 ко входу генератора 10, на выходе которого появляется, импульсный поток с частотой, пропорциональ-. ной 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 40 сформируется равенство сигналов на входах сравнения узла 15 сравнения.

Этим достигается минимизация занятости ячейки сигнальными путями. Таким образом, слияние сигнальных путей 45 обеспечивается входным фильтром 13 принимающего модуля, Причем, эти пути принадлежат одному сигнальному образу.

1 6 тов 7 ячеек, связанных 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 11, отпертый сигналом с выхода генератора 10, прикладывается к входам ключей 20 всех модулей 2. „

Но разрешение на пропускание сигнала фиксации имеет только ключ 20 модуля, выигравшего гонки. Сйгнал фиксации с выхода ключа 20 отпирает ключ

l7, и узел 18 памяти за время 3 1,< отслеживает уровень входного сигнала и снимает. разрешение с ключа 1 9 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 предыдущего слоя в соответствии с направлениями ввоца информационного сигнала.

Процесс обучения ячейки бып рассмотрен в предположении наличия разрешения на входах генератора 10 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 *

Ь только разрешающего типа, то на входах блока 4 необходимо установить нулевые сигналы, если необходимо организовать управление запрещающего типа, то на входах формирователя 5 необходимо установить потенциалы с уровнями U t %„ . Элементы 8 и 9 должны обладать порогом с уровнем

U t Ô . Переходная характеристика формирователя 5

Пройдя данную ячейку, информационные сигналы, перемешиваясь на вход- . ных фильтрах. ячеек последующих слоев достигают слоя отведения ответов.

Если среда обладает достаточной связ- 55 костью, то активность каждой ячейки выходного слоя коррелирует со всем сигнальным образом. По окончании переходных процессов на выходах элемен л с! 2„

3 % о и.

910 = ЬФ /ьojj где 2 — постоянная времени формиро .3 вателя 5.

Время управления должно перекрывать время обучения > о, поэтому не1522191 обходимо иметь в виду, что процесс управления задерживается на 3 ь и о управляющие сигналы должны подаваться с упреждением. Обучение ячейки

5 при наличии разрешения было рассмотрено. При наличии на входах блока ч запрещающих сигналов элемент 9 выдает запрещение генератору 10 на отработку информационного сигнала. R резуль- IQ тате ключ 11 заперт, сигнал фиксации в яейку не вводится, и ключи 11 не получают разрешения 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 вбзможно потому, что обученность обре- 20 тается только ячейками, не охваченными запрещающим воздействием.в актах обучения.

Процесс классификации отличается от процесса обучения только тем, что 25 у обученного модуля 2 прервана цепь приложения сигнала с элемента 1б задержки и происходит сравнение уровня информационного сигнала с уровнем сигнала с выхода узла 18 памяти. Если 30 модуль 2 фиксирует совпадение сигналов и выигрывает 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 случае на выходах узлов 15 сравнения всех модулей 2 сигналы отсутствуют и ячейка не откликается на неопознанный фрагмент сигнального образа, Ячейка допускает подобучение в процессе классификации. Необходимость 15 в этом возникает при медленном изменении сигнальных образов. Достигается это кратковременной подачей сигналов на входы элемента 7 периферийных ячеек, связанных со значащими 5р элементами кодов-ответов. Достигнув рассматриваемой ячейки, этот сигнал отпирает ключ 17 модуля 2> принимающего информационный сигнал. Этого достаточно, чтобы узел 18 памяти отследил новый уровень информационного сигнала.

Разбаланс заполненного и пришедшего сигналов определяется зоной срабатывания узла 15 сравнения.

Удержание обученности обеспечива— ется малостью токов утечки узла 18.

Переходная характеристика разряда элемента памяти h„

+ ь х л где ь „— постоянная времени хранения °

Если ЬП вЂ” ширина зоны срабатывания узла 15 сравнения, то при заданном времени хранения т,„ постоянную Bреме— ни узла 18 памяти в режиме хранения можно определить из условия где С; — относительная ширина эоны срабатывания узла сравнения.

Период повторения предъявления одного и того же сигнального образа должны удовлетворять условию: х °

За это время функция обученности уменьшится.

Ячейка обеспечивает адаптацию и к управляющим сигналам, если они следуют чаще, чем If3 . Этим обеспечивается полная согласуемость яче f ек 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

1п

1 функция обученности у() снижается за пределы зоны срабатывания узла сравнения и за время 33,:„принимает нулевое значение, Если сигнальный образ предъявляется на фоне мешающих и случайных объектов, то ячейка за счет подобучения изменяет значения функций обученности в соответствии с ограничениями на частоту предъявления. Данными процессами реализуется процеду) 522191 ра адаптации ячейки по забыванию. Характерно, что процессы адаптации стороннего управления не требуют.

Ячейка не должна располагать информацией о конечной цели функциони5 рэвания.Процесс классификации реализуется в результате коллективного поведения ячеек в составе классифицирующей среды. При этом ячейка само- 1О стоятельно адаптируется как к фоно- . вой, так и к сигнальной ситуациям.

Формула изобретения

1, Ячейка ассоциативной классифицирующей среды, содержащая блок ассоциативной памяти, сумматор и первый пороговый элемент, причем информационные входы ячейки подключены к инфор- 2О мационным входам блока ассоциативной

\ памяти, выходы первой группы которого соединены с ячейкой, а выходы второй группы подключены к входам сумматора, входы сигналов .фиксации информации 25 устройства соединены с входами первог

ro порогового элемента, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет реализации функции адаптации, в ЗО нее введены второй и третий пороговые элементы, управляемый генератор, два блока формирования импульсов и ключ, причем входы сигналов разрешения фиксации устройства через первый блок формирования импульсов соединены с входами второго порогового элемента, выход которого соединен с вхо дом разрешения генерации управляемого . генератора, выход которого соединен 4О с устройством управляющим входом ключа, выход которого соединен с входом сигнала фиксации блока ассоциативной памяти, входы запрещения фиксации устройства через второй блок фор- 45 мирования импульсов соединены с входами третьего порогового элемента, выход которого соединен с входом аап— решения генерации управляемого генератора, информационный вход которого подключен к выходу сумматора, выход первого порогового элемента соединен с информационным входом ключа.

2. Ячейка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок ассоциативной памяти содержит и модулей, где

n — - число, каждый из которых содержит входной фильтр, пиковый детектор, три ключа, узел сравнения и узел памяти, в каждом модуле выход входного фильтра соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, входом элемента задержки и первым информационным входом узла сравнения, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен с входом узла памяти, выход которого соединен с вторым информационным входом узла сравнения и управляющим входом третьего ключа, выход которого соединен с третьим информационным входом узла сравнения, информационный вход третьего ключа подключен к выходу элемента задержки, информационные входы блока соединены с входами входных фильтров всех модулей, выходы вторых ключей каждого модуля соединены с выходами первой группы блока, выход узла сравнения i-го модуля (i = 1,n) соединен с i-ми входами запрета сравнения узлов сравнения всех модулей, кроме

i-го, и i-м выходом второй группы выходов блока, управляющие входы . вторых ключей всех модулей соединены с входом сигнала фиксации блока.

15221 91

Фиа 2

Составитель А,Чеканов

Редактор Т. Парфенова Техред M.Ходанич

Корректор M. Самборская

Заказ 6963/45 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101