Устройство для вычисления оптимальной структуры пороговых элементов

Устройство для вычисления оптимальной структуры пороговых элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О ll И С А Н И Е «»635488

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Саеетскик

Социалистических

Республик

Ф «к,.., ":;.. .-:. - 7

Ъ-- Ь = (61) Дополнительное к авт. св !д-зхт— (22) Заявлено 14.04.76 (21) "346138 18-24 (51) у1.Кл.- G 06 Г 15/20 с !присоединением заявки ¹â€”

1асударстеенный комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.11.78. Бюл, !етс!!ь X" 44 (53) УДК 681.332.65 (088.8) по делом изобретений и открытий (45) Дата опубликоза:-:ия Оп IcaнII 3Х11.78 (72) Авторы изобретения

С. В. Архангельский и В. И. Качур 1

Куйбышевский институт инженеров ткеиевнодорожно о!и транспорта (71) Заявитель.у- -: =,тд (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ОПТИМАЛЪНОЙ СТРУКТУРЫ ПОРОГОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к вычислительной технике. Оно может, использоваться для решения задач, которые сводятся к нахождению решения произвольной конечной системы линейных однородных неравенств.

Такими задачами, в частности, являются задачи классификации, синтеза оптимальных структур пороговых элементов, проектирова нне ряда линейных электрических схем, например блоков взвешенного суммирования, с оптимальными параметрами.

Известно устройство, позволяющее вычислять оптимальную структуру (или вектор оптимальных параметров или оптимальный вектор структуры) пороговых элементов (1). Это устройство содержит ключи, блок поиска минимума, сумматор, блок перебора входных ситуаций и блок весовых коэффициентов.

При использовании этого устройства невозможно для любой функции, подлежащей реализашш, точно определить время, по истечении которого значение погрешности впервые достигает заданной величины.

Наиболее близкое к изобретению техническое решение — устройство, содержа;цее блок интегрирования, выход которого подключен и первым входам блоков определения скалярных произведений векторов, вторые входы которых соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы подключены к соответствующим входам бло!,а поиска M!II!IDIO ма, выходы 1:.Оторого соединены с управляющими входами ключей, в.,оды которы., соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы — с соответствующими входами блока определения центра тяжести векторов, выход которого соединен с входом блока

Io интггр 1рования (2).

3:качения параметров структуры порогового элемента, т. е. значения коорди!1а с

ГЕI ТОРа СТР т КТ т Pbl, СНИМаlоТСЯ В ЭТОМ УCT ройстве с выходов олоков интегрирования.

15 В дальнейшем при описаьнш удобней считать, !то имеется один блок интегрироваIl» и-мерного вектора.

Для вычисления оптимального вектора структуры с абсолютной точностью с по20 мощью данного устройства требуется, в обцем случае, неограниченно большое время.

Одна:o на практике всегда достаточно знать оптимальные параметры порогового элемент". с некоторой погрешностью, ограниченной снизу, по крайней мере, возмо>кHocTI, их фи";Ilческой реализации.

Оптимальным вектором структуры считается такой единичный вектор, для которого з:-та !ение минимального скалярного произведения со всеми входными вектора20

".5 ми (минимальное значение взвешенной суммы входных переменных или пгосто взвешенной суммы) максимально. Для каждой функции, реализуемой пороговым элементом, существует свое максимальное значение минимальной взвешенной суммы.

Погрешность, с которой произвольный вектор структуры равен оптимальному, оценивается отношением значения мпнпмальной взвешенной суммы для дан ого вектора к величине минимальной взвешенной суммы для оптимального вектора. Это отношение меньше или равно 1. В последнем случае произвольный вектор совпадает с оптимальным.

Так как оптимальный вектор заранее не известен и, следовательно, не известно максимальное значение минимальной взвешенной суммы, то проконтролировать в явном виде в ходе вычислительного процесса, с какой погрешностью текущий вектор структуры равен оптимальному, невозможно. Кроме того, невозможно для любой функции, подлежащей реализации пороговым элементом, точно определить время, по истечении которого значение погрешности равенства текущего и оптимального векторов впервые достигает заданной величины. Поэтому в известном устройстве, выходами которого являются выходы блоков интегрирования, считывание показаний может производиться только через такое время, по истечении которого гарантируется, что указанная погрешность уже не может быть больше некоторой наперед зада нной величины, т. е. процесс заканчивается тогда, когда вектор структуры вошел в область допустимой погрешности и не сможет уже из нее выйти. Это время. больше того времени, по истечении которого гарантируется, что заданная величина точности была достигнута хотя бы один раз за любое, как угодно короткое, время.

Цель изобретения — повышение оыстоодействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительчый блок определения скалярных произведений векторов, первый вход которого соединен с выходом блока определения центра тяжести векторов, второй вход соединен с выходом блока интегрирова;шя, указатель максимума, вход которого соединен с выходом дополнительного блока определения скалярных произведений вектороз, и блок памяти, вход которого соединен с выходом блока интегрирования, управляющий вход подключен к выходу указателя лаксимума, а выход соединен с выходом устройства.

Дополнительный блок определения скалярных произведений векторов вычисляет значение минимальной взвешенной суммы для текущего вектора структуры. Это значение взвешенной суммы анализируется на максимум с помощью кязателя макси10

35 (0

65 мума. Выходной сигнал последнего равен

1, если сигнал на его входе больше, чем все предыдущие значения, и равен О в противном случае.

Блок запоминания вектора работает таким образом, что, если управляющий сигнал с указателя максимума равен 1, то его выходные сигналы всегда равны соответствующим сигналам с выходов блока интегрирования. Если же сигнал с указателя максимума равен О, то выходные сигналы блока памяти не изменяются и сохраняют те же значения, которые были в мо:;|ент последнего по времени изменения значения сигнала с указателя максимума с1наО.

Благодаря введению в устройство указанных трех блоков на его выходе всегдя присутствует вектор структуры, для кото(-:ого минимальная взвешенная сумма входов имеет максимальное значение за все время процесса вычислений, т. е. вектор структуры, равный оптимальному с наименьшей погрешностью, которая была достигнута за весь процесс вычислений. Поэтому съем показаний с данного устройства можно осуществлять через такое время, о котором известно, что в течение его существовал хоpB бы один момент, когда вектор структуры равнялся оптимальному с заданной погрешностью. Это время всегда меньше времени, через которое снимаются показания в известном устройстве, так. как последнее рассчитывается из условия, чтобы вектор структуры, войдя в область допустимой погрешности, никогда бы из этой области не мог выйти.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Для большей наглядности эта схема представлена в векторной форме, где совокупность блоков, выполняющих определенную функцию над компонентами векторов, заменяется одним блоком, выполняющим соответствующую операцию над вектором в целом.

Устройство содержит блок I памяти входных ситуаций, ключи 2, 8, блок 4 определения центра тяжести векторов, блок б интегрирования, блоки б, 7 определения скалярных произведений, блок 8 поиска минимума, блок 9 определения скалярных произведений, указатель 10 максимума, блок 11 памяти.

Блок 1 представляет собой запоминающее устройство (аналоговое или цифровое), имеющее ряд выходов, количество которых определяется размерностью и числом входных ситуаций (входных векторов), на которых опеределена функция, подлежащая реализации пороговым элементом. Значения координат всех входных векторов для заданной функции записываются в блок 1 перед вычислением оптимальной структуры порогового элемента.

635488

65

Через ключи 2, 8 входные векторы из блока 1 могут подаваться на вход блока 4.

Блок 5 представляет собой совокупность одновходовых блоков интегрирования. Каждый из блоков б, 7 содержит двухвходовые узлы перемножения, выходы которых объединены на входе сумматора. Выход сумматора является выходом всего блока.

Указатель 10 максимума включен ме>кду выходом блока 9 и управляющим входом блока 11 памяти. Последний представляет собой регистр аналоговой памяти с ключами на в .îäå, которые управля(отся сигналом с выхода указателя 10 максимума.

Процесс вычисления оптимального вектора структуры порогового элемента происходит следующим образом.

В блок 1 памяти входных ситуаций предварительно записываются все координаты всех входных векторов, на которых определена заданная функция, подлежащая реализации пороговым элементом.

Блоку 5 интегрирования задаются начальные условия (блок задания начальных условий на схеме не показан), в качестве

Ko TopbIx использу ется один (любой) из входных векторов. После этого начальный вектор структуры на выходе блока 5 интегрирования пер емножается скалярно со всеми входными векторами в блоках б, 7, на выходах которых образуются значения всех взвешенных сумм входных перемекных, Указанные значения анализируются блоком 8 поиска минимума. У этого блока возбуждаются те выходы, которым соответствуют минимальные значения взвешенных сумм на входе.

Возбужденные выходы блока Я поиска минимума открывают соответствующие ключи 2, 3 и соответствующие этим ключам входные векторы поступают на входы блока 4. На выходе последнего образуется вектор, значение каждой координаты которого равно среднему арифметическому значений соответствующих координат всех входных векторов. Этот вектор, дающий минимальную взвешенную сумму, поступает на входы блока 5 интегрирования, в результате чего выходные сигналы последнего изменяются. При изменении выходного вектора блока интегрирования изменяются значения скалярных произведений этого вектора со всеми входными векторами, в результате чего изменяется соотношение сигналов на выходах блоков 5, 7 определения скалярных произведений векторов.

При этом оказываются открытыми какие-либо другие из ключей 2, 8 и другие входные векторы подаются из блока 1 ка вход блока 4, что приводит, к изменению входных сигналов блока 5 H(;Tel p((poBBния.

5 0

Благодаря тому, что на входе этого блока всегда присутствует вектор, дающий и((има,-ькую взвешенную сумму входных перс с;-нь(х, изменение выходного вектора блока 5 и;оисходит в сторону увеличения абсол(от»ого зкачення минимальной взвешен»,;-"; суммы. Одна о это изменение происход:IT-к:.е»окотонно.

Блок 9 Определе;-:ия с алярных произведен. I.. вскторов вычисляет абсолютное зна с(»не минимально((взвешенной суммы входов, которое анализируется указателем

10 МB(cc(l.„ .ìB. Если входной(сигнал этого олока сольше, чем все предыдущие зна ия. то его выходкой сигнал равен единичном, значекцю. При этом выходной всктop =.-.o = 1! равен выходному вектору блока 5 н»тегрнрованпя. Если вектор,на выходе этого блока изменится так. что абсолютное зкачен(*.е»пнимальной взвешенHo(I суммы уменьшится, то сигнал с выхода указателя 0 максимума станет равен нул:о. При этом вектор на выходе олока 1 зафнксируется. Дальнейшее изменен((е этого вектора возможно только в случае, когда изме»ение выходного вектора блока 5 интегрирования приводит и увеBIIHBHI(lо последнего наибольшего значения минимальной взвешенной суммы.

Таким образом, на выходе 12 устройства всегда присутствует вектор структуры, для которого значение минимальной взвешенной суммы макси.,(ально за все прошедшее гремя вычислений. Поэтому снимать показания с cTpollcTBB можно по истечении времени. внутри которого был готя ob: один момент, когда текущий вектор структуры равнялся оптимальному с заданной погрешностью. Это время всегда

»екьше вре»еки, по истечении которого погрешность рà-.âåíñòâà текущего вектора

cTp) етурь(Опти(i(алькох(, Ве(;тору не Выходит за допустимые пределы.

Сокращение времени вычисления оптих(ального Вектора стр(KT% pb(с1 щсственно расширяет сферу применения предлагае»ого устройства. С помощью этого устройства

;асто приходится решать системы из ста и более неравенств с таким же количеством ненззестнь:х. Такие задачи Встречаются, например, при расчете блоков взвешенного суммирования в спектральных преобразователях матричного типа. ВыигpblIII во времени вычисления оптимального вектора cTp (ет(p: для таких сло>(ны задач при использовании изобретения может быть с шествеккым.

Форх(ула изобретения

Ус-,:-:с;"(с-.во для вычисления оптимальной структуры порогoBblx элементов, содержащее блок и-ò-åãðèðîâàíèÿ,,выход кото:.Ого подключен и первым входам блоков опреде.-;. :-Ния скалярных произведений век