Устройство для моделирования нейронной сети

Устройство для моделирования нейронной сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 171078 (21) 2675140/18-24 (51) М. Кл.

G 06 G 7/60 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный коиитет

СССР по делам изобретений и отнрытий

Опубликовано 230980 Бюллетень НВ 35

Дата опубликования описания 2 3Р980 (53) УДК 681. 333 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. Л. Кузьменко, В. Л. Кузнецова и И. М. Цыгельный

Львовский государственный медицинский институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ HEAPOHHOA

СЕТИ м й.б

Изобретение относится к электрическому моделированию, в частности к моделированию нервной системою, и может быть использовано для моделирования популяций, в частности, в качестве блока, моделирующего уровень популяции растительных организмов, представляющих источник питания других уровней популяции, Известно устройство для моделиро- 1р вания нейронной сети, содержащее блоки моделирования нейронов, генератор так товых импульсов, блоки триггеров, генератор равномерно распределенных случайных чисел и преобразователь за-15 кона распределения (lf . При этом выходы блоков триггеров соединены с управляющимя.входами одного из блоков моделирования нейронов, сигнальные входы которого подключены к выхо ð дам других блоков моделирования нейронов, а выход — к соответствующим сигнальным в ходам других блоков мбдели-. 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 ксторых подключены выходы ге-.30

2 нератора тактовых импульсов и вход .:е генератора равномерно распределенных случайных чисел.

Недостатками известного устройства являются неоправданно усложненный способ управления синапсами нейроподобных элементов, сложность конст рукции, отсутствие возможности обобщить изменения формы сигналов в пределах данного класса, невозможность оперативного запоминания опознанной форьы сигнала, Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является ус уройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, каждый из которых имеет и возбуждающих и m тормозящих входов

И.

Выход каждого нейронного элемента через цепь образиной связи соединен с его возбуждающим входом, а последний подключен к тормозящим входам соседних нейронных элементов. Это устройство позволяет осуществлять опознание формы сигнала и обобщение изме" нений формы в пределах данного класса.

Недостатками его являются невозможность моделирования циклической активности нейронной сети и невозмож765824 ность распознав ания циклических пос.ледовательностей нервных импульсов.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет моде.лирования биологических ритмов нейронной сети.

Указанная цель достигается тем,,что в устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, каждый из которых имеет и возбуждающих и т тормоз ящих входов, введены элементы задержки, преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов и генератор импульсов с регулируемой частотой, выход которого подключен 1з к входам ключей нейронных элементов, выходы которых соединены с первыми возбуждающими входами соответствующих нейронных элементов группы, выход каждого нейронного элемента под gg кяючен к второму 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 через последовательно соединенные элемент, задержки и преобразователь час.тоты в напряжение с управляющим входом ключа первого нейронного элемента второй группы и с входом элемента задержки, выход которого подключен к первому тормозящему входу первого нейронного элемента первой группы и через преобразователь частоты в напряжение — к управляющему 40 входу ключа первого нейронного элемента первой группы, выход первого нейронного элемента первой группы соединен с первым тормозящим входом первого нейронного элемента в торой группы, первый тормозящий вход каждого нейронного элемента группы, кроме последнего, через элемент задержки подключен к первому тормозящему входу последующего нейронного элемента своей группы, остальные входы каждого нейронного элемента являются входаьи устройства, На чертеже изображена структурная схема, устройства для моделирований нейронной сети, 55

УСтройство содержит генератор импульсов 1, ключи 2 и 3 нейронных элементов, две группы 4 и 5 нейронных элементов б и 7, элементы задержки 8, преобразователи частоты в напряжение gQ

9 и выходной нейронный элемент 10,11

12 и 13 входы нейронных элементов.

В качестве нейронных элементов могут быть использованы устройства для моделирования нейронов, 65

Устройство работает следующим образом.

С генератора импульсов 1 через ключ 2, нормальное состояние которого открытое, на возбуждающий вход 12. нейронного элемента 6 поступают импульсы с частотой Х, Благодаря положительной обратной связи выход-вход

II с весом, меньшим 1, происходйт н асыщение нейрон ного элемента б до максимальной частоты на выходе Й

Через элемент задержки 8 импульсй поступают на преобразователь. частоты в напряжение 9. С выхода преобразователя 9 напряжение подается на управляь;— щий вход ключа 3, нормальное состояние которЬго закрытое, и ключ 3 открыв ается. Начинает аналогичным образом работать второй нейронный элемент 6.

При насыщении последнего нейронного элемента 6 первой группы 4 через элемент задержки 8 и преобразов атель 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 элемента 6. Одновременно через тормозной вход 13 прекращается генерация импульсов нейронным элементом. При прекращении генерации последнего нейронного элемента б 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 6 первой группы достигает насыщения.

Сигналы с выходов нейронных элементов б и 7 суммируются нейронным эле-. ментом 10, Помимо задающего генератора 1 в устройстве предусмотрена воэможность 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 распознавать импульсные последовательности со сложным ритьыческим кодиров анием.

Устройство может применяться в моделировании экологических процессов, в частности в моделировании раститель765824

30 ной популяции с учетом с зонного распределения роста отдельных групп,удельного веса каждой группы в площади, занимаемой популяцией, продуктивности, устойчивости к .моделируеьым воздействиям з аданного и случайного характеров, а кроме т;го, с учетом введения отсчета времени в многоуровневую систему популяции.

Р данном случае частота задающего генератора моделирует климатические и почвенные условия роста растительной популяции, каждый из видов которой моделируется соответствующими нейронными элементами первой группы, Применение положит ельных обратных ,связей и возрастание активности ней- 15 ронных элементов моделирует в данном случ ае ди н амик у рост а и р аз мн о>х ен и я данного растительного вида, причем расположение нейронных элементов в сети и очередность их включения и угасания моделирует сезонное распределение роста растительных видов данной популяций . Одновременной эта сезонность и периодическая активность является эталоном времени в случае подключ ени я д ан н or о блок а к дру гим блокам в модели экологической систе>и. Подключение генератора случайных чисел позволяет моделировать благопри ятные и не бл а гопри ятные климатические условия.

Для расширения класса моделирования в систему введена дополнительная группа 5 нейронных элементов 7, уро вень активностей которой моделирует зимние запасы растительной пищи попу- 35 ляции как в естественных условиях, так и в сельском хоз яйстве.

В последнем случае уровень активност. этой группы моделирует количество зимних з апасов кормов, как про-40 изведенных или накопленных в данном производстве. Кроме того, активность данной группы может моделировать уровень искусственного подкармливания диких животных при ведении лесного хозяйства, в бхотничьих угодьях, в запсведниках, в рыбном хозяйстве. Таким образом, данная модель является необходимым блоком модели высшего уровня, Благодаря введению новых элементов . 50 и связей между ними расширились функциональные возгло>хности устройства, Формула изобретения

Устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы 55 нейронных элементов, каждый из которых имеет и возбуждающих и m тормозящих входов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей з а счет моделирования биологических ритмов нейронной сети, в него введены элементы задержки, преобразователи частогы в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов и генератор импульсов, выход которого подключен к входам ключей нейронных элементов, выходы которых соединены с первыми возб.;ждающими входами соответствующих нейронных элементов групп, выход каждого нейронного элемента подключен к второму воз блуждающему 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 с оответствующему входу выходногo, н ейрон ного элемента, выход которого является выходом устройства, выход госледнего нейронного элемента пер .вой 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 нейронного элемента своей группы остальные входы каждого нейронного элемента являются входаьм устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 496 572, кл. G 06 G 7/60, 1973.

2, Авторское свидетельство СССР

9 578579, кл. G 06 G 7/60, 1974 (прототип) .

765824

Составитель A. Яицков

Техред М.Рейвес

Редактор Т. Иванова

Корректор Г, Назарова

Заказ 6 511/46 Тираж 751

ВНИИПИ Государственного комитета СС"P по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушск ая наб., д. 4/5

П сдпи сн ое

Филиал ППП " Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4