Устройство для моделирования активности популяций

Устройство для моделирования активности популяций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

! щ . +1-уе . r m qp

Ф) 1 о ф;; )к ф(ф

Союз Советских

Социалистических

Реслублик!

») 769568

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополнительное к авт. свпд-в (22) Заявлено 06.12.78 (21) 2716369, 18-2-1 (-1) Ч Кч з

G 06 G 7/60 с присоединениеit заявки ¹вЂ” (23) П р и.) р итет— (43) Опуоликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80

Государственный комитет!

to делам изобретений и открытий (53) УДК 681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения В. Л. Кузьменко, В. Л. Кузнецова и И. М. Цыгельский (71) Заявитель Львовский государственный медицинский институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

АКТИВНОСТИ ПОПУЛЯЦИИ

Изобретенис относится к области электрического моделирования, в частности к модслировàHHIo динамики численности популяции в моделях экологических систем и может быть использовано для прогнозирования роста и развития животной популяции, как в естественных усloBHHx, так и B условиях ведения сельского хозяйства.

Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее расположенные в виде однородного слоя нейроиныс элементы, выход каждого из которы.: через цепь обратной связи соединен с сго возбужда1ощим вхОдОм, которыЙ подкл!о Iсп Ii тормозным входам соседних нейронных элементов. Недостатком известного устройства является невозможность моделировать на исм один из главных признаков динамики развития популяции — — ес циклический характер.

Наиболее близким техническим рсшсни. см к Ilзобретению является устройство для моделирования процессов ритмообразоваиия B дыхательном центре, в которое, кроме связей нейронных элементов в виде последовательности, содержит также связи между нейтронными элементами, обуславлива!ощие циклические ячейки из несколь1!их нсйроцных элементов, что обеспечивает возможност! 00() азОв;1 ни я р !1т ми I!. O I I)il ! тивности.

Однако BQBiio)liliocTI> IIPII itcliclIIIII

>РОЙСТВ> МОДСЛИРОВа И И Я III II!> М1!! 1! РОС 1 1 И б развития популяции ограни !Bit;!. При рабо1 c . с х cTpoilcTBoi! исльзя >> !сс ь танис факторы, как «рождаемость», «уровень питания», «возраст», «сезонность», «плодовиtocTI>» и т. п.

10 Для достаточно сочиогo моделирования динамики роста и развития популяции нсОоход1!мо Оосспсчить х!Одслировапис ВОзрастног!) распределения популяции с учетом сотвстствующсго распределения уровня nul5 таш1я. плодовитости, сезонной половой активности обоих полон популяции, учет р»а к ц и и с и с т с м ы н а п с 1) и О д и ч с с к и !.> и с.л > и и йныс воздействия.

Цель изобретения — — lit)BI»tiicIIIIO точио20 сти моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования активноСТИ 110 Il V.I)I III I I I, С ОдС р )к а1ЦСС;I BC гp V I I II I>1 t 1 B и нейронных элементов, введены две группы из (n — 1)-го коммутаторов. кл)очи, блоки задержки, ко >! .>! утатор ы. третья Группа нейронных элементов, фильтр и сумматор, выход которого является выходом устройства. Выходы нейронных элементов первой и второй групп соединены с группой входов

769568 )

10 !

30

35 (45

50 Ю

00 пс1 ; î и второго нейронного элсмспта третьей группы соответствсппо и с входамп сумматора, выход каждого -го нейронного элемента, кроме а-го первой и второй групп, через блок задержки подключен ко входу

:;-го коммутатора первой и второй групп соответственно, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы (i+1)-го нейронного элемента своей группы. Выход первого нейронного элемента третьей группы подключен чсрез блок задержки к входу первого коммутатора и через ключ к входу второго нейронного элемента третьей группы, выход которого соединен через фильтр с входом первого нейронного элемента третьей группы и с управляющим входом первого коммутатора, выходы которого подключены с соответствующим входом третьего нейронного элемента третьей группы, выход которого через блок задержки соединен с входом второго коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы нейронных элементов первой и второй групп, Управляющий выход второго коммутатора соединен с управляющими входами коммутаторов первой и второй группы. Управляющие входы ключей, фильтра и второго коммутатора, и входы второй группы нейронных элементов первой и второй групп являются входами устройства.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит две идентичные грушты 1, 2 нейронных элементов, каждая из которых состоит, по крайней мсрс, пз трех нейронных элементов 3, 4 и 5, соединенных через блоки задсржкп 6 и 7 со входами переходных коммутаторов 8, 9, выходы которых соединены с первой группой входов последующих элементов 4 и 5, вторая группа входов которых является входом устройства. Выход каждого нсйтронного элемента 3, 4 и 5 соединен с соответствующим входом сумматора 10, выход которого является выходом устройства и через ключи 11, 12 и 13 со своим тормозящим входом, а также со входами трстьсй группы нейронных элементов 14. При этом выходы нейронных элементов первой группы соединены с соответствующими входамп первого нейронного 15 элемента треп ей группы, а входы группы 2 нейронных элементов — с соответствующими входами второго нейронного элемента 16 третьей группы. Выход элемента 15 через ключ 17 соединен с одним из входов элемента 16 и через блок задержки 18 с информативным входом первого коммутатора 19, управляющий вход которого соединен с выходом элемента 16, которьш через псрестраивасмый фильтр 21, второй вход которого является одним пз входов устройства, подкл.очен к одному пз входов элемента 15. Вы4 ходы коммутатора 19 соединены с. соогвет ствующими входами нейронного элемента О, выход которого через олок задержки 22 подключен к информативному входу второго коммутатора 23, выход которого подключен ко входам нейронных элементов 3 первой и второи групп, а управляющий Bblxop — ко входам коммутаторов Ь, 9, первой и второи групп пеиронных элементов. Входами vcTpollcTBB, являются управляющий вход коммутатора 23, вторая группа входов неиронных элементов перви и второй групп, управляющие входы ключей 8, 9 и 17 и управляющий вход перестраиваемого фильтра 21.

Устройство работает следующим образом.

На вторую группу входов нейтронных элементов первои и второй групп поступают последовательности импульсов, моделирующие исходное количество животных соответствующих возрастных групп (неиронныс элементы s, 4 и о), популяции самок (первая группа нейтронных элементов) . 11рп этом первые неитронныс элементы 3 груllll и 2 моделируют младшую возрастную груllll), а последующие элементы 4, 5 соответствующие старшие возрастные группы.

Одновременно на вход коммутатора 23 поступает управляющий сигнал, соответствующий моделируемому уровню питания популяции и открывающий входы нейронных элементов 3 групп 1 и 2. Каждый элемент

3 имеет, по крайней мере, четыре таких входа с различными весами. При этом, если

»а коммутатор 23 поступает управляющий сигнал, превышающий порог, соответствующий высокому уровню питания, то информативный сш.нал через коммутатор 23 проходит на входы с максимальным заданным весом. При более низких управляющих сигналах информативный сигнал поступает на входы с соответственно меньшими весами, Кроме того, предусмотрен один вход с минимальным весом, соответствующий условиям «голодания» популяции. 5 правляющнй сигнал с выхода коммутатора 23 поступает на входы коммутаторов 8 и 9, информатпвныс сигналы на входы которых поступаlo T соответственно с выходов нейронных элементов 3 и 4 (через блок задержки) соответственно. В зависимости от величины управляющего сигнала в коммутаторах 8 и

9 открывается доступ на входы элементов

4 и 5 с соответствующими заданными весами. Нейронные элементы 4 и 5 работают аналогично нейронному элементу 3. С вы«ода элемента 3, моделирующего первую возрастную группу, импульсная последовательность через блок задержки б, моделирующий временной интервал перехода из первой возрастной группы во вторую, поступает на информативный вход коммутатора 8, асвы,хода коммутатора 8 — на соот769568

5 вествующий вход элемента 4. Выбор входа определяется величинои сигнала а управ. ) ((ощс:il Входе I(0(l il) rатОра 0. llpli зад2HНОИ МЗКСПМ2ЛЬНОИ ВЕЛИЧИНЕ )> IIP2BJIIIIOIIICГО сигнала их(пульсная последовательность с выхода элемента 3 пере одит а вход элемента 4, все когорого равен l, по coo)BOIствует полному выжпвани(о особе! в псрвоп возрастнй гру(ше, Если величина управляющего сигнала меньше некоторого заданного порога, то информатпвныи сигнал с

Выхода элемента 3 поступает на вход элемента 4 с соответственно меньшим весом, что моделирует частичное выживание особей первои возрастной группы. Аналогично происходит переход импульсной последовательности с выхода элемента 4 на вход!.!

3Jic Icli f3 0 I(. рсз ÎJIo&; заде1)жки 7 H ко)>(:((у—

iaiop 9. Сигналы с выходов элементов cpBoll группы поступают на входы элсмс(па

15 третьей 14 группы нейронных элементов> моделирующего IIQJloB) (О активность само, а сигналы с выходов второй группы 2— на входы нейропногo элемента 16, модсгирующего половую активность самцов, Различие весов входов нейронных элех(ентоз

15 и 16 моделируют активность каждой возрастной гру ппы. Например, вес входа элемента 15, соединенного с элементом 4 может быть выше весов входов, подключенных к элеме(пам 3 и 5. Соответствующее или иное распределение весов входов может быть в нейронном элементе 16. Прп этом то или иное распределение весов входов элементов lo и 16 задается в зависимости от вида моделируемой популяции.

Учитывая известные факты, что половая активность у большинства видов земных организмов зависит от сезонности, а также является взаимозависимой, между нейронными элементами 15 и 16, установлены связи, в которые введены дополнительные элементы. Выход элемента 15 через ключ

17, управляющий вход которого является одним из входов устройства, подкгпочен к возбуждающему входу нейронного элемента 16. При этом в зависимости от сезонности ключ 17 закрыт или открыт, моделируя во втором случае стимуляцию половой активности популяции самцов половой активностью самок, что справедливо для бол:.шинства видов. Однако в некоторых случаях имеется противоположная "BBIIciiмасть, когда половая активность самцов стимулирует активносп самок (у рыб, некоторых видов птиц). Для моделирования этОГО процесса В! !ход элеме)(та 16 (ерсз iicрестраиваемый фильтр 21 подключен к возбуждающему входу э.чемспта 15. В >rом случае сслп частота следования импульсов на входе элемента 16 достиг;(ст некоторого

ЗНЯЧЕНИЯ> ОГ(РЕДСЛЯС. >!ОГO )>ÏP3БЛ>с(П(с:>! фИЛЬТР2, СООТВСТСТВ, )0)ЦСГО ВОЗ()ОСШСй 1 (тивности популяции самцов,,)lr,ул;,сная последовательность подается на возбуждающий вход элемента 15, моделируя ст и(уЛЯЦИ(0 3,1:.ТИВНОСТП ПОПУ ЛЯЦПИ СМ(ОК ВОЗРОСшеи активностью популяции самцов.

Быходно(! сигнал элемента 15, пропорц! опальной c) ììc выходных сигналов эле)(еп(oB llcpBOII Bp)>ппы, (срез oJlor задержки

16, моделируloHI,III«)ьсов, подаваемых с вы: ода элемента 16, открывастся один из входов нейронного элемента 20, моделирующего «количество новорождснных», т. е. плодовитость популяции. 1 аким образом,,,— максимальная «ро)кдаемость» зависит от оптимального сочетания активности самцов и самок в популяции. Веса входов нейронного элемента 20 задаются в зависимости

îr типа моделируемой популяции.

2()

Одновременно с поступлением сигналов групп 1 и 2 на входы элементов 15 и 16, сигналы пз первых двух групп 1 и 2 поступают на входы сумматора, веса которого (), l llIl:! !COB!>l и к2ЖДЫН p3ULH 1, 3 Выход которого является выходом устройства. Сигналы с выхода элемента 20 поступают через блок задержки 22, моделирующий «время созревания», на информативный вход коммутатора 23, а с его выхода — на входы

l30 первых нейронных элементов 3 групп 1 и 2.

При этом коммутатор устроен таким образом, что входной управляющий сигнал, пройдя через набор полосовых фильтров, после соответствующего преобразования в напряжение подается на управляющий вход одного пз трех ключей в зависимости от частоты входного управляющего сигнала, открывая доступ информативному сигналу к одному пз входов элемента 3. Прп этом если частота входного сигнала коммутатора !

О

23 достаточно велика, то открывается вход с максимальным весом. Если входная частота уменьшается, то открываются входы

С COOTBQTCTBGHHO МЕНЬШИМ ВЕСОМ. И, Панонец, если на входе коммутатора 23 нет сигнала плп частота входного сигнала ниже некоторой заданной пороговой вел((чины, то информативный сигнал поступает на вход с минимальным весом. Таким распределением информативного сигнала по входам нейронного элемента 3 достигается моделирование влияния уровня питания на выживаемость особей популяции. При максимальном уров е питания сигналы поступают на входы с максимальным весом. Управляющие входы коммутатора 23 могут быть подключены к

Выходу блока модели внешней среды, активность которого моделирует уровень питания популяции.

Для моделирования случайных факто>)

" ров, способных вызвать осцилляцгпо численности популяции, вь(ходы всех нейтронных элементов групп 1 и 2 групп подсоединены через ключи 11> ..., 13 к свопм собственным тормозным входам. Ключи открываются по

55 заданному извне напряжению, источником

769568

7 которого может быть генератор случайных сигналов, с последующим преобразован:!см частоты в пяпр51>кение. В зявпспмосп1 от 13lca тормозного входа достигается тот пли

HHoII впд ocIJH I |15IIIIIH. Врс>!сипая сиIIxpOHHзация работы устройства осуществляется подбором блоков задержки 6, 7, 18 и 22.

Моделирование роста численности популяции осуществляется в результате циркуляции сигналов в системе от элемента 3 к элементу 20 и от последнего к элементу 3 и т. д. Влияпис стимуляции рОстя попул51ции, а также се угнетения осуществляется как путем спонтанного изменения входных сигналов па коммутатор 23, так и путем воздействия ия остальные, псзяде le!no!I Inпыс 13 системс 13озбуждяющпс и тормозиыс входы (вторая группа вхо 10B псйронпы. элементов первой и второй групп).

Динамика сстсствсниой убыли ио уляппп модсли13> сгся Вссяыи входов IIc1lpOHHI>lx элементов групп 1, 2, cl динамика ирпро01 11 Бг. С!1>Ii! !3ХОдо!3 !!СII Гpо!!ПЬI. . >. IСЪIСliт013

15, 16 и 20 группы 1-1 п< йтрони1ях э ic>i«iiтов.

Работа устро!!с!!3;1 рясе>!ОТ1>сп;! в условиях 1313cдсипя в ncГО трсх 130зр 1(I Hi 1õ 1 1>мi! i! (нсйроппыс элс>!Сигы 3, 4 и 6>) ос!>б>си !30ПУЛЯЦИИ, И О, КОНСгrkIO, ПС ИСКЛК>ЧЯСт большего числа, сслп этого трсбуloT услопilH эксперимента. Ввсдснпс в устройство бо:и,шего числа «возрастных групп», оправдано в том случае, если пя псм изучается влияние иа рост популяции избирательного «зя0051>> H;In «OTCTpC I;1>> OnpC!iCEiClliii IX i30»pklC l пых групп.

На устройстве можно модслирова!1, любую популяцию с половым размножением (ПОПХгЛЯЦИ10 ДИКИХ жпВОТЕIЫХ В ус. IOIIH5I>: ПХ естественного су1цсствоваиия, в условиях ведения охотничьего или рыоиого хоз>п1сrва, популяцщо ссльскохозяйст!3с1п!ых >киBOTHЫХ В Х С.IОBHЛX жiIBOTHOBOг!г!Сс!.п: ферм) .

Одно HB возможных прпмсисnnl(гс I p011ства — моделирование существования популяции в условиях оскуднсния в е1ипсй среды и сокра1цснпя естественных площадей существования с долговременным прогнозированием.

20 г> г, 30

8

Устройство позволяет путем «проигрывания» раз inчпых вариантов выработать онти>гяльпую стратсппо воздействий по отlгОПIСПИIО n33"×ÇÑIIOii ПОП) IHIIHEI.

Формула изобретения

Устройство для моделирования активности популяции, содержащее две группы из и нейронных элементов, о т л и ч а ю щ ееся тем, что, с цель|о повышения точности моделирования, в него введены две группы из (и — 1) -го коммутаторов, ключи, блоки задер>кки, коммутаторы, третья группа нейронных элементов, фильтр и сумматор, выход которого является выходом устройства, выходы нейронных элементов первой и второй групп соединены с группой входов первого п второго нейронных элементов третьей группы соответственно и с входами сумматора, выход каждого »го нейронного эле;спТа, кроме и-го первой и второй групп, !

Срез блок задержки подключены к входу

1-го коммутатор» первой и второй групп соответственно, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы (i+ 1) -го нейронного элемента своей группы, выход первого нейронного элемента третьей группы подключен через блок задержки к входу первого коммутатора и через ключ к входу второго нейронного элемента третьей группы, выход которого соединен через фильтр с входом первого нейp0rin0r0 элемента третьей группы и с управляющим входом первого коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам третьего нейронного элемента третьей группы, выход которого через блок задержки соединен с входом второго коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы первых HBIlpoilllilx. элементов первой и второй грх пп, управля!Ощпй выход второго коммутатора соединен с управляющими входами коммутаторов первой и второй груiirr, управляющие входы ключей, фильтpà и второго коммутатора, и входы второй группы нейронных элементов первой и второй групп являются входами устройства.

Редактор Л. Утеха

Заказ 7475

Составитель А. Лицков

Техред И. Пенчко

Корректор Л. Орлова

Подписное

Изд. ¹ 519 Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Ра1 шская наб., д. 4/5

Загорская типография Упрполиграфиздата 11особлисполкома