Устройство для моделирования популяций

Устройство для моделирования популяций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социал истнческиа

Республик

<»> 858019 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 11 11.79 (21) 2842573/18-24

G 06 6 7/б0 с присоединением заявки М—

3Эеудвратаанай катает

СССР ве делает язобретеиий я етерытяй (23) Приоритет— (53) УДК 681ЗЗ3 (088.81

Опубликовано 23.08 81 Бюллетень Уй 31

Дата опубликования описания 23.0F.81

В. Л. Кузьменко, E. Н. Панасюк, В. С. Кли>вишни и Э. И. Лычковекий

t

t ! !

Львовский государственный медицинский 1ищ нтуг> (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПОПУЛЯЦИЙ

Изобретение относится к области аналогового моделирования биологических систем,и пред,назначено 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 и генератор импульсов. Известное устройство можно применять для моделирования простейшей растительной популяции f1).

Однако устройство нельзя использовать для моделирования животных популяций с известным распределением возрастных групп.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для моделирования активности нопуляпии, содержащее группы нейронных элементов, ключи, блоки задержки, коммутаторы, фильтр и сумматор, позволяющее моЖлировать любую животную популяцию с учетом сезонности циклов размножения удельного веса возрастных групп до уровня питания Я).

Однако известное устройство не позволяет моделировать адаптацию популяции к изменениям усло;вий внешней среды, одним из признаков которой является саморегуляция рождаемости, регуляция соотношения полов в популяции.

Мель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет учета прк пособляемости поп ляпни 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 популяций через первый блок анализа изменения численности соединен с управляющим входом ключа, второй выход блока моделирования численности популяций подключен к информационному входу ключа, выход которого через второй блок анализа изменейия численности соединен с входами первого и второго нейронного эле. мента, выход первого нейронного элемента со. единеи с первой группой входов блока модели858019 4

<о

25 численности популяции, то на выходе блока 2 анализа численности появляется напряжение, которое переводит положение ключа 3 в открытое состояние. Если при этом на втором выхо1 зз де блока 1 моделирования численности популяций также начинается снижение частоты импульсной последовательности, т.е. f > f > 4 ) ( t ... >11т, то аналогично на выхода блока 4 анализа численности появляется напряжение.

3 рования численности популяций, выход второго нейронного элемента подключен к второй груп. пе входов блока моделирования численности популяций.

Блок анализа изменения численности содер. жит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и разделительный диод, причем вход элемента задержки объединен с входом первого преобразователя частоты

s 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 ко торого является выходом блока.

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 первого ключа является входом нейронного элемента, выход генератора импульсов соединен с информационным входом первого ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и входу первого преобразователя частоты в напряжение, 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 выходных импульсов, выход которого подключен к входу элемента задержки и является выходом нейронного элемента, выход элемента задержки через второй преобразователь чистоты в напряжение соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого через третий преобразователь частоты в напряжение соединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого подключен к катоду разделительного диода и управляющему входу третьего клюв, информационный вход которого соединен с выходом источника напряжения, анод разделительного диода подключен к выходу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа. На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 .— блок анализа изменения численности; на фиг. 3 — схема нейронного элемента; на фиг. 4 — схема блока моделировании численности популяции. устройство содержит блок .1 моделирования численности популяции, первый блок 2 анализа изменения численности, который моделирует изменение численности популяции, ключ 3, второй блок 4 анализа изменения численности, который моделирует изменение численности рождаемости, блок 5 оптимизации, содержащий нейронные элементы 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, сумматоры 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 нейронных 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, коммутатора 43, нейронного элемента 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. fq > fq )

> f3 > ... ) Х1т, что соответствует снижению

При включении в работу блока 5 оптимизации на его первом выходе появляется меняющаяся импульсная последовательность Fт .Fq Фconst,0(F> f а на втором выходе последовательность с частотой следования импульсов

Ер Ф const, О (Fqg< fПериодичность изменения частот следования импульсов на первом и втором выходе блока

5 оптимизации йе совпадает. Импульсные последовательности с выхода блока 5 оптимизации подаются на входы нейронных элещрнтов блока 1 моделирования численности популяции.

Импульсные последовательности, подаваемые иа входы нейронных элементов первой и втором групп блока 1 моделирования численности популяции с выхода блока 5 оптимизации вносят корректировки в соотношение самцов и самок в популяции. При этом, если вносимая корректировка в какой-то момент окажется опти5 858019 6 мальной, т.е. обеспечивает стабильность числен- следования импульсов на ности популяции и стабильность рождаемости, элемен а. На второй вхо то блоки 2 и 4 анализа изменения численности 19 через ключ 24, норм выключаются, а на выходе блока 5 оптимиэа- рого открытое, подается ции сохраняется полученное в этот момент со- 1 ка 23 напряжения. Пока отношение импульсных последовательностей, входе сумматора 19 мень обеспечивающих стабильность популяции. его втором входе диод 2

Работа блоков 2 и 4 анализа изменения чис- матора. Как только напр пенности заключается в следующем. Импуль- де сумматора 19 превыси сная последовательность поступает на вход пер- 0 втором входе, напряжени вого преобразователя 8 частоты в напряжение пает на управляющие вхо и через блок 10 задержки на вход второго Ключ 24 переходит в зак преобразователя 9 частоты в напряжение. На- ключ 26 — в открытое. пряжение с выхода первого преобразователя жение на втором входе с поступает на неинвертирующий вход сумматора, и напряжение íà его вЬiх а напряжение с выхода второго — на инверти- . новится равным напряже руннций вход сумматора. Если на входе блока го сумматора 18. Через о частота импульсной последовательности изме- жением ключ 26 сигналы няется и при этом 11 > 1 > ... > 1 „, то 14 импульсов поступают в каждый момент времени напряжение на не- 2о теля 17. С этого момент инвертирующем входе сумматора 11 будет де сумматора 18 и пропо больше напряжения на его инвертирующем тота следования импульсо входе. В сумматоре 11 разность напряжений ного элемента начинают п усиливается и через диод 12 поступает на уп- когда напРЯжение на вых равляющий вход ключа 3, нормальное положе- 2g на первом входе суммато иие которого закрытое. ключ 24 снова перейдет в

Напряжение с выхода блока 2 анализа изме- а ключ 26 — в закрытое. пения численности переводит положение ключа ние на сумматоре 18 нап

3 в открытое положение, вследствие чего сиг- Оба нейронных элемен

HGBbl с второго выхода блока 1 моделирования 3о ции независимы. Каждый численности популяций поступают на вход бло- венные источники 14 вхо ка 4 анализа изменения численности. Если при ственные источники 23 на этом частота следовании импульсов на входе го, веса тормозных входо блока 4 анализа изменения численности меня- ся. Ритмы работы нейроннь ется и f 5 f2 > f>... > f„, то на выходе з> падают. Величина максим р f появляется напряжение, которое поступает на вания импульсов на входе входы нейронных элементов 6 и 7 блока 5 оп- элемента зависит от вели тимизации. втором входе сумматора

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 суммато- 4 ра 18 на вход сумматора 19 и нреобразователя 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 — иа вход преобразователя 16, с выхода которого напряжение поступает на неинвертирующий вход сумматора 18. При этом коэффициент усиления данной положительной обратной связи равен единице. Благодаря функционированию положительной обратной связи напряжение на выходе сумматора ?8 начинает расти, вместе с чем растет и частота выходе нейронного д второго сумматора альное положение котонапряжение с источнинапряжение на первом ше напряжения на

5 запирает выход сумяжение на первом вхот напряжение на его е через диод 25 постуды ключей 24 и 26. рытое положение, а

Вследствие этого напряумматора 19 исчезает оде возрастает и с.анию на выходе первотк ытый этим напряс выхода генератора на вход преобразоваа напряжение на выхорциональная ему чаев на выходе нейронадать. В тот момент, оде сумматора 18 и ра 19 достигает нуля, открытое положение, После этого напряжеreI возрастать. та блока 5 оптимизаиз них имеет собстдных импульсов и собпряжениа, кроме тов их могут отличать х элементов не совальной частоты следокаждого нейронного птны напряжения на

19, крутизна нарастания частоты следования импульсов зависит от частоты импульсов на выходе генератора 14 импульсов, крутизна падения частоты следования импульсов — от веса тормозного входа, который превышает единицу. Сигналы с выходов блоков 5 оптимизации, поступая на входы нейронных элементов первой (модель младшей группы самок} группы н второй (модель младшей группы самцов) группы блока 1 моделирования численности популяции вносят корректировку в соотношение самцов и самок в этих группах популяции.

Таким образом, сигналы с выходов блока 5 оптимизации будут моделировать изменение соотношения полов в л.луляции. Если в результате таких постоянно вносимых поправок в соотношение полов в популяции будет достигнуто прекращение снижения численности популяции или рождаемости, что выразится в стабилизации частоты импульсной последовательно .ти на выходах блока i моделирования числен7 85801 ности популяции, то прекращение работы блоков 2 н 4 анализа изменения численности при! ведет к переводу клюкй 13 нейронных элементов 6 и 7 в закрытое положение, что будет сопровождаться стабилизацией частот импульсных последовательностей на выходах блока 5 оптимизации. Если по каким-то причи нам соотношение численности полов перестанет удовлетворять стабильности популяции, то описанный процесс повторится и установится новое 1р соотношение численности полов, отвечающее новым условиям.

На устройстве можно моделировать животную популяцию как с моногаммным, так и с полигаммным типом семьи. 35

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования популяций,. >о содержащее блок моделирования численности популяций, о т л н ч а ю щ е е с я 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 популяций через первый блок анализа изменения численности соединен зо с управляющим входом ключа, второй выход блока моделирования численности популяций подподключен к информационному входу ключа, Д выход которого через второй блок анализа изменения численности соединен с входами первого и второго нейронного элемента, выход первого нейронного элемента соединен с нервой группой входов блока моделирования чис ленности популяций, выход второго нейронного элемента подключен к второй группе входов „О 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 численности содержит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и разделительный диод, при км вход элемента задержки объединен с входом первого преобразователя частоты в напряжение и является входом блока, выход элемента задержки через

9 8 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. .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, нреобразователь напряжения в частоту, блок формирования выходных импульсов и элемент задержки, причем управляющий вход первого ключа является входом нейронного элемента, выход генератора импульсов соединен с информационным входом первого ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и входу первого преобразователя частоты 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 импуль сов, выход которого подключен к входу weмента задержки и являегая выходом нейронного элемента, выход элемента задержки через второй преобразователь частоты в напряжение соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого через третий преобразователь частоты в напряжение соединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого подключен к катоду разделительного диода 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 нри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР so заявке

У 2675140/18.24, кл. 6 06 G 7/60, 18.95.79.

2. Авторское свидетельство СССР ио заявке

Р 2716369/18-24, кл. G 06 G 7/60, 29.06.79 (прототип) .

858019

Составитель Л. Терехов

Техред А. Бабннед;

Радека О. Поновка

Корректор Н. 16выдкая .

Подписное

Фкпиал ППП, "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 7247/81 Тираж 745

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам иэобретений и откритий

113035, Москва, Ж-З5, РЬушская наб., д. 4/5