Устройство для моделирования нейронных ансамблей — SU 903910 (original) (raw)
Союз СоветсиикСоциапистическикРесттубпик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1) Дополнительное к авт. свнд-ву2)Заявлено 24,03,80 (2) 2923169/18 присоединением заявки,% 1)М. Кл. 6 06 6 7/ Ъаударатиашый какитетата опубликования описания 09. 2) Авторы изобретения(7) Заявител ганрогски 5) УСТРОЙСТВО ДЛЛ ИОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ АНСАМБЛЕЙИзобретение относится к бионике и вычислительной технике и предназна чено для моделирования биологических процессов, а также для использования в качестве структуры для решения за-. дач, распознавания образов, задач исследования операций, краевых задач теории поля.Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее блоки моделирования нейронов с синаптическими элементами, которые имеют сигнальный и управляющий входы, генератор равномерно распределенных случайных чисел с преобразователем закона распределения, генератор тактовых импульсов и блок триггеров. Блоки моделирования нейронов представляют собой пороговое устройство с синаптическими . элементами на входе, с числоимпульсным кодированием выходных импульсов, которые генерируются при превышении порогового уровня на аддитивно-накопительном узле, Синаптические элементы устройства представлены в видеобычного ключа с сигнальным и управляющим входом, причем сигнал проходитчерез ключ в зависимости от разрешающего потенциала на управляющем входеф синаптического ключа 111.Однако в известном устройстве блоки моделирования нейронов представля"ют собой обычные пороговые элементы,работающие по принципу "все или нитф чего", и являющиеся весьма упрощенны"ми моделями реальных. нервных клеток,что снижает точность моделирования.Из известных технических решенийнаиболее близкин по технической сущ"ности к предлагаемому объекту является устройство для моделирования ней"ронных ансамблей, содержащее наборноеполе, блок ввода, блок вывода, генератор и блок моделирования нейронов,состоящий из нейроноподобных элементов 1 21,В этом устройстве нейроподобные. элементы выполнены на элементах ана-.10 6ходе) номер 1 = 1К ) нейроноподобного злелента и номер )( 1=1И) входа этого элемента. Эта информация поступает в дешифратор 1 связии записывается соответственно в регистры 28 и 29 млг. М , После этогона выходах соответствуоцих дешифраторов 36 и 27 фиг. 11) появляются сиг"налы, которые передаются в коммутатор 1. По этим сигналам коммутатор 1настраивается на реализацию каналасвязи между выходом 1-го нейронопо-,добного элемента и-и входом 1-гонейроноподобного элемента. Реализациясфориированного канала связи осуществляется путем нажатия кнопки "Реали"зация канала связи", расположеннойна наборносл поле 3. При нажатии этойкнопки на выходе элемента И 30 (фиг.Цпоявляется импульс, приходящий из генератора 7Этот иипульс и обеспечивает реализацию заданного канала связи. Разрушение какого-либо каналасвязи осуществляется аналогично - задается номер нейроноподобного элеиента, номер его входа и нажимается кнопка "Разрушение канала связи". Нажатие этой кнопки обеспечивает подачууправляющего импульса в коммутатор 1(фиг. 5), Этот импульс также приходитиз генератора 7 и при нажатии указанной кнопки проходит через элемент И ,31(фиг. М) в ко)лмутатор 1. При необходимости подключить один из(И - К) свббодных входов какого-либо нейроноподобного элемента 66 6 К к блоку 2 ввода, нужно на йаборном поле 3задать номер 41 =1,К) этого эле" мента и номер выбранного свободного входа в этом элементе, Эта инфориация в виде двоичных кодов заносится в регистры 28 и 29 (фиг. 11). Далее эта инфориация через дешифраторы 36 , и 27 (Фиг. 1 л) поступает в коммутатор 1 и настраивает его на формирование канала связи между выбранными свободныии входами заданного нейроноподобного элемента и блоком 2 вводаРеализация этого канала связи происходит при нажатии кнопки "Ввод инфор" мации", расположенной на наборном по" ле 3. Нажатие этой кнопки обеспечивает подачу управляющего импульса из генератора 7 через злелент 1 32 (Фиг.1 л в коммутатор 1, что приводит к реализации коммутатором 1 заданного канала связи. Разрушение этого или какого-либо другого канала связи между элементами 6 л,66 к и блоком 2 5 9039 элементах цифровой техники, необходимо эти входные аналоговые сигналы перевести в цифровую Форму представления. В связи с этим блок ввода представляет собой совокупность аналого цифровых преобразователей. Наборноеполе 3 представляет собой панель скнопочными переключател.ми, посредст"вом которых можно задавать номеранейроноподобных элементов, номера 0входов этих элементов, номера цифровых интеграторов в заданном нейроно"подобном элементе, а также значенияосновных параметров, характеризующихработу моделей нейрона: синаптичес-15кие веса Я .,порог 6, длительность временного суммирования сСвес пространственного суммированияи вес выходного сигнала 1 л. Нажатое состояние переключателя соответст 20вует логической единице, отжатоелогическому нулю. Вся указанная информация задается на наборном поле 3в двоичном коде путем нажатия илиотжатия соответствующих кнопочных переключателей. Необходимая структурасвязей между нейроноподобными элемен, тами 61,о 06, а также соединение выхода заданного нейроноподобного элемента с блоком 8 вывода или со единение входов нужного нейроноподобного элемента с блоком 2 ввода реализуется коммутатором 1 путем подачи в него управляющих сигналов из дешифратора ч связи, 35Структура соединений лежду элементами 6 ,6.,6 блока 5 образуется следующим образом, Выход первого нейроноподобного элемента 6 может быть соединен с первыми входами всех эле-. 40 ментов 6,66 к, выход второго нейроноподобного элеиента 6 можно подключить к вторым входам всех элементов 64,6,.6, и выход К-го элемента 6 К подсоединяется к К"ым входам элементов 6,66 к. Таким образом, .можно получить структуру связей по типу полного графа При, этом И-К) входов ка:дого нейроноподобного элемента ( И - число входов 50 нейроноподобного элемента, К - число нейроноподобных элементов ) остаются свободными и используются для подключения элементов 6,1,66 к через коммутатор 1 к блоку 2 ввода. Для реализации выбранной структуры связей между элементами 6,1,66 к блока 5 на набОрном поле 3 кнопочными переключателями задаются ( в двоичном7 9039ввода осуществляется путем задания нанаборном поле 3 номера элемента б иномера его свободного входа. Послеэтого нажимается на наборном поле 3кнопка "Блокировка ввода" и из генератора 7 через элемент И 33 (фиг,1)в коммутатор 1 поступает управляющийимпульЧ, обеспечивающий разрушениекоммутатором 1 заданного канала связи, Бсли нужно выход какого-либо эле омента 61,6. бк подключить к блоку 8 вывода, то на наборном полотне 3 задается номер 1 этого элемента.Эта информация в двоичном коде заносится в регистр 28 ( шиг, Ц блока и 15далее через дешифратор 36 поступает вкоммутатор 1. После этого нажатиекнопки "Вывод информации", расположенной на наборном поле 3, обеспечиваетподачу из генератора 7 через элемент И 34 ( фиг. 6) дешифратора ч вкоммутатор 1 управляющего импульса,что в свою очередь позволяет коммутатору 1 реализовать заданный каналсвязи. Разрушение этого или другого 25канала связи между элементами б и блоком 8 осуществляется при заданииномераэлемента б и нажатия кноп.ки "Блокировка вывода", расположенной на наборном поле 3. При нажатии ЗОтой кнопки из генератора 7 через элемент И 35 ( Ьиг, ч ) дешифратора ч р коммутатор 1 подается управляющий импульс, что и обеспечивает разрушение канала связи коммутатором 1. Основой устройства является блок 5 мо делирования нейронов. Блок 5 состоит из цифровых нейроноподобных элементов 64,6 , каждый из которых реализован на основе цифровых ин-теграторов и цифровых сумматоров, Схема цифрового нейроноподобного элемента представлена на Фиг, 2, В регистры подынтегральных функций цифровых интеграторов 10 , 101 (фиг, 2) за писываются в двоичном дополнительном коде значения синаптицеских весов Я Яи. В регистры подынтегральных функций интеграторов 110 ,1 0 10 соответственно записываются значения веса пространственного суммирования 6, порога 9, длительности временного суммирования о(, и веса выходной величины К. Запись указанных параметров в регистры подынтегральных функций цифровых интеграторов осуществляется через входы 15,115 и, 16, 18, 19 и 20 цифровых нейроноподобных элементов. Генератор 7 содержит генера 10тор тактовых импульсов и генераторстандартных сигналов, предназначенный для формирования и подачи в блокмоделирования нейронов 5 (йиг. 1) приращений независимой переменной д С.Приращения Ьт. представляют собОй импульсы, длительность которых равнавремени прохождения 21-х тактовых импульсов, цто обусловлено специФикойработы цифровых интеграторов, на которых реализованы нейроноподобныеэлементы 6.16, блока моделирования нейронов 5 (Фиг. 1),Блок 8 вывода предназначен для регистрации активности нейроноподобныхэлементов 6,1,6,6 к . фиг.1 . Онсодержит преобразователи типа коданалог, что позволяет фиксировать выходные характеристики нейроноподобныхэлементов на самописцах или графопостроителях. Распределитель 9 служитдля записи в регистры подынтегральных функций цифровых интеграторов нейоподобных элемпараметров Д ф9, о и Й,(фиг.1). Для осуществления записи конкретного параметра (из указанных вышее ) в соответствующий ци Фро вой и нтегратор заданного нейроноподобногоэлемента, необходимо задать на наборном поле 3кнопочными переключателями ) номер этого нейроноподобного эле,мента и номер нужного интегратора вэтом элементе. Двоичный код номерацифрового нейроноподобного элементазадаваемый на наборном поле кнопоч.ными переключателями 1 записывается врегистр 2 (фиг. 3), В регистр 25 записывается двоичный код номера цифрового интегратора в заданном нейроноподобном элементе. Регистр 23 служитдля записи значения (в двоичном дополнительном коде) одного из параметров я ,,фд,о(,Р, который подлежит записи в выбранный интегратор,заданного нейроноподобного элемента,Информация из регистров 21 и 25(фиг.3) поступает на дешифраторы 21и 22, В соответствии с заданным номером цифрового нейроноподобного эле"мента и номером цифрового интеграто"ра в этом элементе выходные сигналыдешифраторов 21 и 22 открывают одиниз элементов И. Через этот элемент Изначения 1 в двоичном дополнительномкоде) заданного параметра (записанное в регистре 23) подается на соответствующий вход заданного нейроно"подобного элемента, записывается вФормула изобретения 9 90391регистр подынтегральной функции выбранного цифрового интегратора. После задания всех необходимых параметров ф, ф,сС, К во все нейроноподобные элементы 6,1,661и реализовав заданную структуру свя"зей между ними, устройство готовок работе.Устройство работает следующим образом. 1 ОИз генератора 7 в блок 5 моделирования нейронов подается значение ,независимой переменной М, Световыеили акустические непрерывные сигналыпоступают из внешней среды (или специализированного истоцника этих сигналоо) в блок 2 .ввода. В блоке 2 непрерывно сигналы преобразуются в цифровой код и через коммутатор 1 подаются на выбранные входы заданныхцифровых нейроноподобных элементов 6,( 1 = 1 К ) блока 5 моделированиянейронов. Заданная структура связеймежду элементами блока 5 моделированиянейронов и алгоритм работы отдельногонейроноподобного элемента определяютзакон Функционирования всего нейроноподобного ансамбля. Цифровая информация,поступающая в блок 5 моделированиянейронов, обрабатывается в этом блоке в соответствии с законом Функционирования нейроноподобного ансамбля. При необходимости фиксации процесса Функционирования отдельногонейроноподобного элемента (или груп-35пы элементов), его выход (их выходы)подключается подключаются) через коммутатор 1 к блоку 8 вывода, к которому в свою очередь подсоединены самЬаисцы или графопостроители, Информация о Функционировании нейроноподоб- фоного элементагруппы элементов), получаемая на самописцах или графопостроителях, является очень наглядной,что облегчает анализ поведения неиро 45ноподобного ансамбля в целом, В случае необходимости, можно, в процессе функционирования нейроноподобно"го ансамбля образовывать новые илии склюцить имеющиеся каналы связи. Это50достигается при помощи блоков 1, 3и 4 описанным выше способом,Использование новых элементов и,связей позволяет автоматизировать.процесс настройки устройства передначалом работы и вести активную,5гибкую перестройку структуры связей О 10между его элементами в процессе рабо-,ты, что существенно увеличивает эффективность его работы и расширяетфункциональные возможности. Использование в устройстве для моделирования нейронных ансамблей цифровых нейроноподобных элементов повышает стабильность его работы и увеличиваетточность моделиоования. Устройство для моделирования ней"ронных ансамблей, содержащее наборное поле блок ввода, блок вывода,/генератор и блок моделирования нейронов, состоящий из нейроноподобныхэлементов, о т л и ц а ю щ е е с ятем, цто, с целью увелицения точнос"ти моделирования, в него введены коммутатор, распределитель и дешифратор связи, выходы которого соединеныс группой управляющих входов коммутатора, пероая группа информационныхвходов которого подключена к соот"ветствующим выходам нейроноподобныхэлементов, входы которых соединены спервой группой информационных выходов коммутатора соответственно, вторая группа информационных выходов которого подключена к входам блока вывода, первый выход генератора соединен с управляющими входами блока вывода, блока ввода, распределителя,дешифратора свпзи с управляющим входом коммутатора, вторая группа информационных входов которого подключенак выходам блока ввода, первая группавыходов наборного поля соединена свходами дешифратора связи соответственно, вторая группа выходов наборного поля соединена с соответствующимивходами распределителя, каждая груп-,па выходов которого подключена к уп-.равляющим входам соответствующего неи"роноподобного элемента, второй выходгенератора соединен со входом приращения подынтегральных функций каждогонейроноподобного элемента.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 496572, кл. 6 06 С 7/60, 19752. Авторское свидетельство СССРй 478329, кл. С 06 О 7/60, 19759039101ос Ф сз фщт Си ФМ о в Щ щтО) о о взад оо РеализаР Ю блок дыдо