Устройство ассоциативного распознавания

Изобретение относится к устройствам ассоциативного распознавания. Техническим результатом является повышение точности и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит Р параллельных сумматоров и Р блоков вычисления активационной функции, Р групп блоков формирования значений функций принадлежности. 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки данных для специальных применений, в частности для преобразования сигналов и изображений, задаваемых невзвешенными цифровыми кодами во взвешенные коды, и может быть использовано для обработки и распознавания сигналов и изображений.

Известно устройство, содержащее генераторы пилообразного напряжения, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, элементы ИЛИ, блоки памяти функций принадлежности, блоки определения минимума, блоки сравнения, блоки вычитания из единицы, регистры, счетчик и элементы задержки с соответствующими связями [SU 1791815, G06F 7/58, 1990].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Известно также устройство, содержащее n параллельных сумматоров, входы и выходы которых являются соответственно группой входов и группой выходов устройства, а также n блоков умножения на весовые коэффициенты, при этом вход i-го блока умножения на весовые коэффициенты (i=1...N) соединен с выходом i-го параллельного сумматора, а каждый из выходов j-го блока умножения на весовые коэффициенты (j=1...N) соединен с соответствующим ему входом взвешенного сигнала i-го сумматора (i не = j) [А.В.Назаров, А.И.Лоскутов. Нейросетевые алгоритмы прогнозирования и оптимизации систем. - Санкт-Петербург, "Наука и Техника", 2003 г., стр.231].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее группу умножителей на весовые коэффициенты, входы которых являются входами устройства, параллельный сумматор, входы которого соединены к выходами умножителей на весовые коэффициенты, и блок вычисления активационной функции, вход которого соединен с выходом параллельного сумматора, а выход является выходом устройства [Редько В.Г. Эволюция, нейронные сети, интеллект: Модели и концепции эволюционной кибернетики. - М.: КомКнига, 2006, стр.5.1.].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство позволяет распознавать сигналы и изображения с использованием моделирования работы нейрона в допущении, что весовые коэффициенты для входных сигналов могут быть определены точно, что позволяет использовать их в умножителях на весовые коэффициенты. На практике значения весовых коэффициентов не всегда могут быть определены точно и в большинстве случаев их значения являются нечеткими, «размытыми», что снижает точность устройства и сужает функциональные возможности известного устройства.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый параллельный сумматор и первый блок вычисления активационной функции, вход которого соединен с выходом первого параллельного сумматора, а выход является первым выходом устройства, введены Р-1 параллельных сумматоров со второго по Р-й, Р-1 блоков вычисления активационной функции со второго по Р-й, входы каждого из которых соединены с выходами одноименных параллельных сумматоров, а выходы являются одноименными выходами устройства, а также Р групп с первой по Р-ю блоков формирования значений функций принадлежности, выходы каждой из которых соединены с входами одноименных параллельных сумматоров, при этом каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит К блоков формирования значений функций принадлежности с первого по К-й, входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали устройства с указанной совокупностью признаков. Следовательно, оно отвечает критерию новизны.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что для достижения требуемого технического результата введены Р-1 параллельных сумматоров со второго по Р-й, Р-1 блоков вычисления активационной функции со второго по Р-й, входы каждого из которых соединены с выходами одноименных параллельных сумматоров, а выходы являются одноименными выходами устройства, а также Р групп с первой по Р-ю блоков формирования значений функций принадлежности, выходы каждой из которых соединены с входами одноименных параллельных сумматоров, при этом каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит К блоков формирования значений функций принадлежности с первого по К-й, входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности. Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали технические решения, в которых поставленная техническая задача была решена с использованием указанной совокупности признаков. Следовательно, решение отвечает критерию изобретательского уровня.

Дополнительно отметим, что, как будет показано ниже, предлагаемое техническое решение может быть реализовано с помощью известных элементов цифровой техники. Следовательно, оно отвечает критерию промышленной применимости.

На чертеже представлены: на фиг.1 - электрическая структурная схема устройства ассоциативного распознавания, на фиг.2 - пример функции принадлежности типа «примерного равенства».

Устройство ассоциативного распознавания (фиг.1) содержит Р параллельных сумматоров с первого 1-1 по 1-Р, Р блоков вычисления активационной функции с первого 2-1 по 2-Р, входы каждого из которых соединены с выходами одноименных параллельных сумматоров 1-1...1-Р.

Устройство ассоциативного распознавания содержит также Р групп с первой 3-1 по Р-ю 3-Р блоков формирования значений функций принадлежности, выходы каждой из которых соединены с входами одноименных параллельных сумматоров 1-1...1-Р, при этом каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит К блоков формирования значений функций принадлежности с первого по К-й (3-1-1...3-1-К,...3-Р-1...3-Р-К), входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности и являются входами устройства ассоциативного распознавания.

Параллельный сумматор является стандартным элементом вычислительной техники, а блоки формирования значений функций принадлежности и блоки вычисления активационной функции охарактеризованы на функциональном уровне. Описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже при описании работы устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции, в частности алгоритм или соответствующие математические выражения.

Работает устройство ассоциативного распознавания следующим образом.

Предварительно анализируется Р групп образцов сигналов или изображений по нечеткой, «размытой» информации, например, по зашумленным фотографиям. Следовательно, отсутствие точных эталонных изображений образцов заменяется их ассоциативными, нечеткими, «размытыми» изображениями. В результате для каждого элемента из Р изображений формируется функция принадлежности этого элемента в соответствии с наиболее типичным уровнем сигнала, соответствующего эталонному изображению (на фиг.2 представлен пример функции принадлежности «примерного равенства»). На основе подобных функций производится программирование блоков формирования значений функций принадлежности (3-1-1...3-1-К,...3-Р-1...3-Р-К).

На входы блоков 3-1-1...3-1-К,...3-Р-1...3-Р-К формирования значений функций принадлежности поступают входные (возбуждающие) сигналы. При этом на входы одноименных блоков каждой из Р групп блоков подаются одноименные сигналы, например, сигналы, характеризующие одинаковые элементы изображения. Каждый из этих сигналов преобразуется в соответствующем ему блоке 3-1-1...3-1-К,...3-Р-1...3-Р-К в значение функции принадлежности, которое отражает нечеткое представление о соответствии уровня входного сигнала соответствующему эталонному сигналу (элементу изображения).

На фиг.2 представлен пример функции принадлежности типа «примерного равенства» и графический алгоритм формирования значения функции принадлежности М(х) при значении входного сигнала, равного х.

Каждый из блоков 3-1-1...3-1-К,...3-Р-1...3-Р-К настроен на свой вид функции принадлежности М1(х)...Мк(х).

В параллельных сумматорах 2-1...2-Р сформированные значения функций принадлежности соответствующих им групп блоков формирования функций принадлежности суммируются и поступают на входы соответствующих блоков 2-1...2-Р вычисления активационной функции. В простейшем случае они могут быть выполнены в виде пороговых блоков.

При превышении их пороговых уровней на выходах формируется уровень логической единицы, который сигнализирует о распознавании входного сигнала при нечетком представлении о значении его отдельных элементов. В других случаях это может быть блок с более сложными требуемыми функциональными преобразованиями входного сигнала, например, используемыми в устройстве-прототипе.

В этом случае решение о виде принятого сигнала (распознавании изображения) принимают, например, по максимальному сигналу на выходах блоков 2-1...2-Р вычисления активационной функции.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей и повышении точности.

Устройство ассоциативного распознавания, содержащее первый параллельный сумматор и первый блок вычисления активационной функции, вход которого соединен с выходом первого параллельного сумматора, а выход является первым выходом устройства ассоциативного распознавания, отличающееся тем, что введены Р-1 параллельных сумматоров со второго по Р-й, Р-1 блоков вычисления активационной функции со второго по Р-й, входы каждого из которых соединены с выходами одноименных параллельных сумматоров, а выходы являются одноименными выходами устройства ассоциативного распознавания, а также Р групп с первой по Р-ую блоков формирования значений функций принадлежности, выходы каждой из которых соединены с входами одноименных параллельных сумматоров, при этом каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит К блоков формирования значений функций принадлежности с первого по К-й, входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности и являются входами устройства ассоциативного распознавания, причем каждый из К блоков формирования значений функций принадлежности настроек на соответствующий ему вид функции принадлежности, а блоки вычисления активационной функции предназначены для сравнения с пороговыми уровнями и формирования на выходе сигнала с уровнем логической единицы, сигнализирующего о распознавании входного сигнала.