Устройство для распознавания образов

 

ОП С ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19.Ч.1971 (№ 1659935/18-24) .Ч. Кл. G 061< 9,:ОО с присоединением заявки №

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Приоритет

Опубликовано 08.ll.1973. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 21.IV.1973

УДК 621.391.19(088.8) Автор изобретения

А. В. Тимофеев

Кабардино-Балкарский государственный университет

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в адаптивных системах классификации, опознавания, диагностики, идентификации, прогнозирования и управления.

Известны устройства для классификации входных сигналов, содержащие блок пороговых элементов (рецепторов), блок функциональных преобразователей (ассоциативных элементов), блок взвешивания (умножение на константу), настройка которого осуществляется в режиме адаптации, сумматор и решающий элемент. Примерами таких устройств являются перцептрон и его модификации.

Недостатком известных устройств является необходимость выбора и настройки структуры функциональных преобразователей с учетом специфики решаемой задачи, что требует, как правило, вмешательства конструктора (человека-оператора), приводит к громоздким техническим решениям, снижает быстродействие, автономность и универсальность этих устройств.

Другим недостатком известных устройств является то, что в них не заложены требование безошибочности классификации обучающих сигналов и требование целочисленности весов, приводящие к увеличению точности классификации и упрощению устройства.

Целью изобретения является построение устройства, обеспечивающего автоматическое формирование поли номи альных преобразователей и целочисленных весов по многомерным обучающим сигналам и безошибочную класси5 фикацию этих сигналов, что позволяет повысить точность классификации, автономность и быстродействие устройства при пониженных требованиях к объему памяти и сложности реализации. Эта цель достигается с помощью

10 блока полиномиальных преобразователей, формирующего полиномы из и входных двоичных сигналов непосредственно по m обучающим гг — мерным сигналам, подаваемым пз блока упорядочивания обучающих сигналов, и

15 блока формирования целочисленных весов, осуществляющего в режиме адаптации вычисление и настройку m целочисленных весов.

Конструктивно это выражается в том, что устройство содержит блок полиноми альных

20 преобразователей, одни входы которого подключены к выходам блока пороговых элементов, а выходы — ко входам блока взвешивания, блок упорядочивания обучающих сигналов, входы которого подключены к выходам

25 блока пороговых элементов, а выходы — к другим входам блока полиномиальных преобразователей. Входы блока формирования целочисленных весов связаны с выходом сумматора и соответствующими выходами блока

30 упорядочивания обучающих сигналов, а вы3 ходы — с управляющими входами блока взвеши;;анин, 11; входы блока иолиномиальных преобразователей подаются и двоичных сигналов с выходов блока входных пороговых элементов и и значений компонент m обучающих многомерных сигналов, поступающих из блока упорядочивания обучающих сигналов, выдающего эти сигналы в порядке возрастания числа ненулевых компонент, à m выходов подключены к входам специального блока целочисленного взвешивания, на входы которого также поступают сигналы принадлежности обучающих сигналов с выходов блока упорядочивания, и сигнал обратной связи с выхода сумматора, т входов которого подключены к т выходам блока целочисленного взвешивания.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для распознавания образов; на фиг. 2 показан вариант реализации j-го (j=1,2..., т) канала устройства.

Устройство содержит блок 1 пороговых элементов, блок 2 полиномиальных преобразователей, блок 3 упорядочивания обучающих сигналов, блок 4 взвешивания, сумматор 5, блок б формирования целочисленных весов и решающий блок 7.

Блок 1 пороговых элементов соединен с и входами блока 2 полиномиальных преобразователей, nXm остальных входов которого подключены к выходам блока 3 упорядочивания обучающих сигна".îâ, и входов которого соединены с и выходами блока 1, а т выходов блока 2 подключены на m входов блока 4 взвешивания (умножение на константу), m других входов которого соединены с т выходами блока б формирования целочисленных весов, (т+1) входов которого подключены к т выходам блока 3, и к выходу сумматора 5, m выходов которого соединены с m выходами блока 4, а выход подключен ко входу решаюшего блока 7.

Устройство работает в двух режимах: режим адаптации и рабочий режим.

В режиме адаптации на и входов блока 2 последовательно подаются значения компонент обучающих векторов в порядке возрастания числа ненулевых компонент, nXm остальных входов которого соединены с иХт выхода11и блока 8, где обучающие векторы хранятся в регистрах, упорядоченных в порядке возрастания числа ненулевых разрядов. Двоичные сигналы с m выходов блока 2 подаются на т в одов блока 4, состоящего из т элементов памяти (например, мемисторов, сопротивлений), реализующих значения весов, которые вначале все равны нулю, а в процессе адаптации последовательно настраиваются с помощью блока б, формирующего на каждом шаге целочисленные значения этих весов по сигналу принадлежности обучающего вектора, поданного на данном шаге на вход блока 2, и по сигналу обратной связи с выхода суммато0а 5.

369592

На фиг. 2 представлен вариант реализации

j-ro канала устройсгва, ил;пострирующий процесс автоматического формирования потиномиальных преобразователей, описывающихся полинома»» вида л (/) а1(х) = „x

i:= 1

j=l,2,..., m, где х1 — двоичные сигналы, поступающие на и входов блока 2, о1е — значения компонент

j-го обучающего вектора и целочисленных весов х;, определяемых в режиме адаптации по формуле

1 — 1 э.. = О. — У а1х1, 1 1

i=I где б; — сигнал принадлежности j-ro обуча20 ющего вектора. Для уменьшения объема памяти и вычислений желательно, чтобы число ненулевых весов и, было минимально. Это можно осуществить, дополнительно введя между выходами сумматора 5 и вычитающими эле25 ментами (см. фиг. 2) т переключателей, которые пропускают сигнал с выхода сумматора 5, если выполнено условие

1 — 1 о1 —,ар, О, 30

i=1 и выдают сигнал I1, в противном случае. Режим адаптации продолжается т шагов и завершается формированием m полиномиальных преобразователей и т целочисленных весов.

35 В рабочем режиме на вход предлагаемого устройства подаются исследуемые объекты (или процессы). При этом и двоичных сигналов с выходов блока 1 поступают на входы блока 2, соединенного указанным образом с

40 блоком 3, а с т выходов блока 2 двоичные сигналы поступают на блок 4, осуществляющий умножение каждого сигнала на соответствующий ему целочисленный вес и выдающий

m полученных сигналов на сумматор 5, соеди45 пенный с решающим блоком, выходом которого является сигнал принадлежности входных объектов (или процессов) к классам.

Блок б в рабочем режиме отключен. Если в рабочем режиме на вход блока 2 подать обу50 чающие векторы в произвольном порядке, то все они будут классифицированы безошибочно. В этом смысле предлагаемое изобретение является оптимальным.

Устройство для распознавания образов бы55 ло смоделировано в виде программы для ЭВМ и хорошо зарекомендовало себя при решении ряда задач опознавания, идентификации и диагностики, именно: задачи опознавания и идентификации шести команд, произносимых

60 двенадцатью дикторами по видеограммам речи (результат опознавания и идентификации составил соответственно 100 /О и 99,2 /о, для чего были автоматически сформированы полиномы второй и третьей степени); задачи

65 опознавания дикторов по видеограммам про369592

1

3 7

Ри2. 1 () 6 (j

1 2 бл

Составитель В. Кудрявцев

Техред Т. Курилко

Редактор Е. Семанова

Корректоры: Е. Михеева и E. Талалаева

Заказ 1081/13 Изд. № 1258 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4,:5

Типография, пр. Сапунова, 2 износимого ими текста независимо от c03pDжания этого текста (результат опознавания трех дикторов — мужчин составил 97,б,!о, для чего были автоматически сформированы полиномы второй степени), задачи опознавания целей по отраженным от них радиолокационным сигналам (результат опознавания 70% с использованием полиномов до четвертой степени); задачи медицинской диагностики (результат диагностики заболеваний рак печени — инфекционный гепатит составил 92%, для чего были автоматически сформированы полиномы третьей степени) .

Предмет изобретения

Устройство для распознавания образов, содержащее блок пороговых элементов и последовательно соединенные блок взвешивания, сумматор н решающий блок, orëìàþùååñÿ тем, что, с целью увеличения надежности распознавания, оно содержит блок полиномнальных преобразователей, одни из входов которого подключены к выходам блока пороговых элементов, а выходы — ко входам блока взвешивания, блок упорядочивания обучающих сигналов, входы которого подключены к вы10 ходам блока пороговых элементов, а выходы — к другим входам блока полиномиальных преобразователей, и блок формирования целочисленных весов, входы которого соединены с выходом сумматора и соответствующими вы15 ходами блока упорядочивания обучающихсигналов, а выходы — с управляющими входами блока взвешивания.