Устройство для выделения информативных признаков при распознавании образов

 

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

383077

Союз Соеетскит

Социалистическин

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 01.Х11.1971 (№ 1719902/18-24) М. Кл. G Обк 9„ 00

G 061 15 18 с присоединением заявки J¹â€”

Приоритет

Опубликовано 23Л .1973. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 27Л 111.1973

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.391.19(088.8) Авторы изобретения

A. М. Шквар, М. А. Попов, А. Д. Рябинин, Н. М. Чумаков и А. И. Шевченко

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И НФОРМАТИ ВНЫХ

ПРИЗНАКОВ ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ОБРАЗОВ

Изобретение относится к устройствам для измерения и обработки электрических сигналов и предназначено для использования в системах распознавания образов для выделения информативных при знаков образа, а также в предсказывающих устройствах, в частности в электронных системах автоматического контроля состояния электро- и радиооборудования летательных аппаратов.

Каждый объект можно охарактеризовать некоторым набором признаков. Очевидно, что среди признаков есть такие, которые весьма

«чувствительны» к малейшему изменению состояния объекта и такис, что совсем не меняют своего значения даже при выходе объекта из строя.

При контроле работоспособности объекта особенно важно отобрать признаки, которые позволяют наиболее полно и глубоко оценивать состояние объекта.

Известно устройство, осуществляющее выделение признаков опознаваемого объекта.

Однако конструктивно оно сложно и не обеспечивает эффек.i ивного выделения наиболее информативных признаков.

Цель изобретения — повысить эффективность выделения информативных признаков объекта.

Цель достигается за счет эффекта самообучения, выполняемого на нейтроподобных элементах (нейронах). При этом критерием отбора является информативность признака, которая определяется наибольшим разбросом его текущих значений от эталона. Устройство

5 выделяет не все признаки, а только наиболее информативные.

Конструктивно 3Т0 выражается в том, что устройство выполнено в виде параллельных каналов по числу предъявляемых признаков, 10 каждый канал содержит блок нормализации признака, выход которого подключен к возбуждающему входу первого и тормозящему входу второго нейрона, и последовательно соединенные интегрирующе-запоминающую ячей15 ку, синаптическую ячейк1 и третин нейрон, возбуждающин вход интегрирующе-запоминающей ячейки подключен к выходу первого нейрона, а тормозящий вход — к выходу второго нейрона, один из входов синаптической

20 ячейки соединен со входом блока нор»aëèçàции признака и соответствующей входной клеммой, причем тормозящие входы третьего нейрона каждого канала подключены к шине установки порога, выходы интегрирующе-за25 поминающих ячеек каждого канала через суммирующий нейрон подключены к источнику смещения, тормозящим входам первого и второго нейронов кая 701 о Ii3r13sl3 H ? прав:IHI0щим входам первого и второго генераторов.

ЗО На фиг. 1 показана структурная схема )сг383077 т;

3 ройства для выделения информативных признаков; на фиг. 2 дан график статической нейрона.

В предлагаемое устройство входит блок нормализации 1 признака 1>., нейроны 2,, 3;, 4, 5;; интегрирующе-запоминающая ячейка б;; генераторы линейного напряжения 7, 8; синаптическая ячейка 9ь 10; — входная шина; общая пороговая шина 11; шина 12 установки порога информативности.

Х вЂ” текущее значение i-ro признака, х,— величина информативности i-го признака, р" — нормализованное среднее значение i-го признака, У„„(1„р — напряжение, i= 1,2 ... и — номер канала. Кроме того, стрелка возле нейрона обозначает возбуждающий вход, кружочек — тормозящий.

На фиг. 2 U — входное напряжение, f — частота выходного сигнала, Π— порог восприимчивости нейрона.

Устройство состоит из параллельно функционирующих каналов по числу предъявляемых признаков. Составными элементами устройства являются блок нормализации признака, нейрон, генератор линейного напряжения, интегрирующая запоминающая ячейка и синаптическая ячейка.

Блок нормализации признака 1; осуществляет нормализацию текущего значения признака и формирует модуль разности между нормализованными текущим и средним значениями признака.

Нейрон представляет собой аналого-дискретный преобразователь, имеющий входы двух типов — возбуждающие и тормозящие. Порог восприимчивости нейрона является переменной величиной и определяется сигналом на тормозящих входах, чем больше суммарный тормозящий сигнал, тем выше порог восприимчивости нейрона, и наоборот. Сигнал, приложенный к возбуждающему входу, способствует росту частоты выходного сигнала, вплоть до участка насыщения.

Генератор линейного напряжения имеет два типа входов — пороговый и управляющий.

Генератор вырабатывает линейно нарастающее во времени напряжение до тех пор, пока сигнал на его управляющем входе пе станет отличным от нуля. В момент появления управляющего сигнала напряжение на выходе генератора линейного напряжения скачком уменьшается до нуля и остается»а этом уровне все время, пока действует управляющий сигнал.

Порог срабатывания генератора можно изменять путем подключения к его пороговому входу напряжения. Тогда генерация линейного напряжения на выходе генератора будет прекращаться в тот момент времени, ког.1а суммарный сигнал на управляющих входах превысит сигнал на его пороговом входе.

Интегрирующе-запоминающая ячейка б; производит операцию интегрирования и последующего запоминания положительной разности между сигналом, приложенным к

50 возбуждающему входу, и сигналом, приложенным к тормозящему входу этой ячейки.

Синаптическая ячейка 9> представляет собой элемент с двумя входами и одним выходом, осуществляющий операцию умножения сигнала на некоторый коэффициент, значение которого может изменяться.

Выходы всех нейронов 2 (фиг. 1), которые соединены с блоком 7 посредством возбуждающего входа собраны на управляющих входах генератора 7, а выходы генератора 7 подключены к возбуждающему входу этих нейронов. Замкнутая цепь носит название тракта поощрения.

Аналогично соединены между собой генератор 8 и нейроны 3ь которые связаны с блоком 1; посредством тормозящего входа. Эта цепь называется трактом наказания.

Вычисленный в блоке 1 сигнал вида

a;=mod (х,. — о,), где х, — нормализованное текущее значение i-го признака, поступает на

rîçáóæäàþùèé вход нейронов 2, тракта поощрения i-го канала и на тормозящий вход нейроиа 3; тракта наказания этого же канала.

Пороги указанных нейронов 2; и 3; устанавливаются одинаковыми и положительными при общей пороговой шины 11, прикладывая напряжение U,,„.

С генератора линейного напряжения 7 подается линейно нарастающий сигнал на возбуждающий вход нейронов 2;. Очевидно, что первым выйдет из подпорогового состояния нейрон, на который поступает наибольший сигнал а;. Импульсы этого нейрона подаются на возбуждающий вход яче";. Эти импульсы поступают на управляющий вход генератора 7. Срыв линейного напряжения осуществляется в зависимости от порога генератора 7, определяемого напряжением Ucnr. Напряжение U выбирается таким, чтобы до сброса генератора 7 успевал возбуждаться не только нейрон, на возбуждающем входе которого величина а; максимальна, но и ряд других нейронов, следующих в порядке убывания этой величины. При этом длительность поощрения, воспринимаемого соответстзующей я;сйкой, определяется выражением:

T E = 1< (« — О. ) где 4 — постоянный коэффициент, 0, — порог восприимчивости нейрона 2;.

Величина поощрения записывается в следующем виде: где lг — постоянный коэффициент.

Одновременно осуществляется процесс «наказания» интегрирующе-запоминающих ячеек в каналах, где величина а минимальна при данной ситуации из обучающей выборки. Эта процедура выполняется при помощи нейронов 3; и генератора линейного напряжения 8.

Характерно, что процессы поощрения и наказания идут одновременно и повторяются

383077

5 каждый раз при предъявлении нового набора признаков. При предъявлении всей ооучающей выборки в ячейки, обслуживающих наиболее информативные признаки (с наибольшими диапазонами изменения по обучающей выборке), будет накоплен большой сигнал.

Сумма этих сигналов через нейрон 4 повышает пороги нейронов 21 и 8> и снижает пороги генераторов г, 8, что ведет к «поощрению» только максимально информативных признаков и наказанию признаков с малым диапазоном изменения, обеспечивая устойчивость и сходимость процесса адаптивного их отбора.

Сигналы с интегрирующе-запоминающих ячеек б подаются на один из входов каждой синаптической ячейки 9ь регулируя коэффициент пропускания этой ячейки признака х;.

Выходной сигнал каждой сии аптической ячейки 9 поступает на возбуждающий вход оконечного нейрона х;. Порог этих нейронов устанавливается с помощью напряжения

У„р, прикладываемого через шину 12 установки порога информативности.

Тогда i-ый признак будет характеризоваться величиной информативности, определяемой как х — — А;х; — О„„ф, где А1 — коэффициент информативности i-го признака, О„„ф — порог информативности.

Признаки с малым сипаптическим весом (малым коэффициентом пропускания) будут иметь и малые коэффициенты Аь т. с. величина их информативности на выходе устройства будет весьма малой или равной нулю. Снижение порога информативности 6„„ф равносильно расширению множества информативных признаков.

Предмет изобретен ия

Устройство для выделения информативных признаков при распознавании образов, содержащее блоки нормализации признака, генераторы линейного напряжения и нейроны, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности выделения признаков, устройство выполнено в виде параллельных каналов по

10 числу предъявляемых призчаков, каждый канал содержит блок нормализации признака, выход которого подключен к возбуждающему входу первого и тормозящему входу второго нейронов, и последовательно соединенные ин15 тегрирующе-запоминающую ячейку, синаптическую ячейку и третий нейрон, возбуждающий вход интегрирующе-запоминающей ячейки подключен к выходу первого нейрона, а тормозящий вход — к выходу второго нейро20 на, один из входов синаптической ячейки соединен со входом блока нормализации признака и соответствующей входной клеммой, причем тормозящие входы третьего нейрона каждого канала подключены к шине установки

25 порога, выходы интегрирующе-запоминающих ячеек каждого канала через суммирующий нейрон подключены к источнику смещения, тормозящим входам первого и второго нейронов каждого канала и управляющим входам

30 первого и второго генераторов линейного напряжения, входы первого из которых подключены к выходам первого нейрона каждого канала, а выход — к возбуждающему входу этого нейрона каждого канала, входы второго

З генератора линейного напряжения подключе ы к выходам второго нейрона каждого канала, а выход — к возбуждающим входам второго нейрона каждого канала. я2

Х/7