Устройство для распознавания образов

 

(11 445051

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социвлистииеских

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства(22) ЗаявленсК5. 05. 72 (21)Х784040/I&24 с присоединением заявки р— (32) Приоритет—

Опубликован ВО.09. 74Бктллетень № 86

Дата опубликования описания 16,12.7 4 (51) М Кл. .(06 к 9/ОО

Государственный номнтет

Совета Мнннстров СССР оо делам нзобретеннй н открытей (53) УЙК

6BI.327.I9

088.8/ (72) Автор изобретения

Ю.Н. Ефимов (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт

/54/ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ OEPABOB

Изобретение может быть использовано в вычислительной технике и технической кибернетике.

Известны распознающие устройства — перцептроны. Собственно распознающая часть перцептронов состоит из слоя ассоциативных элементов, входы которых связаны определейным образом с чувствительными элементами; выходы ассоциатив- 1о ных элементов связаны со входами реагирующего элемента, формирующего решение о принадлежности предьяв ленного изображения к тому или иному образу на основе анализа знака суммы входных сигналов. При этом в процессе обучения функционирует обратная связь, обеспечивающая изменение выходнйх сигналов ассоциативных элементов или весов таким образом, чтобы решение реагирующе- " го элемента совпадало бы с указанием "учителя".

Однако в таких устройствах учитывается не вся информация, полученная при обучении, так как те

2 изображения, решение о принадлеж ности которйх совпадают с указаниями "учителя", не вызывают изменения весов ассоциативных элементов.

Неравномерность учета обучающей информации проявляется в том, что влияние иаобрежений, предъявленных в конце обучения, существенно превышает влияние иэображений, предъявленных в начале обученйя, стирая B значительной степени результаты предыдущего обучения. Иэ вестные перцептроны имеют сложную структуру ассоциативных элементов, обуславливающую большой объем оборудования. Кроме того, не установлена способность перцептрона к обобщению, т.е. к правильному распознаванию изображений, не предъяв ленных в процессе обучения.

Цель изобретения заключается в упрощении структуры устройства для распознавания образов.

Зта цель достигается введением счетчика, входы которого соединены с выходами блока отбора

44505I

В максимальных весовых коэффициентов, а выходы — с управляющими входами схем сравнения и входом блока отбора максимальных весовых коэффициентов. 5

На чертеже приведена блоксхема предлагаемого устройства.

Устройство для распознавания образов содержит регистр I фиксации изображений, счетчик 2, схемы 3 совпадения, сумматор 4 по модулю два, регистр-преобразователь

5, накапливающий сумматор 6 и блок 7 отбора максимальны весовых is коэффициентов. При этом выходы регистра фиксации изображений через схемы совпадения подключены ко входам сумматора по модулю два, входы блока 7 отбора максимальнйх ве- 20 совых коэффициентов соединены с выходами накапливающего сумматора, выходы блока отбора максимальных весовых коэффициентов связаны со входами регистра-преобразователя, подключенного ко входам накапливающего сумматора, входы счетчика соединены с выходами блока 7, а выходы счетчика подключены к управляющим входам схем совпадения и к входу блока 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пусть в счетчике 2 в двоичной форме зафиксировано некоторое чис-. ло Е=С p --C p---C

@ е = Поскольку выход сумматоре по модулю два связан со знаковым разрядом регистра=пре- qs образователя 5, а в этот регистрпреобразователь поступает от "учителя" функция f(x) принадлежности изображения х к образу Н или -I, равная соответственно +I или -I, то в регистре-преобразователе формируется произведение

f()(<)" < ), передаваемое в накапливающий сумматор E. Если при неизменном К в регистр I фикса- 56 ции изображений последовательно поступят все возможные изображения

:с, то в накапливающем сумматоре

6 сформируется суммаK.)(x)(g)Rp(), где означает суммирование по всем 2 возможным изображениям

Сумма ф $()(-i) Г® пропорциональна весовому коэффициенту или весу я Е= - "л (х () Б х) разложения функции (х) в ряд Е Е() (), где и означает суммирование по всем 2" возможным значениям p < . Возможность такого разложения определяется тем, что функции (-1) (с) взаимно ортогональны.

Таким образом, если вычислить все возможные веса g g, то на основании равенства f(x)=yq (-1) () можно построить функцию принадлежности () .

Учет всех весов $ дает громоздкое выражение для j(x) . Однано отбрасывая ряд весов, можно получить приближенное выражение

У()=Хо,„(- „(), где х Ga начает суммирование только по части из всех возможных весов. Посколь ку квадратичная ошибка представления функции $(x) рядом q, (1) „(>) зависит от суммы квадратов неучтенных весов, то вычислив все возможные веса и отобрав заданное количество максимальных по модулю весов, определяемое, например, объемом йамяти, можно полу чить йриближенное представление функции.

Процесс определения весов О, и выбора из этих весов заданного числа максимальных по модулю весов можно рассматривать как процесс обучения, а определение знака (как распозйавание.

В реальном случае обучения предъявление всех возможных изображений невозможно. Предъявление же при обучении только части изображений делает функцию принадлежности j(x) не полностью определенной. В этом случае вычисление весов может быть выполнено методами Монте-Карло.

СуМиа 2, Х (х)(-i)i =2. я „ф может рассматриваться как плошадь, ограниченная ступенчатой кривой

f(>)(<) > . Приближенное

44505I

5о

5 значение этой площади в соответствии с методами Монте-Карло определяется выражением

11 ) <111, где суииироваиие е выполняется по случайным а6сцйссам х, в нашем случае по случайно предъявляемым изображениям с, а ;е означает количество х орр . случайно выбранных абсцисс,то есть число случа о предъяввленнйх изоражений или обьем обучающей выборки.

Тавии ооравои вес 1, в(Е11 .

° <„f()(-17Е Ж Хсг

Если обеспечить одинаковые .объемы выборок при определении весов, то необходимость в операции делейия я. 1 отпадает. îïð.

В процессе обучения вычисляются приближенные значения всех весов . Для этого в регистр

I фиксации изображений подают заданное число я изображениИ. При оф неизменном 3 в счетчике 2 в накап вивающеи суииаворе б фориируегса суииа (х) 1Уе1*, пропорци. ональйая приближенному значению веса с . Эта сумма, в дальнейшем

35 для удобства называемая весом вместе с индексом веса (, хранимым в счетчике 2, передается в блок отбора максимальных весовых коэффициентов, который фиксирует заданное количество максимальных по модулю весов и их индексов. Поэтому в блоке 7 вновь поступивший вес сравнивается со всеми ранее зафиксированными весами и минимальный 15 по модулю вес вместе с его индексом отбрасывается.

После передачи в блок 7 веса и его индекса в счетчике 2 форми6 руется новое число < f и все процессы повторяются.

После вычисления всех весов и отбора заданного количества мак симальных по модулю весов устройство для распознавания образов считается обученным.

В режиме распознавания устройство для распознавания образов работает следующим образом. Изобажение Х фиксируется в регистре фиксации изображений. Из блока

7 в счетчик Z и в регистр-преобразователь 5 поступают соответственно 4 и g 8 . При этом в регистре преобразователе у сформируется произведение q<(- ô, õ) с передаваемое в накапливающий сумматор 6. Далее из блока 7 поступа1от очередной вес и его индекс.

Таким образом, в накапливающем сумматоре 6 формируется сумма

,„ ) "-, где . — индексы всех зафиксированных в 7 ве сов. Знак суммы wy () F„(x) и есть результат распознавания.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для распознавания образов, содержащее регистр фикса ции изображений, выходы которого через схемы совйадения подключены ко входам сумматора по модулю два, блок отбора максимальных весовых коэффициентов, входы которого соединены с выходами накапливающего сумматора, а выходы со входами ре гистра-преобразователя, подключенного ко входам накапливающего суи матора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, ойо содержит счетчик, входы которого соединены с выходами блока отбор; максимальных весовых коэффициентов, а выходы — с управляющими входами схем совпадения и входом блока отбора максимальных весовы;. коэффициентов.

44505I

Т, Нечипорович ехред

Н.сенина ф ц;>д, Я > 1нраж БРА

РЕе >акто

Подписное

Заказ

Г!редирнятие «1!агент», Москва, Г 59, Бережковская наб., 24!

111111!!11! осу ларс>венного комитета Совета Минин>ров СССР гн> делам изобретеil!>ft и открытий

Москва, 113035, Рау>нская наб., 4