Устройство для распознавания образов

ОП С ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соеетских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 19.Ч,1971 ( 1659935/18-24).Ч, Кл. 6 061 с 9 О присоединением заявкиКомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРПриоритет 39 . 08 бликовано 08.11.1973. Бюллетень10а опубликования описания 21.1 Ъ,1973 Авторизобретения В. Тимофе Заявитель абардино-Балкарский государственный ун тет УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНА Я ОБРАЗ 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 класси 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 т обучающим тг - мерным сигналам, подаваемым пз блока упорядочивания обучающих сигналов, и 15 блока формирования целочисленных весов,осуществляющего в режиме адаптации вычисление и настройку т целочисленных весов.Конструктивно это выражается в том, чтоустройство 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 - кдругим входам блока полиномиальных преобразователей. Входы блока формирования целочисленных весов связаны с выходом сумматора и соответствующими выходами блока 30 упорядочивания обучающих сигналов, а вы3холы - с управляющими входами блока взвешианин,1 с входы блока иолиномиальных преобразователей подаются и двоичных сигналов с выходов блока входных пороговых элементов и и значений компонент иг обучающих многомерных сигналов, поступающих из блока упорядочивания обучающих сигналов, выдающего эти сигналы в порядке возрастания числа ненулевых компонент, а т 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 1-го (= 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, иХи остальных входов которого подключены к выходам блока 3 упорядочивания обучающих сигналов, и входов которого соединены с и выходами блока 1, а т выходов блока 2 подключены на си входов блока 4 взвешивания (умножение на константу), т 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, си выходов которого соединены с си выходами блока 4, а выход подключен ко входу решающего 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, иХси остальных входов которого соединены с иХси выходами блока 3, где обучающие векторы хранятся в регистрах, упорядоченных в порядке возрастания числа ненулевых разрядов. Двоичные сигналы с си выходов блока 2 подаются на т в.,одов блока 4, состоящего из т элементов амяи (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 сумматора 5.369592 41-1 а фиг. 2 представлен вариант реализации с-го канала устройства, ил;пострирующий процесс автоматического формирования потиномиальных преобразователей, описывающихся полиномами вида л (/)а 1(Х) = ГХ,сс: 1 с:1,2 сп,где хс - двоичные сигналы, поступающие на и входов блока 2, осВ - значения компонент 1-го обучающего вектора и целочисленных весов х;, определяемых в режиме адаптации по формуле 10 15= с - У асхс,1 1 -с:1где б; - сигнал принадлежности с-го обуча 20 ющего вектора. Для уменьшения объема памяти и вычислений желательно, чтобы число ненулевых весов и, было минимально, Это можно осуществить, дополнительно введя междувыходами сумматора 5 и вычитающими эле 25 ментами (см. фиг. 2) и переключателей, которые пропускают сигнал с выхода сумматора 5,если выполнено условие1 - ;, асясО,30с:и выдают сигнал б, в противном случае, Режим адаптации продолжается т шагов и завершается формированием си полиномиальныхпреобразователей и т целочисленных весов.35 В рабочем режиме на вход предлагаемогоустройства подаются исследуемые объекты(или процессы), При этом и двоичных сигналов с выходов блока 1 поступают на входыблока 2, соединенного указанным образом с40 блоком 3, а с т выходов блока 2 двоичныесигналы поступают на блок 4, осуществляющий умножение каждого сигнала на соответствующий ему целочисленный вес и выдающийт полученных сигналов на сумматор 5, соеди 45 пенный с решающим блоком, выходом которого является сигнал принадлежности входныхобъектов (или процессов) к классам,Блок б в рабочем режиме отключен. Если врабочем режиме на вход блока 2 подать обу 50 чающие векторы в произвольном порядке, товсе они будут классифицированы безошибочно. В этом смысле предлагаемое изобретениеявляется оптимальным.Устройство для распознавания образов бы 55 ло смоделировано в виде программы для ЭВМи хорошо зарекомендовало себя при решенииряда задач опознавания, идентификации идиагностики, именно: задачи опознавания иидентификации шести команд, произносимых60 двенадцатью дикторами по видеограммам речи (результат опознавания и идентификациисоставил соответственно 100 й и 99,2 /о, длячего были автоматически сформированы полиномы второй и третьей степени); задачи65 опознавания дикторов по видеограммам проаказ 1081/13 Изд. Хо 1258 Тираж 647 1 НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Сове Москва, Ж, Раушская наб., д. 4,:5ПодписноеМинистров СССР ипография, пр. Сапунова, 2 износимого ими текста независимо от содержания этого текста (результат опознавания трех дикторов - мужчин составил 97,б 7 о, для чего были автоматически сформированы поли- номы второй степени), задачи опознавания целей по отраженным от них радиолокационным сигналам (результат опознавания 70 Ь 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 изобретенияУстройство для распознавания образов, содержащее блок пороговых элементов и последовательно соединенные блок взвешивания, сумматор и решающий блок, отлмающееся тем, что, с целью увеличения надежности распознавания, оно содержит блок полиномналь ных 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 вы 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 вы ходами блока упорядочивания обучающихсигналов, а выходы - с управляющими входами блока взвешивания.