Устройство для выделения информативных признаков при распознавании образов

383077 Союз Сооетскит Социалистическин Республик1719902/18-2 присоединением заявк риоритет омитет изобретении и открытпри Совете МинистреСССР Опубликовано 23 Л,19 ДК 621.391.19(088.8) оллстснь М 2 ата опубликования описания 27.Л 11.197 Авторыизобретен г А. М. Шквар, М. А. Попов, А. Д. Ряби и А. И. Шевченко. М. Чумаков Заявит ТРОЙ СТВО ПРИЗНАКО ВЫДЕЛЕНИЯ И НФОРМАТИ ВНЫХИ РАСПОЗНАВАНИИ ОБРАЗОВ 20 счета не Изобретение относится к устройствам для измерения и обработки электрических сигналов и предназначено для использования в системах распознавания образов для выделения информативных признаков образа, а также в 5 предсказывающих устройствах, в частности в электронных системах автоматического контроля состояния электро- и радиооборудования летательных аппаратов.Каждый объект можно охаракт еризовать 10 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 объек та из строя.При контроле работоспособности объекта особенно важно отобрать признаки, которые позволяют наиболее полно и глубоко оцс вать состояние объекта.Известно устройство, осуществляющее выделение признаков опознаваемого объекта.Однако конструктивно оно сложно и не обеспечивает эффективного выделения наиболее информативных признаков. 25Цель изобретения - повысить эффективность выделения информативных признаков объекта,Цель достигается за эфчения, выполняемого и йтро О ментах (нейронах). При этом критерием отбора является информативность признака, которая определяется наибольшим разбросом его текущих значений от эталона. Устройство выделяет не все признаки, а только наиболее информативные.Конструктивно это выражается в там, что устройство выполнено в виде параллельных каналов по числу предъявляемых признаков, каждьш канал содержит блок нормализации признака, выход которого подключен к возбуждающему входу первого и тормозящему входу второго нснрона, и последовательно соединенные интегрирующе-запоминающую ячейку, синаптическло ячейю и третин нейрон, возбуждающин вход интегрирующе-запохтинающей ячейки подключен к выходу первого нейрона, а тормозящий вход - к выходу второго нейрона, 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 порога, выходы интегрирующе-запоминающих ячеек каждого канала через суммирующий нейрон подключены к источнику смещения, тормозящим входам первого и второго нейронов каядога канала и управляющим входам первого и второго генераторов.На фиг. 1 показана структурная схема уст.тг Рг = К, аг аг)г 1о 60 65 3ройства для выделения информативных признаков; на фиг, 2 дан график статическойнейрона.В предлагаемое устройство входит блокнормализации 1 признака 1 г; нейроны 2 3 4,5 интегрирующе-запоминающая ячейка б генераторы линейного напряжения 7, 8; синаптическая ячейка 9 ь 10; - входная шина; общая пороговая шина 11; шина 12 установкипорога информативности.Хг - текущее значение г-го признака, х, -величина информативности г-го признака,р"г - нормализованное среднее значение г-гопризнака, У (р - напряжение, г= 1,2и - номер канала, Кроме того, стрелка возленейрона обозначает возбуждающий вход,кружочек - тормозящий,На фиг, 2 г 1 - входное напряжение,- частота выходного сигнала, О - 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 двухтипов - возбуждающие и тормозящие. Порог восприимчивости нейрона является переменной величиной и определяется сигналомна 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 дватипа входов - пороговый и управляющий.Генератор вырабатывает линейно нарастающее во времени напряжение до тех пор, покасигнал на его управляющем входе пе станетотличным от нуля, В момент появления управляющего сигнала напряжение на выходегенератора линейного напряжения скачкомуменьшается до нуля и остается на этомуровне все время, пока действует управляющий сигнал.Порог срабатывания генератора можно изменять путем подключения к его пороговомувходу напряжения. Тогда генерация линейного напряжения на выходе генератора будетпрекращаться в тот момент времени, когдасуммарный сигнал на управляющих входахпревысит сигнал на его пороговом входе.Интегрирующе-запоминающая ячейка б;производит операцию интегрирования и последующего запоминания положительнойразности между сигналом, приложенным к 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 возбуждающему входу, и сигналом, приложенным к тормозящему входу этой ячейки.Синаптическая ячейка 9 г представляет со. бой элемент с двумя входами и одним выходом, осуществляющий операцию умножения сигнала на некоторый коэффициент, значение которого может изменяться.Выходы всех нейронов 2 г (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 нейро. нов. Замкнутая цепь носит название тракта поощрения.Аналогично соединены между собой генератор 8 и нейроны 3 ь которые связаны с блоком 1; посредством тормозящего входа. Эта цепь называется трактом наказания,Вычисленный в блоке 1 сигнал вида а=гпос 1 (х,. - о,), где х, - нормализованное текущее значение г-го признака, поступает на возбуждающий вход нейронов 2, тракта поощрения г-го канала и на тормозящий вход ней. рова 3; тракта наказания этого же канала. Пороги указанных нейронов 2; и 3; устанавливаются одинаковыми и положительными при общей пороговой шины 11, прикладывая напряжение У,.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 ячейки б,. Эти импульсы поступают на управляющий вход генератора 7. Срыв линейного напряжения осуществляется в зависимости от порога генератора 7, определяемого напряжением У. Напряжение С, 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:г = К, (а, - Ои)где й - постоянный коэффициент, Оз - порог восприимчивости нейрона 2,.Величина поощрения записывается в следующем виде: где Й - 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 повторяются383077 тр 5каждый 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 2, и 81 и снижает поро. ги 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 9 ь 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 Опор, прикладываемого через шину 12 установки порога информативности.Тогда -ый признак будет характеризоваться величиной информативности, определяемой как х,=А;х; - Оф, где А 1 - коэффициент информативности -го признака, Оф - 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 61 п,ф равносильно расширению множества информативных признаков. 6 Предмет изобретен ияУстройство для выделения информативныхпризнаков 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 ин тегрирующе-запоминающую ячейку, синаптическую ячейку и третий нейрон, возбуждающий вход интегрирующе-запоминающей ячейки подключен к выходу первого нейрона, а тормозящий вход - к выходу второго нейро 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-запоминающихячеек 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 5 генератора линейного напряжения подключены к выходам второго нейрона каждого канала, а выход - к возбуждающим входам второго нейрона каждого канала.