Устройство для вычисления оптимальной структуры пороговых элементов

О П И С А Н И Е г 11)635488ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Саеетскик Социалистических Республик(22) Заявлено явки,гх с лрис инением 1 асудасстаенный комитет иоритет 43) Опх бликовано 30.1 юллетсць,хе 44 УД К 681.332по делам изобретении и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПТИМАЛЪНОЙ СТРУКТУРЫ ПОРОГОВЫХ ЭЛЕМЕНТО2 5 Изобретение относится к выиислительцой технике. Оцо может использоваться для решения задач, которые сводятся к нахождению решения произвольной конечной системы линейных однородных неравенств. Такими задачамц, в частности, являются задачи классификации, синтеза оптимальных структур пороговых элементов, проектирование ряда линейных электрических схем, например блоков взвешенного суммирования, с оптимальнымц параметрами,11 звестно устройство, позволяющее вычислять оптимальную структуру (или вектор оптимальных параметров или оптимальный вектор структуры) пороговых элементов 1. Это устройство содержит ключи, блок поиска минимума, сумматор, блок перебора входных ситуаций и блок весовых коэффициентов.При использовании этого устройства невозможно для любой функции, подлежащей реализации, точно определить время, по истечении которого значение погрешности впервые достигает заданной величины.Наиболее близкое к изобретению техническое решение - устройство, содержа;цее блок интегрирования, выход которого подключен и первым входам блоков определения скалярных произведений векторов, вторые входы которых соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы подключены к соответствующим входам блока поиска минимума, выходы которого соединены с управляющими входами ключей, входы которы., соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы - с соответствующими входами блока определения центра тяжести векторов, выход которого соединен с входом блока о пцтегррованця 2.Значения параметров структуры порогового элемента, т. е. значения коордцца гектора стра ктхры, сццмаготся в этом устройстве с выходов олоков интегрирования.5 В дальнейшем при опцсашш удобней считать, .то имеется один блок интегрирования и-мерцого вектора.Для вычисления оптимального вектораструктуры с абсогиотцой точностью с по- О мощью даццого устройства требуется, в общем случае, неограниченно большое время.Однако ца практике всегда достаточно знать оптимальные параметры порогового элемента с некоторой погрешностью, ограниченной снизу, по крайней мере, возмокцость,о цх фпгческой реализации.Оптимальным вектором структуры считается такой единичный вектор, для которого зцачеццс минимального скалярного 0 произведения со всеми входными векторами (минимальное значение взвешенной суммы входных переменных или пгосто взвешенной суммы) максимально, Для каждой функции, реализуемой пороговым элементом, существует свое максимальное значение минимальной взвешенной суммы, Погрешность, с которой произвольный вектор структуры равен оптимальному, оценивается отношением значения мпнпмальной взвешенной суммы для данного вектора к величине минимальной взвешенной суммы для оптимального вектора. Это отношение меньше или равно 1. В последнем случае произвольный вектор совпадает с оптимальным.Так как оптимальный вектор заранее не известен и, следовательно, не известно максимальное значение минимальной взвешенной суммы, то проконтролировать в явном виде в ходе вычислительного процесса, с какой погрешностью текущий вектор структуры равен оптимальному, невозможно. Кроме того, невозможно для любой функции, подлежащей реализации пороговым элементом, точно определить время, по истечении которого значение погрешности равенства текущего и оптимального векторов впервые достигает заданной величины. Поэтому в известном устройстве, выходами которого являются выходы блоков интегрирования, считывание показаний может производиться только через такое время, по истечении которого гарантируется, что указанная погрешность уже не может быть больше некоторой наперед заданной величины, т. е. процесс заканчивается тогда, когда вектор структуры вошел в область допустимой погрешности и не сможет уже из нее выйти. Это время. больше того времени, по истечении которого гарантируется, что заданная величина точности была достигнута хотя бы один раз за люоое, как угодно короткое, время.Цель изобретения - повышение оыстоодействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный блок определения скалярных произведений векторов, первый вход которого соединен с выходом блока определения центра тяжести векторов, второй вход соединен с выходом блока интегрирова;шя, указатель максимума, вход которого соединен с выходом дополнительного блока определения скалярных произведений вектороз, и блок памяти, вход которого соединен с выходом блока интегрирования, управляющий вход подключен к выходу указателя максимума, а выход соединен с выходом устройства.Дополнительный блок определения скалярных произведений векторов вычисляет значение минимальной взвешенной суммы для текущего вектора структуры. Это значение взвешенной суммы анализируется на максимум с омощю указателя акси 10 15 д г ".5 50 350 50 55 60 65 мума. Выходной сигнал последнего равен 1, если сигнал на его входе больше, чем все предыдущие значения, н равен О в противном случае.Блок запоминания вектора работает таким образом, что, если управляющий сигнал с указателя максимума равен 1, то его выходйые сигналы всегда равны соответствующим сигналам с выколов блока интегрирования. Если же сигнал с указателя максимума равен О, то выходные сигналы блока памяти не изменяются и сохраняют те же значения, которые были в момент последнего по времени изменения значения сигнала с указателя максимума с 1 на О,Благодаря введеаию в устройство указанных трех блоков на его выходе всегда присутствует вектор структуры, для которого минимальная взвешенная сумма входов имеет максимальное значение за все время процесса вычислений, т. е. вектор структуры, равный оптимальному с наименьшей погрешностью, которая была достигнута за весь процесс вычислений. Поэтому съем показаний с данного устройства можно осуществлять через такое время, о котором известно, что в течение его существовал хотя бы один момент, когда вектор структуры равнялся оптимальному с заданной погрешностью. Это время всегда меньше времени, через которое снимаются показания в известном устройстве, так. как последнее рассчитывается из условия, чтобы вектор структуры, войдя в область допустимой погрешности, никогда бы из этой области не мог выйти.На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.Для большей наглядности эта схема представлена в векторной форме, где совокупность блоков, выполняющих определенную функцию над компонентами векторов, заменяется одним блоком, выполняющим соответствующую операцию над век. тором в целом.Устройство содержит блок 1 памяти входных ситуаций, ключи 2, 3, блок 4 определения центра тяжести векторов, блок б интегрирования, блоки б, 7 определения скалярных произведений, блок 8 поиска минимума, блок 9 определения скалярных произведений, указатель 10 максимума, блок 11 памяти,Блок 1 представляет собой запоминающее устройство (аналоговое или цифровое), имеющее ряд выходов, количество которых определяется размерностью и числом входных ситуаций (входных векторов), на которых опеределена функция, подлежащая реализации пороговым элементом. Значения координат всех входных векторов лля заданной функции записываются в блок 1 перед вычислением оптимальной структуры порогового элемента.60 65 Через ключи 2, 3 входные векторы из блока 1 могут подаваться на вход блока 4. Блок б представляет собой совокупность олновходовых блоков интегрирования. Каждый из блоков б, 7 содержит двухвходовые узлы перемножения, выходы которых объединены на входе сумматора. Выход сумматора является выходом всего блока.Указатель 10 максимума включен меж ду выходом блока 9 и управляющим вхо. дом блока 11 памяти. Последний пред. ставляет собой регистр аналоговой памяти с ключами на Входе, которые управляотся сигналом с Выхода указателя 10 максимума.Процесс вычисления оптимального век. тора структуры порогового элемента происходит следующим образом,В блок 1 памяти входных ситуаций предварительно записываются все коорди. наты всех входных векторов, на которых определена заданная функция, подлежащая реализации пороговым элементом. Блоку 5 интегрирования задаются начальные условия (блок задания начальных условий на схеме не показан), в качестве которых используется один (любой) из входных векторов, После этого начальный вектор структуры на выходе блока О интегрирования пер емножается скалярно со всеми входными векторами в блоках б, 7, на выходах которых образуются значения всех взвешенных сумм входных перемекных, Указанные значения анализируются блоком 8 поиска минимума. У этого блока возбуждаются те выходы, которым соответствуют минимальные значения взвешенных сумм на входе. Возбужденные выходы блока Я поиска минимума открывают соответствующие ключи 2, 3 и соответствующие этим ключам входные векторы поступают на входы блока 4. На выходе последнего образуется вектор, значение каждой координаты которого равно среднему арифметическому значений соответствующих координат всех входных векторов. Этот вектор, дающий минимальную взвешенную сумму, поступает на входы блока 5 интегрирования, в результате чего выходные сигналы последнего изменяются. При изменении выходного вектора блока интегрирования изменяются значения скалярных произведений этого вектора со всеми входными векторами, в результате чего изменяется соотношение сигналов на выходах блоков 6, 7 определения скалярных произведений векторов,При этом оказываются открытыми какие-либо другие из ключей 2, 3 и другие входные векторы подаются из блока 1 ка вход блока 4, что приводит, к изменению Входных сигналов блока Б интегрирования. 5 о 9 о Г /,г зо 35 4 о 45 50 55 Благодаря тому, что на входе этого блока Всегда присутствует вектор, дающий минима,тькую взвешенную сумму входных перс сккых, изменение выходного вектора блока 5 и:.оисхолит в сторону увеличения абсол:отого значения минимальной взвешенной суммы. Олкако это изменение происхолцт кемокотонно.Блок 9 опрелслекия скалярных Веленй векторов вычисляет абсолютное зна екше минимальной взвешенной суммы входов, которое анализируется указателем 10 макси.ума. Если входной сигнал этого олока сольше, чем все предыдущие знания. то его выходкой сигнал равен единичною, зкачекцю. При этом выходной вектор .=лоха 1 равен выходному вектору блока э итегрированпя. Если вектор на выходе этого блока изменится так, что абсолютное зкачене минимальной взвешенкой суммы уменьшится, то сигнал с выхода указателя 0 максимума станет раВен нул:о. При этом Вектор на выхоле олока 1 зафпксируется, Дальнейшее изменение этого Вектора возможно только в случае, когда измеение выходного вектора блока 5 интегрирования приволит и увеличени;о последнего наиоольшего значения минимальной взвешенной суммы.Таким образом, на выходе 12 устройства всегда присутствует вектор структуры, лля которого значение минимальной взвешенной суммы максимально за Все прошедшее гремя вычислений. Поэтому снимать показания с устройства моо по истечении времени, внутри которого был хотя бы один момент, когда текущий вектор структуры равнялся оптимальному с заданной погрешностью. Это время всегда меньше времени, по истечении которого погрешность равенства текущего вектора стр кту ры Оптмалькому векторудит за допустимые пределы.Сокращение времени вычисления опти- МаЛЬНОГО ВЕКТОРа СТР КТ 1 РЫ СЛЦССТВЕННО расширяет сферу применения предлагаемого устройства. С помощью этого устройства часто приходится решать системы из ста и более неравенств с таким же количест- ВОМ КЕИЗЗЕСТИЬ:Х, ТЗКИЕ ЗадаЧИ ВСТрЕЧ 2- ются, например, при расчете блоков взвешенного суммирования в спектральных преобразователях матричного типа, Выигоыш во времени вычисления оптимального вектора структгрь: лля таких сложных залач при использовании изобретения может быть существеккым. Форм ла изобретения Ус-,:;ойство для вычисления оптимальной структуры пороговых элементов, солержащее блок интегрирования, выход котоОго подключен к первым Входам блокоВ определения скалярных произведений векТира.к 99делам изобретенийнаб., д, 4/5зд. М 748 ственного комитета СССР п Москва, Ж, РаушскПодписноеоткрытий Тип. Харьк. фил. пред, Патент торов, вторые входы которых соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы подключены к сответствующим входам блока поиска минимума, выходы которого соединены с упг,авляющими входами ключей, входы которых соединены с выходом блока памяти входных ситуаций, выходы - с соответствующими входами блока определения центра тяжести векторов, выход которого соединен с входом блока интегрирования, о т л и ч а ющ е е ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительный блок определения скалярных произведений векторов, первый вход которого соедкнен с выходом блока определения центра тяжести некторов, второй вход соединен с выходом блока интегрирования, указатель максимума, вход которого соединен с выходом дополнительного блока определения скалярных произведений векто ров, и блок памяти, вход которого соединен с выходом блока интегрирования, управляющий вход подключен к выходу указателя максимума, а выход соединен с выходом устройства,1 Овнимание при экспертизе; Источники информации, принятые во 1. Авторское свидетельство СССР15267214, кл. Ст 06 Р 15/18, 1968. 2. Авторское свидетельство СССР368627, кл. 6 06 К 9/02, 1971.