Устройство для моделирования нейронной сети

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 765824 ф(51)М. Кл,6 06 6 7/60 Госуаарствениьй коиитет СССР по аслам изобретений и отнрытий(72) Авторы изобретения В. Л. Кузьменко, В. Л, Кузнецова и И. М, Цыгельный Львовский государственный медицинский институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННОЙСЕТИ ф. М.О%4Изобретение относится к электрическому моделированию, в частностик моделированию нервной системою, иможет быть использовано для моделирования популяций, в частности, в 5качестве блока, моделирующего уровеньпопуляции растительных организмов,представляющих источник питания других уровней популяции,Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее блоки моделирования нейронов, генератортактовых импульсов, блоки триггеров,генератор равномерно распределенныхслучайных чисел и преобразователь за кона распределения 11 . При этом выходы блоков триггеров соединены суправляющимя.входами одного из блоков моделирования нейронов, сигнальные входы которого подключены к выхопдам других блоков моделирования нейроноВ, а выход - к соответствующим сигнальным входам других блоков модели-.рования нейронов. Генератор равномерного распределенных случайных чисел 25и преобразователь закона распределения соединены последовательно. Выходыпреобразователя соединены с первымивходами блоков триггеров, к вторымзходам ксторых подключены выходы ге-.30 2нератора тактовых импульсов и вход ггенератора равномерно распределенныхслучайных чисел.Недостатками известного устройства являются неоправданно усложненныйспособ управления синапсами нейро-подобных элементов, сложность конструкции, отсутствие возможности обобщить изменения формы сигналов в пределах данного класса, невозможностьоперативного запоминания опознаннойфорьы сигнала,Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому является усуройство для моделирования нейроннойсети, содержащее две группы нейронныхэлементов, каждый из которых имеети возбуждающих и та тормозящих входов121 ,Выход каждого нейронного элементачерез цепь образиной связи соединенс его возбуждающим входом, а последний подключен к тормозящим входам соседних нейронных элементов, Это устройство позволяет осуществлять опознание формы сигнала и обобщение изме"нений формы в пределах данного класса.Недостатками его являются невозможность моделирования циклическойактивности нейронной сети и невозможность распознав ания циклических последовательностей нервных импульсов.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет моде,лирования биологических ритмов нейронной сети,5Указанная цель достигается тем,,что в устройство для моделированиянейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, каждый из которых имеет п возбуждающих и щ тормозящих входов, введены элементызадержки, преобразователи частоты внапряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов игенератор импульсов с регулируемойчастотой, выход которого подключен 15к входам ключей нейронных элементов,выходы которых соединены с первымивозбуждающими входами соответствующих нейронных элементов группы, выход каждого нейронного элемента под 2 Окпючен к второму возбуждающему входуэтого же нейронного элемента и черезпоследовательно соединенные элементзадержки и преобразователь частотыв напряжение подключен,к управляющему входу ключа последующего нейронного элемента своей группы и к соответствующему входу выходного нейронного элемента, выход которого является выходом устройства, выход последнего нейронного элемента первойгруппы соединен через последовательно соединенные элемент, задержки ипреобразователь час.тоты в напряжениес управляющим входом ключа первогонейронного элемента второй группы ис входом элемента задержки, выход которого подключен к первому тормозящему входу первого нейронного элементапервой группы и через преобразовательчастоты в напряжение - к управляющему 40входу ключа первого нейронного элемента первой группы, выход первогонейронного элемента первой группы соединен с первым тормозящим входом перв ого н ейрон ного зле мен та в торой группы, первый тормозящий вход каждогонейронного элемента группы, кромепоследнего, через элемент задержкиподключен к первому тормозящему входу последующего нейронного элементасвоей группы, остальные входы каждого нейронного элемента являются входами устройства,Ба чертеже изображена структурнаясхема, устройства для моделированийнейронной сети, 55УСтройство содержит генератор импульсов 1, ключи 2 и 3 нейронных элементов, две группы 4 и 5 нейронныхэлементов б и 7, элементы задержки 8,преобразователи частоты в напряжение Щ9 и выходной нейронный элемент 10,1112 и 13 входы нейронных элементов,В качестве нейронных элементовмогут быть использованы устройствадля моделирования нейронов, 65 Устройство работает следующимобразом.С генератора импульсов 1 черезключ 2, нормальное состояние которого открытое, на возбуждающий вход 12.нейронного элемента б поступают импульсы с частотой 1, Благодаря положительной обратной связи выход-вход11 с весом, меньшим 1, происходйтнасыщение нейронного элемента б домаксимальной частоты на выходе ЙЧерез элемент задержки 8 импульсй поступают на преобразователь. частоты внапряжение 9, С выхода преобразователя 9 напряжение подается на управляь; -щий вход ключа 3, нормальное состояние которЬго закрытое, и ключ 3 открыв ается. Начинает аналогичным образомработать второй нейронный элемент б,При насыщении последнего нейронногоэлемента б первой группы 4 через элемент задержки 8 и преобразователь 9на управляющий вход ключа 2 поступаетсигнал, прекращающий доступ импульсовна вход 11, Одновременно на тормозящий вход 13 первого нейронного элемента 6 первой группы 4 поступает сигналс выхода последнего нейронного элемента б первой группы 4, прекращающийгенерирование импульсов нейронным элементом б. Сигнала на выходе не будет,и ключ 3 закрывается, прекращая доступ импульсов с генератора 1 на вход11 нейронного элемента б, Одновременно через тормозной вход 13 прекращается генерация импульсов нейроннымэлементом. При прекращении генерациипоследнего нейронного элемента б первой группы 4 открывается ключ 2, ипроцесс повторяется.При прекращении генерации первогонейронного элемента б первой группы4 снимается воздействие с тормозноговхода 13 первого нейронного элемента7 второй группы 5, и начинает аналогичным образом работать вторая группа 5 нейронных элементов 7 котораяпрекращает генерацию, как только первый нейронный элемент б первой группы достигает насыщения.Сигналы с выходов нейронных элементов б и 7 суммируются нейронным элементом 10,Помимо задающего генератора 1 вустройстве предусмотрена воэможностьвключения генератора случайных сигналов, который подключается к свободным тормозящим или возбуждающим входам.Устройство может применяться длямногозначного распознавания и кодирования сигналов и позволяет моделировать и распознавать импульсные последовательности со сложным ритпяческим кодиров анием.ФУстройство может применяться в моделировании экологических процессов,в частности в моделировании раститель 765824ЗО ной популяции с учетом с-.зонногораспределения роста отдельных групп,удельного веса каждой группы в площади, занимаемой популяцией, продуктивности, устойчивости к .моделируеьимвоздейс тьи ям з аданн ого и случ айно гохарактеров, а кроме того, с учетомвведения отсчета времени в многоуров"невую систему популяции,Р данном случае частота задающегогенератора моделирует климатическиеи почвенные условия роста растительной популяции, каждый из видов которой моделируется соответствующиминейронными элементами первой группы,Применение положительных обратных,связей и возрастание активности нейронных элементов моделирует в данномслучае динамику роста и размнохенияданного растительного вида, причемрасположение нейронных элементов всети и очередность их включения иугасания моделирует сезонное распределение роста растительных видов данной популяций. Одновременной эта сезонность и периодическая активностьявляется эталоном времени в случаеподключения данного блока к другимблокам в модели экологической систеи, Подключение генератора случайныхчисел позволяет моделировать благоприятные и неблагоприятные климатические условия.Для расширения класса моделирования в систему введена дополнительнаягруппа 5 нейронных элементов 7, уро вень активностей которой моделируетзимние запасы растительной пищи популяции как в естественных условиях,так и в с еяьс ком хоз яйс тве.В последнем случае уровень активност. этой группы моделирует количество зимних запасов кормов, как проОизведенных или накопленных в данномпроизводстве. Кроме того, активностьданной группы может моделировать уровень искусственного подкармливаниядиких животных при ведении лесногохозяйства, в бхотничьих угодьях, взаповедниках, в рыбном хозяйстве. Таким образом, данная модель являетсянеобходимым блоком модели высшегоуровня,Благодаря введению новых элементов .50и связей между ними расширилисьфункциональные возмохности устройства,Формула изобретенияУстройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы 55 нейронных элементов, каждый из которых имеет и возбуждающих и и тормозящих входов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей за счетмоделирования биологических ритмовнейронной сети, в него введены элементы задержки, преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронныйэлемент, ключи нейронных элементов игенератор импульсов, выход которогоподключен к входам ключей нейронныхэлементов, выходы которых соединеныс первыми возбуждающими входами соответствующих нейронных элементов, групп,выход каждого нейронного элементаподключен к второму возбуждающемувходу этого же нейронного элемент,и через последовательно соединенныеэлемент задержки и преобразовательчастоты в напряжение подключен куправляющему входу ключа последующего нейронного элемента своей группыи к соответствующему входу выходногонейронного элемента, выход которогоявляется выходом устройства, выходгоследнего нейронного элемента первой группы соединен через последовательно соединенные элемент задержки ипреобразователь частоты в напряжениес управляющим входом ключа первогонейронного элемента второй группыи с.входом элемента задержки, выходкоторого подключен к первому тормозящему.входу первого нейронного элемента первой группы и через.преобразователь частоты в напряжение - куправляющему входу ключа первого нейронного элемента первой группы, выходпервого нейронного элемента первойгруппы соединен с первым тормозящимвходом первого нейронного элементавторой группы, первый тормозящий входкаждого нейронного элемента группы,кроме последнего, через элемент задержки, подключен к первому тормозящему входу последующего нейронногоэлемента своей группы остальные входы каждого нейронного элемента являю т с я вход аьм ус тр ойс тв а,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 496 572, кл, 6 06 С 7/60, 1973.2, Авторское свидетельство СССР Р 578579, кл, 6 06 С 7/60, 1974 (прототип) ./5 иал ППП " Патент , г. Ужгород, ул. Проектная,11/46 ВЛИИПИ Го по дела113035, Мо митета СС" крытийкая наб