Устройство для моделирования адаптивного нейрона

ОП И;,Ап" ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оц 708369 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл.2 О 06 6 7/60 Государственный комитет СССР по делам изооретений и открытий(71) Заявитель Таганрогский радиотехнический институт имени В.Д. Калмыкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АДАПТИВНОГО НЕЙРОНА Изобретение относится к области бионики и вычислительной техники и может быть использовано в качестве элемента адаптивных нейронных; сетей для моделирования биологических процессов в устройствах распознавания образов.Известно устройство для моделирования адаптивного нейрона, содержащее блоки моделирования синапса,аддитивный сумматор, схему сравнения, преобразователь напряжения в частотут блок управления синапсом, формирователь выходных сигналов, блок формирования порога, блок управления резистивным элементом, находящимся в блоке моделирования синапса, цепь адаптации по выходному сигналу, содержащую первый интегратор, источник питания и цепь, моделирующую увеличение 20 активности нейроноподобного элемента в зависимости от частоты его возбуждения, построенную на первом и втором интеграторах 1).Однако устройства, основанные на элементах аналоговой техники, имеют малую стабильность параметров.Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является устройство для моделированияЗОнейрона, содержащее блок суммирования синаптических весов, первые и входов которого являются входами устройства, выход блока суммирования синаптических весов соединенн с входом переменной интегрирования первого цифрового интегратора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго цифрового интегратора, вход переменной интегрирования которого подключен к выходутретьего цифрового интегратора, вход подынтегральной функции которого подключен к выходу первого сумматора 2).Недостатком известного устройства является невозможность моделировать различные свойства адаптивных нейронов.Цель изобретения - повыаение точностимоделирования.Укаэанная цель достигается тем, что в него введены второй и третий сумматор, цифровые интеграторы и блок сравнения, выход первого сумматора подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с входом подынтегральной функции четвертого цифрового интегратора, выход которого подключен к входублока сравнения, выход которого является выходом устройства и соединенс входом переменной интегрированияпятбго цифрового интегратора, выходкоторого подключен к первому входутретьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом шестогоцифрового интегратора, вход переменной интегрирования которого соединен с выходом седьмого цифрового интегратора, вход подынтегральной функ.ции которого подключен к прямому выходу третьего сумматора, инверсныйвыход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход восьмого цифрового интегратора подключенк третьему входу третьего сумматора,четвертый вход которого соединен свыходом девятого цифрового интегратора, вход перменной интегрированиякоторого подключен к выходу третьегоцифрового интегратора, входы переменной интегрирования третьего, четвертого, седьмого и восьмого цифровых интеграторов подключены к одному управляющему входу устройства,вторые И входов блока суммирования 25синаптических весов и входы подынтегральной функции первого, второго,.пятого, шестого, восьмого и девятогоцифровых интеграторов соединены сдругими управляющими входами устройся ЗОва соответственно. Схема устройства представлена начертеже,устройство содержит И входов 14, 351 и, подключенных к входу блока суммирования синаптических весов 2, который имеет специальные входы 34,31 управляющие изменением сйнаптических весов, первый цифровой интегратор 4, вход подынтегральной функции которого подключен к специальному входу 6, управляющему изменениемвеса пространственного суммирования;первый сумматор б; второй цифровойинтегратор 7, вход подынтегральной 45функции которого подключен к специальному входу 8, управляющему изменением длительности временного сум-.мирования; третий цифровой интегра. тор 9, вход переменной интегрирова Оний которого подключен к специальному входу 10, управляющему изменением длительности периода возбужде"ния; второй и третий сумматоры 11 и12; четвертый цифровой интегратор 13; 55схему сравнения 14, выход которойявляется выходом 15 устройства; пя"тый цифровой интегратор 16, входподынтегральной функции которого под.ключен к специальному входу 17, управляющему изменением веса пороговой добавки при адаптации по выходу 1 шестой цифровой интегратор 18,вход подынтегральной функции которого подключен к специальному входу 19,управляющему изменением длительнос ти периода адаптации; седьмой цифровой интегратор 20; восьмой цифровойинтегратор 21, вход подынтегральнойфункции которого подключен к специальному входу 22, управляющему изменением порога; девятый цифровой интегратор 23, вход подынтегральной функции. которого подключен к специальному входу 24, управляющему изменениемвеса пороговой добавки при адаптациипо входу,Для задания режима функционирования устройства на специальные входы3,3 1, весового сумматора, а также на специальные входы 5, 8, 17,19, 22 и 24, подключенные к входамрегистров подынтегральных функцийцифровых интеграторов 4, 7, 16, 18,21 и 23, подаются соответствующиезначения синаптических весов, весапространственного суммирования, длительности временного суммирования,веса пороговой добавки при адаптации по выходу, длительности периодаадаптации, порога и веса пороговойдобавки при адаптации по входу. После этого на специальный вход 10подаются значения длитЕльности периода возбуждения, причем. если задатьзначение веса пороговой добавки приадаптации по входу равным нулю, тоданное устройство будет являться моделью нейрона адаптивного по выходу,Если задать равным нулю значение веса пороговой добавки при адаптациипо выходу, то данное устройство будет представлять собой модель нейрона адаптивного по входу, Если обауказанных параметра отличны от нуля,то устройство является моделью нейрона адаптивного и по входу, и повыходу, При равенстве нулю обоихуказанных параметров устройство работает в режиме неадаптивного нейрона. С момента подачи на специальныйвход 10 значений длительности перно"да возбуждения устройство готово кприему входных сигналов, поступающих с выходов других устройств, объединенных с данным в нейроподобнуюсеть, .либо от датчиков информации,моделирующих рецепторные нейроны,Входные сигналы через входы 14,1 и поступают на входы весового сумматора 2, в котором эти сигналы суммируются с учетом заданного для каждого входа синаптического веса. Полученная сумма с выхода сумматора 2поступает на вход переменной интегрирования интегратора 4, в которомэта сумма умножается на соответСтвующее значение веса пространственного суммирования, записанное в регистре подынтегральной функции этого интегратора, и передаЕтся напервый вход сумматора 6, В этот жемомент времени значение результатавременного суммирования, полученноена предыдущем шаге на .первом шагеоно равно нулю) и хранящееся в регистре подынтегральной функции интегратора 9, умножается в нем назначение. длительности периода возбуждения (подаваемое с специальноговхода 10) и поступает на вход переменной интегрирования интегратора 7, в котором дополнительно умножается на значение длительности временного суммирования (записанное врегистре подынтегральной функцииинтегратора 7) и подается на второйвход сумматора б, Значение результата временного суммирования, полученное на предыдущем шаге и умноженное в интеграторе 9 на значение длительности периода возбуждения в данном шаге, поступает, кроме того,на вход переменной интегрированияинтегратора 23, в котором умножается на значение веса пороговой добавки при адаптации по входу и полученное произведение подается на четвертый вход сумматора 12, на третийвход которого с выхода интегратора21 поступает произведение значенийпорога (хранящееся в регистре подынтегральной функции интегратора 21)и длительности периода возбуждения(подаваемое с специального входа 10).В этот же момент времени текущеезначение порога, полученное на предыдущем шаге (на первом шаге оноравно нулю) и хранящееся в регистреподынтегральной функции интегратора 20 умножается в нем на значениедлительности периода возбуждения(задаваемое со специального входа10) и поступает на вход переменнойинтегрирования интегратора 18, вкотором дополнительно умножаетсяна значение длительности периодаадаптации (хранящееся в регистреподынтегральной функции этого интег-,ратора) и передается на второй входсумматора 12. Одновременно с сигналами, пришедшими на второй и третий,и чеТвертый входн сумматора 12, наего первый вход с выхода интегратора16 поступает значение пороговой добавки при адаптации по выходу, полученное в интеграторе 16 в результате умножения выходной величины (по"тупающее на вход переменной интегрирования этого интегратора с выхода15 модели) на значение веса пороговой добавки при адаптации по выходу(хранящееся в РегистРе подынтегральной функции интегратора 16). Результаты суммирования, полученные в сумматорах б и 12, поступают на первыйи второй входы сумматора 11, в котором они дополнительно суммируются,и полученная сумма передается на входподынтегральной функции интегратора13. В интеграторе 13, поступившаясумма умножается на значение длительности периода возбуждения и полученное произведенив поступает на входсхемы сравнения 14, в которой срав нивается с нулем. Если это произведение больше нуля, то оно появляется на выходе 15 модели, Если произведенйе отрицательное, то сигнал на выходе 15 модели отсутствует,Процессы, происходящие в модели, описываются следующей системой раэ;ностных уравнений: У= д. ЧЬИт(АР 91 =-д 2 Е(1 1,ЬЪФЗЬ вью ч 1 фД")0,1 2 У(1-ЯЬРВьа 1 15-ЦЗЬ р 0 где ьС длительность периода в эбуждения;у - синаптический в с 1-го,входа;у. - входные воздействия, пос 25 тупаюшие на 1-м шаге;с( - значение длительности времанного суммирования;значение временной суммы,(1-1)полученное на предыдущемЭОшаге;р - значение веса пространст 1венного суммирования;Д - значение длительности пе 2риода адаптации;6 - текущее значение порога,35 (11) полученное на предыдущемшаге;постоянное значение порогазначение веса пороговойдобавки при адаптации повходу;значение веса пороговой добавки при адаптации по вы"ходу;у . - значение выходной величиВЫХ 145 ны в 1-и шаге,Если в системе (1) принять )рав"ным нулю то как уже указывалось выше,Фполучим модель нейрона адаптивного повыходу, так как в этом случае. модельписывается следующей системой раэостных уравнений: о е 40 Если в системе (1) принЯ Рз Р ным нулю, то получим модель нейрона адаптивного по входу, которой соответствует следующая система раэност ных уравнений:"ва м)РЬ( ф 3; ъ )1,6 11 при г 30,что,как известно, совпадает с алгоритмом работы Формального нейрона,Если равно нулю,равно нулю,а(.,( равно нулю,с( равно единице и.д равно единице, то решение систеж (1) примет следующий вид:гн и,) =эичто совпадает с алгоритмом работынейрона, реализующего механизм временного суммирования. Иными словамипри задании соответствующих значенийуказанных 1 параметроэ устройствоможет быть использовано для моделирования адаптивного по входу и выходу нейрона, адаптивного по входунейрона, адаптивного по выходу нейрона, неадаптивного формального нейрона и неадаптиэного нейрона; реализующего механизм временного суммирования,Благодаря введению новых блокови связей повысилась точность моделирования адаптивного нейрона. формула и з о брет е ни я Устройство для моделирования адаптивного нейрона, содержащее блок суммирования синаптических весов, первые И входов которого являются входами устройства, выход блока суммирования синаптических весов соединен с входом переменной интегрирования первого цифрового интегратора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго цифрового интегратора, вход перемен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ной интегрирования которого подключенк выходу третьего цифрового интегратора, вход подынтегральной функциикоторого подключен к выходу первогосумматора, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностимоделирования, в него введены второйи третий сумматор, цифровые интеграторы и блок сравнения, выход первогосумматора подключен к первому входувторого сумматора, выход которогосоединен с входом подынтегральнойфункции четвертого цифрового интегратора, выход которого подключен квходу блока сравнения, выход которого является выходом устройства исоединен с входом переменной интегрирования пятого цифрового интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом шестого цифрового интегратора,вход переменной интегрирования которого соединен с выходом седьмогоцифрового интегратора, вход подынтегральной функции которого подключен к прямому выходу третьего сумматора, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход восьмого цифрового интегратора подключен к третьему входу сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом девятого цифрового интегратора, вход переменнойинтегрирования которого подключенк выходу третьего цифрового интегратора, входы переменной интегрированиятретьего, четвертого, седьмого ивосьмого цифровых интеграторов подключены к одному управляющему входуустройства, вторые РЬ выходов блокасуммирования синаптических весови входы подынтегральной функции пер"вого, второго, пятого, шестого, восьмого и девятого цифровых интеграторов соединены с другими управляющими входами устройства соответственно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 512478, кл, 6 06 С 7/60, 1976.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2490145/18-24,кл. С 06 С , 1976 (прототип).Тираж 751 сударственного ам изобретений ква, Ж, Раув Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/ П Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 лиа