Устройство для моделирования активности популяций

5 Щ,с+5-т 5; г,адгчнРф т ф 5 ,О ф,:,)к фф Союз Советских Социалистических Реслублик(45) Дата опубликования описания 07.10.80 1) Ч Кчз 6 06 б 7/60 осударственныи комите о делам изобретений и открытий2) Авторы изобретения В М. Цыгельский ьменко ецо 71) Заявитель вовский государственный медицинский институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АКТИВНОСТИ ПОПУЛЯЦИИНаиболее близким см к цзобретению явл 5 моделирования процес ция В дыхательном кроме связей цейроннь последовательности, со меж;у нейтронными э ливагощие циклические ких 5 сйроцных элемент тсхцисских рсшсцц ется устройство для сов ритмообразова 11 ентре, в которое, х элементов в виде держит также связи лементами, обуславячейки из нескольов, что обеспечивает Изобретенис относится к области электрического моделирования, в частности к моделированию динамики численностц популяции в моделях экологических систем и может быть использовано для прогнозирования роста и развития животной популяции, как в естественных условиях, так и и условиях ведения сельского хозяйства.Известно устройство для моделирования цсйроццой сети, содержащее расположенныс в виде однородного слоя цейроццыс элементы, выход каждого из которых через цепь обратной связи соединен с сго возбужДающим вхоДом, который поДклгосц к тормозным входам соседних нейронных элементов, Недостатком известного устройства является невозможность моделировать на цсм один из главных иизцаков динамики развития популяцииес циклический характер,Возможность 001)азОВ;1 цц 51 рцтмигсскоц;11.тцвцости.ОднаО Возможность цримсцсци 5стрОЙств модслирОВацц 51 ди 11 а)1 цки росга и 5 развития популяции огранисна. При работе с 1 стр 011 стВОм исльзяссь танис фа к торьг, 1 ак 1)ождасмость,1)овсць пита.ция, возраст, ссзоцностг, и;н)довитость ц т. п.1 О Для достаточно точного моделированиядинамики роста ц развития популяции необходимо обеспечить моделирование возрасного распределения популяции с учетом сотвстствующсго распределения уровня пи тания, плодовцтости, ссзоцнои половой активности обоих полон популяции, учет р- акции систсмы на периодические и слчаЙ- ныс оздеЙсия.Цель изобретения -- повыьиснис точно.20 сти моделирования.Поставленная цель достигается тем, чтоВ мстрОЙстВО для гОдслировани 51 итиВности попл 51 ции, содср)ка 1 цсс дВс г 1)ии 1 1 з а нейронных элементов, введены две груп пы из (гг - 1)-го коммутаторов, клгочц, бло 111 задержки, ко .1 таторы, третья Групп 1 нейронных элементов, фильтр ц сумматор, выход которого является выходом устройства. Выходы нейронных элементов первой З 1 и второй груни соединены с группой входов) 10 5 20 25 30 35 ( 45 50 УЗ 00 пс 1 ;о и второго нейронного элсмспта третьей группы соответствсппо и с входамп сумматора, выход каждого -го нейронного элемента, кроме г-го первой и второй групп, через блок задержки подключен ко входу :;-го коммутатора первой и второй групп соответственно, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы (1+1) -го нейронного элемента своей группы. Выход первого нейронного элемента третьей группы подключен чсрез блок задержки к входу первого коммутатора и через ключ к входу второго нейронного элемента третьей группы, выход которого соединен через фильтр с входом первого нейронного элемента третьей группы и с управляющим входом первого коммутатора, выходы которого подключены с соответствующим входом третьего нейронного элемента третьей группы, выход которого через блок задержки соединен с входом второго коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы нейронных элементов первой и второй групп, Управляющий выход второго коммутатора соединен с управляющими входами коммутаторов первой и второй группы. Управляющие входы ключей, фильтра и второго коммутатора, и входы второй группы нейронных элементов первой и второй групп являются входами устройства.На чертеже представлена структурная схема устройства,Устройство содержит две идентичные грушты 1, 2 нейронных элементов, каждая из которых состоит, по крайней мсрс, пз трех нейронных элементов 3, 4 и 5, сосдппснных через блоки задсржкп 6 и 7 со входами переходных коммутаторов 8, 9, выходы которых соединены с первой группой входов последующих элементов 4 и 5, вторая группа входов которых является входом устройства. Выход каждого нсйтронного элемента 3, 4 и 5 соединен с соответствующим входом сумматора 10, выход которого является выходом устройства и через ключи 11, 12 и 13 со своим тормозящим входом, а также со входами трстьсй группы нейронных элементов 14. При этом выходы нейронных элементов первой группы соединены с соответствующими входамп первого нейронного 15 элемента третьей группы, а входы группы 2 нейронных элементов - с соответствующими входами второго нейронного элемента 16 третьей группы. Выход элемента 15 через ключ 17 соединен с одним из входов элемснта 16 и через блок задержки 18 с информативным входом первого коммутатора 19, управляющий вход которого соединен с выходом элемента 16, которьш через псрестраивасмый фильтр 21, второй вход которого является одним пз входов устройства, подкл.очен к одному пз входов элемента 15. Вы. 4ходы коммутатора 19 соединены с соогвет ствующими входами нейронного элемента 20, выход которого через олок задержки 22 подключен к информативному входу второго коммутатора 23, выход которого подключен ко входам нейронных элементов 3 первой и второи групп, а управляющий выход в ко входам коммутаторов Ь, 9, первой и второи групп неиронных элементов. Входами устроиства, являются управляющий вход коммутатора 23, вторая группа входов неиронных элементов перви и второй групп, управляющие входы ключей 8, 9 и 17 и управляющий вход перестраиваемого фильтра 21,Устройство работает следующим образом.На вторую груш 1 у входов нейтронных элементов первои и второй групп поступают последовательности импульсов, моделирующие исходное количество животных соответствующих возрастных групп 1 нейронныс элементы 3, 4 и о), популяции самок первая гр вша нейтронных элементов) . 11 рп этом первые неитронныс элементы,5 группи 2 моделируют младшую возрастну 1 о группу, а последующие элементы 4, д соответствующие старшие возрастные группы,Одновременно на вход коммутатора 23 поступает управляющий сигнал, соответствующий моделируемому уровню питания популяции и открывающий входы нейронных элементов 3 групп 1 и 2. Каждый элемент 3 имеет, по крайней мере, четыре таких входа с различными весами. При этом, если на коммутатор 23 поступает управляющий сигнал, превышающий порог, соответствующий высокому уровню питания, то информативный сшнал через коммутатор 23 проходит на входы с максимальным заданным весом. При более низких управляющих сигналах информативный сигнал поступает на входы с соответственно меньшими весами. Кроме того, предусмотрен один вход с минимальным весом, соответствующий условиям голодания популяции. 1 правляющнй сигнал с выхода коммутатора 23 посту пает на входы коммутаторов 8 и 9, информатпвныс сигналы на входы которых поступают соответственно с выходов нейронных элементов 3 и 4 (через блок задержки) соответственно. В зависимости от величины управляющего сигнала в коммутаторах 8 и 9 открывается доступ на входы элементов 4 и 5 с соответствующими заданными весами. Нейронные элементы 4 и 5 работают аналогично нейронному элементу 3. С выода элемента 3, моделирующего первую возрастную группу, импульсная последовательность через блок задержки 6, моделирующий временной интервал перехода из первой возрастной группы во вторую, поступает на информативный вход коммутатора 8, а с выхода коммутатора 8 - на соот 7695685вествующий вход элемента 4. Выбор входа определяется величинои сигнала ца управ.1510 цс: входе 0 уаора 8, 11 рц за,анной максимальной величине уцравл 5 цоцсго сигнала импульсная оследоватсльцость с выхода элемента 3 переходит ца вход элемента 4, все когорого равен 1, по соответствует полному выжцвацио особе в цсрвоц возрастцй груше, Если величина управляющего сигнала меньше некоторого заданного порога, то информативныи сигнал с выхода элемента 3 поступает на вход элемента 4 с соответственно меньшим весом, что моделирует частичное выживание особей первои возрастной группы, Аналогично происходит переход импульсной последовательности с выхода элемента 4 ца входь э;с:сит; 5 1 срсз бОк задержки 7 и ко 1:утатор 9. Сигналы с выходов элементов первой группы поступают на входы элсмап; 15 третьей 14 группы нейронных элемсцтоз, моделирующего половуо активность самок, а сигналы с выходов второй группы 2 - ца входы нейронного элемента 16, моде;црующего половую активность самцов, Различие весов входов нейронных элехентоз 15 и 16 моделируют активность каждой возрастной гру ппы. Например, вес входа элемента 15, соединенного с элементом 4 может быть выше весов входов, подключенных к элементам 3 и 5. Соответствующее или иное распределение весов входов может быть в нейронном элементе 16. Прп этом то или иное распределение весов входов элементов 15 и 16 задается в зависимости от вида моделируемой популяции.Учитывая известные факты, что половая активность у большинства видов земных организмов зависит от сезонности, а также является взаимозависимой, между нейронными элементами 15 и 16, установлены связи, в которые введены дополнительные элементы. Выход элемента 15 через ключ 17, управляющий вход которого является одним из входов устройства, подкгцочец к возбуждающему входу нейронного элемента 16. При этом в зависимости от сезонности ключ 17 закрыт или открыт, модслиру во втором случае стимуляцию половой активности популяции самцов половой активностью самок, что справедливо для большинства видов. Однако в некоторых случаях имеется противоположная зависимостьь, когда половая активность с 1 цов стимулирует активносп самок (у рыб, некоторых видов птиц). Для модслировацц этОГО процесса Вьход эле:ента 16 Срез псрестраиваемый фильтр 21 подклю:юц к возбуждающему входу элемента 15. В это, случас сслп частота слсдовапи 5 Нътсо. на входс элемента 16 достигнет некоторого значегп 1 я огредслясого управление:1 фильтра соотвс ств, 101 цсго Возоосшсй ак тивности популяции самцов, мульсн 5 последовательность подается ца возбуждающий вход элемента 15, моделируя ст 1:уляци 10 актиВности попул 51 цпи саок Возрос" шеи активностью популяции самцов.Выходной сигнал элемента 15, пропорц опальной суммс ьыходных сигналов эле ьепОВ цервоп Группы, 1 ерез ОлОк задержки18, моделирующий время беременности, поступает на информативные входы коммутатора 19, управляощие входы которого одключсцы к выходу элсмепа 16. В зависимости от частоты юцульсов, подаваемых с выхода элемента 16, открывастся один из входов нейронного элемента 20, моделирующего ко.шчество новорождснных, т. е.плодовитость популяции. 1 аким образом, - максиьальная рождаемость зависит отоптимального сочетания активности самцов и самок в популяции. Веса входов нейронного элемента 20 задаются в зависимости ог типа моделируемой популяции.2Одновременно с поступлением сигналовгрупп 1 и 2 на входы элементов 15 и 16, сигналы из первых двух групп 1 и 2 поступают на входы сумматора, веса которого одаконы ц каждый раьен 1, а выход которого является выходом устройства. Сигналы с выхода элемента 20 поступают через блок задержки 22, моделирующий время созревания, на информативный вход коммутатора 23, а с его выхода - на входы Взпервых нейронных элементов 3 групп 1 и 2.При этом коммутатор устроен таким образом, что входной управляющий сигнал, пройдя через набор полосовых фильтров, после соответствующего преобразования в напряжение подается на управляющий вход одного цз трех ключей в зависимости от частоты входного управляющего сигнала, открывая доступ информативному сигналу к одному пз входов элемента 3, Прп этом если частота входного сигнала коммутатора О23 достаточно велика, то открывается вход с максимальным весом. Если входная частота уменьшается, то открываются входы с соотВетстВенно меньшим весом. И, паО- нец, если на входе коммутатора 23 нет сигнала цлц частота входного сигнала цижс некоторой заданной пороговой величины, то информативный сигнал поступает на вход с минимальным весом. Таки распределением информативного сигнала по входамнейронного элемента 3 достигается моделирование влияния уровня питания на выживаемость особей популяции. При максимальном уровне питания сигналы поступают на входы с максимальным весом. Управляющие входыз коммутатора 23 могут быть подключены квыходу блока модели внешней среды, активность которого моделирует уровень питания популяции.Для моделирования случайных факто ц" ров, способных вызвать осццлляцгио численности популяции, вьходы всех нейтронных элементов групп 1 и 2 групп подсоединены через ключи 1113 к свопм собственным тормозным входам. Ключи открываются по 65 заданному извне папряжешио, источником7которого может быть генератор случайных сигналов, с послсдуюцпм прсобразовяписм частоты В пяпр 51 ксппс. В зявпспмоспот веса тормозного Входа достигается тот пли иной В 1 д Осцилл 5 ции, Времсппая спхропизация работы устройства осуществляется подбором блоков задержки 6, 7, 18 и 22. Моделирование роста численности популяции осуществляется в результате циркуляции сигналов в системе от элемента 3 к элементу 20 и от последнего к элементу 3 и т, д. Вли 5 пис стимуляции рос гя попул 51- ции, а также се угнетения осуществляется как путем спонтанного изменения Входных сигналов па коммутатор 23, так и путем воздействия пя остальные, псзядейсвИпщпыс в системс возбуждающие и тормозпыс Входы (вторая группа входов ПСГря П 1,1. элементов первой и второй групп).Динамика сстсствсниой убыли популяции модслпрус Гс 51 Вссамп Входов пс 11 роипых элементов групп 1, 2, я динамика прпро- СТЯ - Бес 1 М 1( ВХОДОВ ПС 1 ГРОИИЬ 1 Х Э,Сг 101 ТОВ 15, 10 и 20 группы 11 и йтрониях элсмс 11- тов.Работа устроЕсВ 1 ряссмотрс 111 В услоВИ 51 х Ввсдсиия В исго трсх Возря(1 иьх рм 11 (ПСЕропиыс эллспгы 3, 4 и Г) особей ЕО- пуляцпи, по, конечно, пс псклкгчяст большего числа, сслп этого требуют услоп;я эксперимента, Ввсдсппс В устройство бо:ишего числа возрастных групп, оправдано В том случае, если пя псм пзучастся влияние па рост популяции избирательного забоя или отстрела определенных возрасгпых групп.На устройстве можно модслирова 1, любую популяцию с половым размножением (ПОПХгЛЯЦИЕО ДИКИХ 5 КПВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ ПХ сстсствснцого суцествовапия, в условиях ведения охотничьего или рыопого хоз 511 Ства, популяцию ссльскохозяйствспых жи- ВОТНЫХ В МСЛОВИЯХ ЖПВОТПОВОДССКИХ ферм).Одно пз возможны. Применений усройства - моделирование сущсствовяпиц популяции в условиях оскудцсппя впееипсй среды и сокраеСепя естественных площадей существования с долговременным прогнозированием,1 О 15 2 О с г, 30 35 40 45 50 8Устройство позволяет путем проигрывания различных вариантов выработать оптимальную стратсппо воздействий по от 1 г 01 ПСПИ 10 ИЗУЧЯСМОЙ ПОПУЛЯЦЕЕ. Формула изобретения Устройство для моделирования активности популяции, содержащее две группы из и нейронных элементов, о т л и ч а ю щ ееся тс. что, с целью повышения точности моделирования, в него введены две группы из (и - 1) -го коммутаторов, ключи, блоки задержки, коммутаторы, третья группа нейронных элементов, фильтр и сумматор, выход которого является выходом устройства, Выходы нейронных элементов первой и второй групп соединены с группой входов перВого п второго нейронных элементов третьей группы соответственно и с входами сумматора, выход каждого;.-го нейронного элемента, кроме и-го первой и второй групп, срез блок задержки подклочсгы к входу 1-го клмуттор первой и Второй групп соответственно, Выходы которого соединены с соответствующими Входами первой группы (+1) -го нейронного элемента своей группы, выход первого нейронного элемента третьей группы подключсц через блок задержки к входу первого коммутатора и через ключ к входу второго нейронного элемента третьей группы, выход которого соединен через фильтр с входом первого нейронцого элемента третьей группы и с управляющим входом первого коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам третьего нейронного элемента третьей группы, выход которого через блок задержки соединен с входом второго коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы первых пейропшх элементов первой и второй грх пп, управляощпй выход второго коммутатора сосдицси с управляющими Входами коммутаторов первой и второй груп, управляющие входы ключей, фильтря и второго коммутатора, и входы второй группы нейронных элементов первой и второй групп являются входами устройства.769568 Лицко оставитель И. Пенчко Корректор Л. Орлов Т еха дакто Изд. ЛЪ 519НИИПИ Государственного по делам изобретений3035, Л 1 осква, К.35, Рапи Тираж 772комитета СССР1 откр ьт и й каз 747 о одписно кая наб., д. горская типография Упрполиграфиздата 11 особлисполкома