Устройство для моделирования популяций

ОП ИСАЙИ ЕИЗОВРЕТЕН ИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциапистнческиаРеспублик 1 ц 858019(22) Заявлено 11 11.79 (2 ) 2842573/18-24 с присоединением заявки М -3 Ьвударетеанай кеенает СССР аф деаатт язобретеяяй я еткрытяйОпубликовано 23.08.81, Бюллетень Уй 31Дата опубликования описания 23.0 Г.81 1 ФщВ. Л, Кузьменко, Е. Н, Панасюк, В, С, Клийишини Э, И, ЛычковекийЛьвовский государственный медицинский 1 ищнтЮ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯПОПУЛЯЦИЙ 3Изобретение относится к области аналогово. го моделирования биологических систем,и пред. ,назначено для моделирования адаптирующихся популяций.Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее две группы нейронных элементов, элементы задержки, преобразователи частоты в напряжение, выходной нейронный элемент, ключи нейронных элементов и генератор импульсов, Известное устройство можно применять для моделирования простейшей растительной популяции 11) . Однако устройство нельзя использовать для моделирования животных популяций с известным распределением возрастных групп.Наиболее близким по техническому решению является устройство для моделирования активности популяции, содержащее группы нейронных элементов, ключи, блоки задержки, коммутаторы, фильтр и сумматор, позволяющее моЖли. ровать любую животную популяцию с учетом сезонности циклов размножения удельного веса возрастных групп до уровня питания (2). Однако известное устройство не позволяет моде. лировать адаптацию популяции к изменениям усло,вий внешней среды, одним из признаков которой является саморегуляция рождаемости, регуляция соотношения полов в популяции.Мель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет учета прклтособляемости популяции к изменениям условий су. ществования,Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее. блок моделирования численности популяций, дополнительно введены блоки анализа изменения численности, ключ и нейронные элементы, причем первый выход блока моделирования численности популяций через первый блок анализа изменения числен. ности соединен с управляющим входом ключа, второй выход блока моделирования численности популяций подключен к информационному входу ключа, выход которого через второй блок анализа изменейия численности соединен с входами первого и второго нейронного эле мента, выход первого нейронного элемента со едйнеи с первой группой входов блока модели858019 4 5 О 15 20 25 ЗО численности популяции, то на выходе блока 2анализа численности появляется напряжение,которое переводит положение ключа 3 в откры.тое состояние. Если при этом на втором выхо.135де блока 1 моделирования численности популяций также начинается снижение частоты импуль.сной последовательности, т,е. 1 ) 1 г ) з )11М 1 т, то аналогично на выходе блока 4анализа численности появляется напряжение. 3рования численности популяций, выход второгонейронного элемента подключен к второй группе входов блока моделирования численностипопуляций.Блок анализа изменения численности содер. жит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и разделительныйдиод, причем вход элемента задержки объединен с входом первого преобразователя частотыв напряжение и является входом блока, выход Элемента задержки через второй преобразователь частоты в напряжение соединен с пер.вым входом сумматора, второй вход которогоподключен к выходу первого преобразователячастоты в напряжение, выход сумматора соединен с анодом разделительного диода, катод ко.фторого является выходом блока,Нейронный элемент содержит ключи, генера.тор импульсов, преобразователи частоты в напряжение, сумматоры, разделительный диод,источник напряжения, преобразователь напряжения в частоту, блок формирования выходныхимпульсов и элемент задержки, причем управляющий вход первого ключа является входомнейронного элемента, выход генератора импуль.сов соединен с информационным входом перво.го ключа, выход которого подключен к информационному входу второго ключа и входу первого преобразователя частоты в напряжение,выход которого соединен с прямым входомпервого сумматора, выход которого подключенк первому входу второго сумматора и к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с входом блока формирования выходных импульсов, выход которогоподключен к входу элемента задержки и является выходом нейронного элемента, выход эле.мента задержки через второй преобразовательчастоты в напряжение соединен с вторым вхо.дом сумматора, третий вход которого черезтретий преобразователь частоты в напряжениесоединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого подключен к катоду разделительного диода и управляющему входутретьего клюв, информационный вход которога соединен с выходом источника напряжения,анод разделительного диода подключен к выходу второго сумматора, второй вход которогосоединен с выходом третьего ключа,На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 . - блок анализа изменения численности; на фиг. 3 - схема нейронного элемента; на фиг. 4 - схема блока моделировании численности популяции.Устройство содержит блок .1 моделированиячисленности популяции, первый блок 2 анализа изменения численности, который моделирует изменение численности популяции, ключ 3,второй йюк 4 анализа изменения численности,который моделирует изменение численностирождаемости, блок 5 оптимизации, содержащийнейронные элементы 6 и 7.Блоки 2 и 4 анализа изменения численностисодержит преобразователи 8 и 9. частоты в на.пряжение, элемент 10 задержки, сумматор 11и диод 12,Нейронные элементы 6 и 7 содержат ключ13, генератор 14 импульсов, преобразователи15 - 17 частоты в напряжение, сумматоры 18и 19, преобразователь 20 напряжения в часто.ту, блок 21 формирования выходных импульсов, элемент 22 задержки, источник 23 напряжения, ключ 24, диод 25, ключ 26.Блок моделирования численности популяцийсодержит группы 25 - 27 нейронных элементов,сумматор 28, коммутатор 29. Группы 25 и 26нейронных элементов состоят из элементов ЗО,и 31 задержки, коммутаторов 32 и 33, клю.чей 34 - 36 и нейронных элементов 37 - 39.Группы 27 нейронных элементов состоит изнейронного элемента 40, ключа 41, элемента42 задержки, коммутатора 43, нейронного элемента 44, фильтра 45, элемента 46 задержкии. нейронного элемента 47,Работает устройство следующим образом. Если на первом выходе блока 1 моделирования численности популяций снижается частота импульсной последовательности, т,е, 1 ) Фг )1 з) Х 1 т, что соответствует снижению При включении в работу блока 5 оптимизации яа его первом выходе появляется меняющаяся импульсная последовательность Гг.Р 1 Ф сопа 1, О С Е, : 1а яа втором выходе последовательность с час. тотой следования импульсов1Ег Ф сопат, 0 С Рг1 .Периодичность изменения частот следования импульсов на первом и втором выходе блока 5 оптимизации пе совпадает. Импульсные последовательности с выхода блока 5 оптимимции подаются яа входы нейронных элещрнтовблока 1 моделирования численности популяции.Импульсные последовательности, подаваемые иавходы нейронных элементов первой и второмгрупп блока 1 моделирования численности по. пуляции с выхода блока 5 оптимизации вносяткорректировки в соотношение самцов я самокв популяции, При этом, если вносимая корректировка в какой-то момент окажется опти5 858019 6мальной, т,е. обеспечивает стабильность числен- следования импульсов наности популяции и стабильность рождаемости, элемен а. На второй вхото блоки 2 и 4 анализа изменения численности 19 через ключ 24, нормвыключаются, а на выходе блока 5 оптимиэа. рого открытое, подаетсяции сохраняется полученное в этот момент со ка 23 напряжения, Покаотношение импульсных последовательностей, входе сумматора 19 меньобеспечивающих стабильность популяции. его втором входе диод 2Работа блоков 2 и 4 анализа изменения чис. матора. Как только напрпенности заключается в следующем, Импуль- де сумматора 19 превысисная последовательность поступает на вход пер. 1 О втором входе, напряженивого преобразователя 8 частоты в напряжение пает на управляющие вхои через блок 10 задержки на вход второго Ключ 24 переходит в закпреобразователя 9 частоты в напряжение. На. ключ 26 - в открытое.пряжение с выхода первого преобразователя жение на втором входе споступает на неинвертирующий вход сумматора, 5 н напряжение на его вЬха напряженИе с выхода второго - на инверти новится равным напряжеруннций вход сумматора. Если на входе блока го сумматора 18. Через очастота импульсной последовательности изме- жением ключ 26 сигналыняется и при этом 1, ) 1 г )) 1, то 14 импульсов поступаютв каждый момент времени напряжение на не о теля 17, С этого моментинвертирующем входе сумматора 11 будет де сумматора 18 и пропобольше напряжения на его инвертирующем тота следования импульсовходе. В сумматоре 11 разность напряженийного элемента начинают пусиливается и через диод 12 поступает на уп. когда напряжение на выхравляющий вход ключа 3, нормальное положе на первом входе сумматоиие которого закрытое. ключ 24 снова перейдет вНапряжение с выхода блока 2 анализа изме- а ключ 26 - в закрытое.пения численности переводит положение ключа ние на сумматоре 18 паап3 в открытое положение, вследствие чего сиг- Оба нейронных элеменпалы с второго выхода блока 1 моделирования 30 ции независимы. Каждыйчисленности популяций поступают на вход бло- венные источники 14 вхока 4 анализа изменения численности. Если при ственные источники 23 наэтом частота следовании импульсов на входе го, веса тормозных входоблока 4 анализа изменения численности меня- ся. Ритмы работы нейронньется и 11 ) Фг ) з - ) 1, то на выходе з падают. Величина максимфпоявляется напряжение, которое поступает на вания импульсов на входевходы нейронных элементов 6 и 7 блока 5 оп- элемента зависит от велитимизации. втором входе сумматора Напряжение на входе нейронного элемента открывает ключ 13 и сигналы с генератора 14 импульсов поступают на преобразователь 15 частоты в напряжение. Напряжение с выхода преобразователя 15 поступает на неинвертирующий вход сумматора 18 и с выхода суммато. 4 ра 18 на вход сумматора 19 и нреобразователя напряжения в частоту 20, сигналы с выхода преобразователя 20 формируются в импульсы в блоке 21 формирователя выходных импульсов и с его выхода подаются на выход нейронного элемента, а также через элемент 22 задержки - на вход преобразователя 16, с выхода которого напряжение поступает ив неинвертирующий вход сумматора 18, При этом коэффициент усиления данной положительной обратной связи равен единице. Благо. даря функционированию положительной обрат. ной связи напряжение на выходе сумматора 18 начинает расти, вместе с чем растет и частота выходе нейронногод второго сумматораальное положение котонапряжение с источни.напряжение на первомше напряжения на5 запирает выход сум.яжение на первом вхо.т напряжение на егое через диод 25 посту.ды ключей 24 и 26.рытое положение, аВследствие этого напряумматора 19 исчезаетоде возрастает п с.анию на выходе первоткытый этим напряс выхода генераторана вход преобразова.а напряжение на выхорциональная ему час.в на выходе нейрон.адать. В тот момент,оде сумматора 18 ира 19 достигает нуля,открытое положение,После этого напряже.ет возрастать,та блока 5 оптимиза.из них имеет собстдных импульсов и собпряжения, кроме тов их могут отличать.х элементов не сов.альной частоты следокаждого нейронногопны напряжения на19, крутизна нарастания частоты следования импульсов зависит отчастоты импульсов на выходе генератора 14 импульсов, крутизна падения частоты следованияимпульсов - от веса тормозного входа, который превышает единицу. Сигналы с выходовблоков 5 оптимизации, поступая на входы нейровгых элементов первой (модель младшейгруппы самок) группы н второй (модель младшей группы самцов) группы блока 1 моделирования численности популяции вносят корректировку в соотношение самцов и самок в этихгруппах популяции.Таким образом, сигналы с выходов блока 5оптимизации будут моделировать изменение соотношения полов в л.яуляции. Если в результате таких постоянно вносимых поправок всоотношение полов в популяции будет достиг.путо прекращение снижения численности попу.ляции или рождаемости, что выразится в стабилизации частоты импульсной последовательно,ти на выходах блока 1 моделирования числен7 85801 ности популяции, то прекращение работы блоков 2 н 4 анализа изменения численности при ведет к переводу клюкй 13 нейронных зле ментов 6 и 7 в закрытое положение, что бу. дет сопровождаться стабилизацией частот им. пульсных последовательностей на выходах блока 5оптимизации. Если по каким-то причинам соотношение численности полов перестанет удовлетворять стабильности популяции, то описанный процесс повторится и установится новое 10 соотношение численности полов, отвечающее новым условиям.На устройстве можно моделировать животную популяцию как с моногаммным, так и с полигаммным типом семьи. 15 Формула изобретения 1. Устройство для моделирования популяций, содержащее блок моделирования численности популяций, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воз можностей эа счет учета приспособляемости популяции к изменениям условий существования в него дополнительно введены блоки анализаизменения численности, ключ и нейронные элементы, причем первый выход блока моделирования численности популяций через первыйблок анализа изменения численности соединен зос управляющим входом ключа, второй выход блока моделирования численности популяций под подключен к информационному входу ключа, р выход которого через второй блок анализа изменения численности соединен с входами первого и второго нейронного элемента, выход первого нейронного элемента соединен с нервой группой входов блока моделирования чис ленности популяций, выход второго нейронно.го элемента подключен к второй группе входов Облока моделирования численности популяций.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что блок анализа изменения численности содержит элемент задержки, преобразователи частоты в напряжение, сумматор и раз.делительный диод, прием вход элемента за. держки объединен с входом первого преобра.зователя частоты в напряжение и является входом блока, выход элемента задержки через 9 8второй преобразователь частоты в напряжениесоединен с первым входом сумматора, второйвход которого подключен к выходу первогопреобразователя частоты в напряжение, выходсумматора соединен с анодом разделительногодиода, катод которого является вьходом блока..3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что нейронный элемент содержитключи, генератор импульсов, преобразователичастоты в напряжение, сумматоры, разделительный диод, источник напряжения, нреобразователь напряжения в частоту, блок формирова.ния выходных импульсов и элемент задержки,причем управляющий вход первого ключа является входом нейронного элемента, выход генератора импульсов соединен с информацион.ным входом первого ключа, выход которогоподключен к информационному входу второгоключа и входу первого преобразователя часто.ты в напряжение, выход которого соединен спервым входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второгосумматора и к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен свходом блока формирования выходных импульсов, выход которого подключен к входу элемента задержки и является выходом нейронного элемента, выход элемента задержки черезвторой преобразовательчастоты в напряжениесоединен с вторым входом сумматора, третийвход которого через третий преобразовательчастоты в напряжение соединен с выходом второго ключа, управляющий вход которого под.ключен к катоду разделительного диода и уп.равляющему входу третьего ключа, информа.ционный вход которого соединен с выходомисточника напряжения, анод разделительногодиода подключен к выходу второго сумматора,второй вход которого соединен с выходомтретьего ключа,Источники информации,принятые во внимание нри экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ио заявкеКо 267514018 24, кл. 6 06 6 7/60, 18,05.79.2. Авторское свидетельство СССР по заявкеУ 271636918-24, кл. О 06 6 760, 29.06,79.45 щал ППП, "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 7247/81 Тираж 745 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретеиий и открьпии 113035, Москва, Ж, Ьушская