Гармонічний персептрон

Корисна модель відноситься до обчислювальної техніки та кібернетики і може бути використана для розпізнавання образів та діагностики систем. Відомі пристрої простого персептрона побудовано за моделлю персептрона Розенблатта [1, 2], яка містить три шара взаємозв'язаних нейроподібних елементів: перший шар - матриця бінарних входів r1 , r2 , ... rn (сенсорні x 1 нейрони або "сітчатка"), на входи якої поступає набір первинних ознак j ( jÎ{ , 2,..., n} ) образу X , а виходи w випадковим чином через синапси з вагами зв'язків ij зв'язані з виходами другого шару бінарних нейроподібних елементів, які визначають вторинні ознаки j i (x ) [2]: ì0, якщо ï j i (x) = í ï1, якщо î åw x åw x ij j £ Qi ij > Qi j (1) де Q і - значення порогу і - го нейроелемента (і є {1, 2, ..., n1} ). Виходи другого шару через синапси з вагами зв'язків l ki зв'язані з третім шаром бінарних нейроподібних 1 елементів, де для кожного класу k ( k Î { , 2, ..., n 2 } ) визначається дискримінантна функція fk , лінійна відносно j i (x ) [2]: fk = ål ki jI (x ) (2) Рішення приймається на користь того класу, дискримінантна функція якого при даному х має найбільше значення [2]: (3) d(x ) = k , якщо fk = max f1 . t При навчанні персептрона, на його вхід із навчальної вибірки почергово надходять сигнали x , а також t t вказівки k про клас належності сигналу x . Принцип навчання полягає в коректуванні ваг l ki при кожній ( ) t помилці розпізнавання, тобто в кожному випадкові неспівпадання рішення d x , яке видає персептрон та t істинного класу k . Недоліком простого персептрона є те, що задачі навчання вирішуються тоді, якщо набір вторинних ознак вибрано вдало, тобто система функцій другого шару нейроелементів містить правило, адекватне поставленій задачі. В основі корисної моделі "Пристрій гармонічного персептрона" поставлена задача розширення можливостей алгоритмів навчання на основі застосування операцій гармонічного синтезу функцій. Поставлена задача досягається тим, що другий шар нейроподібних елементів є гармонічними (містять групи синаптичних каналів синусоїдних функцій, суматори, лінії вхідної амплітудно-часової функції і сигналу збудження), вхід кожного з яких, крім останнього, зв'язаний тільки з одним виходом сенсорного нейроелемента першого шару, а вихід - з входом бінарного нейроподібного елемента третього шару, який виконує інверсивнокон'юнкційну функцію, вхідні значення якої подаються на канал запуску аналого-цифрового перетворювача, вхід якого з'єднано з виходами останнього гармонічного нейроелемента другого шару з постійним нульовим значенням на вході. Загальну математичну модель функціонування пристрою гармонічного персептрона можна представити наступним чином: ì ææ m ö ö ÷ ÷ ïy = xç ç A ij sin 2 jpn ij t + j ij ÷ + xii1 ÷ çç ï i ÷ ç ç j=1 ÷ ï ø èè ø ï 1 1 1 ïiÎ { , 2, ..., n}, i1Î { , 2, ..., n1}, jÎ { , 2, ..., m} ï n ï S= ciyi ï n ï i=1 Û y = Ù yi ï i=1 ï ì0, при s < h íy = í , ï î1 при s ³ h ï æ m ï ïy n+1 = xç A (n+1)j sin 2 jpn (n +1)j t + j (n+1)j ç ï ç j =1 è ï ï ìq, при у = 0 ïy n+1 ® ï ík , при y = 1 ï ï j1 î ï ïj1 Î { , 2,..., m1} 1 î å ( ) å å ( (4) ö )÷ ÷ ÷ ø де y i - ви хідний сигнал i - го гармонічного нейроелемента; 0 } х - значення сигналу збудження гармонічного нейроелемента, хÎ{ , 1 ; n j , ij , ij - параметри, які задають вектор ваги гармонічного нейроелемента: максимальна амплітуда синусоїдного сигналу, частота і фаза; t - значення часу; S, h, c, y- рівень збудження, постійне зміщення, значення ваги та ви хідний сигнал бінарного нейроподібного елемента; k - клас належності вихідного сигналу гармонічного персептрона. Суть корисної моделі: пристрій гармонічного персептрона, який містить три шара взаємозв'язаних нейроподібних елементів, з яких другий шар - гармонічний (містять групи синаптичних каналів синусоїдних функцій, суматори, лінії вхідної амплітудно-часової функції і сигналу збудження), вхід кожного з яких, крім останнього, зв'язаний тільки з одним виходом сенсорного нейроелемента першого шару, а ви хід - з входом бінарного нейроподібного елемента третього шару, який виконує інверсивно-кон'юнкційну функцію, вихідні значення якої подаються на канал запуску аналого-цифрового перетворювача, вхід якого з'єднано з виходом останнього гармонічного нейроелемента другого шар у з постійним нульовим значенням на вході, а параметри вихідного сигналу відображають класи належності, індикація яких здійснюється на виході аналого-цифрового перетворювача. Технічний результат: сук упність істотних ознак пристрою гармонічного персептрона дозволяє розширити можливості алгоритмів навчання на основі застосування операцій гармонічного синтезу функцій. На кресленні представлено: фіг. - блок-схема пристрою. Пристрій складається з трьох шарів взаємозв'язаних нейроподібних елементів: перший шар - матриця бінарних входів - сенсорні нейроелементи поз. 1; другий шар - гармонічні нейроелементи, які містять групи синаптичних каналів синусоїдних функцій поз. 2 та суматори поз. 3; третій шар - бінарний нейроподібний елемент з групою синаптичних каналів поз. 4 і блоком синтезу вихідного сигналу поз. 5; вихідним блоком пристрою є аналого-цифровий перетворювач поз. 6. Пристрій працює наступним чином, фіг. Сенсорні нейроелементи відображають вхідну інформацію у вигляді вихідних сигналів x ii1 першого шару А ij (вихідний вектор X ), які подаються на входи суматорів гармонічних нейроелементів, крім останнього, кожний синаптичний канал яких реалізовано у вигляді генератора синусоїдних сигналів, вага якого задається A n трьохпараметровим вектором ваги: максимальною амплітудою синусоїдного сигналу ij , частотою ij і фазою j ij w ij A ij n ij j ij , тобто ( , , ), а ви хід та лінія сигналу збудження x з'єднані з входом суматора, а з виходу знімаються миттєві значення вихідної амплітудно-часової функції, яка є сумою вхідного сигналу x ii1 та синаптичних синусоїдних функцій помноженої на значення сигналу збудження, і подаються на входи бінарного нейроподібного елемента третього шару, який виконує інверсивно-кон'юнкційну функцію, вихідні значення якої подаються на канал запуску аналого-цифрового перетворювача, вхід якого з'єднано з виходом останнього гармонічного нейроелемента другого шару з постійним нульовим значенням на вході, а параметри вихідного сигналу відображають класи належності, індикація яких здійснюється на виході аналого-цифрового перетворювача. Використані джерела: 1. Нейрокомпьютеры и интеллектуальные роботы / Под. ред. Н.М. Амосова. - К.: Наукова думка, 1991. - С.4548. 2. Словарь по кибернетике / Под. ред. B.C. Ми халевича. - К.: Гл. ред. УСЭ им. М.П. Бажана, 1989. - С.461-462.