Класифікуючий пристрій

Класифікуючий пристрій, який містить багатошарову мережу дискримінаторів, що містять помножувальні блоки і суматори, причому одні входи помножувальних блоків дискримінаторів кожного наступного шару з'єднані з вхідними клемами при 3 кримінатора останнього шару багатошарової мережі є виходом пристрою. На Фіг.1 подано структурну схему класифікуючого пристрою, а на Фіг.2 показано структурну схему суматора дискримінатора. Класифікуючий пристрій (Фіг.1) складається з шарів дискримінаторів 1, кожний з яких містить помножувальний блок 2 і суматор 3. Крім того, блок 4 керування класифікуючого пристрою містить К груп виходів, до складу яких входить адресний вихід 5 і установний вихід 6, а також вихід 7 синхронізації, де K=log2d - кількість шарів багатошарової мережі дискримінаторів для d - вимірного вхідного об'єкта. Кожний дискримінатор має групу інформаційних входів 81,...,8d, групу входів 90,...,9d вагових коефіцієнтів, вхід 10 порогу класифікації та вихід 11. Помножувальний блок містить (d+1) помножувачів 12, суматор 3 має (d+1) входів 130,...,13d, а вихід 11 лінійного дискримінатора 1 Кго шару є виходом пристрою. Крім того, група інформаційних входів 81,...,8d, вхід 90 вагового коефіцієнта і вхід 10 порогу кожного дискримінатора 1 кожного шару багатошарової мережі, а також група входів 91,...,9d вагових коефіцієнтів кожного дискримінатора 1 першого шару з'єднані з відповідними входами пристрою. Виходи 11 дискримінаторів 1 першого шару багатошарової мережі з'єднані з відповідними входами 91,...,9d вагових конфіцієнтів відповідних дискримінаторів 1 наступного шару. Адресний вхід і установний вхід, а також вхід синхронізації кожного дискримінатора k-го шару (де k=1,...,К) з'єднані з k-ою групою виходів блока 4 керування, до складу якої входять адресний вихід 5, установний вихід 6 і вихід 7 синхронізації. Входи 130,...,13d суматора 3 кожного дискримінатора 1 з'єднані з виходами відповідних (d+1) помножувачів 12 помножувального блока 2 дискримінатора 1. Суматор 3 дискримінатора 1 (Фіг.2) містить d комірок 141,...,14d і додаткову комірку 15, з відповідними входами яких з'єднані адресний вихід 5 і вихід 7 синхронізації групи, а установний вихід 6 групи з'єднаний з відповідним входом комірки 141. Входи 131,...,13d суматора 3 з'єднані з інформаційними входами відповідних комірок 141,...,14d, вхід 130 суматора 3 з'єднаний з інформаційним входом додаткової комірки 15, вихід якої є виходом 11 суматора 3. Вихід 16 і-ої комірки 14i (i=1,...,d-1) з'єднаний з відповідним входом (і+1)-ої комірки 14i+1, а вихід 16 останньої комірки 14d з'єднаний з входом 17 додаткової комірки 15. Вхід 18 і-ої комірки 14i (i=2,...,d) з'єднаний з відповідним виходом (і-1)-ої комірки 14i-1, а вхід 18 першої комірки 141 і вхід 19 додаткової комірки 15 з'єднані з відповідним виходом останньої комірки 14d. Отже, класифікуючий пристрій (Фіг.1) представляє собою однорідну мережу, що містить К шарів, де К - порядок (степінь) дискримінантної функції, яку необхідно реалізувати. Класифікуючий пристрій (Фіг.1), що містить три шари I, II, III, працює в такий спосіб. На групу інформаційних входів 81,...,8d кожного дискримінатора 1 першого шару І подають набір числових ознак 43744 4 X1,...,Xd; на групу входів 90,...,9d - набір коефіцієнтів W0i,…,Wdi, де i=1,...,d; на вхід 10 - значення порогу θi класифікації. Дискримінатори 1 першого шару І мережі пристрою формують дискримінантні функції вигляду: S11=W0l·θ1+W11·Xl+W21·Х2+...+W dl·Xd, S21=W02·θ2+W12·Xl+W22·Х2+...+Wd2·Xd, (1) … Sd1=W0d·θd+W1d·Xl+W2d·Х2+...+Wdd·Xd, де X1, X2, ..., Xd - набір ознак, які характеризують об'єкт класифікації; W1i, W2i, ..., W di - і-й набір вагових коефіцієнтів, на які множаться ознаки; причому W0i - ваговий коефіцієнт, який приймає значення "-1" для встановлення порогу класифікації або значення "+1" для встановлення зміщення для дискримінантної функції. У схемі пристрою прийнято таке позначення відповідних вагових коефіцієнтів: W01,...,W 0d - для першого шару І; S01,...,S0d - для другого шару II; Q02 - для третього шару III багатошарової мережі. Другий шар мережі II - це група d дискримінаторів 1, які по своїй структурі повністю аналогічні дискримінаторам 1 першого шару І, однак ваговими коефіцієнтами для ознак об'єкта використовують значення виходів 11 дискримінаторів 1 першого шару І. Тому можна написати для виходу Q12 другого шару II такий вираз: Q12=S01·θ1+S11·Xl+S21·X2+...+Sd1·Xd (2) що після підстановки значень для S11, S21, …, Sd1 з виразу (1), S01 і елементарних перетворень приведе до такого загального виразу: d d i =1 i =1 ( ) Q j2 = å Wii × Xi2 + å Wij + Wji × Xi × X j + d (3) + å W01 × qi × Xi + S01 × q j i =1 де Qj2 - j-та дискримінантна функція, що обчислюється на другому шарі II мережі. З виразу (3) видно, що дискримінатори 1 другого шару II пристрою реалізують дискримінантні функції другого порядку і можуть бути використані в якості квадратичних дискримінаторів. Аналогічно дискримінатори 1 третього шару III, де ваговими коефіцієнтами є значення виходів 11 дискримінаторів 1 другого шару II, реалізують дискримінантні функції третього степеня. Очевидно, що кількість шарів у пристрої може бути достатньо легко збільшена для отримання дискримінатора, що реалізує дискримінантну функцію потрібного порядку. Суть роботи суматора 3 (Фіг.2) полягає в тому, що порогове оброблення d чисел аі,0 зводиться до обчислення N часткових сум, де N - кількість різноманітних вхідних величин аі,0 і порівняння цих сум з порогом в, тобто результат дорівнює SN = d å ai,0 - q , N≤d (4) i=1 Процес підсумовування у суматорі 3 має такий вигляд. Спочатку визначається загальна значуща частина q, всіх доданків на j-му етапі, тобто { } q j = min ai, j -1 d , j = 1, N i =1 (5) 5 43744 де аі,0 - доданок на вході 13і комірки 14i суматора 3, і перевіряється умова qj=0 (6) Якщо умова (6) виконується, то процес порогового оброблення припиняється. У протилежному випадку виділяється різницевий зріз Aj, тобто сукупність величин різниці всіх доданків j-ro етапу з їхньою загальною частиною су вигляду { }d=1 = {ai,j-1 - qj }id=1 i A j = ai, j (7) В подальшому отриманий різницевий зріз Aj є вхідною множиною доданків для наступного (j+1)гo етапу. Далі формується часткова сума Sj як кратне загальної частини qj, де кратність dj визначається кількістю додатних доданків j-гo етапу: Sj=qjdj (8) Після сформування часткової суми S1 за формулою (8) на першому етапі формується різниця між заданим порогом θ та частковою сумою S1, отриманою на цьому етапі, тобто ∆1=θ-S1 (9) В подальшому поточна різниця ∆j-1 є поточним значенням порогу на наступному j-му етапі оброблення згідно з формулою ∆j=∆j-1-Sj (10) Отже, суматор 3 (Фіг.2) працює таким чином. На початку роботи на установний вхід першої комірки 141 подається відповідний сигнал з установного виходу 6 групи. Потім на вхід 13i і-ої комірки 14j надходить і-ий операнд аі,0 з групи операндів, кількість яких d. Запис операндів у комірки 141,...,14d виконується паралельно за одиничним сигналом на адресному виході 5 групи. Одночасно на вхід 130 додаткової комірки 15 подають зовнішній поріг θ. Після цього виконується послідовне виділення загальної (мінімальної значущої) частини двох операндів - і-го та (і+1)-го. Згідно з виразом (5) ця операція виконується послідовно і проміжний результат подається з виходу і-ої комірки 14i (i=2,...,d-1) на вхід 18 наступної комірки 14і+1. Кінцевий результат q1 виділення загальної частини всіх d операндів на пер 6 шому етапі формується в d-ій комірці 14d і з її виходу записується в комірку 141 по входу 18 і у додаткову комірку 15 по її входу 19. Після цього в і-й комірці відбувається порівняння і-го операнда аі,0, та загальної частини q1 всіх операндів послідовно, починаючи з першої комірки 141. Порівняння відбувається в процесі віднімання від величини кожного операнда загальної частини всіх операндів згідно з виразом (7). Одночасно в комірках 141,...14d відбувається послідовне підсумовування загальних частин q1 групи з d операндів, а в результаті на виході 16 dої комірки 14d формується часткова сума S1 операндів згідно з виразом (8). Після цього відбувається порівняння у додатковій комірці 15 зовнішнього порогу θ, що надійшов по її входу 130, з частковою сумою S1, що надходить по входу 17. Порівняння відбувається в процесі віднімання у першому циклі від зовнішнього порогу θ часткової суми S1, згідно з виразом (9). Різниця ∆1 зберігається у додатковій комірці 15. В подальшому процес порогового оброблення виконується аналогічно першому етапу оброблення згідно з формулами (5)-(8), (10). Цей процес припиняється тоді, коли загальна значуща qi всіх поточних доданків на j-му етапі дорівнює нулю за виразом (6). При виконанні умови (6) на виході 11 суматора 3 після виконання N етапів оброблення формується остаточна сума SN вигляду ì S , якщо SignDN = 1, ï SN = í N (11) ï0 у протилежному випадку. î Тобто, якщо сума вхідних величин ai,0 більша за поріг θ, про що свідчить від'ємний знак поточного порогу ∆N на останньому етапі N оброблення, то результат SN вигляду (4) з'явиться на виході 11 суматора 3. У протилежному випадку на цьому виході суматора 3 присутнє нульове значення. У таблиці наведено приклад формування суми чисел {13,8,3,11}, різницевих зрізів Aj, часткових сум Sj, поточного порогу ∆j. Таблиця. Елементи аі,j зрізів a1,j a2,j а3,j a4,j Етапи оброблення Найменше число qj Часткова сума Sj Поточний поріг ∆j А0 13 8 3 11 0 0 0 30 А1 10 5 0 8 1 3 3×4=12 30-12=18 Таким чином, класифікуючий пристрій має розширені функціональні можливості через врахування зовнішнього порогу класифікації при форму Різницеві зрізи Aj А2 А3 5 2 0 3 0 2 3 5 3 5×3=15 3×2=6 18-15=3 3-6=-3 А4 0 4 2 2×1=2 -3-2=-5 А5 0 5 0 0 -5-0=-5 ванні багатостепеневих дискримінантних функцій із застосуванням багатошарової мережі дискримінаторів. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 43744 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601