JP2690702B2 - Self-organizing device - Google Patents

Self-organizing device

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JP2690702B2
JP2690702B2 JP6244578A JP24457894A JP2690702B2 JP 2690702 B2 JP2690702 B2 JP 2690702B2 JP 6244578 A JP6244578 A JP 6244578A JP 24457894 A JP24457894 A JP 24457894A JP 2690702 B2 JP2690702 B2 JP 2690702B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はニューラルネットワーク
構造の自己組織化装置に関し、特に近傍接続をもつセル
群によるネットワーク構造の自己組織化装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-organizing device having a neural network structure, and more particularly to a self-organizing device having a network structure with cells having neighbor connections.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のニューラルネットワーク
学習方式は、ニューラルネットワークの構造を自己組織
化するために用いられている。従来のニューラルネット
ワーク学習方式の一例として、人工知能学会研究会資料
JSAI Thechninal Report SI
G−PPAI−9401−6(4/9)32〜40頁の
論文「CAMブレイン計画:セルオートマトンを用いて
電子的な速度で成長進化する10個ニューロンから成
る人工頭脳の遺伝的プログラミング(The”CAM−
Brain”Project:The Genetic
Programming of a Billion
Neuron ArtificialBrain w
hich Grows/Evolves at Ele
ctronic Speed ina Celluia
r Automata Machine)」が知られて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of neural network learning method has been used for self-organizing the structure of a neural network. As an example of a conventional neural network learning method, an artificial intelligence society research group material JSAI Technical Report SI
G-PPAI-9401-6 (4/9) p. 32-40, "CAM Brain Project: Genetic Programming of Artificial Brain consisting of 1 billion Neurons Growing and Evolving at Electronic Speed Using Cellular Automata (The "CAM-
Brain ”Project: The Genetic
Programming of a Billion
Neuron Artificial Brain w
hitch Grows / Evolves at Ele
ctronic Speed ina Celluia
r Automata Machine) "is known.

【0003】上記資料に記載された学習方式は、2次元
または3次元のセルオートマシンを用いる。各セルは状
態遷移表のルールに基づき近傍のセルの状態と自分の状
態に応じて次の状態を変更する。ニューラルネットワー
クの構造は遺伝子(外部から与えられる信号系列)とし
てコーディングされておりニューロンの出力端セル、入
力端セルの状態をこの遺伝子のパタンで駆動することに
より、セルオートマトンは状態を変え、ニューロンか
ら、軸索、樹状突起が伸び、ニューラルネットワーク構
造の自己組織化が行われる。軸索、樹状突起がどのよう
に伸びるかは、あらかじめ用意された遺伝子のパタンよ
って完全に決まる。でき上がったニューラルネットワー
クの構造をニューラルネットワークとして機能させるた
めには、自己組織化のときに用いた状態遷移表を、別の
ものに切替える。その後はニューラルネットワークとし
て機能させた時の性能を評価し、その評価の高かった遺
伝子を遺伝的アルゴリズムGA(Genetic Al
gorithm)によって変更することにより、より良
いニューラルネットワーク構造を得る。
The learning method described in the above material uses a two-dimensional or three-dimensional cell auto machine. Each cell changes the next state according to the states of neighboring cells and its own state based on the rules of the state transition table. The structure of the neural network is coded as a gene (a signal sequence given from the outside). By driving the states of the output end cell and the input end cell of the neuron with the pattern of this gene, the cellular automaton changes the state and , Axons and dendrites grow, and the neural network structure self-organizes. How axons and dendrites grow is completely determined by the gene patterns prepared in advance. In order for the structure of the completed neural network to function as a neural network, the state transition table used for self-organization is switched to another one. After that, the performance when functioning as a neural network was evaluated, and the gene with the highest evaluation was evaluated by the genetic algorithm GA (Genetic Al).
better neural network structure.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この従来のニューラル
ネットワーク学習方式は、ニューラルネットワーク構造
を得るために、 1.遺伝子パタンのコーディング、 2.上記遺伝子を用いたニューラルネットワーク構造の
自己組織化、 3.出来上がったニューラルネットワーク機能の評価、 4.GAによる遺伝子パタンの変更 のステップを、十分な機能が得られるまで繰り返す必要
がある。上記ステップ2においては、予め遺伝子のパタ
ンにコーディングされているニューラルネットワークの
構造が自己組織化されるだけで、ニューラルネットワー
クを用いようとする問題領域(例えばパターン認識、情
報処理等)に適応するような合目的な自己組織化は行わ
れない。また、ステップ3においては、出来上がったニ
ューラルネットワーク構造の機能が評価される。ここで
は、問題領域に応じた評価を行わなければならないが、
複雑なシステムにおいては、その評価に多くの時間を要
する。評価の高かったニューラルネットワーク構造を発
現した遺伝子のパタンに対して、ステップ4においてG
Aのオペレーションが適用される。
SUMMARY OF THE INVENTION This conventional neural network learning method has the following problems in order to obtain a neural network structure. Coding of gene pattern, 2. 2. Self-organization of neural network structure using the above genes. Evaluation of the completed neural network function, 4. The steps of changing the genetic pattern by GA need to be repeated until sufficient function is obtained. In the above step 2, the structure of the neural network previously coded in the gene pattern is self-organized so that the neural network is adapted to the problem area (for example, pattern recognition, information processing, etc.) to be used. There is no purposeful self-organization. Also, in step 3, the function of the completed neural network structure is evaluated. Here, we have to evaluate according to the problem area,
In a complicated system, it takes a lot of time to evaluate it. For the pattern of the gene expressing the highly evaluated neural network structure, in step 4, G
Operation A applies.

【0005】以上のように、従来の方法においては、必
要な機能が得られるまでには遺伝子のパタンを何世代に
もわたって修正しなければならない、また大規模で複雑
なニューラルネットワークにおいてはその機能の評価に
要する時間はその規模に応じて長くなるため、大規模な
ニューラルネットワークの学習は困難である、という問
題があった。
As described above, in the conventional method, the pattern of the gene has to be corrected for many generations until the required function is obtained, and in the large-scale and complicated neural network, There is a problem that learning of a large-scale neural network is difficult because the time required to evaluate the function becomes longer depending on the scale.

【0006】また、従来のニューラルネットワーク学習
方式では、各セルはセルオートマトンとして実現するた
め、情報伝播速度は1回の状態更新(1クロック)につ
き、最大で1セル分の距離であった。ニューラルネット
ワーク構造の自己組織化により、一旦ニューロン間に結
合ができた場合にも、信号の伝播は1クロック当り1セ
ル分のため、高速なニューラルネットワークの実現が困
難であった。
Further, in the conventional neural network learning method, since each cell is realized as a cellular automaton, the information propagation speed is a distance of at most one cell per one state update (one clock). Due to the self-organization of the neural network structure, even if the neurons were once connected, the signal propagation was one cell per clock, so that it was difficult to realize a high-speed neural network.

【0007】本発明の目的は、問題領域に応じたニュー
ラルネットワーク構造の効率的な学習方法および高速な
ニューラルネットワークを実現するための信号伝播法を
提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an efficient learning method of a neural network structure according to a problem area and a signal propagation method for realizing a high speed neural network.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、入力制御部、出力制御部、演算
処理部、内部状態記億部を備えたセルを、前記入出力制
御部を介して複数個接続するとともに、各セルは近傍の
セルの内部状態に応じて自己の内部状態を変更して自己
組織化を行うニューラルネットワーク構造の自己組織化
装置において、各セルは、その状態に応じて、4つの異
なるセルとして機能するようにした。すなわち、セルタ
イプとしては、 (a)ニューラルネットワーク構造の自己組織化の場と
して機能するグリアセル、 (b)ニューロン本体の機能を受け持つニューロンセ
ル、 (c)前記ニューロンセルを根とする木構造の構成要素
で、前記ニューロンセルとシナプスセル間の情報伝播経
路として機能する探索セル、 (d)異なるニューロンセルを根とする前記木構造間で
情報を伝達し、重みつき結合の機能を受け持つシナプス
セル、を設定した。そして、ニューロンセルおよび探索
セルは、隣接するグリアセルに対して発芽要求を出し、
グリアセルは、前記発芽要求に応じて探索セルに機能
変えるようにした。以上の各動作は、セル内の演算処理
部の制御に基づいて行われる。
In order to solve the above problems, according to the present invention, a cell provided with an input control unit, an output control unit, an arithmetic processing unit, and an internal state storage unit is provided as the input / output control unit. In the self-organizing device of the neural network structure, which connects a plurality of cells through each cell and changes the internal state of itself in accordance with the internal states of neighboring cells to perform self-organization, each cell is Accordingly, it functions as four different cells. That is, as cell types, (a) a glial cell that functions as a field for self-organization of a neural network structure, (b) a neuron cell that takes charge of the function of the neuron body, and (c) a tree structure having the neuron cell as a root An element is a search cell that functions as an information propagation path between the neuron cell and the synapse cell; (d) a synapse cell that transmits information between the tree structures having different neuron cells as roots and is responsible for the function of weighted connection; It was set. Then, the neuron cell and the search cell issue a germination request to the adjacent glial cell,
The glial cells were adapted to function as search cells in response to the germination request. The above operations are performed under the control of the arithmetic processing unit in the cell.

【0009】[0009]

【作用】グリアセルの場の中で、ニューロンセルから探
索セルが伸びて木構造が形成され、異なるニューロンの
木構造間はシナプスセルを介して結合される。こうして
ニューラルネットワークが効率的に自己組織化される。
[Function] In the field of glial cells, a search cell extends from a neuron cell to form a tree structure, and tree structures of different neurons are connected via synapse cells. In this way, the neural network is efficiently self-organized.

【0010】[0010]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1は、本発明の一実施例を示す全体構成図
である。図1では、簡単のため2次元のメッシュ状に接
続されたセルの例を示しているが、一般に多次元の場合
でも以下の説明は同様である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. Although FIG. 1 shows an example of cells connected in a two-dimensional mesh for simplification, the following description is the same even in the case of a generally multidimensional cell.

【0011】セルにはグリアセル3、ニューロンセル
4、探索セル5、発芽セル6、シナプスセル7のタイプ
があり、セルのタイプに応じて機能が異なる。各セルは
タイプに応じた内部状態を持つ。また各セルはノイマン
(neumann)近傍のセルの内部状態を参照することがで
きる。各セルは、自分の状態及び近傍のセルの内部状態
に応じて自分のセルのタイプや内部状態を変化させる。
There are three types of cells: glial cell 3, neuron cell 4, search cell 5, germination cell 6, and synapse cell 7, and the function differs depending on the cell type. Each cell has an internal state according to the type. Also, each cell can refer to the internal state of the cell in the vicinity of Neumann. Each cell changes its cell type and internal state according to its own state and the internal states of neighboring cells.

【0012】図2はセルと近傍のセルとの接続を説明す
る図である。各セルは上下左右(2次元の場合)のセル
との接続のためにそれぞれ4対(3次元の場合は6対)
の入力ポート21と出力ポート22を持つ。1つのセル
の入力ポートと他のセルの出力ポートとは複数の接続線
で接続されるが、図2においては簡略のため1本の接続
線で示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the connection between cells and neighboring cells. Each cell has 4 pairs (6 pairs in the case of 3 dimensions) for connecting to the cells on the top, bottom, left and right sides (in case of 2 dimensions).
Has an input port 21 and an output port 22. The input port of one cell and the output port of another cell are connected by a plurality of connecting lines, but in FIG. 2, one connecting line is shown for simplification.

【0013】図3はセル2の一般的な構成を説明するブ
ロック図である。セル2は入力制御部23、演算処理部
24、出力制御部25、内部状態記憶部26、セルタイ
プ記憶部27を備えている。演算処理部24は、例えば
マイクロプロセッサ及びメモリ、あるいはプログラムに
より機能を変えることができるFPGA(フィールドプ
ログラマブルゲートアレイ)等によって構成されるが、
その他の構成であってもよい。セルタイプ記憶部27に
はセルのタイプ(グリア、ニューロン、探索、発芽、シ
ナプスのうちの1つ)が記憶されている。セルは全て図
3に示す同じ構造であるが、演算処理部24の動作はセ
ルのタイプに応じて異なり、その動作プログラムは演算
処理部2内のメモリに格納されている。すなわち、セル
2は、セルタイプに応じて、ニューロンセル4、探索セ
ル5、発芽セル6、シナプスセル7、またはグリアセル
3として機能する。
FIG. 3 is a block diagram for explaining a general structure of the cell 2. The cell 2 includes an input control unit 23, an arithmetic processing unit 24, an output control unit 25, an internal state storage unit 26, and a cell type storage unit 27. The arithmetic processing unit 24 is composed of, for example, a microprocessor and a memory, or an FPGA (Field Programmable Gate Array) whose function can be changed by a program.
Other configurations may be used. The cell type storage unit 27 stores the cell type (one of glial, neuron, search, germination, and synapse). Although all the cells have the same structure as shown in FIG. 3, the operation of the arithmetic processing unit 24 differs depending on the type of the cell, and its operation program is stored in the memory in the arithmetic processing unit 2. That is, the cell 2 functions as the neuron cell 4, the search cell 5, the germination cell 6, the synapse cell 7, or the glial cell 3 depending on the cell type.

【0014】ニューロンセル4は、近傍の探索セル5を
介して他のニューロンセル4からの出力を受け取り、活
性度、出力を変更するという具合に、ニューロン本体の
機能を受け持つ。探索セル5は、ニューロンセル4と発
芽セル6、シナプスセル7間の情報の伝播経路として機
能する。発芽セル6はニューロンセル4を根として探索
セル5が作る木構造の先端部分である。シナプスセル7
は異なるニューロンセル3を根とする探索セル5、発芽
セル6の間で情報を伝達し、重みつき結合の機能を受け
持つ。
The neuron cell 4 receives the output from another neuron cell 4 via the neighboring search cell 5 and changes the activity and the output, and is responsible for the function of the neuron body. The search cell 5 functions as a propagation path of information between the neuron cell 4, the germination cell 6, and the synapse cell 7. The germination cell 6 is the tip of the tree structure formed by the search cell 5 with the neuron cell 4 as the root. Synapse cell 7
Transmits information between the search cell 5 and the germination cell 6 having different neuron cells 3 as roots, and is responsible for the function of weighted connection.

【0015】グリアセル3は、ニューラルネットワーク
の機能そのものには関与しないが、ニューラルネットワ
ークの構造を自己組織化するための場として機能する。
図4はグリアセル3の機能を説明するブロック図であ
る。グリアセル3はその内部状態記憶部36に近傍カウ
ンタ361、Δpレジスタ362、ポテンシャルpレジ
スタ363を有する。近傍カウンタ361はグリアセル
3の近傍のセルの数を保持し、ポテンシャルpレジスタ
363はそのグリアセル3自身のポテンシャルの値を保
持している。演算処理部34は、近傍セルのポテンシャ
ルの値を合計し、その合計値を近傍セルの数で除して近
傍セルのポテンシャルの平均値を出し、その平均値とグ
リアセル3自身のポテンシャルとの差をΔpとしてΔp
レジスタ362に格納する。またΔpレジスタ362の
値とポテンシャルpレジスタ363の値を用いてポテン
シャルpレジスタ363の値を変更する。
The glia cell 3 does not participate in the function itself of the neural network, but functions as a field for self-organizing the structure of the neural network.
FIG. 4 is a block diagram illustrating the function of the glial cell 3. The glial cell 3 has a proximity counter 361, a Δp register 362, and a potential p register 363 in its internal state storage unit 36. The proximity counter 361 holds the number of cells in the vicinity of the glial cell 3, and the potential p register 363 holds the value of the potential of the glial cell 3 itself. The arithmetic processing unit 34 sums up the values of the potentials of the neighboring cells, divides the total value by the number of neighboring cells to obtain an average value of the potentials of the neighboring cells, and calculates the difference between the average value and the potential of the glial cell 3 itself. Let Δp be Δp
It is stored in the register 362. Further, the value of the potential p register 363 is changed using the value of the Δp register 362 and the value of the potential p register 363.

【0016】ニューロンセル4、探索セル5、発芽セル
6は隣接するグリアセル3のポテンシャルの値に従って
発芽の方向を決め隣接するグリアセル3へ確率的に(あ
る確率で)発芽要求を発行する。発芽要求を確率的に発
行するのは、発芽要求の確率を変化させて自己組織化の
速度を制御できるようにするためである。発芽セル6は
探索セル5の先端に形成され、探索セル5より高い確率
で発芽要求を発行する。発芽セル6は、本発明の必須の
要件ではないが、実施例のように発芽セル6を設けると
木構造は探索セル5の先端部分からより高い確率で成長
するようになるから効率良く自己組織化を行うことがで
きる。
The neuron cell 4, the search cell 5, and the germination cell 6 determine the direction of germination according to the potential value of the adjacent glial cell 3 and probabilistically (with a certain probability) issue a germination request to the adjacent glial cell 3. The reason why the germination request is probabilistically issued is that the probability of the germination request is changed so that the rate of self-organization can be controlled. The germination cell 6 is formed at the tip of the search cell 5 and issues a germination request with a higher probability than the search cell 5. The germination cell 6 is not an essential requirement of the present invention, but when the germination cell 6 is provided as in the embodiment, the tree structure grows from the tip portion of the search cell 5 with a higher probability, so that the self-organization is efficiently performed. Can be converted.

【0017】近傍セルのポテンシャルの値はそのセルの
タイプによって異なる。グリアセル3の場合はポテンシ
ャルpレジスタ363の値、ニューロンセル4の場合は
出力値、探索セル5の場合は零、発芽セル6の場合はそ
の発芽セル6の根のニューロンセル6の出力値である。
なお図4および次に説明する図5においてはセルタイプ
記憶部に対するデータ信号線および制御信号線を省略し
ている。
The value of the potential of the neighboring cell depends on the type of the cell. In the case of the glial cell 3, it is the value of the potential p register 363, in the case of the neuron cell 4, the output value, in the case of the search cell 5 it is zero, and in the case of the germination cell 6, it is the output value of the neuron cell 6 at the root of the germination cell 6. .
In FIG. 4 and FIG. 5 described next, the data signal line and the control signal line for the cell type storage unit are omitted.

【0018】グリアセル3のポテンシャルpレジスタ3
63の値は近傍のセルのポテンシャルに応じて変化し、
2次元(または3次元)メッシュ状に接続された、セル
の配列上にポテンシャルの場を作る。出力の大きなニュ
ーロンセル4、出力の大きなニューロンセル4を根に持
つ発芽セル6を中心に広がるポテンシャルの場ができ
る。ニューロンセル4、探索セル5、発芽セル6はこの
ポテンシャルの値の大きい方向に確率的に発芽要求を出
す。そのため、出力の大きなニューロンセル4を根とす
る探索セル5、発芽セル6が接近して存在する確率が高
くなる。異なるニューロンセル4を根とする探索セル
5、発芽セル6を近傍に持つグリアセル3はシナプスセ
ル7に状態を変え、異なるニューロンセル4間に信号伝
播の経路ができる。
Potential p-register 3 of glial cell 3
The value of 63 changes according to the potential of the neighboring cells,
A potential field is created on an array of cells connected in a two-dimensional (or three-dimensional) mesh. A potential field spreading around the neuron cell 4 having a large output and the germination cell 6 having the neuron cell 4 having a large output as a root is formed. The neuron cell 4, the search cell 5, and the germination cell 6 stochastically request germination in the direction in which the potential value is large. Therefore, there is a high probability that the search cell 5 and the germination cell 6, which are rooted at the neuron cell 4 having a large output, are close to each other. A search cell 5 having different neuron cells 4 as roots and a glial cell 3 having a germination cell 6 in its vicinity change to a synapse cell 7 to form a signal propagation path between different neuron cells 4.

【0019】図5は探索セル5の入出力信号の交換機能
を説明するブロック図である。内部状態記憶部56に根
の方向レジスタ561、発芽方向レジスタ562を持
つ。探索セル5は2つ以上の探索セル5または発芽セル
6と隣接している。1つは根となるニューロンセル4へ
至る探索セル5で、残りはこのセルから発芽した探索セ
ル5または発芽セル6である。根の方向レジスタ561
には根へ至る探索セル5の方向、発芽方向レジスタ56
2にはこのセルから発芽した探索セル5、発芽セル6の
方向を格納する。入力制御部53は根の方向レジスタ5
61の値に応じて、隣接する探索セル5の出力を選択し
取り込む。また、出力制御部55は、発芽方向レジスタ
562の値に応じてこのセルから発芽した探索セル5、
発芽セル6へ取り込んだ値を出力する。このとき演算処
理部54は入力制御部53と出力制御部55とを直結す
る経路を形成する。通常のセルオートマトンでは1回の
状態更新(1クロック)につき1セル分しか情報を伝播
することができないが、以上のように入力ポート51か
ら出力ポート52への信号伝播経路を根の方向レジスタ
561、発芽方向レジスタ562の値に応じて設定する
ことにより、入力側と出力側が直結されるので、入力制
御部53のマルチプレクサMUXと出力制御部55のゲ
ートの遅延時間だけで、信号を高速で伝播することが可
能になる。
FIG. 5 is a block diagram for explaining the input / output signal exchange function of the search cell 5. The internal state storage unit 56 has a root direction register 561 and a germination direction register 562. The search cell 5 is adjacent to two or more search cells 5 or germination cells 6. One is the search cell 5 that reaches the root neuron cell 4, and the rest is the search cell 5 or the germination cell 6 that germinated from this cell. Root direction register 561
Direction of the search cell 5 to the root, germination direction register 56
2 stores the directions of the search cell 5 and the germination cell 6 germinated from this cell. The input control unit 53 is the root direction register 5
The output of the adjacent search cell 5 is selected and fetched according to the value of 61. Further, the output control unit 55 determines that the search cell 5 germinated from this cell according to the value of the germination direction register 562,
The value taken into the germination cell 6 is output. At this time, the arithmetic processing unit 54 forms a path that directly connects the input control unit 53 and the output control unit 55. In a normal cellular automaton, information can be propagated for only one cell per one state update (one clock), but as described above, the signal propagation path from the input port 51 to the output port 52 has a root direction register 561. Since the input side and the output side are directly connected by setting according to the value of the germination direction register 562, the signal is propagated at high speed only by the delay time of the multiplexer MUX of the input control unit 53 and the gate of the output control unit 55. It becomes possible to do.

【0020】図6ないし図9はニューラルネットワーク
構造の自己組織化が進んでいく様子を示したものであ
る。図6は、自己組織化の初期状態で、ニューロンセル
4とグリアセル3のみがある。図7は、自己組織化開始
直後の状態を示し、2つのニューロンセル4に隣接した
グリアセル3が発芽セル6、探索セル5になっている。
図8は図7から更に自己組織化が進んだ状態を示し、ニ
ューロンセル4を根とした木構造が成長しているが、ま
だ、シナプスセル7はなく、2つのニューロンセル4間
には信号経路はまだない。図9は、図8から更に進んだ
状態を示し、二つのニューロンセル4を根とする木構造
の間にシナプスセル7ができ、2つのニューロンセル4
間に信号伝達経路ができたところである。これから更に
自己組織化が進むと図1のニューラルネットワーク構造
になる。
6 to 9 show how the self-organization of the neural network structure progresses. FIG. 6 shows the initial state of self-organization, in which only neuron cells 4 and glial cells 3 are present. FIG. 7 shows a state immediately after the start of self-organization, in which the glial cell 3 adjacent to the two neuron cells 4 is the germination cell 6 and the search cell 5.
FIG. 8 shows a state in which self-organization progresses further from FIG. 7, and a tree structure with the neuron cell 4 as a root grows, but there is no synapse cell 7 yet and a signal is output between the two neuron cells 4. There is no route yet. FIG. 9 shows a state further advanced from FIG. 8, in which a synapse cell 7 is formed between tree structures having two neuron cells 4 as roots, and two neuron cells 4 are formed.
A signal transmission path has just been created between them. When self-organization further proceeds, the neural network structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0021】図10はグリアセルの動作を示すフローチ
ャート、図11はニューロンセル、探索セル、発芽セル
の動作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flow chart showing the operation of the glial cell, and FIG. 11 is a flow chart showing the operation of the neuron cell, the search cell and the germination cell.

【0022】図10を用いてグリアセルの動作を説明す
ると、まずグリアセル近傍のポテンシャルの平均AVを
求める(ステップ101)。これは既に説明したよう
に、図4において、演算処理部34は近傍のセルのポテ
ンシャルを合計してその数で除して平均値AVを算出す
る。そして平均値からグリアセル自体のポテンシャルP
を減じてΔpを求め(102)、そのΔpをα(0<α
<1)倍して元のポテンシャルPに加算して新たなポテ
ンシャル値Pを求める(103)。
The operation of the glial cell will be described with reference to FIG. 10. First, the average AV of potentials near the glial cell is obtained (step 101). As described above, in FIG. 4, the arithmetic processing unit 34 calculates the average value AV by summing the potentials of neighboring cells and dividing by the number. And from the average value, the potential P of the glial cell itself
To obtain Δp (102), and the Δp is α (0 <α
<1) Multiply and add to the original potential P to obtain a new potential value P (103).

【0023】次にグリアセルの近傍のニューロンセル、
発芽セル、探索セルの数nをみて(ステップ104)、
近傍セルの数が1個であってグリアセルに発芽要求があ
れば(ステップ105)、セルタイプをグリアセルから
発芽セルに確率的に変更する(ステップ106)。この
動作は、たとえば図7においてニューロンセル4に隣接
するグリアセル3が発芽セル6に変る動作である。
Next, a neuron cell near the glial cell,
Check the number n of germination cells and search cells (step 104),
If the number of neighboring cells is one and the glial cell has a germination request (step 105), the cell type is stochastically changed from the glial cell to the germinated cell (step 106). This operation is, for example, an operation in which the glial cell 3 adjacent to the neuron cell 4 in FIG.

【0024】ステップ104において、近傍のセルの数
が2個であれば、この2個のセルが異なるニューロンを
根としているかどうかみて(107)、そうであればセ
ルタイプをグリアセルからシナプスセルに変更する(1
08)。この動作は、たとえば図9においてシナプスセ
ル7ができる動作である。
In step 104, if the number of neighboring cells is 2, it is checked whether or not these two cells are rooted in different neurons (107), and if so, the cell type is changed from glial cell to synaptic cell. Do (1
08). This operation is an operation performed by the synapse cell 7 in FIG. 9, for example.

【0025】以上の場合以外はグリアセルはセルタイプ
を変更させず、上記動作が繰り返される。
In the cases other than the above, the cell type of the glial cell is not changed and the above operation is repeated.

【0026】次に図11を用いてニューロンセル、探索
セル、発芽セルの動作について説明すると、まず近傍の
グリアセルのポテンシャルをそれぞれチェックして最大
のポテンシャルをもつグリアセルの方向Dを求める(ス
テップ201)。そしてD方向にあるグリアセルに対し
て確率的に発芽要求を発行する。この動作はたとえば図
7に示すような発芽セル6ができる動作である。グリア
セル3のポテンシャルは上述したように図10のステッ
プ101〜103に示すように決定され、ニューロンセ
ル4や発芽セル6の周りのグリアセル3のポテンシャル
が比較的高くなるので、まずニューロンセル4や発芽セ
ル6の周りのグリアセル3が発芽セル6に変っていく。
Next, the operation of the neuron cell, the search cell, and the germination cell will be described with reference to FIG. 11. First, the potentials of the neighboring glial cells are checked to find the direction D of the glial cell having the maximum potential (step 201). . Then, a germination request is probabilistically issued to the glial cells in the D direction. This operation is, for example, an operation of forming the germination cell 6 as shown in FIG. As described above, the potential of the glial cell 3 is determined as shown in steps 101 to 103 of FIG. 10, and the potential of the glial cell 3 around the neuron cell 4 and the germination cell 6 becomes relatively high. The glial cells 3 around the cells 6 are transformed into germination cells 6.

【0027】次にD方向のグリアセルが発芽セルに変化
したかどうかをチェックして(ステップ203)、変化
した場合は発芽方向レジスタ(図5)に方向Dを登録す
る。発芽方向レジスタは探索セルの構成部分として既に
説明したが、ニューロンセル、発芽セルも発芽方向レジ
スタを備えている。次に、ステップ205において、そ
のセルが発芽セルかどうかみて発芽セルであれば、セル
タイプを変更して探索セルに状態変更する。
Next, it is checked whether or not the glial cells in the D direction have changed to germination cells (step 203), and if they have changed, the direction D is registered in the germination direction register (FIG. 5). Although the germination direction register has already been described as a constituent part of the search cell, the neuron cell and the germination cell also have the germination direction register. Next, in step 205, it is determined whether the cell is a germination cell and if it is a germination cell, the cell type is changed and the state is changed to the search cell.

【0028】以上のようにすれば、ニューロンセルの出
力をグリアセルを媒体として伝播しポテンシャルの場を
形成し、ニューロンセルからの探索セルの発芽はこのポ
テンシャルの大きな方向に行うこととしたため、出力の
大きなニューロン間に接続ができる確率が高くなり、問
題領域に応じたニューラルネットワーク構造の効率的な
学習が可能となる。また、探索セルの入出力の信号伝播
経路を根の方向レジスタ、発芽方向レジスタの値に応じ
て設定することにより、高速なニューラルネットワーク
を実現するための信号伝播が可能となる。
In this way, the output of the neuron cell propagates through the glial cell as a medium to form a potential field, and the search cell is germinated from the neuron cell in the direction of the larger potential. The probability that a large neuron can be connected becomes high, and efficient learning of the neural network structure according to the problem area becomes possible. Moreover, by setting the signal propagation paths of the input and output of the search cell according to the values of the root direction register and the germination direction register, signal propagation for realizing a high-speed neural network becomes possible.

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自己組織化の場として機能するグリアセルを用いること
により、問題領域に応じたニューラルネットワーク構造
の効率的な学習方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
By using the glial cell that functions as a place for self-organization, it is possible to provide an efficient learning method of the neural network structure according to the problem area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるニューラルネットワーク学習方式
の全体構成のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an overall configuration of a neural network learning method according to the present invention.

【図2】近傍のセルとの接続を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining connection with neighboring cells.

【図3】セルの一般的な構成を説明するブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a general configuration of a cell.

【図4】グリアセルの機能を説明するブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram illustrating the function of a glial cell.

【図5】探索セルの入出力信号の交換機能を説明するブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an exchange function of input / output signals of a search cell.

【図6】自己組織化の初期状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an initial state of self-assembly.

【図7】自己組織化開始直後の状態図である。FIG. 7 is a state diagram immediately after the start of self-assembly.

【図8】自己組織化の中間状態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an intermediate state of self-assembly.

【図9】シナプスができた直後の状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state immediately after a synapse is formed.

【図10】グリアセルの動作を説明するフローチャート
である。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a glial cell.

【図11】ニューロンセル、探索セル、発芽セルの動作
を説明するフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operations of a neuron cell, a search cell, and a germination cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メッシュ状近傍接続セル(プロセッサ)群 2 セル 21 入力ポート 22 出力ポート 23 入出力制御部 24 演算処理部 25 出力制御部 26 内部状態記憶部 27 セルタイプ記憶部 3 グリアセル 33 グリアセルの入力制御 34 グリアセルの演算処理部 35 グリアセルの出力制御部 36 グリアセルの内部状態記憶部 361 近傍カウンタ 362 Δpレジスタ 363 ポテンシャルpレジスタ 37 グリアセルのセルタイプ記憶部 4 ニューロンセル 5 探索セル 51 探索セルの入力ポート 52 探索セルの出力ポート 53 探索セルの入力制御部 54 探索セルの演算処理部 55 探索セルの出力制御部 56 探索セルの内部状態記憶部 561 根の方向レジスタ 562 発芽方向レジスタ 57 探索セルのセルタイプ記憶部 6 発芽セル 7 シナプスセル 1 mesh-like neighborhood connection cell (processor) group 2 cell 21 input port 22 output port 23 input / output control unit 24 arithmetic processing unit 25 output control unit 26 internal state storage unit 27 cell type storage unit 3 glial cell 33 glial cell input control 34 glial cell Calculation unit of 35 Gliacell output control unit 36 Gliacell internal state storage unit 361 Neighborhood counter 362 Δp register 363 Potential p register 37 Gliacell cell type storage unit 4 Neuron cell 5 Search cell 51 Search cell input port 52 Search cell Output port 53 Search cell input control unit 54 Search cell arithmetic processing unit 55 Search cell output control unit 56 Search cell internal state storage unit 561 Root direction register 562 Germination direction register 57 Search cell cell type storage unit 6 Germination cell 7 Synapse cells

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力制御部、出力制御部、演算処理部、
内部状態記憶部を備えたセルを、前記入出力制御部を介
して複数個接続するとともに、各セルは近傍のセルの内
部状態に応じて自己の内部状態を変更して自己組織化を
行うニューラルネットワーク構造の自己組織化装置にお
いて、前記演算処理部は、各セルを、その状態に応じ
て、 (a)ニューラルネットワーク構造の自己組織化の場と
して機能するグリアセル、 (b)ニューロン本体の機能を受け持つニューロンセ
ル、 (c)前記ニューロンセルを根とする木構造の構成要素
で、前記ニューロンセルとシナプスセル間の情報伝播経
路として機能する探索セル、 (d)異なるニューロンセルを根とする前記木構造間で
情報を伝達し、重みつき結合の機能を受け持つシナプス
セル、として機能させ、前記ニューロンセルおよび前記
探索セルは、隣接する前記グリアセルに対して発芽要求
を出し、前記グリアセルは、前記発芽要求に応じて探索
セルに機能を変えることを特徴とする自己組織化装置。
1. An input control unit, an output control unit, an arithmetic processing unit,
A neural network in which a plurality of cells each having an internal state storage section are connected through the input / output control section, and each cell changes its own internal state according to the internal states of neighboring cells to perform self-organization. In the self-organizing device having a network structure, the arithmetic processing unit determines, according to the state of each cell, (a) a glial cell that functions as a field for self-organizing the neural network structure, and (b) functions of the neuron body. (C) a search cell that is a component of a tree structure having the neuron cell as a root and functions as an information propagation path between the neuron cell and a synapse cell; (d) the tree having a different neuron cell as a root The neuron cell and the search cell are made to function as synapse cells, which transfer information between structures and take charge of the function of weighted connection. The self-organizing apparatus, wherein a germination request is issued to the adjacent glial cell, and the glial cell changes its function to a search cell in response to the germination request.
【請求項2】 請求項1の自己組織化装置において、前
記演算処理部は、前記セルを、上記(a)ないし(d)
に加えて、(e)探索セルの先端部分に形成され、探索
セルより高い確率で発芽要求を出す発芽セルとして機能
させることができる自己組織化装置。
2. The self-assembling device according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit replaces the cells with the cells (a) to (d).
In addition to (e), a self-organizing device that is formed at the tip of the search cell and can function as a germination cell that issues a germination request with a higher probability than the search cell.
【請求項3】 請求項2の自己組織化装置において、前
記グリアセルは、ポテンシャルレジスタを持ち、前記ポ
テンシャルレジスタの値は近傍の前記セルのポテンシャ
ルに応じて変化し、各セルが2次元または3次元のメッ
シュ状に接続されたメッシュ状配列上にポテンシャルの
場を作り、前記ニューロンセル、前記探索セル、前記発
芽セルは前記ポテンシャルの値の大きい方向に確率的に
前記発芽要求を出すことを特徴とする自己組織化装置。
3. The self-organizing apparatus according to claim 2, wherein the glial cell has a potential register, the value of the potential register changes according to the potential of the neighboring cells, and each cell is two-dimensional or three-dimensional. A potential field is created on a mesh-shaped array connected in a mesh shape, and the neuron cell, the search cell, and the germination cell stochastically request the germination in the direction in which the potential value is large. Self-organizing device.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
の自己組織化装置において、前記探索セルは根の方向レ
ジスタ、発芽方向のレジスタを持ち、前記入出力制御部
は前記根の方向レジスタおよび前記発芽方向レジスタの
値に応じて入出力ポートを選択し、前記演算処理部は前
記入力制御部と前記出力制御部とを直結する信号伝播経
路を形成することを特徴とする自己組織化装置。
4. The self-organizing apparatus according to claim 1, wherein the search cell has a root direction register and a germination direction register, and the input / output control unit includes the root direction register. Self-organization characterized in that an input / output port is selected according to the value of a register and the germination direction register, and the arithmetic processing unit forms a signal propagation path that directly connects the input control unit and the output control unit. apparatus.
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