JP3338713B2 - Signal processing device - Google Patents

Signal processing device

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JP3338713B2
JP3338713B2 JP19942892A JP19942892A JP3338713B2 JP 3338713 B2 JP3338713 B2 JP 3338713B2 JP 19942892 A JP19942892 A JP 19942892A JP 19942892 A JP19942892 A JP 19942892A JP 3338713 B2 JP3338713 B2 JP 3338713B2
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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、例えば画像や音声の認
識、ロボット等の位置制御、エアコンの温度制御、ロケ
ットの軌道制御等のような各種運動の制御に適用可能
な、神経細胞を模倣したニューラルコンピュータ等の信
号処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for imitating a nerve cell which can be applied to various motion controls such as image and voice recognition, position control of a robot, temperature control of an air conditioner, orbit control of a rocket, and the like. And a signal processing device such as a neural computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体の情報処理の基本的な単位である神
経細胞(ニューロン)の機能を模倣し、さらに、この
「神経細胞模倣素子」(神経細胞ユニット)をネットワ
ークにし、情報の並列処理を目指したのが、いわゆるニ
ューラルネットワークである。文字認識や連想記憶、運
動制御等、生体ではいとも簡単に行われていても、従来
のノイマン型コンピュータではなかなか達成しないもの
が多い。生体の神経系、特に生体特有の機能、即ち並列
処理、自己学習等をニューラルネットワークにより模倣
して、これらの問題を解決しようとする試みが盛んに行
われている。
2. Description of the Related Art The function of a nerve cell (neuron), which is a basic unit of information processing of a living body, is imitated, and further, this "neural cell mimic element" (neural cell unit) is networked to perform parallel processing of information. What we aimed at was a so-called neural network. Even if it is very easily performed on a living body, such as character recognition, associative memory, and movement control, there are many that are not easily achieved by a conventional Neumann computer. Attempts have been made to solve these problems by imitating the neural system of a living body, particularly functions unique to the living body, that is, parallel processing, self-learning, and the like, using a neural network.

【0003】まず、従来のニューラルネットワークのモ
デルについて説明する。図32はある1つの神経細胞ユ
ニットAを表す図であり、図33はこれをネットワーク
にしたものである。A1,A2,A3 は各々神経細胞ユニ
ットを表す。1つの神経細胞ユニットは多数の他の神経
細胞ユニットと結合しており、それらから受けた信号を
処理して出力を出す。図33の場合、ネットワークは階
層型であり、神経細胞ユニットA2 は1つ前(左側)の
層の神経細胞ユニットA1 より信号を受け、1つ後(右
側)の層の神経細胞ユニットA3 へ出力する。
First, a conventional neural network model will be described. FIG. 32 is a diagram showing a certain neuron unit A, and FIG. 33 is a diagram showing this as a network. A 1 , A 2 , and A 3 each represent a neuron unit. One neuron unit is coupled to many other neuron units and processes signals received therefrom to produce an output. In the case of FIG. 33, the network is of a hierarchical type, and the neuron unit A 2 receives a signal from the neuron unit A 1 in the immediately preceding (left) layer and the neuron unit A in the next (right) layer. Output to 3 .

【0004】より詳細に説明する。まず、図32の神経
細胞ユニットAにおいて、他の神経細胞ユニットと自分
のユニットとの結合の度合いを表すのが結合係数と呼ば
れるもので、i番目の神経細胞ユニットとj番目の神経
細胞ユニットの結合係数を一般にTijで表す。結合に
は、相手のユニット(自己のユニットに信号を送ってく
るユニット)からの信号が大きい程自己のユニット出力
が大きくなる興奮性結合と、相手のユニットからの信号
が大きい程自己のユニット出力が小さくなる抑制性結合
とがあり、Tij>0が興奮性結合、Tij<0が抑制性結
合を表す。今、自分の神経細胞ユニットがj番目のユニ
ットであるとし、i番目の神経細胞ユニットの出力をy
i とするとこれに結合係数Tijを掛けたTiji が、自
分のユニットへの入力となる。前述したように、1つの
神経細胞ユニットは多数の神経細胞ユニットと結合して
いるので、それらのユニットに対するTiji を足し合
わせた結果なるΣTiji が、ネットワーク内における
自分の神経細胞ユニットへの入力となる。これを内部電
位といい、uj で表す。
[0004] This will be described in more detail. First, in the nerve cell unit A in FIG. 32, a degree of connection between another nerve cell unit and its own unit is referred to as a connection coefficient, and the connection coefficient between the i-th nerve cell unit and the j-th nerve cell unit is referred to. The coupling coefficient is generally denoted by T ij . The coupling includes an excitatory connection in which the larger the signal from the other unit (a unit sending a signal to the own unit), the larger the output of the own unit, and a larger signal from the other unit, the output of the own unit. Is small, and T ij > 0 represents an excitatory connection, and T ij <0 represents a suppressive connection. Now, suppose that the own neuron unit is the j-th unit, and the output of the i-th neuron unit is y.
When i is set, T ij y i obtained by multiplying this by the coupling coefficient T ij becomes an input to the own unit. As described above, since one neuron unit is connected to many neuron units, the result of adding T ij y i to those units is ΣT ij y i, which is the value of one neuron unit in the network. Input to the unit. This is called an internal potential and is represented by u j .

【0005】[0005]

【数1】 (Equation 1)

【0006】次に、この入力(内部電位)に対して閾値
を加えて非線形な処理をすることで、その神経細胞ユニ
ットの出力とする。この時に用いる関数を神経細胞応答
関数と呼び、非線形関数として、(2)式及び図34に示
すようなシグモイド関数を用いる。
Next, a threshold value is added to the input (internal potential) to perform nonlinear processing, thereby obtaining an output of the nerve cell unit. The function used at this time is called a nerve cell response function, and a sigmoid function as shown in Equation (2) and FIG. 34 is used as a nonlinear function.

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】このような神経細胞ユニットを図33に示
すようにネットワークに構成した時には、各結合係数T
ijを与え、(1)(2)式を次々と計算することにより、情
報の並列処理が可能となり、最終的な出力が得られるも
のである。
When such a nerve cell unit is configured in a network as shown in FIG. 33, each coupling coefficient T
By giving ij and calculating equations (1) and (2) one after another, parallel processing of information becomes possible and a final output is obtained.

【0009】このような階層型ニューラルネットワーク
において、ある入力に対して望ましい結果が出力される
ように、結合係数Tijを更新していくような学習を行な
うことにより、所望のニューラルネットワークを構築す
る。このような学習方法として最も広く用いられている
のは誤差逆伝搬法、いわゆるバックプロパゲーション法
である。
In such a hierarchical neural network, a desired neural network is constructed by performing learning such that the coupling coefficient T ij is updated so that a desired result is output for a certain input. . The most widely used learning method is an error back propagation method, a so-called back propagation method.

【0010】このようなネットワークを電気回路により
実現したものの一例として、図35に示すようなものが
ある。これは、特開昭62−295188号公報中に示
されるもので、基本的には、S字形伝達関数を有する複
数の増幅器1と、各増幅器1の出力を他の層の増幅器の
入力に一点鎖線で示すように接続する抵抗性フィードバ
ック回路網2とが設けられている。各増幅器1の入力側
には接地されたコンデンサと接地された抵抗とによるC
R時定数回路3が個別に接続されている。そして、入力
電流I1,I2,〜,In が各増幅器1の入力に供給さ
れ、出力はこれらの増幅器1の出力電圧の集合から得ら
れる。
FIG. 35 shows an example of such a network realized by an electric circuit. This is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-295188. Basically, a plurality of amplifiers 1 having an S-shaped transfer function and the output of each amplifier 1 is connected to the input of an amplifier of another layer by one point. A resistive feedback network 2 is provided for connection as shown by the dashed line. The input side of each amplifier 1 is connected to a grounded capacitor and a grounded resistor.
R time constant circuits 3 are individually connected. Then, the input current I 1, I 2, ~, I n is supplied to the input of the amplifier 1, the output is obtained from a set of these amplifiers 1 output voltage.

【0011】ここに、ネットワークへの入力や出力の信
号強度を電圧で表し、神経細胞ユニット間の結合の強さ
は、各細胞間の入出力ラインを結ぶ抵抗4(抵抗性フィ
ードバック回路網2中の格子点)の抵抗値で表され、神
経細胞応答関数は各増幅器1の伝達関数で表される。即
ち、図35において複数の増幅器1は反転出力及び非反
転出力を有し、かつ、各増幅器1の入力には入力電流供
給手段なるCR時定数回路3を有しており、予め選定さ
れた第1の値、又は予め選定された第2の値である抵抗
4(Tij)で増幅器3の各々の出力を入力に接続するフ
ィードバック回路網2とされている。抵抗4はi番目の
増幅器出力とj番目の増幅器入力との間の相互コンダク
タンスを表し、回路網が平衡する複数の極小値を作るよ
うに選定され、複数の極小値を持ったエネルギー関数を
最小にするようにしている。また、神経細胞間の結合に
は、興奮性と抑制性とがあり数学的には結合係数の正負
符号により表されるが、回路上の定数で正負を実現する
のは困難であるので、ここでは、増幅器1の出力を2つ
に分け、一方の出力を反転させることにより、正負の2
つの信号を生成し、これを適当に選択することにより実
現するようにしている。また、図34に示したシグモイ
ド関数に相当するものとしては増幅器が用いられてい
る。
Here, the signal strength of the input or output to the network is represented by a voltage, and the strength of the connection between the neuron units is determined by the resistance 4 (the resistance feedback network 2 in the resistive feedback network 2) connecting the input / output lines between the cells. ), And the nerve cell response function is represented by the transfer function of each amplifier 1. That is, in FIG. 35, the plurality of amplifiers 1 have an inverted output and a non-inverted output, and the input of each amplifier 1 has a CR time constant circuit 3 as input current supply means. The feedback network 2 connects each output of the amplifier 3 to the input by a resistor 4 (T ij ) which is a value of 1 or a second value selected in advance. Resistor 4 represents the transconductance between the i-th amplifier output and the j-th amplifier input, and is selected to create a plurality of local minima where the network is balanced, minimizing an energy function having a plurality of local minima. I try to. In addition, the connection between nerve cells has excitability and inhibition, and is mathematically represented by the sign of the coupling coefficient. However, since it is difficult to realize the sign with a constant on the circuit, Then, by dividing the output of the amplifier 1 into two and inverting one of the outputs,
This is realized by generating two signals and selecting them appropriately. An amplifier is used as a function corresponding to the sigmoid function shown in FIG.

【0012】一方、デジタル回路でニューラルネットを
実現したものの例を図36ないし図38を参照して説明
する。図36は単一の神経細胞の回路構成を示し、各シ
ナプス回路6を樹状突起回路7を介して細胞体回路8に
接続してなる。図37はその内のシナプス回路6の構成
例を示し、係数回路9を介して入力パルスfに倍率a
(フィードバック信号に掛ける倍率で1又は2)を掛け
た値が入力されるレートマルチプライヤ10を設けてな
り、レートマルチプライヤ10には重み付けの値wを記
憶したシナプス荷重レジスタ11が接続されている。ま
た、図38は細胞体回路8の構成例を示し、制御回路1
2、アップ/ダウンカウンタ13、レートマルチプライ
ヤ14及びゲート15を順に接続してなり、さらに、ア
ップ/ダウンメモリ16が設けられている。
On the other hand, an example in which a neural network is realized by a digital circuit will be described with reference to FIGS. FIG. 36 shows a circuit configuration of a single nerve cell. Each synapse circuit 6 is connected to a cell body circuit 8 via a dendritic circuit 7. FIG. 37 shows an example of the configuration of a synapse circuit 6 in which a magnification a is applied to an input pulse f via a coefficient circuit 9.
There is provided a rate multiplier 10 to which a value multiplied by (multiplied by 1 or 2 by the feedback signal) is input, and a synapse load register 11 storing a weight value w is connected to the rate multiplier 10. . FIG. 38 shows a configuration example of the cell body circuit 8, and the control circuit 1
2, an up / down counter 13, a rate multiplier 14, and a gate 15 are sequentially connected, and an up / down memory 16 is further provided.

【0013】これは、神経細胞ユニットの入出力をパル
ス列で表し、そのパルス密度で信号の量を表している。
結合係数は2進数で表し、メモリ16上に保存してお
く。入力信号をレートマルチプライヤ14のクロックへ
入力し、結合係数をレート値へ入力することによって、
入力信号のパルス密度をレート値に応じて減らしてい
る。これは、バックプロパゲーションモデルの式のTij
i の部分に相当する。次に、ΣTiji のΣの部分
は、樹状突起回路7によって示されるOR回路で実現し
ている。結合には興奮性、抑制性があるので、予めグル
ープ分けしておき、各々のグループ別にORをとる。こ
の2つの出力をカウンタ13のアップ側、ダウン側に入
力しカウントすることで出力が得られる。この出力は2
進数であるので、再びレートマルチプライヤ14を用い
て、パルス密度に変換する。このユニットをネットワー
クにすることによって、ニューラルネットワークが実現
できる。
[0013] The input and output of the nerve cell unit is represented by a pulse train, and the signal density is represented by the pulse density.
The coupling coefficient is represented by a binary number and stored in the memory 16. By inputting the input signal to the clock of the rate multiplier 14 and inputting the coupling coefficient to the rate value,
The pulse density of the input signal is reduced according to the rate value. This is the T ij of the back propagation model equation.
y i . Next, the portion {} of {T ij y i } is realized by an OR circuit indicated by the dendrite circuit 7. Since the coupling has excitatory and inhibitory properties, it is grouped in advance and OR is performed for each group. An output is obtained by inputting these two outputs to the up side and the down side of the counter 13 and counting. This output is 2
Since it is a decimal number, it is converted into a pulse density by using the rate multiplier 14 again. By making this unit a network, a neural network can be realized.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
アナログ回路方式には、次のような問題点がある。 信号の強度を電位や電流などのアナログ値で表し、
内部の演算もアナログ的に行わせる場合、温度特性や電
源投入直後のドリフト等により、その値が変化する。 ネットワークであるので、素子の数も多く必要とす
るが、各々の特性を揃えることは困難である。 1つの素子の精度や安定性が問題となったとき、そ
れをネットワークにしたとき、新たな問題を生ずる可能
性があり、ネットワーク全体で見たときの動きが予想で
きない。 結合係数Tijが固定であり、予めシミュレーション
などの他の方法で学習させた値を使うしかなく、自己学
習ができない。
However, the former analog circuit system has the following problems. Signal strength is represented by analog values such as potential and current,
When the internal calculation is performed in an analog manner, the value changes due to temperature characteristics, drift immediately after turning on the power, and the like. Since it is a network, a large number of elements are required, but it is difficult to make the characteristics of each element uniform. When the accuracy or stability of one element becomes a problem, when it is made into a network, there is a possibility that a new problem may occur, and the movement when viewed as a whole network cannot be predicted. The coupling coefficient T ij is fixed, and a value learned in advance by another method such as a simulation has to be used, and self-learning cannot be performed.

【0015】また、後者のデジタル回路によるネットワ
ーク構成の場合も、現実にはアップダウンカウンタ1
3、レートマルチプライヤ14を用いる等、非常に複雑
で大規模な回路となってしまう。
In the case of the latter network configuration using digital circuits, the up-down counter 1 is actually used.
3. A very complicated and large-scale circuit, such as the use of the rate multiplier 14.

【0016】このように従来技術による場合、アナログ
回路方式では動作に確実性がなく、数値計算による学習
方法も計算が複雑であり、ハードウエア化に適さず、動
作が確実なデジタル方式のものは回路構成が大規模で複
雑である。
As described above, in the case of the prior art, there is no certainty in the operation of the analog circuit system, and the calculation method is complicated in the learning method by numerical calculation. The circuit configuration is large and complicated.

【0017】このような欠点を解消するため、パルス密
度型デジタル方式の自己学習機能付きニューロンモデル
が特願平2−412448号、特願平3−29342号
等として本出願人により提案されている。しかし、この
ような提案例のニューロン素子よりも非線形性の高い
系、入力データに時間依存性を持たせたい場合や、或い
は、入力信号の値が細かく量子化されているような場合
にも対応可能に、ニューロンの汎用性・柔軟性をより高
めるためには、フォワードプロセスにおいてパルス列表
現の出力信号の情報を後の時刻の出力信号値に反映させ
ることが要望される。
In order to solve such disadvantages, the applicant has proposed a pulse density type digital neuron model with a self-learning function as Japanese Patent Application No. 2-412448, Japanese Patent Application No. 3-29342, or the like. . However, it is also applicable to a system with higher nonlinearity than the proposed neuron element, a case where the input data needs to have a time dependency, or a case where the value of the input signal is finely quantized. In order to further increase the versatility and flexibility of the neuron, it is desired that the information of the output signal represented by the pulse train be reflected in the output signal value at a later time in the forward process.

【0018】この点について、さらに説明する。パルス
密度型ニューラルネットワークには、上述したような本
出願人提案によるものの他、例えば、特開平1−244
567号公報や米国特許4893255号明細書等に示
されるものもある。何れにしても、パルス密度型ニュー
ラルネットワークにおける信号処理のやり方は、各々の
種類によって異なる。
This will be further described. The pulse density type neural network includes, besides the one proposed by the present applicant as described above, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-244.
There are also those disclosed in US Pat. No. 567, US Pat. In any case, the way of signal processing in the pulse density type neural network differs depending on each type.

【0019】ここでは、本出願人提案によるパルス密度
型ニューラルネットワークにおける信号処理について簡
単に説明する。パルス列としては、実際にはビット列を
用いる。即ち、値として“0”又は“1”をとるビット
の列でパルス列を表し、値が“1”であるビットでパル
スを表し、値が“0”であるビットでパルスがないこと
を表す。
Here, the signal processing in the pulse density type neural network proposed by the present applicant will be briefly described. A bit train is actually used as the pulse train. That is, a pulse train is represented by a string of bits having a value of “0” or “1”, a pulse having a value of “1” represents a pulse, and a bit having a value of “0” represents no pulse.

【0020】信号の値は、パルスの密度、即ち、ビット
列中の値“1”のビットの密度で表す。換言すると、信
号の値はビット列中のビットの値が“1”である確率に
等しい。例えば、このニューラルネットワークに値
“X”の信号を入力した時、このニューラルネットワー
クには確率Xで値“1”のビットが入力し、確率(1−
X)で値“0”のビットが入力することになる。また、
ニューラルネットワークの出力値が“A”であるという
ことは、ニューラルネットワークが値“1”のビットを
出力する確率がAであることを意味している。
The signal value is represented by the pulse density, that is, the bit density of the value "1" in the bit string. In other words, the value of the signal is equal to the probability that the value of the bit in the bit string is "1". For example, when a signal of a value "X" is input to the neural network, a bit of a value "1" is input to the neural network with a probability X, and the probability (1-
X), a bit having a value “0” is input. Also,
The fact that the output value of the neural network is “A” means that the probability that the neural network outputs a bit of value “1” is A.

【0021】ニューラルネットワーク内の各ニューロン
ユニットへは、ニューラルネットワークの外から、又
は、ニューラルネットワーク内の他の幾つかのニューロ
ンユニットから送られてきたビット列が入力信号として
入ってくる。ニューロンユニットと他のニューロンユニ
ットとの結合の強さを表す結合係数も、ビット列で表
し、入力信号の結合係数による重み付けは、入力ビット
列と結合係数ビット列との論理積をとることにより行
う。この重み付けされた入力信号を幾つかのグループに
区分けし、各区分け毎に別々に、この重み付けされた入
力信号同士の論理和をとる。次に、これらの論理和で得
られたビット列に論理演算を施して新たなビット列を生
成し、そのビット列を出力信号としてニューロンユニッ
トの外に出力する。図39はそのイメージを示すもので
ある。図中、符号17はニューロンユニット(神経細胞
ユニット)を示す。
Each neuron unit in the neural network receives as an input signal a bit sequence sent from outside the neural network or from some other neuron unit in the neural network. A coupling coefficient indicating the strength of coupling between a neuron unit and another neuron unit is also represented by a bit string, and weighting of the input signal by the coupling coefficient is performed by taking a logical product of the input bit string and the coupling coefficient bit string. The weighted input signals are divided into several groups, and the weighted input signals are logically ORed separately for each division. Next, by performing a logical operation on the bit string obtained by these logical sum to generate a new bit sequence, and outputs to the outside of the neuron units that bit string as an output signal. FIG. 39 shows the image. In the figure, reference numeral 17 denotes a neuron unit (neural cell unit).

【0022】このようなパルス密度型ニューラルネット
ワーク方式においては、1ビット分の時間前後の処理状
態を示す図40のように、あるニューロンユニット17
への入力信号であるビット列からニューロンユニット1
7の出力信号であるビット列を生成する時、各入力ビッ
ト列からニューロンユニット17へ同時に入ってきた1
ビットの組のみから出力ビット列の1ビットを生成する
ものである。
In such a pulse-density type neural network system, as shown in FIG.
From the bit string which is the input signal to the neuron unit 1
7 to generate a bit string which is an output signal of the input signal 7, 1
One bit of an output bit sequence is generated from only a set of bits.

【0023】このように、各入力ビット列からニューロ
ンユニットへ同時に入ってきた1ビットの組のみから、
出力ビット列の1ビットを生成しているために、このニ
ューロンユニットを組合せて構成されるニューラルネッ
トワークの入力値と出力値との関係は、線形になる。こ
の点を1入力1出力のニューラルネットワークで説明す
ると、模式的に、図41に示すように表すことができ
る。まず、ニューラルネットワーク18に値“X”の信
号を入力した場合の出力は、値“1”の信号を入力した
場合の出力と値“0”の信号を入力した場合の出力と
を、X:(1−X)の割合で混ぜ合わせた値となる。従
って、入力値が“1”の時のニューラルネットワーク1
8の出力を“A”とし、入力値が“0”の時のニューラ
ルネットワーク18の出力を“B”とすると、値“X”
の信号を入力した時のニューラルネットワーク18の出
力値“Y”は、Y=AX+B(1−X)となる。即ち、
このニューラルネットワーク18の入力値“X”と出力
値“Y”との関係は、図42に示すように、線形とな
る。このことは、1入力1出力のニューラルネットワー
ク18は入力値“X”と出力値“Y”との非線形な関係
を学習できない、ということを意味している。
As described above, from only one bit set that simultaneously enters the neuron unit from each input bit string,
Since one bit of the output bit string is generated, the relationship between the input value and the output value of the neural network formed by combining the neuron units is linear. If this point is described with a one-input one-output neural network, it can be schematically represented as shown in FIG. First, the output when the signal of the value “X” is input to the neural network 18 is the output when the signal of the value “1” is input and the output when the signal of the value “0” is input, X: It becomes a value mixed at the ratio of (1-X). Therefore, the neural network 1 when the input value is "1"
8 is "A", and the output of the neural network 18 when the input value is "0" is "B", the value "X"
The output value "Y" of the neural network 18 at the time of inputting the signal is Y = AX + B (1-X). That is,
The relationship between the input value “X” and the output value “Y” of the neural network 18 is linear as shown in FIG. This means that the one-input one-output neural network 18 cannot learn the nonlinear relationship between the input value “X” and the output value “Y”.

【0024】このように1入力1出力のニューラルネッ
トワークにおいて入力値と出力値との非線形な関係を学
習できない、という問題点を解決するための方法とし
て、 出力パルス列中のパルス数を数えて、同数のパルス
を持ったパルス列を生成し直して出力させるようにした
もの。 重み付けた入力信号のパルスの論理和を空間方向に
だけでなく、時間方向にもとるようにしたもの。 等も提案されているが、信号処理速度が遅い懸念があ
る。
As a method for solving the problem that the nonlinear relationship between the input value and the output value cannot be learned in the one-input one-output neural network, the number of pulses in the output pulse train is counted. A pulse train with the above pulse is regenerated and output. The logical OR of the weighted input signal pulse is taken not only in the spatial direction but also in the time direction. Are proposed, but there is a concern that the signal processing speed is slow.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、パルス列で表現された入力信号とパルス列で表現さ
れた結合係数との論理積を演算する論理積演算手段と、
この論理積演算手段による演算結果を興奮性結合グルー
プと抑制性結合グループとにグループに分けるグループ
分け手段と、各々のグループ内で前記演算結果の論理和
を演算する論理和演算手段と、これらの論理和演算手段
の演算結果として興奮性結合グループが“1”で抑制性
結合グループが“0”のときにのみ出力“1”を出すよ
うに論理演算を施す論理演算手段と、この論理演算手段
から出力されるパルス列に対してそのパルス密度を変更
するパルス密度変更手段と、パルス列で表現された誤差
信号に基づき前記結合係数を変化させる結合係数可変手
段とを有する信号処理手段を設け、前記パルス密度変更
手段が、前記論理演算手段の演算結果を計数するカウン
タと、このカウンタの計数結果に応じた確率のパルス列
で表現された信号を発生させる信号発生手段と、この信
号発生手段による発生信号と前記論理演算手段の演算結
果との論理積を演算する論理積演算手段とよりなる
According to the first aspect of the present invention, a logical product calculating means for calculating a logical product of an input signal represented by a pulse train and a coupling coefficient represented by a pulse train,
The operation result of the AND operation means is expressed by the excitatory connection glue.
Grouping means for dividing the group into a group and an inhibitory connection group, a logical sum operation means for calculating a logical sum of the operation results in each group, and an excitatory connection group as an operation result of these logical sum operation means Is "1" and suppressive
Output "1" only when the connection group is "0"
Operation means for performing a logical operation as described above, pulse density changing means for changing the pulse density of a pulse train output from the logic operation means, and connection for changing the coupling coefficient based on an error signal expressed by a pulse train. a signal processing means having a variable coefficient unit is provided, said pulse density change
Means for counting the operation result of the logical operation means
And a pulse train with a probability according to the counting result of this counter
Signal generating means for generating a signal represented by
Signal generated by the signal generation means and the operation result of the logic operation means.
AND operation means for calculating the AND operation with the result .

【0026】[0026]

【0027】請求項記載の発明のパルス密度変更手段
中の論理積演算手段に代えて、請求項記載の発明で
は、信号発生手段による発生信号と論理演算手段の演算
結果との論理和を演算する論理和演算手段を設け、請求
記載の発明では、信号発生手段による発生信号と論
理演算手段の演算結果との論理積及び論理和以外の論理
演算を行なう論理演算手段を設けた。これらの発明につ
いて、請求項2,4,6記載の発明では、カウンタに代
えて、アップダウンカウンタを設けた。
[0027] Instead of the AND operation unit in the pulse density changing means of the invention of claim 1, wherein, in the third aspect of the present invention, the logical sum of the operation result of the generation signal and logic operation means by the signal generating means In the invention according to claim 5 , there is provided a logical operation means for performing a logical operation other than a logical AND operation of a signal generated by the signal generating means and an operation result of the logical operation means. In these inventions, in the inventions according to the second, fourth, and sixth aspects , an up-down counter is provided instead of the counter.

【0028】請求項記載の発明では、請求項1記載の
発明のパルス密度変更手段に代えて、パルス密度変更手
段を、前記論理演算手段の演算結果を計数する複数のカ
ウンタと、これらのカウンタによる計数結果を加算する
加算手段と、整数値又は実数値をランダムに生成する乱
数発生手段と、前記加算手段による加算結果と前記乱数
発生手段により生成された乱数値とを比較して比較結果
に応じてパルスを出力する比較手段と、前記論理演算手
段の演算結果と前記比較手段からの出力信号との論理和
を演算して新たな出力信号とする論理和演算手段とによ
り構成した。
According to the seventh aspect of the present invention, the first aspect of the present invention is provided.
Instead of the pulse density changing means of the present invention, the pulse density changing means, and a plurality of counters for counting the operation result of the logic operation means and adder means for adding the count results of these counters, integer value or a real value Random number generating means for generating randomly, comparing means for comparing the result of addition by the adding means with the random number value generated by the random number generating means, and outputting a pulse in accordance with the comparison result; A logical sum of the result and the output signal from the comparison means is calculated to obtain a new output signal.

【0029】同様に、請求項記載の発明では、請求項
1記載の発明のパルス密度変更手段に代えて、パルス密
度変更手段を、前記論理演算手段の演算結果を計数す
ウンタと、整数値又は実数値をランダムに生成する乱
数発生手段と、前記カウンタによる計数結果と前記乱数
発生手段により生成された乱数値とを比較し前記乱数値
が前記計数結果以下であれば“1”、以下でなければ
“0”となるパルスを出力する比較手段と、前記論理演
算手段の演算結果と前記比較手段の出力との論理積を演
算し前記論理演算手段と前記比較手段とが同時に“1”
なるパルスを出力する時にはその論理積結果を前記カウ
ンタによる計数結果に加算することにより以後前記比較
手段が“1”なるパルスを出力する確率を高める確率向
上手段と、前記論理演算手段の演算結果と前記比較手段
からの出力信号との論理和を演算して新たな出力信号と
する論理和演算手段とにより構成した。
Similarly, in the invention described in claim 8 , the claim
Instead of the pulse density changing means in the embodiment described 1, a pulse density changing means, count the operation results of the logic operation means
Counters and, integers or real numbers and a random number generating means for randomly generating, comparing the random number value generated by counting result and the random number generating means according to said counter said random number
Is "1" if is less than or equal to the counting result, otherwise
Comparison means and said logic Starring for outputting a pulse which becomes "0"
The logical AND of the operation result of the calculating means and the output of the comparing means is performed.
The logic operation means and the comparison means simultaneously set "1".
When outputting a different pulse, the logical product result is
A probability improving means for increasing the probability that the comparing means outputs a pulse of "1" by adding the result to the counting result by the counter, and a logical sum of the operation result of the logical operation means and the output signal from the comparing means. OR operation means for calculating a new output signal.

【0030】さらに、請求項記載の発明によるパルス
密度変更手段中の確率向上手段に代えて、請求項記載
の発明では、比較手段が出力するパルス数に応じて前記
計数手段による計数結果を減らす手段を設け、請求項1
記載の発明では、比較手段がパルスを出力し、前記論
理演算手段がパルスを出力しない時には前記計数手段に
よる計数結果を減らす手段を設けた。
Further, instead of the probability improving means in the pulse density changing means according to the invention described in claim 8 , according to the invention described in claim 9 , the counting result by the counting means is calculated according to the number of pulses output from the comparing means. Claim 1
In the invention described in Item 0, means is provided for reducing the counting result by the counting means when the comparing means outputs a pulse and the logic operation means does not output a pulse.

【0031】これらの請求項7,8,9又は1記載の
発明において、請求項1記載の発明では、出力信号中
にパルスを増やす手段を複数個連結した。
[0031] In the invention of these claims 7, 8, 9 or 1 0, wherein, in the invention of claim 1 1, wherein the means for increasing the pulses plurality ligated into an output signal.

【0032】[0032]

【作用】発明によれば、パルス列表現の信号を処理す
る簡単なデジタル論理構成において、入力信号と結合係
数との論理積演算、グループ分けした論理和演算、これ
らの論理和演算結果についての論理演算の結果得られる
信号を、そのまま出力させずに、パルス密度変更手段に
よりパルス密度を変更して出力させるようにしたので、
フォワードプロセスでの出力信号パルス密度を、入力信
号パルス密度に対して非線形に変化させ得るものとな
り、ネットワークを構築した場合の柔軟性・汎用性の高
いものとなり、また、このようなパルス密度変更手段を
カウンタ等を用いて構成することが具体的に示されてお
り、確実な動作が確保される。
According to the present invention, in a simple digital logic configuration for processing a signal represented by a pulse train, a logical AND operation of an input signal and a coupling coefficient, a logical OR operation in groups, and a logical operation result of these logical OR operations are performed. Since the signal obtained as a result of the operation is not output as it is, the pulse density is changed by the pulse density changing means and output.
The output signal pulse density on the forward process, it shall be varied non-linearly with the input signal pulse density, having high flexibility and versatility in the case of building a network and Do Ri, also, such a pulse density Change means
It is specifically shown that the configuration is made using a counter or the like.
As a result, reliable operation is ensured.

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図31に基づ
いて説明する。まず、自己学習機能を持つパルス密度型
デジタル論理回路を用いた神経細胞ユニット(ニューロ
ン素子)及びニューラルネットワークについて説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a neural cell unit (neuron element) and a neural network using a pulse density type digital logic circuit having a self-learning function will be described.

【0035】まず、本実施例のニューロン及びニューラ
ルネットワークはデジタル構成によりハードウエア化し
たものであるが、基本的な考え方としては、 神経細胞ユニットに関する入出力信号、中間信号、
結合係数、教師信号などは全て、“0”“1”の2値で
表されたパルス列で表す。 ネットワーク内部での信号の量は、パルス密度で表
す(ある一定時間内の“1”の数)。 神経細胞ユニット内での計算は、パルス列同士の論
理演算で表す。 結合係数のパルス列は神経細胞ユニット内のメモリ
上に置く。 学習は、このパルス列を書換えることで実現する。 学習については、与えられた教師信号パルス列を元
に誤差を計算し、これに基づいて、結合係数パルス列を
変化させる。このとき、誤差の計算、結合係数の変化分
の計算も、全て、“0”“1”のパルス列の論理演算で
行う。 ようにしたものである。
First, the neuron and the neural network according to the present embodiment are implemented by hardware using a digital configuration. The basic idea is that input / output signals, intermediate signals,
The coupling coefficient, the teacher signal, and the like are all represented by a pulse train represented by binary values “0” and “1”. The amount of the signal inside the network is represented by the pulse density (the number of “1” within a certain time). The calculation in the nerve cell unit is represented by a logical operation between pulse trains. The pulse train of the coupling coefficient is placed on a memory in the nerve cell unit. Learning is realized by rewriting this pulse train. For learning, an error is calculated based on a given teacher signal pulse train, and the coupling coefficient pulse train is changed based on the error. At this time, the calculation of the error and the calculation of the change in the coupling coefficient are all performed by the logical operation of the pulse train of “0” and “1”. It is like that.

【0036】以下、この思想について説明する。まず、
デジタル論理回路による信号処理に関し、フォワードプ
ロセスにおける信号処理を説明する。図2は1つの神経
細胞ユニット(神経細胞模倣素子)20に相当する部分
を示し、ニューラルネットワーク全体としては例えば図
3に示すように階層型とされる。入出力は、全て、
“1”“0”に2値化され、かつ、同期化されたものが
用いられる。入力信号yi の値(強度)はパルス密度で
表現し、例えば図4に示すパルス列のようにある一定時
間内にある“1”の状態数で表す。即ち、図4の例は、
4/6を表し、同期パルス6個中に信号は“1”が4
個、“0”が2個である。このとき、“1”と“0”の
並び方は、ランダムであることが望ましい。
Hereinafter, this concept will be described. First,
Regarding signal processing by a digital logic circuit, signal processing in a forward process will be described. FIG. 2 shows a part corresponding to one neuron unit (neurocyte mimic element) 20, and the entire neural network is of a hierarchical type, for example, as shown in FIG. All inputs and outputs are
A value that is binarized to “1” and “0” and synchronized is used. The value (intensity) of the input signal y i is represented by the pulse density, for example, by the number of states of “1” within a certain time as in the pulse train shown in FIG. That is, the example of FIG.
4/6, and “1” is 4
And “0” are two. At this time, it is desirable that the arrangement of “1” and “0” be random.

【0037】一方、各神経細胞ユニット20間の結合の
度合を示す結合係数Tijも同様にパルス密度で表現し、
“0”と“1”とのパルス列として予めメモリ上に用意
しておく。図5の例は、“101010”=3/6を表
す式である。この場合も、“1”と“0”の並び方はラ
ンダムであることが望ましい。
On the other hand, a coupling coefficient T ij indicating the degree of coupling between the respective neuron units 20 is similarly expressed by a pulse density.
A pulse train of “0” and “1” is prepared on a memory in advance. The example in FIG. 5 is an expression representing “101010” = 3/6. Also in this case, it is desirable that the arrangement of “1” and “0” be random.

【0038】そして、この結合係数パルス列を同期クロ
ックに応じてメモリ上より順次読出し、図2に示すよう
に各々ANDゲート21により入力信号パルス列との論
理積をとる(yi ∩ Tij)。これを、神経細胞jへの入
力とする。上例の場合で説明すると、入力信号が“10
1101”として入力されたとき、これと同期してメモ
リ上よりパルス列を呼出し、順次ANDをとることによ
り、図6に示すような“101000”が得られ、これ
は入力yi が結合係数Tijにより変換されパルス密度が
2/6となることを示している。
Then, the coupling coefficient pulse train is sequentially read out from the memory in accordance with the synchronous clock, and as shown in FIG. 2, the AND gate 21 takes the logical product with the input signal pulse train (y i TT ij ). This is an input to the nerve cell j. In the case of the above example, if the input signal is "10
"When entered as calls the pulse train from the memory in synchronization with this, by taking sequential AND, as shown in FIG. 6" 1101 101000 "is obtained, which is input y i is the coupling coefficient T ij And the pulse density becomes 2/6.

【0039】ANDゲート21の出力のパルス密度は、
近似的には入力信号のパルス密度と結合係数のパルス密
度との積となり、アナログ方式の結合係数と同様の機能
を有する。これは、信号の列が長いほど、また、“1”
と“0”との並び方がランダムであるほど、数値の積に
近い機能を持つことになる。なお、入力パルス列に比べ
て結合係数のパルス列が短く、読出すべきデータがなく
なったら、再びデータの先頭に戻って読出しを繰返えせ
ばよい。
The pulse density of the output of the AND gate 21 is
It is approximately the product of the pulse density of the input signal and the pulse density of the coupling coefficient, and has the same function as the analog coupling coefficient. This is because the longer the signal sequence, the more “1”
The more random the arrangement of "" and "0", the closer the function to the product of numerical values. When the pulse train of the coupling coefficient is shorter than the input pulse train and there is no more data to be read, it is sufficient to return to the beginning of the data and repeat the reading.

【0040】1つの神経細胞ユニット20は多入力であ
るので、前述した「入力信号と結合係数とのAND」も
多数あり、次にOR回路22によりこれらの論理和をと
る。入力は同期化されているので、例えば1番目のデー
タが“101000”、2番目のデータが“01000
0”の場合、両者のORをとると、“111000”と
なる。これを多入力(m個)同時に計算し出力とする
と、例えば図7に示すようになる。これは、アナログ計
算における和の計算及び非線形関数(シグモイド関数)
の部分に対応している。
Since one nerve cell unit 20 has a large number of inputs, there are many "ANDs between input signals and coupling coefficients" described above, and the OR circuit 22 calculates the logical sum of them. Since the inputs are synchronized, for example, the first data is “101000” and the second data is “01000”.
In the case of "0", the OR of both is "111000". If this is calculated and output as multiple inputs (m) simultaneously, for example, it is as shown in Fig. 7. This is the sum of the analog calculation. Calculations and nonlinear functions (sigmoid functions)
Corresponds to the part.

【0041】パルス密度が低い場合、そのORをとった
もののパルス密度は、各々のパルス密度の和に近似的に
一致する。パルス密度が高くなるにつれ、OR回路22
の出力は段々飽和してくるので、パルス密度の和とは一
致せず、非線形性が出てくる。ORの場合、パルス密度
は1よりも大きくなることがなく、かつ、0より小さく
なることもなく、さらには、単調増加関数であり、シグ
モイド関数と近似的に同等となる。
In the case where the pulse density is low, the pulse density obtained by ORing them approximately matches the sum of the respective pulse densities. As the pulse density increases, the OR circuit 22
Since the output becomes increasingly saturated, the output does not match the sum of the pulse densities, and nonlinearity appears. In the case of OR, the pulse density does not become larger than 1 and does not become smaller than 0, and furthermore, it is a monotonically increasing function, which is approximately equivalent to the sigmoid function.

【0042】ところで、結合には興奮性と抑制性がある
が、本実施例でも各ニューロン間の結合においてはその
両方を持ち得るものとする。まず、結合係数が興奮性結
合係数Tij(+) か抑制性結合係数Tij(-) かにより、各
結合を興奮性結合グループと抑制性結合グループとに2
分する。そして、入力信号と各結合係数のパルス列のA
ND出力同士のORを各グループで計算する。そして、
興奮性結合グループのOR結果が“1”で抑制性結合グ
ループのOR結果が“0”の場合にのみ“1”を出力
し、それ以外の場合には“0”を出力する。図8にこの
様子を示す。
By the way, there is an excitatory property and an inhibitory property in the connection. In the present embodiment, it is assumed that the connection between the neurons can have both. First, depending on whether the coupling coefficient is an excitatory coupling coefficient T ij (+) or an inhibitory coupling coefficient T ij (−) , each coupling is divided into an excitatory coupling group and an inhibitory coupling group.
Minute. Then, the input signal and A of the pulse train of each coupling coefficient
The OR of the ND outputs is calculated for each group. And
"1" is output only when the OR result of the excitatory connection group is "1" and the OR result of the inhibitory connection group is "0", and "0" is output otherwise. FIG. 8 shows this state.

【0043】論理式で表現すると、次の(3)〜(5)式で
示される。
When expressed by a logical expression, it is expressed by the following expressions (3) to (5).

【0044】[0044]

【数3】 (Equation 3)

【0045】さらに、この論理結果なる信号xj のパル
ス数を計数し、その計数値に応じたパルス密度のパルス
列を生成して出力する。ただし、計数する際に、この出
力パルス列中のパルスによって、信号xj のパルス数の
計数結果を修正するようにしてもよい。このようなパル
ス信号zj と上記の論理結果なる信号xj との論理積を
とり、これを本ニューロンからの最終的な出力信号yj
とする。なお、パルス信号zj ,xj の論理積に代え
て、論理和又は他の論理演算として最終的な出力信号y
j を得るようにしてもよい。このような演算によるニュ
ーロンの各時刻の出力信号yj が、前の時刻の出力に依
存するものとなる。
Further, the number of pulses of the signal xj as a logical result is counted, and a pulse train having a pulse density corresponding to the counted value is generated and output. However, when the counting by the pulses in the output pulse train, may be corrected counting result of the number of pulses of the signal x j. The logical product of such a pulse signal z j and the signal x j resulting from the above logic is obtained, and this is used as the final output signal y j from the neuron.
And Note that, instead of the logical product of the pulse signals z j and x j , the final output signal y is calculated as a logical sum or another logical operation.
j may be obtained. The output signal y j at each time of the neuron by such an operation depends on the output at the previous time.

【0046】神経細胞ユニット20のネットワークは、
階層型(即ち、図3)とする。そして、ネットワーク全
体を同期させておけば、各層とも上述した機能により計
算できる。
The network of the neuron unit 20 is
It is a hierarchical type (that is, FIG. 3). Then, if the entire network is synchronized, the calculation can be performed for each layer by the above-described function.

【0047】次に、学習(バックプロパゲーション)に
おける信号演算処理について説明する。基本的には、以
下のa又はbにより誤差信号を求め、次いで、cの方法
により結合係数の値を変化させるようにすればよい。
Next, a signal calculation process in learning (back propagation) will be described. Basically, an error signal may be obtained by the following a or b, and then the value of the coupling coefficient may be changed by the method c.

【0048】a.最終層における誤差信号 最終層で各神経細胞ユニットにおける誤差信号を出力信
号と教師信号とにより計算する。ここに、そのときの入
力に対して望ましい出力を、教師信号としてパルス列で
与える。一般に、誤差を数値で表すと正、負の両方をと
り得るが、パルス密度ではそれを同時に表現できないの
で、+成分を表す信号と、−成分を表す信号との2種類
を用いて誤差信号を表現する。即ち、j番目の神経細胞
ユニットの誤差信号は、図9のように示される。つま
り、誤差信号の+成分は教師信号パルスと出力パルスと
の違っている部分(1,0)又は(0,1)の内、教師
信号側に存在するパルス、他方、−成分は同様に出力側
に存在するパルスである。換言すれば、出力パルスに誤
差信号+パルスを付け加え、誤差信号−パルスを取り除
くと、教師パルスとなることになる。即ち、これらの正
負の誤差信号δj(+),δj(-)を論理式で表現すると、各
々(6)(7)式のようになる。このような誤差信号パルス
を元に結合係数を後述するように変化させることにな
る。
A. Error Signal in Last Layer In the final layer, an error signal in each neuron unit is calculated from the output signal and the teacher signal. Here, a desired output for the input at that time is given as a teacher signal in a pulse train. In general, when an error is represented by a numerical value, it can take both positive and negative values. However, since the pulse density cannot represent both at the same time, an error signal is represented by using two types of signals, a + component signal and a − component signal. Express. That is, the error signal of the j-th nerve cell unit is shown as in FIG. That is, the + component of the error signal is a pulse existing on the teacher signal side in the part (1, 0) or (0, 1) where the teacher signal pulse and the output pulse are different, while the-component is similarly output. This is the pulse present on the side. In other words, adding an error signal + pulse to the output pulse and removing the error signal-pulse results in a teacher pulse. That is, when these positive and negative error signals δ j (+) and δ j (−) are expressed by logical expressions, they are expressed by the expressions (6) and (7), respectively. Based on such an error signal pulse, the coupling coefficient is changed as described later.

【0049】[0049]

【数4】 (Equation 4)

【0050】b.中間層における誤差信号 まず、上記の誤差信号を逆伝播させ、最終層とその1つ
前の層との結合係数だけでなく、さらにその前の層の結
合係数も変化する。そのため、中間層における各神経細
胞ユニットでの誤差信号を計算する必要がある。中間層
のある神経細胞ユニットから、さらに1つ先の層の各神
経細胞ユニットへ信号を伝播させたのとは、丁度逆の要
領で1つ先の層の各神経細胞ユニットにおける誤差信号
を集めてきて、自己の誤差信号とする。このことは、神
経細胞ユニット内での前述した演算式(3)〜(5)や図4
〜図8に示した場合と同じような要領で行うことができ
る。ただし、神経細胞ユニット内での前述した処理と異
なるのは、yは1つの信号であるのに対して、δは正、
負を表す信号として2つの信号を持ち、その両方の信号
を考慮する必要があることである。従って、結合係数T
の正負に応じて2つの場合に分ける必要がある。
B. Error Signal in Intermediate Layer First, the above error signal is back-propagated to change not only the coupling coefficient between the final layer and the immediately preceding layer but also the coupling coefficient of the preceding layer. Therefore, it is necessary to calculate an error signal in each neuron unit in the intermediate layer. The error signal in each neuron unit in the next layer is collected in exactly the opposite way that the signal is propagated from the neuron unit in the middle layer to each neuron unit in the next layer. And uses it as its own error signal. This is because the above-described arithmetic expressions (3) to (5) in the nerve cell unit and FIG.
8 can be performed in the same manner as in the case shown in FIG. However, the difference from the above-described processing in the nerve cell unit is that while y is one signal, δ is positive,
This means that there are two signals as negative signals, and both signals need to be considered. Therefore, the coupling coefficient T
Needs to be divided into two cases depending on the sign of

【0051】まず、興奮性結合の場合を説明する。この
場合、中間層のある神経細胞ユニットについて、1つ先
の層(図3における最終層)のj番目の神経細胞ユニッ
トでの誤差信号+と、その神経細胞ユニットと自己(図
3における中間層のある神経細胞ユニット)との結合係
数のANDをとったもの(δj(+) ∩ Tij)を各神経細
胞ユニットについて求め、さらに、これら同士のORを
とる{∪(δj(+) ∩Tij)}。これをこの神経細胞ユ
ニットの誤差信号+とする。即ち、図10に示すように
なる。
First, the case of excitatory coupling will be described. In this case, for a neuron unit having an intermediate layer, the error signal + at the j-th neuron unit in the next layer (final layer in FIG. 3), the neuron unit and its own (the intermediate layer in FIG. 3) An AND of the coupling coefficient with the neuron unit with the suffix (δ j (+) T T ij ) is obtained for each neuron unit, and an OR of these is obtained {∪ (δ j (+) {T ij )}. This is set as the error signal + of this nerve cell unit. That is, the result is as shown in FIG.

【0052】同様に、1つ先の層の神経細胞ユニットで
の誤差信号−と結合係数とのANDをとり、さらにこれ
ら同士のORをとることにより、この神経細胞ユニット
の誤差信号−とする。即ち、図11に示すようになる。
Similarly, an AND between the error signal and the coupling coefficient in the neuron unit in the next layer is obtained, and an OR between them is obtained to obtain an error signal of the neuron unit. That is, the result is as shown in FIG.

【0053】次に、抑制性結合の場合を説明する。この
場合、1つ先の層の神経細胞ユニットでの誤差信号−と
その神経細胞ユニットと自己との結合係数のANDをと
り、さらにこれら同士のORをとる。これを、この神経
細胞ユニットの誤差信号+とする。即ち、図12に示す
ようになる。
Next, the case of inhibitory binding will be described. In this case, the AND of the error signal in the neuron unit of the next layer and the coupling coefficient between the neuron unit and the self is obtained, and further, the OR of these is obtained. This is set as the error signal + of this nerve cell unit. That is, the result is as shown in FIG.

【0054】また、1つ先の誤差信号+と結合係数との
ANDをとり、さらにこれら同士のORをとることによ
り、同様に、この神経細胞ユニットの誤差信号−とす
る。即ち、図13に示すようになる。
Further, an AND between the error signal + and the coupling coefficient, which is one point ahead, and an OR between them are similarly obtained to obtain an error signal − of the nerve cell unit. That is, the result is as shown in FIG.

【0055】さらに、この神経細胞ユニットの、興奮性
結合の誤差信号+と抑制性結合の誤差信号+とのORを
とり、これをこのユニットの誤差信号δi(+)とする。同
様に、興奮性結合の誤差信号−と抑制性結合の誤差信号
−とのORをとり、これをこのユニットの誤差信号δ
i(-)とする。
Further, an OR of the excitatory coupling error signal + and the inhibitory coupling error signal + of this neuron unit is taken as an error signal δ i (+) of this unit. Similarly, the error signal of the excitatory connection − and the error signal of the inhibitory connection − are ORed, and this is used as the error signal δ of this unit.
i (-) .

【0056】以上をまとめると、(8)式に示すようにな
る。
The above is summarized as shown in equation (8).

【0057】[0057]

【数5】 (Equation 5)

【0058】さらに、入力してくる誤差信号に対して各
々同じ又は異なる学習のレート(学習定数)を設けても
よい。これは、パルス列を間引くことにより実現でき
る。例えば、カウンタ的な考え方をし、図14、図15
に示すようなものとすればよい。この例では、学習レー
トη=0.5では元の信号のパルス列を1つ置きに間引
くが、元の信号のパルスが等間隔でなくても、元のパル
ス列に対して間引くことができる。図14,図15中、
η=0.5の場合はパルスを1つ置きに間引き、η=
0.33の場合はパルスを2つ置きに残し、η=0.6
7の場合はパルスを2つ置きに1回間引くことを示す。
Further, the same or different learning rates (learning constants) may be provided for the input error signals. This can be realized by thinning out the pulse train. For example, considering a counter-like concept, FIGS.
What is necessary is just to be as shown in FIG. In this example, at the learning rate η = 0.5, every other pulse train of the original signal is thinned out. However, even if the pulses of the original signal are not equally spaced, the original pulse train can be thinned out. 14 and 15,
When η = 0.5, every other pulse is thinned out, and η =
In the case of 0.33, every third pulse is left, and η = 0.6
In the case of 7, it indicates that every second pulse is thinned once.

【0059】このようにして、誤差信号を間引くことに
より学習レートの機能を持たせる。このような誤差信号
の間引きは、通常市販されているカウンタの出力を論理
演算することやフリップフロップを用いることにより容
易に実現できる。特に、カウンタを用いた場合、学習定
数ηの値を任意、かつ、容易に設定できるので、ネット
ワークの特性を制御することも可能となる。
In this way, the function of the learning rate is provided by thinning out the error signal. Such thinning of the error signal can be easily realized by performing a logical operation on the output of a commercially available counter or using a flip-flop. In particular, when a counter is used, the value of the learning constant η can be set arbitrarily and easily, so that the characteristics of the network can be controlled.

【0060】c.誤差信号に基づき各結合係数を変化さ
せる方法 変化させたい結合係数が属しているライン(図3参照)
に対応する、1つ前の神経細胞ユニットからの出力yi
と自己の神経細胞ユニットの誤差信号δj(+)又はδj(-)
とのANDをとる(δj∩yi)(図16,図17参
照)。このようにして得られた2つの信号を各々ΔT
ij(+),ΔTij(-)とする。
C. Method of changing each coupling coefficient based on the error signal Line to which the coupling coefficient to be changed belongs (see FIG. 3)
The output y i from the previous neuron unit corresponding to
And the error signal δ j (+) or δ j (-) of the own neuron unit
j ∩y i ) (see FIGS. 16 and 17). Each of the two signals thus obtained is represented by ΔT
ij (+) and ΔT ij (-) .

【0061】そして、今度はこのΔTijを元に新しいT
ijを求めるが、このTijは絶対値成分であるので、元の
ijが興奮性か抑制性かで場合分けする。興奮性の場
合、元のTijに対してΔTij(+)の成分を増やし、ΔT
ij(-)の成分を減らす。即ち、図18に示すようにな
る。逆に、抑制性の場合は元のTijに対しΔTij(+)
成分を減らし、ΔTij(-)の成分を増やす。即ち、図1
9に示すようになる。
Then, based on this ΔT ij , a new T
ij is obtained. Since T ij is an absolute value component, cases are classified depending on whether the original T ij is excitatory or inhibitory. In the case of excitability, the component of ΔT ij (+) is increased with respect to the original T ij ,
Reduce the components of ij (-) . That is, the result is as shown in FIG. Conversely, in the case of suppressiveness, the component of ΔT ij (+) is reduced with respect to the original T ij , and the component of ΔT ij (−) is increased. That is, FIG.
As shown in FIG.

【0062】以上をまとめると、(9)式のようになる。The above is summarized as in equation (9).

【0063】[0063]

【数6】 (Equation 6)

【0064】以上の学習則に基づいてネットワークの計
算をする。
The network is calculated based on the above learning rules.

【0065】次に、以上のアルゴリズムに基づく実際の
回路構成を説明する。図20及び図1にその回路構成例
を示すが、ネットワーク全体の構成は図3と同様であ
る。図20は図2中のライン(結線)に相当する部分の
回路を示し、図1は図3中の丸(各神経細胞ユニット2
0)に相当する部分の回路を示す。これらの図20及び
図1構成の回路を図2のようにネットワークにすること
により、自己学習可能なデジタル式のニューラルネット
ワークが実現できる。
Next, an actual circuit configuration based on the above algorithm will be described. FIG. 20 and FIG. 1 show examples of the circuit configuration. The configuration of the entire network is the same as that of FIG. FIG. 20 shows a circuit corresponding to a line (connection) in FIG. 2, and FIG. 1 shows a circle (each nerve cell unit 2) in FIG.
2 shows a circuit corresponding to (0). 20 and FIG. 1 can be implemented as a network as shown in FIG. 2 to realize a digital neural network capable of self-learning.

【0066】まず、図20から説明する。図中、25は
神経細胞ユニットへの入力信号であり、図4に相当す
る。図5に示したような結合係数の値はメモリとしての
シフトレジスタ26に保存しておく。このシフトレジス
タ26は取出し口26aと入口26bとを有するが、通
常のシフトレジスタと同様の機能を持つものであればよ
く、例えば、RAMとアドレスコントローラとの組合せ
によるもの等であってもよい。入力信号25とシフトレ
ジスタ26内の結合係数とは論理積演算手段としてのA
NDゲート27を備えて図6に示した処理を行なう論理
回路28によりANDがとられる。この論理回路28の
出力は結合が興奮性か抑制性かによってグループ分けし
なければならないが、予め各々のグループへの出力2
9,30を用意し、何れに出力するのかを切換えるよう
にした方が汎用性の高いものとなる。このため、本実施
例では結合が興奮性か抑制性かを表すビットをグループ
分け用メモリ31に保存しておき、その情報を用いてグ
ループ分け手段となる切換えゲート回路32により切換
える。切換えゲート回路32は2つのANDゲート32
a,32bと一方の入力に介在されたインバータ32c
とよりなる。
First, FIG. 20 will be described. In the figure, reference numeral 25 denotes an input signal to the nerve cell unit, which corresponds to FIG. The values of the coupling coefficients as shown in FIG. 5 are stored in the shift register 26 as a memory. The shift register 26 has an outlet 26a and an inlet 26b, but may have the same function as a normal shift register. For example, the shift register 26 may be a combination of a RAM and an address controller. The input signal 25 and the coupling coefficient in the shift register 26 are A
An AND operation is performed by a logic circuit 28 having an ND gate 27 and performing the processing shown in FIG. The outputs of this logic circuit 28 must be grouped according to whether the coupling is excitatory or inhibitory.
It is more versatile to prepare 9 and 30 and switch between them to output. For this reason, in this embodiment, a bit indicating whether the coupling is excitatory or inhibitory is stored in the grouping memory 31, and the switching is performed by the switching gate circuit 32 as the grouping means using the information. The switching gate circuit 32 includes two AND gates 32.
a, 32b and an inverter 32c interposed between one input
And

【0067】また、図1に示すように各入力処理(図7
に相当)をする複数のORゲート構成のゲート回路33
a,33bが設けられている。さらに、同図に示すよう
に図8に示した興奮性結合グループが“1”で、抑制性
結合グループが“0”のときにのみ出力“1”を出すA
NDゲート34aとインバータ34bとによる論理演算
手段となるゲート回路34が設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, each input process (FIG. 7)
Circuit 33 having a plurality of OR gates
a and 33b are provided. Further, as shown in the figure, A which outputs an output "1" only when the excitatory connection group shown in FIG. 8 is "1" and the inhibitory connection group is "0"
A gate circuit 34 is provided as a logical operation means by the ND gate 34a and the inverter 34b.

【0068】さらに、このゲート回路34から出力され
る信号を計数するカウンタ46が設けられ、このカウン
タ46による計数値に相当する確率の密度のパルス列を
発生させる信号発生手段となるパルス列発生装置47が
設けられている。このパルス列発生装置47から出力さ
れる信号と前記ゲート回路34から出力される信号との
論理積をとり論理積演算手段となるANDゲート48が
設けられている。このANDゲート48からの信号がこ
の神経細胞ユニット20の最終出力とされる。ここに、
前記カウンタ46は通常のカウンタでもよく(請求項
記載の発明に相当)、或いは、パルスが出力されない時
又はある間隔で減算処理するアップダウンカウンタとし
てもよい(請求項記載の発明)。また、カウンタ46
は1データ毎にリセットされるものとしてもよい。ま
た、ANDゲート48に代えて、ORゲート(請求項
3,4記載の発明にいう論理和演算手段に相当)を用い
たり、別の論理演算処理を行なうゲート回路(請求項
5,6記載の発明にいう別の論理演算手段に相当)を用
いてもよい。
Further, a counter 46 for counting the signal output from the gate circuit 34 is provided, and a pulse train generator 47 as a signal generating means for generating a pulse train having a density having a probability corresponding to the count value of the counter 46 is provided. Is provided. AND gate 48 is provided as a preparative Ri theory Riseki calculating means a logical product of the signal outputted signal outputted from the pulse train generator 47 and from the gate circuit 34. The signal from the AND gate 48 is used as the final output of the nerve cell unit 20. here,
The counter 46 may be a conventional counter (claim 1
Alternatively, an up-down counter that performs a subtraction process when a pulse is not output or at a certain interval may be used (the invention described in claim 2 ). Also, the counter 46
May be reset every data. Also, an OR gate (claim) is used instead of the AND gate 48.
3,4 or using equivalent) in the Hare theory Liwa computing means are in the invention described, the gate circuit (claim performing another logical operation
( Equivalent to another logical operation means according to the invention described in the fifth and sixth aspects ).

【0069】また、カウンタ46はゲート回路34から
出力される信号とパルス列発生装置47から出力される
信号、或いは、それらの2つの信号に論理演算を施した
信号を入力してカウントするアップダウンカウンタであ
ってもよい。また、カウンタ46の代わりに、複数のカ
ウンタと加算回路とメモリとを組合せた回路を用いても
よい。また、カウンタ46の代わりに、ゲート回路34
から出力される信号をカウントするカウンタとゲート回
路34から出力される信号とパルス列発生装置47から
出力される信号とに論理演算を施した信号をカウントす
るカウンタとそれらの2つのカウンタの出力値を加算す
る加算回路とメモリとを組合せた回路を用いてもよい。
The counter 46 is an up / down counter that inputs and counts a signal output from the gate circuit 34 and a signal output from the pulse train generator 47 or a signal obtained by performing a logical operation on these two signals. It may be. Further, instead of the counter 46, a circuit combining a plurality of counters, an adding circuit, and a memory may be used. Also, instead of the counter 46, the gate circuit 34
A counter that counts a signal output from the counter, a counter that counts a signal obtained by performing a logical operation on a signal output from the gate circuit 34 and a signal output from the pulse train generator 47, and outputs the values of these two counters. A circuit in which an addition circuit for adding and a memory are combined may be used.

【0070】次に、学習処理について説明する。図1に
示す回路には誤差信号35,36が入力される。これら
の誤差信号35,36は複数のORゲート構成のゲート
回路37で各々集められた後((8)式の処理)、分周回
路38により学習レートに相当する処理(図14及び図
15の処理)を受け、1つ前の層に対する誤差信号3
9,40として出力される。ここに、中間層における誤
差信号を計算するため図10〜図13に示したような処
理は、図20中に示すANDゲート構成のゲート回路4
1により行われ、+,−に応じて、1つ前の層の神経細
胞ユニットへ出力するための誤差信号42,43が得ら
れる。
Next, the learning process will be described. Error signals 35 and 36 are input to the circuit shown in FIG. These error signals 35 and 36 are respectively collected by a plurality of gate circuits 37 having an OR gate configuration (the processing of the equation (8)), and then processed by the frequency dividing circuit 38 corresponding to the learning rate (see FIGS. 14 and 15). Processing), the error signal 3 for the immediately preceding layer
It is output as 9, 40. Here, the processing as shown in FIGS. 10 to 13 for calculating the error signal in the intermediate layer is performed by the gate circuit 4 having the AND gate configuration shown in FIG.
1 and error signals 42 and 43 to be output to the neuron unit of the previous layer are obtained according to + and-.

【0071】このように結合が興奮性結合か抑制性結合
かによって場合分けが必要であるが、この場合分けはメ
モリ31に記憶された興奮性か抑制性かを示す情報と、
誤差信号の+,−信号39,40とに応じて、AND,
ORゲート構成のゲート回路44により行なわれる。
As described above, it is necessary to divide the case depending on whether the connection is the excitatory connection or the inhibitory connection. In this case, the classification is performed by the information stored in the memory 31 indicating whether the connection is excitatory or inhibitory.
In response to the + and − signals 39 and 40 of the error signal, AND,
This is performed by a gate circuit 44 having an OR gate configuration.

【0072】このような誤差信号39,40に基づい
て、新たな結合係数を計算するための図16ないし図1
9に示した処理を行なうANDゲート、インバータ、O
Rゲート構成の結合係数可変回路45が設けられ、各シ
フトレジスタ26のデータ入口26b側に接続されてい
る。これにより、シフトレジスタ26に格納された結合
係数の更新書替えが行なわれる。このゲート回路45の
場合も、結合の興奮性、抑制性により場合分けが必要で
あるが、これはゲート回路44により行なわれる。
FIGS. 16 to 1 for calculating a new coupling coefficient based on such error signals 39 and 40.
9, an AND gate, an inverter, and an O
A coupling coefficient variable circuit 45 having an R gate configuration is provided and connected to the data inlet 26b of each shift register 26. Thereby, the update of the coupling coefficient stored in the shift register 26 is rewritten. In the case of the gate circuit 45 as well, it is necessary to divide the cases depending on the excitability and suppression of the connection. This is performed by the gate circuit 44.

【0073】なお、本発明を構成する上では、上記の構
成例に限らず、同等の機能を有するものであればよく、
さらには、全てをハードウエア構成することなく、その
一部又は全部をソフトウエアで実現するようにしてもよ
い。
The configuration of the present invention is not limited to the above configuration example, but may be any configuration having the same function.
Further, all or a part of the configuration may be realized by software without configuring the entire hardware.

【0074】ところで、前述した説明によれば、1入力
1出力のニューラルネットワークにおいて入力値と出力
値との非線形な関係を学習可能とするため、出力パルス
列中のパルス数を数えながら、数えた値に基づいてパル
スを発生させ、発生されたパルスと出力パルスとの論理
演算を行った結果を、改めて出力信号とさせているの
で、前述したの対応方法に比して、パルス列を出力
しながら同時にそのパルス列を変更できるので信号処理
速度が速いという長所がある。ここでは、前述した内容
を拡張し、かつ、具体化し、さらには、出力パルス列中
のパルス数を数えた値とパルスを発生させる確率との対
応付けについても言及する。
By the way, according to the above description, in order to make it possible to learn the non-linear relationship between the input value and the output value in the one-input one-output neural network, the counted values are counted while counting the number of pulses in the output pulse train. The result of performing a logical operation on the generated pulse and the output pulse is output again as a signal, so that a pulse train is output simultaneously while outputting a pulse train as compared with the corresponding method described above. Since the pulse train can be changed, there is an advantage that the signal processing speed is high. Here, the contents described above are expanded and embodied, and further, the association between the value of counting the number of pulses in the output pulse train and the probability of generating a pulse is referred to.

【0075】まず、パルス密度型ニューラルネットワー
クにおいて入力値“X”と出力値“Y”との非線形な関
係を学習できないという従前の欠点を回避するため、ニ
ューロンユニットの入力と出力との関係を非線形にすれ
ばよい、という前述した実施例に基づく思想を実現する
ための基本的構成例を図21に示す。図21に示す回路
51は、図22に示すように、神経細胞ユニット20中
に示すような位置に配設される。図1の場合であれば、
符号46〜48で示す部分に設けられる。この回路51
には、まず、カウンタ46に相当し、ニーロン出力を
計数するカウンタ52が設けられている。また、信号発
生手段47に相当する部分は、乱数発生器53と比較器
54とにより構成され、さらに出力側には、請求項
記載の発明対応の構成としてORゲート(論理和演
算手段)55が設けられて構成されている。
First, in order to avoid the conventional disadvantage that the nonlinear relationship between the input value “X” and the output value “Y” cannot be learned in the pulse density type neural network, the relationship between the input and output of the neuron unit is nonlinear. FIG. 21 shows an example of a basic configuration for realizing the idea based on the above-described embodiment. The circuit 51 shown in FIG. 21 is disposed at a position as shown in the nerve cell unit 20, as shown in FIG. In the case of FIG. 1,
It is provided at a portion indicated by reference numerals 46 to 48. This circuit 51
To, first, corresponds to a counter 46 is provided with counter 52 for counting the nu Ron output. A portion corresponding to the signal generating means 47 is constituted by a random number generator 53 and a comparator 54, and an OR gate is provided on the output side as a configuration corresponding to the invention according to claim 3 or 4. (logical OR operation calculating means) 55 is configured provided.

【0076】これにより、まず、ニューロンからの出力
ビット列中の値“1”のビットを、カウンタ52で計数
する。このカウンタ52の出力値と乱数発生器53の出
力値とを比較器54で比較し、乱数発生器53の出力値
のほうがカウンタ52の計数値以下であれば比較器54
からは値“1”のビットを出力し、そうでなければ値
“0”のビットを出力する。この比較器54からの出力
ビットとニューロンからの出力ビットとの論理和をOR
ゲート55でとり、その結果をニューロンからの新たな
出力ビットとする。カウンタ52は神経細胞ユニット2
0が1データ分のビット列を処理し終わる毎に0クリア
される。
As a result, first, the counter 52 counts the bits of the value “1” in the output bit string from the neuron. The output value of the counter 52 and the output value of the random number generator 53 are compared by a comparator 54. If the output value of the random number generator 53 is smaller than the count value of the counter 52, the comparator 54
Output a bit of value "1", otherwise output a bit of value "0". The logical sum of the output bit from the comparator 54 and the output bit from the neuron is ORed.
The result is taken as a new output bit from the neuron by the gate 55. The counter 52 is a neural cell unit 2
0 is cleared to 0 each time a bit string for one data is processed.

【0077】ここに、乱数発生器53としては、通常
は、LFSR(リニアフィードバックシフトレジスタ)
が使用される。このような乱数発生器53を形成するL
FSRは、リニアに順次接続された複数個のレジスタの
所定の複数の出力部が排他的論理和を介して先頭の入力
部にフィードバック接続された構造となっており、レジ
スタに設定されたビットを複数個所からフィードバック
する際に排他的論理和で合成することで、極めて長周期
のビット列で疑似的な乱数を生成するようになってい
る。そして、このようなLFSRからなる乱数発生器5
3は、そのレジスタの個数やフィードバック接続の位置
及び設定された初期値が同一ならば出力するビット列も
同一となるので、再現性を有する乱数を生成することが
できる。
Here, as the random number generator 53, an LFSR (linear feedback shift register) is usually used.
Is used. L forming such a random number generator 53
The FSR has a structure in which a plurality of predetermined output units of a plurality of registers sequentially connected in a linear manner are connected in a feedback manner to the first input unit via an exclusive OR, and the bits set in the registers are read out. By combining exclusive ORs when feeding back from a plurality of locations, pseudo-random numbers are generated by bit strings having extremely long periods. Then, a random number generator 5 composed of such an LFSR
In the case of No. 3, if the number of registers, the position of the feedback connection, and the set initial value are the same, the output bit string is also the same, so that a reproducible random number can be generated.

【0078】例えば、図23に例示するように、7段の
LFSRで乱数発生器531〜534を形成する場合、こ
れはリニアに順次接続された7個のレジスタ581〜5
7の所定の中間の出力部59と末端の出力部60とを
排他的論理和61を介して先頭の入力部62にフィード
バック接続し、各レジスタ58に同一の基準クロック6
3を並列に接続した構造として実施される。このような
構成において、この乱数発生器53では、時刻tにおけ
るレジスタ581 内に格納されたビットをAt と表現す
るならば、時刻(t+j)におけるレジスタ58(1+i)
には、i時間以前にレジスタ581内に格納されていた
ビットA(t-i+j)が移動していることになり、時刻(t−
1)におけるレジスタ58(1+i)内に格納されたビットは
(t-i-1)となる。例えば、同図(c)に例示したよう
に、中間の出力部59を4段目のレジスタ584に設け
た乱数発生器533では、1段目のレジスタ581内のビ
ットAtは、時刻(t−1)における4段目と7段目との
レジスタ584,587内のビットを排他的論理和61で
合成した値となっている。ここで、排他的論理和61に
よるビットの合成は“modulo2”での加算に等しいの
で、1段目のレジスタ581 内のビットAt は、 At=A(t-4)+A(t-7) (mod2) …………(10) となる。
[0078] For example, as illustrated in FIG. 23, the case of forming the random number generator 53 1-53 4 7 stages of LFSR, 7 two registers 58 1-5 this is sequentially connected to the linear
8 7, a predetermined intermediate output portion 59 and a terminal output portion 60 are feedback-connected to the first input portion 62 via an exclusive OR 61, and the same reference clock 6 is connected to each register 58.
3 are connected in parallel. In such a configuration, in the random number generator 53, if the bit stored in the register 58 1 at the time t is expressed as At, the register 58 (1 + i) at the time (t + j) has i The bit A (t-i + j) stored in the register 58 1 before the time has moved, and the time ( t−i + j)
The bit stored in the register 58 (1 + i) in 1) is A (ti-1) . For example, as illustrated in FIG. (C), the random number generator 53 3 provided intermediate output section 59 to the register 58 4 of the fourth stage, the bit A t of the first stage of the register 58 in 1, the bits of the register 58 4, 58 in 7 of the fourth stage and seventh stage at time (t-1) has a synthesized value exclusive OR 61. Here, synthesis of bits by exclusive OR 61 is equal to the addition in "modulo2", bit A t of the first stage of the register 58 in 1, A t = A (t- 4) + A (t- 7) (mod2) ………… (10)

【0079】ここで、上述のような7段のLFSRから
なる乱数発生器53の各レジスタ58に所定のビットが
入力された状態である設定値は、各レジスタ58内のビ
ットが“0”か“1”の一方となるので27 =128通
りとなるが、7つの設定値が全て“0”の場合は、ビッ
トの回送を繰返しても設定値の全てが“0”のままであ
り、7つの設定値に一つでも“1”が内包される場合
は、ビットの回送を繰返すと設定値は上記組合わせの一
つに所定周期で変化する。ここで、乱数発生器53の所
定のレジスタ58内のビットAt が(10)式で規定される
場合、At のビット列は周期(27−1) の疑似的なラ
ンダム系列となることが判明している。つまり、図示し
たLFSRからなる乱数発生器53は、1周期中に(2
7−1) のビット列を生成することができるので、この
ビット列を7桁の2進数として読取ることで乱数発生器
53は1〜127の整数値を出力することになる。な
お、このようなLFSRからなる乱数発生器53の設定
値を2進数の数値として読取る場合、先頭を最下位とす
る方法と末端を最下位とする方法との両方が実施されて
いるが、ここでは先頭を最下位として説明を行なうもの
とする。ただし、ここでは乱数発生器52の先頭と末端
との何れを最下位とする方法でも成り立つようになって
いる。
Here, the set value in which predetermined bits are input to each register 58 of the random number generator 53 composed of seven stages of LFSRs as described above is based on whether the bit in each register 58 is “0”. Since it is one of “1”, there are 2 7 = 128. However, if all the seven set values are “0”, all the set values remain “0” even if the bit forwarding is repeated. If at least one “1” is included in the seven set values, the set values change to one of the above combinations at a predetermined cycle by repeating bit forwarding. Here, when the bit A t in a predetermined register 58 of the random number generator 53 is defined by the equation (10), the bit string of A t may be a pseudo-random sequence of period (2 7 -1) It is known. That is, the random number generator 53 composed of the LFSR shown in FIG.
Since the bit string of 7-1) can be generated, the random number generator 53 outputs an integer value of 1 to 127 by reading this bit string as a 7-digit binary number. When the set value of the random number generator 53 composed of such an LFSR is read as a binary number, both a method of setting the head to the lowest and a method of setting the end to the lowest are implemented. Now, the description will be made with the top being the lowest. However, in this case, a method in which either the head or the end of the random number generator 52 is set to the lowest order is established.

【0080】ここで、ci(=1,2,…p) を“0”
か“1”の整数(ただしcp =1)とすると、このci
によってAt を示す漸化式は、 At=c1(t-1)+c2(t-2)…+cp(t-p) (mod2) ……(11) となり、この漸化式の特性多項式は、(12)式となる。
Here, c i (= 1, 2,... P) is set to “0”.
Or an integer of “1” (where c p = 1), this c i
Recurrence formula showing a A t some, A t = c 1 A ( t-1) + c 2 A (t-2) ... + c p A (tp) (mod2) ...... (11) , and this recurrence formula Is a formula (12).

【0081】[0081]

【数7】 (Equation 7)

【0082】ここで、上述のような漸化式(11)によって
生成される乱数列は、長さ“2のp乗−1”以下の周期
を有するが、この範囲内で最大周期を生じる特性多項式
を特に原始多項式と呼称している。そして、このような
原始多項式によって生成される“2のp乗−1”の周期
のAt のビット列を、p次の線形最大周期列(Maximum
−Length Linearly Recurring Sequence)としてM
系列と呼称している。例えば、数式(10)から生成される
t のビット列は、原始多項式 f(x)=1+x4+x7 に対応する7次のM系列である。なお、7段のLFSR
からなる乱数発生器53の場合、7次のM系列のビット
列を生成するものは図23に例示した4種類に限定され
ているので、これらの乱数発生器53の原始多項式や漸
化式等を以下に例示する。
Here, the random number sequence generated by the recurrence formula (11) as described above has a period equal to or less than the length “2 to the power of p−1”. Polynomials are particularly called primitive polynomials. Then, a bit string of A t of the period of such generated by a primitive polynomial "2 of p squared -1", p order linear maximum period sequence (Maximum
-Length Linearly Recurrence Sequence)
It is called a series. For example, bit string A t generated from equation (10) is a 7-order M sequence corresponding to the primitive polynomial f (x) = 1 + x 4 + x 7. In addition, 7-stage LFSR
In the case of the random number generator 53 composed of the following, since the generation of the 7th-order M-sequence bit string is limited to the four types illustrated in FIG. 23, the primitive polynomial, recurrence formula, and the like of the random number generator 53 are Examples are given below.

【0083】 .同図(a)に例示した乱数発生器531 原始多項式 f(x)=1+x+x7 漸化式 At=A(t-1)+A(t-7) (mod2) M系列のビット列 表1(a)に例示 生成される乱数列 表2(a)に例示 .同図(b)に例示した乱数発生器532 原始多項式 f(x)=1+x3+x7 漸化式 At=A(t-3)+A(t-7) (mod2) M系列のビット列 表1(b)に例示 生成される乱数列 表2(b)に例示 .同図(c)に例示した乱数発生器53 原始多項式 f(x)=1+x4+x7 漸化式 At=A(t-4)+A(t-7) (mod2) M系列のビット列 表1(c)に例示 生成される乱数列 表2(c)に例示 .同図(d)に例示した乱数発生器534 原始多項式 f(x)=1+x6+x7 漸化式 At=A(t-6)+A(t-7) (mod2) M系列のビット列 表1(d)に例示 生成される乱数列 表2(d)に例示.. FIG (a) to the illustrated random number generator 53 1 primitive polynomial f (x) = 1 + x + x 7 recurrence formula A t = A (t-1 ) + A (t-7) (mod2) bit string of M series tables 1 ( Example in a) Generated random number sequence Example in Table 2 (a). Bit string table of FIG. (B) exemplary random number generator 53 2 primitive polynomial f (x) = 1 + x 3 + x 7 recurrence formula A t = A (t-3 ) + A (t-7) (mod2) M -sequence 1 (b) Example of generated random number sequence Table 2 (b). Bit string table of FIG. (C) to the illustrated random number generator 53 3 primitive polynomial f (x) = 1 + x 4 + x 7 recurrence formula A t = A (t-4 ) + A (t-7) (mod2) M -sequence 1 (c) Example of generated random number sequence Table 2 (c). Bit string table of the (d) of FIG exemplary random number generator 53 4 primitive polynomial f (x) = 1 + x 6 + x 7 recurrence formula A t = A (t-6 ) + A (t-7) (mod2) M -sequence Example in 1 (d) Generated random number sequence Example in Table 2 (d)

【0084】[0084]

【表1】 [Table 1]

【0085】[0085]

【表2】 [Table 2]

【0086】つまり、このようなLFSRからなる乱数
発生器53は、M系列のビット列で生成する乱数の周期
が最大であるので、発生する乱数の不規則性が極めて良
好である。ここで、このようなM系列の乱数発生器53
では、出力するビット列の周期が最大であることが予め
判明しているので、これをパルス密度やパルス数で変調
することでパルス位置が不規則な信号を生成することも
可能である。例えば、上述のような127通りの乱数を
発生する7次の乱数発生器53においてパルス密度が1
0/127の信号を要望した場合、生成された乱数が1
〜10ならばパルスを出力して乱数が11〜127なら
ばパルスを出力しないようにすれば、この信号はパルス
の位置が不規則で密度が10/127となる。このよう
にして、乱数発生器53では、M系列のビット列を生成
するので疑似的な乱数の発生周期を最大にすることがで
きる。
That is, in the random number generator 53 composed of such an LFSR, since the cycle of the random number generated by the bit string of the M sequence is the maximum, the random number generated is extremely good. Here, such an M-sequence random number generator 53
Since it is known in advance that the cycle of the output bit string is the maximum, it is possible to generate a signal having an irregular pulse position by modulating this with the pulse density or the number of pulses. For example, in the seventh-order random number generator 53 that generates 127 random numbers as described above, the pulse density is 1
When a signal of 0/127 is requested, the generated random number is 1
If a pulse is output if the value is -10 and if no pulse is output if the random number is 11 to 127, this signal has an irregular pulse position and a density of 10/127. In this way, since the random number generator 53 generates the M-sequence bit string, the generation cycle of the pseudo random numbers can be maximized.

【0087】ところで、図21に示した回路51により
神経細胞ユニット20の出力が非線形になる点について
説明する。ここでは127個のビットで1つのデータを
構成し、図21に示した回路を設けない場合の神経細胞
ユニット20の出力がパルス密度1/127である場合
を例にとって説明する。まず、カウンタ52はゼロクリ
アさせておく。値“1”のビットが127ビットからな
るニューロン出力中のどの位置に存在するかは全くラン
ダムである。今、ニューロン出力中の最初のビットが
“1”であったとすると、ORゲート55からの新たな
ニューロン出力の最初のビットは“1”となり、カウン
タ52の値は“1”に変わる。ニューロン出力中の残り
の126ビットは全て“0”であるが、残りの126ビ
ットが出力される126クロックの間にLFSRによる
乱数発生器53から“1”が出力される確率が126/
127あるため、新たなニューロン出力に値“1”のビ
ットがもう1個混じる確率も126/127となる。
Now, the point that the output of the nerve cell unit 20 becomes non-linear due to the circuit 51 shown in FIG. 21 will be described. Here, an example will be described in which one data is composed of 127 bits, and the output of the nerve cell unit 20 is a pulse density 1/127 when the circuit shown in FIG. 21 is not provided. First, the counter 52 is cleared to zero. The position where the bit having the value "1" exists in the neuron output consisting of 127 bits is completely random. If the first bit in the neuron output is "1", the first bit of the new neuron output from the OR gate 55 becomes "1", and the value of the counter 52 changes to "1". Although the remaining 126 bits in the neuron output are all “0”, the probability that “1” is output from the LFSR random number generator 53 during 126 clocks when the remaining 126 bits are output is 126 /
Since there are 127, the probability that another bit of value “1” is mixed in the new neuron output is also 126/127.

【0088】しかし、もし、値“1”のビットがニュー
ロン出力中の2番目の位置に存在していたとすると、カ
ウンタ52の値が“1”に変わった後で出力されるビッ
ト数は125個であるので、新たなニューロン出力に値
“1”のビットがもう1個混じる確率は126/127
ではなく、125/127となる。さらに、値“1”の
ビットがニューロン出力中の最後の位置に存在していた
とすると、新たなニューロン出力中に値“1”のビット
がもう1個混じる確率は0となる。
However, if the bit of value "1" exists at the second position in the neuron output, the number of bits output after the value of the counter 52 changes to "1" is 125 Therefore, the probability that another bit of value “1” is mixed in the new neuron output is 126/127.
Instead of 125/127. Further, assuming that the bit having the value "1" exists at the last position in the neuron output, the probability that another bit having the value "1" will be mixed in the new neuron output is zero.

【0089】このように、ニューロン出力中のどの位置
にパルスが存在するかによって異なるものの、新たなニ
ューロン出力は、回路51を付加しない場合のニユーロ
ン出力の最大2倍まで増加する。このことは、回路51
を付加しない場合のニューロン出力のパルス密度が1/
127より大きい場合でも同様である。ただし、パルス
密度は1を超えることがないので、ニューロン出力が大
きくなると、新たなニューロン出力の元のニューロン出
力に対する倍率は、次第に低下する。
As described above, the new neuron output increases up to twice as large as the Niuron output when the circuit 51 is not added, although it differs depending on where the pulse exists in the neuron output. This means that the circuit 51
The pulse density of the neuron output without adding
The same applies to the case where the value is larger than 127. However, since the pulse density does not exceed 1, when the neuron output increases, the magnification of the new neuron output with respect to the original neuron output gradually decreases.

【0090】図22において、回路51がない場合のニ
ューロン出力と回路51がある場合の新たなニューロン
出力との関係を図示すると、図24のようになる。即
ち、回路51がない場合のニューロン出力が同じ値であ
っても、パルス位置が異なれば新たなニューロン出力の
値は異なるので図24には新たなニューロン出力の値に
ついて平均値をとった線を示してある。
In FIG. 22, the relationship between the neuron output without the circuit 51 and the new neuron output with the circuit 51 is illustrated in FIG. That is, even if the neuron output without the circuit 51 has the same value, the value of the new neuron output is different if the pulse position is different. Therefore, FIG. Is shown.

【0091】図24に示す関係より、神経細胞ユニット
20の入力値と出力値との関係は、図25に示すよう
に、回路51がない場合は破線で示すような線形関係で
あり、回路51がある場合は実線で示すような非線形関
係にあることが判る。このように、図22中に示す位置
に図21に示した回路51を組込むことによって神経細
胞ユニット20の入力値と出力値との関係を非線形に変
えることができる。また、入力値と出力値との関係は、
入力値が小さいところでの立上りが急で入力値が大きい
ところでは飽和してくる、というように、ニューラルネ
ットワークに学習能力を付加するのに好ましい形とな
る。
From the relationship shown in FIG. 24, the relationship between the input value and the output value of the nerve cell unit 20 is a linear relationship as shown by a broken line when there is no circuit 51, as shown in FIG. If there is, it can be seen that there is a non-linear relationship as shown by the solid line. In this way, by incorporating the circuit 51 shown in FIG. 21 at the position shown in FIG. 22, the relationship between the input value and the output value of the nerve cell unit 20 can be changed nonlinearly. The relationship between the input value and the output value is
This is a preferable form for adding a learning ability to a neural network, such as a sudden rise at a small input value and a saturation at a large input value.

【0092】ところで、比較器54から出された値
“1”のビットが元のニューロン出力の値“1”のビッ
トと重なった場合は、そのビットは元のニューロン出力
の値“1”のビットの数を増やすのには役立たない。図
26に示した回路56は、この点を改良したものであ
り、請求項記載の発明に相当する。図26に示す回路
では、ANDゲート57で比較器54から出力されたビ
ットとニューロン出力のビットとの論理積をとるように
している。このANDゲート57による論理積の結果が
真であれば、カウンタ64の値が“1”増える。加算器
65ではニューロン出力を計数するカウンタ66(46
又は52に相当)とこのカウンタ64の計数値との和を
とり、その値をメモリ67に格納し、比較器54による
比較に供する。従って、比較器54から出された値
“1”のビットが元のニューロン出力の値“1”のビッ
トと重なった場合は、カウンタ64及び加算器65(情
報を増やす手段を構成する)を通して、メモリ67の値
が“1”増え、重なって役に立たなかった値“1”のビ
ットの代りに、後で、ORゲート55から出力される新
たなニューロン出力中に値“1”のビットが立つ可能性
が1個分増える。元のニューロン出力中の値“1”のビ
ットが少なくて、比較器54から出される値“1”のビ
ットと元のニューロン出力の値“1”のビットとの重な
りが少ない場合や、逆に、元のニューロン出力中の値
“1”のビットの数が多くて1データ中のビット数に近
くて新たなニューロン出力のビット列の中に元のニュー
ロン出力値の値“1”のビットと重ならないビット位置
があまり残っていない場合を除いて、図26に示した回
路56を用いた場合には、回路51を用いた場合より
も、新たなニューロン出力中に値“1”のビットが増え
る。
If the bit of the value "1" output from the comparator 54 overlaps the bit of the original neuron output value "1", the bit is the bit of the original neuron output value "1". Useless to increase the number of. The circuit 56 shown in FIG. 26 improves this point, and corresponds to the eighth aspect of the present invention. In the circuit shown in FIG. 26, the AND gate 57 calculates the logical product of the bit output from the comparator 54 and the bit of the neuron output. If the result of the logical product by the AND gate 57 is true, the value of the counter 64 increases by "1". The adder 65 counts a neuron output by a counter 66 (46).
Or 52) and the count value of the counter 64, and the sum is stored in the memory 67 for comparison by the comparator 54. Therefore, when the bit of the value “1” output from the comparator 54 overlaps with the bit of the original neuron output value “1”, it passes through the counter 64 and the adder 65 (which constitutes a means for increasing information). The value of the memory 67 increases by “1”, and a bit of the value “1” may be set later in a new neuron output output from the OR gate 55 instead of the bit of the value “1” which has been superfluous and has become useless. Sex increases by one. In the case where the number of bits of the value “1” in the original neuron output is small and the number of bits of the value “1” output from the comparator 54 and the bit of the original neuron output “1” are small, or conversely, Since the number of bits of the value "1" in the original neuron output is large and close to the number of bits in one data, the bit of the original neuron output value "1" overlaps with the bit of the new neuron output. Except in the case where there are not many bit positions that do not remain, when the circuit 56 shown in FIG. 26 is used, the number of bits of the value “1” increases in a new neuron output as compared with the case where the circuit 51 is used. .

【0093】ところで、元のニューロン出力の値に比
べ、新たなニューロン出力の値を図21に示した回路5
1による場合よりも、もっと大きく増やして非線形性を
強くしたい場合には、図26に代えて、図27に示すよ
うに、ANDゲート57及びカウンタ64を省略し、ニ
ューロン出力を計数するカウンタ66a,66b,〜を
複数個(図示例は、2個)設けた回路69とし、これら
のカウンタ66a,66bの値を足し合わせてメモリ6
7に格納させるようにすればよい。請求項記載の発明
に相当するこのような回路69による場合、新たなニュ
ーロン出力の値は、元のニューロン出力の値の最大3倍
まで増える。
The new neuron output value is compared with the original neuron output value by the circuit 5 shown in FIG.
If it is desired to increase the non-linearity more greatly than in the case of No. 1, the AND gate 57 and the counter 64 are omitted as shown in FIG. 27 instead of FIG. A circuit 69 provided with a plurality of (two in the illustrated example) 66b,...
7 may be stored. According to such a circuit 69 corresponding to the invention of claim 7, the value of the new neuron output increases up to three times the value of the original neuron output.

【0094】ところで、図21に示した回路51におい
て、ニューロン出力の最初の値“1”のビットによりカ
ウンタ52が“1”になったとする。そして、ニューロ
ン出力の次の値“1”のビットが来るまで、ニューロン
出力中にしばらく値“0”のビットが続いたとする。す
ると、この間にLFSR構成の乱数発生器53の値が
“1”になれば、新たなニューロン出力中に値“1”の
ビットが1個生成される。その後、ニューロン出力の次
の値“1”のビットが来てカウンタ52の値が“2”に
なったとする。すると、その後、乱数発生器53の値が
“1”又は“2”になった時、新たなニューロン出力中
に値“1”のビットが生成される。この場合に、乱数発
生器53の値が“1”にも“2”にもなり得るものとす
ると、値“1”のビットが2個生成され、先に生成され
た値“1”のビットと合わせて計3個生成されることに
なる。
By the way, in the circuit 51 shown in FIG. 21, it is assumed that the bit of the initial value "1" of the neuron output causes the counter 52 to become "1". Then, it is assumed that a bit of a value “0” continues for a while in the neuron output until the next bit of the value “1” of the neuron output comes. Then, if the value of the random number generator 53 having the LFSR configuration becomes “1” during this period, one bit of the value “1” is generated in a new neuron output. Thereafter, it is assumed that the next bit “1” of the neuron output comes and the value of the counter 52 becomes “2”. Then, when the value of the random number generator 53 becomes “1” or “2”, a bit of the value “1” is generated in a new neuron output. In this case, assuming that the value of the random number generator 53 can be “1” or “2”, two bits of the value “1” are generated, and the bit of the value “1” generated earlier is generated. , A total of three are generated.

【0095】しかし、LFSR構成の乱数発生器53は
1周期中に同じ値を2度とることはないので、1データ
のパルス長と同じ周期のLFSRを使用している場合に
は、カウンタ52の値が“2”になった後は、1データ
分のニューロン出力が出力し終わるまでLFSRの値は
“1”にはならず、従って、値“1”のビットも合計2
個までしか生成されない。
However, since the random number generator 53 having the LFSR configuration never takes the same value twice in one cycle, if the LFSR having the same cycle as the pulse length of one data is used, the counter 52 After the value becomes "2", the value of the LFSR does not become "1" until the neuron output for one data has been output, and therefore the number of bits of the value "1" is 2 in total.
Only up to pieces are generated.

【0096】一方、乱数発生器53として1データのパ
ルス長と異なる周期のLFSRを用いたり、LFSR以
外の回路を用いた場合には、カウンタ52の値が“1”
の時、乱数発生器53により新たなニューロン出力中に
値“1”のビットが1個増え、次に、カウンタ52の値
が“2”になった後でさらに2個増える、といったこと
が生じ得る。このようにして、乱数発生器53として1
テータのパルス長と同じ周期のLFSR以外の回路を用
いた場合には、新たなニューロン出力中の値“1”のビ
ットの増え方が、1データのパルス長と同じ周期のLF
SRを使用した時に比べて急激になる。これは、ニュー
ラルネットワークを適用する問題によっては、非線形性
が強すぎて好ましくない場合も生ずる。
On the other hand, when an LFSR having a cycle different from the pulse length of one data is used as the random number generator 53 or a circuit other than the LFSR is used, the value of the counter 52 becomes “1”.
At this time, the random number generator 53 increases the number of bits of the value “1” by one in the output of a new neuron, and then increases the number of bits by two after the value of the counter 52 becomes “2”. obtain. In this way, 1 is set as the random number generator 53.
When a circuit other than the LFSR having the same period as the pulse length of the data is used, the number of bits of the value “1” in the new neuron output is increased by the LF having the same period as the pulse length of one data.
It becomes sharper than when SR is used. This may be undesirable because the nonlinearity is too strong depending on the problem of applying the neural network.

【0097】このような場合に、新たなニューロン出力
中の値“1”のビットの増え方を抑えるためには、図2
8に示すような回路70とすればよい。請求項記載の
発明に相当するこの回路70は回路51中のカウンタ5
2に代えて、アップダウン(U/D)カウンタ70を設
たものである。これにより、比較器54から値“1”
のビットが出力される度に、U/Dカウンタ70の値を
“1”減らされるので、新たなニューロン出力中の値
“1”のビットの増え方が抑制される。
In such a case, in order to suppress the increase in the number of bits of the value “1” in the new neuron output, FIG.
A circuit 70 as shown in FIG. The circuit 70 corresponding to the ninth aspect of the present invention includes the counter 5 in the circuit 51.
2, an up / down (U / D) counter 70 is provided.
It is a digit . As a result, the value “1” is output from the comparator 54.
The value of the U / D counter 70 is decremented by "1" every time this bit is output, so that the number of bits of the value "1" in the new neuron output is suppressed from increasing.

【0098】ただし、図28の構成の場合、元のニュー
ロン出力のビットの値と比較器54からの出力ビットの
値とがともに“1”であって、比較器54からの出力ビ
ットが新たなニューロン出力中の値“1”のビットを増
やすのに役立たない場合でも、U/Dカウンタ70の値
が“1”減らされてしまう。この点を考慮した場合、図
29に示すように構成すればよい。請求項1記載の発
明に相当するこの回路72の場合、比較器54の出力を
直接U/Dカウンタ71に入力させず、ニューロン出力
をNOTゲート73で否定した結果との論理積をAND
ゲート74でとって入力させるようにしたものである。
However, in the case of the configuration of FIG. 28, the value of the bit of the original neuron output and the value of the output bit from the comparator 54 are both "1", and the output bit from the comparator 54 is Even if it does not help to increase the number of bits of the value “1” in the neuron output, the value of the U / D counter 70 is reduced by “1”. In consideration of this point, the configuration may be as shown in FIG. In this circuit 72, which corresponds to the invention of claim 1 0, wherein, the AND logical product of the results without the input directly to the U / D counter 71 the output of the comparator 54, the neuron output denied by NOT gate 73
The data is input at the gate 74.

【0099】これにより、元のニューロン出力のビット
が“0”で、かつ、比較器54の出力ビットの値が
“1”の時のみ、即ち、比較器54からの出力ビットが
新たなニューロン出力中の値“1”のビットを増やすの
に使われた場合のみ、U/Dカウンタ71の値を“1”
減らすようにしたものである。
Thus, only when the bit of the original neuron output is “0” and the value of the output bit of the comparator 54 is “1”, that is, the output bit from the comparator 54 becomes the new neuron output Only when it is used to increase the bit of the value “1” in the middle, the value of the U / D counter 71 is set to “1”.
It is intended to be reduced.

【0100】なお、図21、図26ないし図29までに
示した回路51,56,69,70,72は、複数個直
列に結合させてもよい(請求項1記載の発明に相
当)。図30に図21に示した回路51を2つ直列に接
続した例を示す。これに準じて、3個以上直列に接続し
てもよく、同様に、回路56,69,70,72を結合
させてよい。さらには、図30に示すような同一種の回
路の直列結合に限らず、異種、例えば回路51と回路5
6、といったような混在形式で結合させてもよい。何れ
にしても、2つ以上の回路を重ねることにより、新たな
ニューロン出力の非線形性を強めることができる。
[0100] Incidentally, FIG. 21, the circuit 51,56,69,70,72 shown by FIGS. 26 through 29 (corresponding to the invention of claim 1 1 wherein) which may be bound to each other in series. FIG. 30 shows an example in which two circuits 51 shown in FIG. 21 are connected in series. According to this, three or more circuits may be connected in series, and similarly, the circuits 56, 69, 70, and 72 may be connected. Further, the invention is not limited to the series connection of the same type of circuit as shown in FIG.
6, etc., may be combined. In any case, by superposing two or more circuits, the nonlinearity of the new neuron output can be enhanced.

【0101】例えば、図21に示した回路51を1個の
みとした場合における元のニューロン出力と新たなニュ
ーロン出力との関係を示すと、図31中に破線で示すよ
うな関係となるが、図30に示すように回路51を2個
直列に接続した場合の元のニューロン出力と新たなニュ
ーロン出力との関係は同図中に実線で示すようになる。
また、直列結合の回路数や種類を工夫することにより、
神経細胞ユニット20からの出力値の入力値に対する非
線形の度合を広い範囲で強くも弱くも調整することがで
きる。
For example, when the relationship between the original neuron output and the new neuron output when only one circuit 51 shown in FIG. 21 is used, the relationship shown by a broken line in FIG. 31 is obtained. The relationship between the original neuron output and the new neuron output when two circuits 51 are connected in series as shown in FIG. 30 is indicated by a solid line in FIG.
Also, by devising the number and types of series-coupled circuits,
The degree of non-linearity of the output value from the nerve cell unit 20 with respect to the input value can be adjusted to be strong or weak over a wide range.

【0102】[0102]

【発明の効果】発明によれば、パルス列表現の信号を
処理する簡単なデジタル論理構成において、入力信号と
結合係数との論理積演算、グループ分けした論理和演
算、これらの論理和演算結果についての論理演算の結果
得られる信号を、そのまま出力させずに、パルス密度変
更手段によりパルス密度を変更して出力させるようにし
たので、フォワードプロセスでの出力信号パルス密度
を、入力信号パルス密度に対して非線形に変化させ得る
ものとなり、非線形性の高い系、入力データに時間依存
性を持たせたい場合や、入力信号値が細かく量子化され
ているような場合にも対応可能となり、ネットワークを
構築した場合の柔軟性・汎用性を高めることができ、ま
た、このようなパルス密度変更手段をカウンタ等を用い
て構成することが具体的に示されており、確実な動作を
確保できる。
According to the present invention, in a simple digital logic configuration for processing a signal represented by a pulse train, an AND operation of an input signal and a coupling coefficient, an OR operation in groups, and a result of these OR operations are described. Since the signal obtained as a result of the logical operation is not output as it is, but is output after changing the pulse density by the pulse density changing means, the output signal pulse density in the forward process is compared with the input signal pulse density. The network can be changed in a non-linear manner, and it is possible to cope with a highly nonlinear system, when it is desired to make the input data time-dependent, or when the input signal value is finely quantized. it is possible to increase the flexibility and versatility in the case of, or
In addition, such a pulse density changing means uses a counter or the like.
It is specifically shown that the
Ru can be secured.

【0103】[0103]

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

【図1】本発明の一実施例を示す論理回路図である。FIG. 1 is a logic circuit diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】論理回路図である。FIG. 2 is a logic circuit diagram.

【図3】ネットワーク構成例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a network configuration example.

【図4】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing a logical operation example.

【図5】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing a logical operation example.

【図6】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart showing a logical operation example.

【図7】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing a logical operation example.

【図8】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing a logical operation example.

【図9】論理演算例を示すタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart showing a logical operation example.

【図10】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 10 is a timing chart showing a logical operation example.

【図11】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 11 is a timing chart showing a logical operation example.

【図12】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 12 is a timing chart showing a logical operation example.

【図13】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 13 is a timing chart showing a logical operation example.

【図14】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 14 is a timing chart showing a logical operation example.

【図15】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 15 is a timing chart showing a logical operation example.

【図16】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 16 is a timing chart showing a logical operation example.

【図17】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 17 is a timing chart showing a logical operation example.

【図18】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 18 is a timing chart showing a logical operation example.

【図19】論理演算例を示すタイミングチャートであ
る。
FIG. 19 is a timing chart showing a logical operation example.

【図20】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 20 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図21】各部の構成例を示す回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration example of each unit.

【図22】その配設箇所を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing the arrangement location.

【図23】乱数発生のためのLFSR方式を示すブロッ
ク図である。
FIG. 23 is a block diagram showing an LFSR scheme for random number generation.

【図24】図22に示した回路の有無に対応させた特性
図である。
FIG. 24 is a characteristic diagram corresponding to the presence or absence of the circuit shown in FIG. 22;

【図25】入力値‐出力値特性図である。FIG. 25 is an input value-output value characteristic diagram.

【図26】変形例を示す回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram showing a modification.

【図27】別の変形例を示す回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram showing another modification.

【図28】さらに別の変形例を示す回路図である。FIG. 28 is a circuit diagram showing still another modification.

【図29】さらに別の変形例を示す回路図である。FIG. 29 is a circuit diagram showing still another modified example.

【図30】直列接続例を示す回路図である。FIG. 30 is a circuit diagram showing an example of series connection.

【図31】接続回路数に対応させて特性図である。FIG. 31 is a characteristic diagram corresponding to the number of connection circuits.

【図32】従来例を示す1つのユニット構成を示す概念
図である。
FIG. 32 is a conceptual diagram showing one unit configuration showing a conventional example.

【図33】そのニューラルネットワーク構成の概念図で
ある。
FIG. 33 is a conceptual diagram of the neural network configuration.

【図34】シグモイド関数を示すグラフである。FIG. 34 is a graph showing a sigmoid function.

【図35】1つのユニットの具体的構成を示す回路図で
ある。
FIG. 35 is a circuit diagram showing a specific configuration of one unit.

【図36】デジタル構成例を示すブロック図である。FIG. 36 is a block diagram illustrating a digital configuration example.

【図37】その一部の回路図である。FIG. 37 is a partial circuit diagram thereof.

【図38】異なる一部の回路図である。FIG. 38 is a circuit diagram of a different part.

【図39】提案されたパルス密度型ニューラルネットワ
ークのニューロンユニットを示す模式図である。
FIG. 39 is a schematic diagram showing a neuron unit of the proposed pulse density type neural network.

【図40】その信号ビット処理例を示す模式図である。FIG. 40 is a schematic diagram showing an example of the signal bit processing.

【図41】線形関係を説明するための説明図である。FIG. 41 is an explanatory diagram for explaining a linear relationship.

【図42】その線形特性図である。FIG. 42 is a linear characteristic diagram thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 信号処理手段 27 論理積演算手段 32 グループ分け手段 33 論理和演算手段 34 論理演算手段 45 結合係数可変手段 46 カウンタ 47 信号発生手段 48 別の論理積演算手段 52 カウンタ 53 乱数発生手段 54 比較手段 55 別の論理和演算手段 Reference Signs List 20 signal processing means 27 logical product calculating means 32 grouping means 33 logical sum calculating means 34 logical calculating means 45 coupling coefficient variable means 46 counter 47 signal generating means 48 another logical product calculating means 52 counter 53 random number generating means 54 comparing means 55 Another OR operation means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三船 博庸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 鈴木 伸一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平3−256184(JP,A) 山孝之・他,「パルス伝達による可変 シナプス型神経回路の集積化とその測 定」,電子情報通信学会技術研究報告, 日本,社団法人電子情報通信学会,1992 年1月18日,Vol.91,No.414 (NC91−82〜97),pp.1−5 近藤由和・他,「ゆらぎのあるパルス 系列を用いた人工神経回路網のハードウ ェア化」,電子情報通信学会技術研究報 告,日本,社団法人電子情報通信学会・ 発行,1992年1月17日,Vol.91,N o.413(NC91−65〜81),pp.117 −122 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/08 G06G 7/60 G11C 11/54 H03K 19/00 H03K 19/173 JSTファイル(JOIS) CSDB(日本国特許庁)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Hironori Mifune 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Shinichi Suzuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo (56) References JP-A-3-256184 (JP, A) Takayuki Yamayama et al., “Integration of variable synaptic neural circuit by pulse transmission and its measurement”, IEICE technical report. Research Report, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, January 18, 1992, Vol. 91, No. 414 (NC91-82-97), pp. 1-5 Yoshikazu Kondo et al., "Hardware of Artificial Neural Network Using Fluctuation Pulse Sequence", IEICE Technical Report, Japan, IEICE, Japan, 1992 Vol. 91, No. 413 (NC91-65-81), pp. 117-122 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/08 G06G 7/60 G11C 11/54 H03K 19/00 H03K 19/173 JST file (JOIS) CSDB ( (Japan Patent Office)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け 前記パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、このカウンタの計数結果に応
じた確率のパルス列で表現された信号を発生させる信号
発生手段と、この信号発生手段による発生信号と前記論
理演算手段の演算結果との論理積を演算する論理積演算
手段とよりなる ことを特徴とする信号処理装置。
1. An AND operation means for performing an AND operation of an input signal expressed by a pulse train and a coupling coefficient expressed by a pulse train, and an operation result by the AND operation means is expressed by excitability.
Grouping means for dividing into a connection group and an inhibitory connection group; a logical sum operation means for calculating a logical sum of the operation results in each group; and an excitatory connection as an operation result of these logical operation means Group
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
Logic operation means for performing a logical operation so as to output "1"; pulse density changing means for changing the pulse density of a pulse train output from the logic operation means; Signal processing means having coupling coefficient changing means for changing the coupling coefficient , wherein the pulse density changing means operates the logical operation
And a counter for counting the results.
Signal that generates a signal represented by a pulse train with the same probability
Generating means, a signal generated by the signal generating means,
AND operation for calculating the logical AND with the operation result of the logical operation means
Signal processing apparatus characterized by comprising further a unit.
【請求項2】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数しパルスが出力されていない時又はある間隔で
減算処理するアップダウンカウンタと、このアップダウ
ンカウンタの計数結果に応じた確率のパルス列で表現さ
れた信号を発生させる信号発生手段と、この信号発生手
段による発生信号と前記論理演算手段の演算結果との論
理積を演算する論理積演算手段とよりなることを特徴と
る信号処理装置。
2. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means, or in some time interval counted pulse is not output an operation result of the logic operation means
An up / down counter for performing subtraction processing, a signal generating means for generating a signal represented by a pulse train having a probability according to the counting result of the up / down counter, a signal generated by the signal generating means, an operation result of the logical operation means, signal processing apparatus you <br/> wherein become more that a logical product calculating means for calculating a logical product of.
【請求項3】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、このカウンタの計数結果に応
じた確率のパルス列で表現された信号を発生させる信号
発生手段と、この信号発生手段による発生信号と前記論
理演算手段の演算結果との論理和を演算する論理和演算
手段とよりなることを特徴とする信号処理装置。
3. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means includes a counter for counting an operation result of the logic operation means, a signal represented by a pulse train of a probability in accordance with the counting result of the counter a signal generating means for generating, signal processing apparatus you wherein become more that a logical OR operation means for calculating a logical sum of the calculation result of the logic operation means and generating signals by the signal generating means.
【請求項4】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数しパルスが出力されていない時又はある間隔で
減算処理するアップダウンカウンタと、このアップダウ
ンカウンタの計数結果に応じた確率のパルス列で表現さ
れた信号を発生させる信号発生手段と、この信号発生手
段による発生信号と前記論理演算手段の演算結果との論
理和を演算する論理和演算手段とよりなることを特徴と
る信号処理装置。
4. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means, or in some time interval counted pulse is not output an operation result of the logic operation means
An up / down counter for performing subtraction processing, a signal generating means for generating a signal represented by a pulse train having a probability according to the counting result of the up / down counter, a signal generated by the signal generating means, an operation result of the logical operation means, signal processing apparatus you <br/> wherein become more that a logical OR operation means for calculating a logical sum of.
【請求項5】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、このカウンタの計数結果に応
じた確率のパルス列で表現された信号を発生させる信号
発生手段と、この信号発生手段による発生信号と前記論
理演算手段の演算結果との論理積及び論理和以外の論理
演算を行なう別の論理演算手段とよりなることを特徴と
る信号処理装置。
5. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means includes a counter for counting an operation result of the logic operation means, a signal represented by a pulse train of a probability in accordance with the counting result of the counter Signal generating means for generating a signal, and another logical operation means for performing a logical operation other than a logical product and a logical sum of a signal generated by the signal generating means and an operation result of the logical operation means. > signal processing apparatus you.
【請求項6】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数しパルスが出力されていない時又はある間隔で
減算処理するアップダウンカウンタと、このアップダウ
ンカウンタの計数結果に応じた確率のパルス列で表現さ
れた信号を発生させる信号発生手段と、この信号発生手
段による発生信号と前記論理演算手段の演算結果との
理積及び論理和以外の論理演算を行なう別の論理演算手
段とよりなることを特徴とする信号処理装置。
6. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means, or in some time interval counted pulse is not output an operation result of the logic operation means
An up / down counter for performing subtraction processing, a signal generating means for generating a signal represented by a pulse train having a probability according to the counting result of the up / down counter, a signal generated by the signal generating means, an operation result of the logical operation means, Theory of
Signal processing apparatus you wherein become more that another logical operation means for performing Riseki and logical operations other than logical sum.
【請求項7】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数する複数のカウンタと、これらのカウンタによ
る計数結果を加算する加算手段と、整数値又は実数値を
ランダムに生成する乱数発生手段と、前記加算手段によ
る加算結果と前記乱数発生手段により生成された乱数値
とを比較して比較結果に応じてパルスを出力する比較手
段と、前記論理演算手段の演算結果と前記比較手段から
の出力信号との論理和を演算して新たな出力信号とする
論理和演算手段とよりなることを特徴とする信号処理装
置。
7. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means includes a plurality of counters for counting the operation result of the logic operation means and adder means for adding the count results of the counters, integer Or a random number generating means for randomly generating a real value, a comparing means for comparing a result of addition by the adding means with a random number value generated by the random number generating means, and outputting a pulse in accordance with the comparison result; calculation result signal processing apparatus it wherein become more that a logical sum operation means for calculating a logical sum as a new output signal with an output signal from said comparing means computing means.
【請求項8】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、整数値又は実数値をランダム
に生成する乱数発生手段と、前記カウンタによる計数結
果と前記乱数発生手段により生成された乱数値とを比較
前記乱数値が 前記計数結果以下であれば“1”、以下
でなければ“0”となるパルスを出力する比較手段と、
前記論理演算手段の演算結果と前記比較手段の出力との
論理積を演算し前記論理演算手段と前記比較手段とが同
時に“1”なるパルスを出力する時にはその論理積結果
を前記カウンタによる計数結果に加算することにより
後前記比較手段が“1”なるパルスを出力する確率を高
める確率向上手段と、前記論理演算手段の演算結果と前
記比較手段からの出力信号との論理和を演算して新たな
出力信号とする論理和演算手段とよりなることを特徴と
る信号処理装置。
8. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means, and Luca counter to count the operation results of the logic operation means, a random number generating means for generating a random integer value or real value, if the random number value by comparing the random number value generated by counting result and the random number generating unit by the counter the counting result than "1", the following
A comparison means for outputting a pulse which is otherwise "0" ;
Of the operation result of the logical operation means and the output of the comparison means
When a logical product is calculated and the logical calculating means and the comparing means simultaneously output pulses of "1" , the logical product result is obtained.
Is added to the result of counting by the counter, thereby increasing the probability that the comparing means outputs a pulse of "1" . signal processing apparatus you <br/> wherein become more that a logical sum operation means for calculating a logical sum as a new output signal of the output signal.
【請求項9】 パルス列で表現された入力信号とパルス
列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積演
算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮性
結合グループと抑制性結合グループとにグループに分け
るグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算結
果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論理
和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、整数値又は実数値をランダム
に生成する乱数発生手段と、前記カウンタによる計数結
果と前記乱数発生手段により生成された乱数値とを比較
して比較結果に応じてパルスを出力する比較手段と、こ
の比較手段が出力するパルス数に応じて前記計数手段に
よる計数結果を減らす手段と、前記論理演算手段の演算
結果と前記比較手段からの出力信号との論理和を演算し
て新たな出力信号とする論理和演算手段とよりなること
を特徴とする信号処理装置。
9. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND operation to calculate the logical AND with the coupling coefficient represented by the column
Calculation means and the result of the logical product
Divided into join groups and inhibitory join groups
Grouping means, and the operation result within each group.
OR operation means for calculating the OR of the results
The excitatory connection group is calculated as the result of the sum operation means.
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
A logical operation means for performing a logical operation to output “1”;
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means includes a counter for counting an operation result of the logic operation means, a random number generating means for generating a random integer value or real value, said counter Comparing means for comparing the result of counting with the random number value generated by the random number generating means and outputting a pulse in accordance with the result of the comparison; and counting the result of counting by the counting means in accordance with the number of pulses output by the comparing means. means for reducing, said logical operation means of the operation result and signal processing apparatus you wherein become more that a logical sum operation means for calculating a logical sum as a new output signal with an output signal from said comparison means .
【請求項10】 パルス列で表現された入力信号とパル
ス列で表現された結合係数との論理積を演算する論理積
演算手段と、この論理積演算手段による演算結果を興奮
性結合グループと抑制性結合グループとにグループに分
けるグループ分け手段と、各々のグループ内で前記演算
結果の論理和を演算する論理和演算手段と、これらの論
理和演算手段の演算結果として興奮性結合グループが
“1”で抑制性結合グループが“0”のときにのみ出力
“1”を出すように論理演算を施 す論理演算手段と、こ
の論理演算手段から出力されるパルス列に対してそのパ
ルス密度を変更するパルス密度変更手段と、パルス列で
表現された誤差信号に基づき前記結合係数を変化させる
結合係数可変手段とを有する信号処理手段を設け、 前記 パルス密度変更手段が、前記論理演算手段の演算結
果を計数するカウンタと、整数値又は実数値をランダム
に生成する乱数発生手段と、前記カウンタによる計数結
果と前記乱数発生手段により生成された乱数値とを比較
して比較結果に応じてパルスを出力する比較手段と、こ
の比較手段がパルスを出力し、前記論理演算手段がパル
スを出力しない時には前記計数手段による計数結果を減
らす手段と、前記論理演算手段の演算結果と前記比較手
段からの出力信号との論理和を演算して新たな出力信号
とする論理和演算手段とよりなることを特徴とする信号
処理装置。
10. An input signal and a pulse represented by a pulse train.
AND that calculates the logical AND with the coupling coefficient represented by the data sequence
Excited by the calculation means and the calculation result by this logical product calculation means
Sex group and inhibitory group.
Grouping means, and the operation within each group
OR operation means for operating the OR of the result,
The excitatory connection group is calculated by the
Output only when “1” and the inhibitory binding group is “0”
And facilities to logical operation means a logical operation to produce a "1", this
The pulse train output from the logical operation means
Pulse density changing means for changing the pulse density and pulse train
Changing the coupling coefficient based on the expressed error signal
A signal processing means having a coupling coefficient varying means provided, the pulse density changing means includes a counter for counting an operation result of the logic operation means, a random number generating means for generating a random integer value or real value, said counter Comparing means for comparing the result of counting with the random number value generated by the random number generating means and outputting a pulse according to the comparison result; the comparing means outputting a pulse; and the logical operation means not outputting a pulse. Sometimes, a means for reducing the counting result by the counting means and a logical sum calculating means for calculating a logical sum of the calculation result of the logical calculating means and the output signal from the comparing means to obtain a new output signal. Characteristic signal processing device.
【請求項11】 出力信号中にパルスを増やす手段を複
数個連結したことを特徴とする請求項7,8,9又は1
記載の信号処理装置。
11. The method of claim 7, characterized in that a plurality connecting means to increase pulse in the output signal, 8, 9 or 1
0. The signal processing device according to 0 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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山孝之・他,「パルス伝達による可変シナプス型神経回路の集積化とその測定」,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会,1992年1月18日,Vol.91,No.414(NC91−82〜97),pp.1−5
近藤由和・他,「ゆらぎのあるパルス系列を用いた人工神経回路網のハードウェア化」,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会・発行,1992年1月17日,Vol.91,No.413(NC91−65〜81),pp.117−122

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