JP3483154B2 - Pulse generator and signal processing device using the same - Google Patents

Pulse generator and signal processing device using the same

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JP3483154B2
JP3483154B2 JP24921693A JP24921693A JP3483154B2 JP 3483154 B2 JP3483154 B2 JP 3483154B2 JP 24921693 A JP24921693 A JP 24921693A JP 24921693 A JP24921693 A JP 24921693A JP 3483154 B2 JP3483154 B2 JP 3483154B2
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智彦 別府
孝宏 渡邊
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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、ボルツマンマシンなど
におけるシミュレーテッドアニーリング、或いは、パル
ス密度型ニューラルネットワークにおけるシミュレーテ
ッドアニーリングに応用されるパルス発生装置及びこれ
を用いた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 pulse generator used for simulated annealing in a Boltzmann machine or simulated annealing in a pulse density type neural network, and a signal processor using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、階層型ニューラルネットワークで
よく用いられているバックプロパゲーション型の学習方
式では、所謂、ローカルミニマム(局所解)にトラップ
される、という問題点がある。この問題を回避する技術
として、例えば、ボルツマンマシンにおけるシミュレー
テッドアニーリングなどが知られている。例えば、電子
情報通信学会誌Vol.73 No.2 pp.131〜136の「ニューロ
ダイナミックスの数理」に記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a back-propagation type learning method which is often used in a hierarchical neural network has a problem that it is trapped by a so-called local minimum (local solution). As a technique for avoiding this problem, for example, simulated annealing in a Boltzmann machine is known. For example, it is described in "Mathematics of Neurodynamics" in the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vol.73 No.2 pp.131-136.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この技術を実用化する
ためには、ハード化が必要条件となるが、確率的動作を
行うボルツマンマシン及びその確率を制御するシミュレ
ーテッドアニーリングを実現するハード化は困難な現状
にある。
In order to put this technology into practical use, hardware is a necessary condition, but Boltzmann machines that perform stochastic operations and hardware that realizes simulated annealing that controls the probability are not. It is in a difficult situation.

【0004】ここに、ボルツマンマシンにおけるシミュ
レーテッドアニーリングに関して、図を参照して説明
する。ボルツマンマシンの各ニューロンの出力値は、
“0”或いは“1”の2値に限られ、そのどちらの値に
なるかは、ニューロンの内部電 位Uと温度に相当するパラメータTとにより、 P(1)=1/{1+exp(−U/T)} …………(1) として確率的に求められる((1)式は出力“1”とな
る確率を示す)。
[0004] Here, with respect to simulated annealing in the Boltzmann machine, it will be described with reference to FIG. 9. The output value of each neuron of the Boltzmann machine is
The value is limited to two values of “0” or “1”, and which value is obtained depends on the internal potential U of the neuron and the parameter T corresponding to the temperature. P (1) = 1 / {1 + exp (−U / T)} ............ (1) is probabilistically calculated (Equation (1) indicates the probability that the output will be "1").

【0005】従って、ボルツマンマシンの各ニューロン
素子からの出力は、ある確率に従ったパルス列となる。
この確率は、図に示すように、内部電位Uが大きいほ
ど、出力として“1”が出やすく、小さいほど“0”が
出やすい。しかしながら、パラメータTが大きい場合に
は、図示のように、その確率は内部電位Uによらず、1
/2に近付く。即ち、各ニューロンの出力値は、ランダ
ムとなり、系はランダムな状態となる。一方、パラメー
タTが小さい場合には、階段関数に近い非線形性を示
し、系は安定した状態となる。
Therefore, the output from each neuron element of the Boltzmann machine becomes a pulse train according to a certain probability.
As shown in FIG. 9 , this probability is such that the larger the internal potential U, the more easily "1" is output, and the smaller it is, the more easily "0" is output. However, when the parameter T is large, the probability is 1 regardless of the internal potential U as shown in the figure.
It approaches / 2. That is, the output value of each neuron is random, and the system is in a random state. On the other hand, when the parameter T is small, nonlinearity close to a step function is exhibited and the system is in a stable state.

【0006】シミュレーテッドアニーリングは、実際の
アニーリング過程が高温状態から徐々に温度を低下さ
せ、低温の安定した状態へ移行させるのと同様に、温度
パラメータTを大から小へと、即ち、系をランダムな状
態から安定な状態へと移行させるものである。
Simulated annealing involves increasing the temperature parameter T from a large value to a small value, that is, a system, in the same way that the actual annealing process gradually lowers the temperature from a high temperature state to a stable state at a low temperature. It is a transition from a random state to a stable state.

【0007】よって、シミュレーテッドアニーリングを
行うためには、(1)式のように、出力が“0”となる
か“1”となるかを確率的に決定でき、かつ、パラメー
タT→大で、確率→1/2となる温度パラメータTが必
要となる。
Therefore, in order to perform the simulated annealing, it is possible to probabilistically determine whether the output is “0” or “1” as in the equation (1), and the parameter T → large , Probability → 1/2, a temperature parameter T is required.

【0008】このようなことから、本発明は、上記の条
件を満たし、ボルツマンマシンなどにおけるシミュレー
テッドアニーリングを簡単な回路構成で実現し得るパル
ス発生装置及びこれを用いた信号処理装置を提供するこ
とを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a pulse generator that satisfies the above conditions and can realize simulated annealing in a Boltzmann machine or the like with a simple circuit configuration, and a signal processing apparatus using the same. With the goal.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項記載の発明で
は、パルスを発生する複数個の第1のパルス発生手段
と、発生確率が可変制御自在なパルスを発生しその出力
が1となる確率をボルツマンのシミュレーテッドアニー
リングの温度パラメータに対応させる共通な第2のパル
ス発生手段と、第1のパルス発生手段から出力される個
々のパルスと第2のパルス発生手段から出力されるパル
スとを各々独立して論理演算してパルスを出力する複数
個の論理演算手段とにより構成した。
According to a first aspect of the present invention, a plurality of first pulse generating means for generating a pulse and a pulse whose occurrence probability is variably controllable and its output are generated.
Boltzmann's simulated annealing
A common second pulse generating means corresponding to the temperature parameter of the ring, an individual pulse output from the first pulse generating means, and a pulse output from the second pulse generating means are independently logically operated. And a plurality of logical operation means for outputting a pulse.

【0010】請求項記載の発明では、パルスを発生す
る複数個の第1のパルス発生手段と、パルス幅が可変制
御自在なパルスを発生しそのパルス幅をボルツマンのシ
ミュレーテッドアニーリングの温度パラメータに対応さ
せる共通な第2のパルス発生手段と、第1のパルス発生
手段から出力される個々のパルスと第2のパルス発生手
段から出力されるパルスとを各々独立して論理演算して
パルスを出力する複数個の論理演算手段とにより構成し
た。
According to the second aspect of the present invention, a plurality of first pulse generating means for generating a pulse and a pulse whose pulse width is variably controllable are generated, and the pulse width is determined by the Boltzmann system.
Corresponding to temperature parameter of simulated annealing
The common second pulse generating means, the individual pulse output from the first pulse generating means and the pulse output from the second pulse generating means are independently logically operated to output the pulse. It is composed of a plurality of logic operation means.

【0011】これらの請求項1又は2記載の発明に関
し、論理演算手段を、請求項記載の発明では、パルス
同士の排他的論理和を演算する排他的論理和回路とし、
請求項記載の発明では、パルス同士の論理積を演算す
る論理積回路とし、請求項記載の発明では、パルス同
士の論理和を演算する論理和回路とした。
According to the invention described in claim 1 or 2 , the logic operation means is, in the invention described in claim 3 , an exclusive OR circuit for calculating an exclusive OR of pulses,
The invention according to claim 4 is a logical product circuit for calculating a logical product between pulses, and the invention according to claim 5 is a logical sum circuit for calculating a logical sum between pulses.

【0012】一方、請求項記載の発明では、複数のパ
ルス列信号を入力としてパルス列で表現された結合係数
とともに演算処理して単数のパルス列信号を出力する多
数の神経細胞模倣素子を可変自在な前記結合係数を持た
せた結合手段によって相互に結合した信号処理装置にお
いて、前記各神経細胞模倣素子を、各々パルス列信号を
発生する第1のパルス発生手段と、発生確率が可変制御
自在なパルス列信号を発生しその出力が1となる確率を
ボルツマンのシミュレーテッドアニーリングの温度パラ
メータに対応させる共通な第2のパルス発生手段からの
パルス列信号と前記第1のパルス発生手段からのパルス
列信号との論理演算を行う論理演算手段とにより形成し
た。
On the other hand, in the invention according to claim 6 , a plurality of nerve cell mimicking elements that output a single pulse train signal by performing arithmetic processing with a plurality of pulse train signals as inputs and together with a coupling coefficient represented by a pulse train are variable. In a signal processing device mutually coupled by a coupling means having a coupling coefficient, each of the nerve cell mimicking elements is provided with a first pulse generating means for generating a pulse train signal, and a pulse train signal whose occurrence probability is variably controllable. The probability that the output will be 1
Boltzmann simulated annealing temperature parameter
It is formed by logical operation means for performing a logical operation on the pulse train signal from the second pulse generator common to the meters and the pulse train signal from the first pulse generator.

【0013】同様に、請求項記載の発明では、各神経
細胞模倣素子を、各々パルス列信号を発生する第1のパ
ルス発生手段と、発生確率が可変制御自在なパルス列信
号を発生しそのパルス幅をボルツマンのシミュレーテッ
ドアニーリングの温度パラメータに対応させる共通な複
数の第2のパルス発生手段からの複数のパルス列信号と
前記第1のパルス発生手段からのパルス列信号との論理
演算を行う論理演算手段とにより形成した。
Similarly, in the invention according to claim 7 , each nerve cell mimicking element generates a pulse train signal for generating a pulse train signal, and a pulse train signal whose generation probability is variably controllable and its pulse width. The Boltzmann simulation
It is formed by a logical operation means for performing a logical operation of a plurality of pulse train signals from a plurality of common second pulse generators corresponding to the temperature parameter of the door annealing and a pulse train signal from the first pulse generator.

【0014】[0014]

【作用】請求項1又は2記載の発明においては、複数個
の第1のパルス発生手段による複数のパルスを、各々第
2のパルス発生手段により発生確率又はパルス幅を可変
制御したパルスと論理演算することで、同じ条件でパル
ス発生確率を変更した複数のパルスを得ることができ
2のパルス発生手段による発生確率可変のパルスの確
率をボルツマンのシミュレーテッドアニーリングの温度
パラメータと見做すことで、系全体の温度を一定にし得
ることになる。
According to the first or second aspect of the present invention, the plurality of pulses generated by the plurality of first pulse generating means are logically operated with the pulse whose generation probability or pulse width is variably controlled by the second pulse generating means. By doing so, it is possible to obtain multiple pulses with different pulse generation probabilities under the same conditions ,
By be regarded as the temperature parameters of the second Boltzmann simulated annealing the probability of occurrence probability variable pulse by the pulse generating means, thus capable of a temperature of the entire system constant.

【0015】請求項3,4又は記載の発明において
は、論理演算手段を排他的論理和回路、論理積回路又は
論理和回路により構成しているので、各々の目的・用途
に適した論理演算結果のパルスを得ることができる。
In the invention of claim 3, 4 or 5 , since the logical operation means is constituted by an exclusive OR circuit, an AND circuit or an OR circuit, the logical operation suitable for each purpose and use is provided. The resulting pulse can be obtained.

【0016】さらに、請求項6又は7記載の発明におい
ては、パルス密度型ニューラルネットワーク構成による
信号処理装置に関して、その神経細胞模倣素子を請求項
又は記載の発明によるパルス発生装置を利用して形
成したので、信号処理装置全体の活動を制御し得るもの
となり、局所解に捕らわれることが少なくなるととも
に、より複雑に制御を行うことも可能となる。
Further, in the invention according to claim 6 or 7 , a nerve cell mimicking element of the signal processing device having a pulse density type neural network configuration is claimed.
Since it is formed by using the pulse generator according to the invention described in 1 or 2, it becomes possible to control the activity of the entire signal processing device, it is less likely to be caught by a local solution, and more complicated control is possible. Becomes

【0017】[0017]

【実施例】本発明の前提となる第一の構成例を図1ない
し図4に基づいて説明する。まず、予め決められたある
確率でパルスを発生するパルス発生回路(第1のパルス
発生手段)1が設けられている。また、発生確率が可変
のパルスを発生するパルス発生回路(第2のパルス発生
手段)2が設けられている。このようなパルス発生回路
2は、例えば図2に示すように、1ビットシフトする毎
に“1”から“255”の整数Pをランダムに生成する
擬似乱数生成装置として周知の8ビットのリニアフィー
ドバックシフトレジスタ3と、外部から入力された
“0”から“255”までの整数Q(Q0〜Q7)と前
記リニアフィードバックシフトレジスタ3からの整数P
(P0〜P7)との大小比較を行うコンパレータ4とに
より構成される。ここに、P<Qの時に“1”を出力す
るものである。例えば、整数Qとして“64”を設定す
ると、64/255の確率密度を持つパルス列が発生さ
れる。即ち、整数Qの値によって、確率制御を行うこと
ができるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first configuration example which is a premise of the present invention will be described with reference to FIGS . Also not a pulse generating circuit (first pulse generating means) 1 for generating a pulse is provided at a certain probability that is determined in advance. Further, a pulse generation circuit (second pulse generation means) 2 for generating a pulse having a variable generation probability is provided. Such a pulse generating circuit 2 is, for example, as shown in FIG. 2, an 8-bit linear feedback known as a pseudo-random number generating device that randomly generates an integer P of "1" to "255" every time 1 bit is shifted. The shift register 3, an integer Q (Q0 to Q7) from "0" to "255" input from the outside, and an integer P from the linear feedback shift register 3
(P0 to P7), and a comparator 4 that compares the magnitudes. Here, when P <Q, "1" is output. For example, if "64" is set as the integer Q, a pulse train having a probability density of 64/255 is generated. That is, the probability control can be performed by the value of the integer Q.

【0018】このようなパルス発生回路1,2から出力
されるパルス同士は論理演算回路(論理演算手段)5に
入力されて所定の論理演算が施され、最終的に1つの出
力パルスとして出力される。
The pulses output from the pulse generating circuits 1 and 2 are input to a logical operation circuit (logical operation means) 5 to perform a predetermined logical operation, and finally output as one output pulse. It

【0019】ここに、論理演算回路5としては、例えば
図3に示すように、パルス同士の排他的論理和をとる排
他的論理和回路6(請求項記載の発明に相当する)、
或いは、パルス同士の論理積をとる論理積回路(請求項
記載の発明に相当する…特に図示せず)、又は、パル
ス同士の論理和をとる論理和回路(請求項記載の発明
に相当する…特に図示せず)等により構成されるが、各
々の論理演算に伴う効果と、出力させたいパルスの目的
とによって、適宜選定すればよい。以下に説明する各実
施例中の論理演算回路5についても同様である。
Here, as the logical operation circuit 5, for example, as shown in FIG. 3, an exclusive OR circuit 6 (which corresponds to the invention according to claim 3 ) for taking an exclusive OR of pulses.
Alternatively, a logical product circuit that obtains a logical product of the pulses (claim
4 ) (not particularly shown), or a logical sum circuit for taking the logical sum of pulses (corresponding to the invention of claim 5 ... not particularly shown), etc. It may be appropriately selected depending on the effect of the logical operation of (1) and the purpose of the pulse to be output. The same applies to the logical operation circuit 5 in each embodiment described below.

【0020】このような構成において、いま、パルス発
生回路1の出力をP、P=1となる確率をp、パルス発
生回路2の出力をC、C=1となる確率をqとすると、
排他的論理和回路6によるP,Cの排他的論理和と、
P,Cの出力の組合せの確率とを示すと、各々表1、表
2のようになる。
In such a configuration, assuming that the output of the pulse generating circuit 1 is P, the probability of P = 1 is p, the output of the pulse generating circuit 2 is C, and the probability of C = 1 is q,
An exclusive OR of P and C by the exclusive OR circuit 6,
The probabilities of the combinations of P and C outputs are shown in Table 1 and Table 2, respectively.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】この時、排他的論理和回路6の出力パルス
OがO=1となる確率Eは、図4に示すようになる。即
ち、C=1となる確率qを制御することにより、O=1
となる確率Eを制御できることが分かる。特に、q=
0.5の時は、確率pによらず、O=1となる確率Eは
1/2となる。これにより、前述したボルツマンマシン
において、温度パラメータを大きくした時に、出力が1
となる確率が1/2に漸近する性質(図参照)を実現
することができる。一方、q=0では、E=pとなり、
確率pの性質がそのまま現れる。例えば、ニューラルネ
ットワークにおけるニューロン素子の内部電位とpとの
間に非線形な関係があれば、その非線形性がそのままE
に現れることになる。
At this time, the probability E that the output pulse O of the exclusive OR circuit 6 becomes O = 1 is as shown in FIG. That is, by controlling the probability q that C = 1, O = 1
It can be seen that the probability E of In particular, q =
When it is 0.5, the probability E of O = 1 is 1/2 regardless of the probability p. As a result, when the temperature parameter is increased in the Boltzmann machine described above, the output becomes 1
It is possible to realize the property that the probability of becoming asymptotic to 1/2 (see FIG. 9 ). On the other hand, when q = 0, E = p, and
The property of the probability p appears as it is. For example, if there is a non-linear relationship between p and the internal potential of a neuron element in a neural network, the non-linearity is directly E.
Will appear in.

【0024】よって、本構成例によれば、図1又は図3
に示すような極めて単純な回路構成で、パルス発生回路
2の出力CがC=1となる確率qを温度パラメータに対
応させることにより、シミュレーテッドアニーリングを
実現することができる。
Therefore, according to this configuration example, FIG.
Simulated annealing can be realized by making the probability q that the output C of the pulse generation circuit 2 becomes C = 1 correspond to the temperature parameter with an extremely simple circuit configuration as shown in FIG.

【0025】つづいて、本発明の第の実施例を図5に
より説明する。前記構成例で示した部分と同一部分は同
一符号を用いて示す(以下の実施例でも同様とする)。
本実施例は、請求項記載の発明に相当し、各々予め決
められた確率のパルスを発生する複数個、例えば2個の
パルス発生回路1a,1bを設け、これらのパルス発生
回路1a,1bから出力されるパルスP1 ,P2 とパル
ス発生回路2の制御用パルスCとの論理演算(排他的論
理和等)を独立して行う論理演算回路5a,5bを設
け、出力パルスO1 ,O2 が得られるようにしたもので
ある。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as the parts shown in the above-mentioned configuration example are denoted by the same reference numerals (the same applies to the following embodiments).
This embodiment corresponds to the invention described in claim 1 and is provided with a plurality of pulse generating circuits 1a and 1b, for example, two pulse generating circuits 1a and 1b, each of which generates a pulse having a predetermined probability. Logical operation circuits 5a and 5b for independently performing logical operations (exclusive OR) between the pulses P 1 and P 2 output from the pulse generator 1 and the control pulse C of the pulse generation circuit 2 are provided, and output pulses O 1 and O 2 is obtained.

【0026】このような構成によれば、パルス発生回路
2の制御用パルスCがC=1となる確率qを可変制御す
ることにより、前記構成例と同様に、出力パルスO1
2のパルス出現確率を制御し得るものとなる。特に、
パルスP1 ,P2 に対して共通な制御用パルスCで論理
演算を行うようにしているので、C=1となる確率qを
温度パラメータと考えた場合、出力パルスO1 ,O2
同じ条件(同じ温度)で確率が変更された出力となり、
系全体の温度を一定にすることに相当するものとなる。
According to this structure, the probability q that control pulse C of the pulse generation circuit 2 becomes C = 1 by variably controlling, similarly to the configuration example, the output pulse O 1,
The O 2 pulse appearance probability can be controlled. In particular,
Since the logical operation is performed with the common control pulse C for the pulses P 1 and P 2 , when the probability q that C = 1 is considered as a temperature parameter, the output pulses O 1 and O 2 are the same. Probability is changed under the condition (same temperature),
This is equivalent to making the temperature of the entire system constant.

【0027】なお、本実施例では、説明を簡単にするた
め、ある確率でパルスを出力するパルス発生回路を2個
とした例で説明したが、無論、3個以上のパルス発生回
路が存在してもよく、個々のパルス信号を共通な信号C
と各々独立して論理演算をとるようにすれば、全て同一
の温度制御が可能となる。
In the present embodiment, for simplification of description, an example in which the number of pulse generation circuits that output pulses with a certain probability is two has been described, but of course, there are three or more pulse generation circuits. Alternatively, each pulse signal may be a common signal C
If the logical operations are independently performed, the same temperature control can be performed.

【0028】ついで、本発明の第の実施例を図及び
により説明する。本実施例は、図1に示したパルス
発生回路2に代えて、パルス幅を可変制御し得るパルス
発生回路(パルス発生手段)7を設けたものである。こ
のパルス発生回路7は、例えば図に示すように、クロ
ックパルス信号を加算計数する8ビットのカウンタ8
と、外部から入力された“0”から“255”までの整
数Q(Q0〜Q7)と前記カウンタ8から出力される整
数P(P0〜P7)との大小比較を行うコンパレータ9
とにより構成される。ここに、P<Qの時に“1”を出
力するものである。例えば、整数Qとして“64”を設
定すると、64/255のパルス幅を持つパルス列が発
生される。即ち、整数Qの値によって、制御用パルスC
となる出力パルスのパルス幅の制御を行うことができる
ものである。
[0028] Next will be described a second embodiment of the present invention by FIGS. In this embodiment , a pulse generating circuit (pulse generating means) 7 capable of variably controlling the pulse width is provided instead of the pulse generating circuit 2 shown in FIG. This pulse generation circuit 7 is, for example, as shown in FIG. 7 , an 8-bit counter 8 that adds and counts clock pulse signals.
And a comparator 9 which compares the integer Q (Q0 to Q7) from “0” to “255” input from the outside with the integer P (P0 to P7) output from the counter 8.
Composed of and. Here, when P <Q, "1" is output. For example, if "64" is set as the integer Q, a pulse train having a pulse width of 64/255 is generated. That is, depending on the value of the integer Q, the control pulse C
It is possible to control the pulse width of the output pulse.

【0029】本実施例による場合も、このようなパルス
発生回路7からの制御用パルスCとパルス発生回路1か
らのパルスPとの論理演算を行って出力パルスOを得る
ようにしているので、パルス発生回路7のパルス幅を制
御するだけで、対象とするパルスPのパルス発生確率を
容易に制御できる。
Also in this embodiment, since the control pulse C from the pulse generating circuit 7 and the pulse P from the pulse generating circuit 1 are logically operated to obtain the output pulse O, The pulse generation probability of the target pulse P can be easily controlled only by controlling the pulse width of the pulse generation circuit 7.

【0030】このようなパルス幅可変型のパルス発生回
路7に関して、図5に示したパルス発生回路2に代えて
パルス発生回路7を用いれば、請求項2記載の発明に相
当するものとなる。この場合も、第一の実施例の場合と
同様の効果が得られる。
[0030] and those regarding the pulse generating circuit 7 in such a pulse width variable, the use of the pulse generating circuit 7 in place of the pulse generating circuit 2 shown in FIG. 5 corresponds to the invention of claim 2, wherein Become. Also in this case, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained.

【0031】さらに、本発明の第の実施例を図によ
り説明する。本実施例は、請求項記載の発明に相当
し、前述した第の実施例によるパルス発生確率制御方
式を、パルス密度型ニューラルネットワーク(信号処理
装置)を構成する各神経細胞模倣素子、即ち、ニューロ
ン素子構成に利用したものである。即ち、一つのニュー
ロン素子10aはパルス発生装置1aと論理演算回路5
aとにより形成され、別の一つのニューロン素子10b
はパルス発生装置1bと論理演算回路5bとにより形成
され、パルス発生確率可変型のパルス発生回路2からの
制御用パルス列信号が各々の論理演算回路5a,5bに
与えられるように構成されている。
Furthermore, explaining the third embodiment of the present invention by FIG. This embodiment corresponds to the invention according to claim 6 , and the pulse generation probability control method according to the first embodiment described above is applied to each neural cell mimicking element constituting a pulse density neural network (signal processing device), that is, , Which is used for the configuration of neuron elements. That is, one neuron element 10a includes the pulse generator 1a and the logical operation circuit 5
a and another neuron element 10b formed by
Is formed by a pulse generator 1b and a logical operation circuit 5b, and is configured so that the control pulse train signal from the pulse generation probability variable type pulse generation circuit 2 is given to each logical operation circuit 5a, 5b.

【0032】ここに、パルス密度型ニューラルネットワ
ークは、複数のパルス列信号を入力としてパルス列で表
現された結合係数とともに演算処理して単数のパルス列
信号を出力する多数のニューロン素子10を可変自在な
結合係数を持たせた結合手段によって相互に結合してな
るものであり、例えば特開平4−549号公報、特開平
4−111185号公報等に示されるように既知もので
あり、その詳細は省略する。
Here, the pulse density type neural network has a variable coupling coefficient for a large number of neuron elements 10 which outputs a single pulse train signal by performing arithmetic processing with a plurality of pulse train signals as input and a coupling coefficient represented by a pulse train. They are connected to each other by a connecting means provided with, and are known as shown in, for example, JP-A-4-549 and JP-A-4-111185, and the details thereof will be omitted.

【0033】よって、本実施例によれば、ネットワーク
全体の活動をパルス発生回路2によって制御することが
できるため、局所解に捕らわれることが少なくなる。
Therefore, according to the present embodiment, the activity of the entire network can be controlled by the pulse generating circuit 2, so that it is less likely to be caught by the local solution.

【0034】なお、図中のパルス発生回路2に代え
て、パルス幅可変型のパルス発生回路7を用いるように
してもよい(請求項記載の発明に相当する)。
A pulse width variable type pulse generating circuit 7 may be used in place of the pulse generating circuit 2 in FIG. 8 (corresponding to the invention of claim 7 ).

【0035】[0035]

【発明の効果】請求項1,2記載の発明によれば、パル
スを発生する複数個の第1のパルス発生手段と、発生確
率又はパルス幅が可変制御自在なパルスを発生する第2
のパルス発生手段と、第1のパルス発生手段から出力さ
れる個々のパルスと第2のパルス発生手段から出力され
るパルスとを各々独立して論理演算してパルスを出力す
る複数個の論理演算手段とにより構成したので、同じ条
件でパルス発生確率を変更した複数のパルスを得ること
ができ、第2のパルス発生手段による発生確率可変のパ
ルスの確率をボルツマンのシミュレーテッドアニーリン
グの温度パラメータと見做すことで、系全体の温度を一
定にすることが可能となる。
Effects of the Invention According to the invention of claim 1, wherein, the second and the plurality of first pulse generating means for generating a pulse, the occurrence probability or pulse width to generate a variable controllable pulse
A plurality of logical operations for independently performing a logical operation on each of the pulse generating means, the individual pulse output from the first pulse generating means and the pulse output from the second pulse generating means to output the pulse. Since a plurality of pulses having different pulse occurrence probabilities can be obtained under the same condition, the probability of the pulse having a variable occurrence probability by the second pulse generating means is calculated by Boltzmann's simulated annealing.
It is possible to make the temperature of the whole system constant by considering it as the temperature parameter of the group.

【0036】これらの請求項1又は2記載の発明に関
し、論理演算手段を、請求項記載の発明では、パルス
同士の排他的論理和を演算する排他的論理和回路とし、
請求項記載の発明では、パルス同士の論理積を演算す
る論理積回路とし、請求項記載の発明では、パルス同
士の論理和を演算する論理和回路としたので、各々の目
的・用途に適した論理演算結果のパルスを得ることがで
きる。
In the invention according to claim 1 or 2 , the logical operation means is, in the invention according to claim 3 , an exclusive OR circuit for calculating an exclusive OR of pulses,
In the invention according to claim 4, a logical product circuit for calculating a logical product of the pulses is used, and in the invention according to claim 5 , a logical sum circuit for calculating a logical sum of the pulses is used. It is possible to obtain a pulse of a suitable logical operation result.

【0037】一方、請求項6,7記載の発明では、複数
のパルス列信号を入力としてパルス列で表現された結合
係数とともに演算処理して単数のパルス列信号を出力す
る多数の神経細胞模倣素子を可変自在な前記結合係数を
持たせた結合手段によって相互に結合した信号処理装置
において、前記各神経細胞模倣素子を、各々パルス列信
号を発生する第1のパルス発生手段と、発生確率又はパ
ルス幅が可変制御自在なパルス列信号を発生しその出力
が1となる確率又はパルス幅をボルツマンのシミュレー
テッドアニーリングの温度パラメータに対応させる共通
な第2のパルス発生手段からのパルス列信号と前記第1
のパルス発生手段からのパルス列信号との論理演算を行
う論理演算手段とにより形成したので、信号処理装置全
体の活動を制御することができ、局所解に捕らわれるこ
とが少なくなる
On the other hand, in the inventions according to claims 6 and 7 , a large number of nerve cell mimicking elements that output a single pulse train signal by performing arithmetic processing with a plurality of pulse train signals as input and with a coupling coefficient represented by a pulse train are freely changeable. In the signal processing device, which is mutually coupled by the coupling means having the coupling coefficient, the neuron-mimicking elements are controlled by the first pulse generating means for generating a pulse train signal and the generation probability or pulse width is variably controlled. Generates a free pulse train signal and outputs it
Boltzmann simulation of the probability or pulse width of 1
The pulse train signal from the common second pulse generating means corresponding to the temperature parameter of the Ted annealing and the first
Since it is formed by the logic operation means for performing a logic operation with the pulse train signal from the pulse generation means, it is possible to control the activity of the entire signal processing device and it is less likely to be caught by the local solution.

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

【図1】本発明の前提となる第一の構成例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first configuration example which is a premise of the present invention.

【図2】パルス発生確率可変のパルス発生回路の構成を
示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a pulse generation circuit whose pulse generation probability is variable.

【図3】具体的構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration example.

【図4】確率特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing probability characteristics.

【図5】本発明の第の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図7】パルス幅可変のパルス発生回路の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a pulse generation circuit having a variable pulse width.

【図8】本発明の第の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図9】ボルツマンマシンにおけるシミュレーテッドア
ニーリングを説明するための確率特性を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing stochastic characteristics for explaining simulated annealing in a Boltzmann machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b 第1のパルス発生手段 2,2a,2b 第2のパルス発生手段 5,5a,5b 論理演算手段 6 排他的論理和回路 10a,10b 神経細胞模倣素子 1, 1a, 1b First pulse generating means 2, 2a, 2b Second pulse generating means 5, 5a, 5b logical operation means 6 Exclusive OR circuit 10a, 10b nerve cell mimicking element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−138669(JP,A) 特開 平3−226002(JP,A) 特開 昭59−13415(JP,A) 特開 平4−549(JP,A) 特開 平4−111185(JP,A) 特開 平5−276142(JP,A) 実開 平3−34326(JP,U) 上坂 吉則,ニューロダイナミックス の数理,電子情報通信学会誌,日本,電 子情報通信学会,1990年 2月,Vo l.73,No.2,131〜136 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06G 7/60 G06F 15/18 H03K 3/84 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-53-138669 (JP, A) JP-A-3-226002 (JP, A) JP-A-59-13415 (JP, A) JP-A-4- 549 (JP, A) JP 4-111185 (JP, A) JP 5-276142 (JP, A) Actual Kai 3-34326 (JP, U) Uesaka Yoshinori, Neurodynamics Mathematics, Electronic Information Journal of the Institute of Communications, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, February 1990, Vol. 73, No. 2,131〜136 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06G 7/60 G06F 15/18 H03K 3/84

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パルスを発生する複数個の第1のパルス
発生手段と、発生確率が可変制御自在なパルスを発生
その出力が1となる確率をボルツマンのシミュレーテッ
ドアニーリングの温度パラメータに対応させる共通な
2のパルス発生手段と、第1のパルス発生手段から出力
される個々のパルスと第2のパルス発生手段から出力さ
れるパルスとを各々独立して論理演算してパルスを出力
する複数個の論理演算手段とよりなることを特徴とする
パルス発生装置。
1. A a plurality of first pulse generating means for generating a pulse, the occurrence probability is variably controlled freely pulse occurs
The probability that the output is 1 is calculated by Boltzmann's simulation
A common second pulse generating means corresponding to the temperature parameter of the door annealing, individual pulses output from the first pulse generating means and a pulse output from the second pulse generating means are independently logically logic. A pulse generator comprising a plurality of logical operation means for performing an operation and outputting a pulse.
【請求項2】 パルスを発生する複数個の第1のパルス
発生手段と、パルス幅が可変制御自在なパルスを発生
そのパルス幅をボルツマンのシミュレーテッドアニーリ
ングの温度パラメータに対応させる共通な第2のパルス
発生手段と、第1のパルス発生手段から出力される個々
のパルスと第2のパルス発生手段から出力されるパルス
とを各々独立して論理演算してパルスを出力する複数個
の論理演算手段とよりなることを特徴とするパルス発生
装置。
Wherein a plurality of first pulse generating means for generating a pulse, the pulse width is variable controllable pulse occurs
The pulse width is calculated by Boltzmann's simulated annealing.
Common second pulse generating means corresponding to the temperature parameter of the ring, individual pulses output from the first pulse generating means, and the pulse output from the second pulse generating means are independently logically operated. And a pulse generator for outputting a pulse.
【請求項3】 論理演算手段を、パルス同士の排他的論
理和を演算する排他的論理和回路としたことを特徴とす
る請求項1又は2記載のパルス発生装置。
Wherein the logical operation means, the pulse generator of claim 1, wherein it has an exclusive OR circuit for calculating an exclusive OR of the pulse together.
【請求項4】 論理演算手段を、パルス同士の論理積を
演算する論理積回路としたことを特徴とする請求項1
は2記載のパルス発生装置。
The 4. A logical operation unit, also claim 1, characterized in that a logical product circuit for calculating a logical product of the pulse between
Is the pulse generator described in 2 .
【請求項5】 論理演算手段を、パルス同士の論理和を
演算する論理和回路としたことを特徴とする請求項1
は2記載のパルス発生装置。
5. A logical operation means, also claim 1, characterized in that the logical OR circuit for calculating the logical sum of the pulse between
Is the pulse generator described in 2 .
【請求項6】 複数のパルス列信号を入力としてパルス
列で表現された結合係数とともに演算処理して単数のパ
ルス列信号を出力する多数の神経細胞模倣素子を可変自
在な前記結合係数を持たせた結合手段によって相互に結
合した信号処理装置において、前記各神経細胞模倣素子
を、各々パルス列信号を発生する第1のパルス発生手段
と、発生確率が可変制御自在なパルス列信号を発生し
の出力が1となる確率をボルツマンのシミュレーテッド
アニーリングの温度パラメータに対応させる共通な第2
のパルス発生手段からのパルス列信号と前記第1のパル
ス発生手段からのパルス列信号との論理演算を行う論理
演算手段とにより形成したことを特徴とする信号処理装
置。
6. A coupling means having a variable coupling coefficient for a plurality of nerve cell mimicking elements, which receives a plurality of pulse train signals as input and performs arithmetic processing with a coupling coefficient represented by a pulse train to output a single pulse train signal. in the signal processing apparatus coupled to each other by said each neuron mimetic device, respectively a first pulse generating means for generating a pulse train signal, the probability is generated a variable controllable pulse train signal Resona
Boltzmann's simulated probability that the output will be 1
Common second corresponding to the temperature parameter of annealing
And a pulse train signal from the first pulse generator and a logical operation unit that performs a logical operation on the pulse train signal from the first pulse generator.
【請求項7】 複数のパルス列信号を入力としてパルス
列で表現された結合係数とともに演算処理して単数のパ
ルス列信号を出力する多数の神経細胞模倣素子を可変自
在な前記結合係数を持たせた結合手段によって相互に結
合した信号処理装置において、前記各神経細胞模倣素子
を、各々パルス列信号を発生する第1のパルス発生手段
と、パルス幅が可変制御自在なパルス列信号を発生しそ
のパルス幅をボルツマンのシミュレーテッドアニーリン
グの温度パラメータに対応させる共通な第2のパルス発
生手段からのパルス列信号と前記第1のパルス発生手段
からのパルス列信号との論理演算を行う論理演算手段と
により形成したことを特徴とする信号処理装置。
7. A coupling means having a variable coupling coefficient for a plurality of neuronal cell mimicking elements, which receives a plurality of pulse train signals as input and performs arithmetic processing with a coupling coefficient represented by a pulse train to output a single pulse train signal. generated in the signal processing device coupled to each other, each of said neuron mimetic device, a first pulse generating means for generating a respective pulse train signal, the pulse width is variable controllable pulse train signal by perilla
The pulse width of Boltzmann's simulated annealing
Signal formed by a common pulse train signal from the second pulse generator and the logical train means that performs a logical operation on the pulse train signal from the first pulse generator. Processing equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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上坂 吉則,ニューロダイナミックスの数理,電子情報通信学会誌,日本,電子情報通信学会,1990年 2月,Vol.73,No.2,131〜136

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