JP2006178666A - Information processor, information processing method and recording medium - Google Patents

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Toshiki Kanemichi
敏樹 金道
Kazuaki Aso
和昭 麻生
Naoya Nakajo
直也 中條
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an information processor capable of corresponding to a plurality of pairs of a plurality of input/output relations in operation simulating a neural network, and to provide also an information processing method and a recording medium. <P>SOLUTION: The information processor provided with an external input terminal 2 for receiving an external input signal, an external output terminal 4 for outputting an external output signal to the external and a plurality of operating elements 8a-8f simulating nerve cells is also provided with an independent switching part 5 having a plurality of switches 5a-5c for switching external input signals inputted from the external input signal 2 to the plurality of operating elements 8a-8f and output signals from the operating elements 8a-8f and capable of independently driving the plurality of switches 5a-5c. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、神経回路網を模した演算を行うための情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体に関する。   The present invention relates to an information processing apparatus, an information processing method, and a recording medium for performing an operation simulating a neural network.

神経回路網を模した演算を行う情報処理装置は、学習によって神経細胞を模した単位演算素子を多数構築し、この多数の単位演算素子を組み合せることによって構成される。このような情報処理装置では、従来、入力信号を受け取る入力層と、出力信号を出力する出力層と、多数の単位演算素子からなる演算部とを備えており、1つの入力信号に対して1つの出力信号が対応する関係についてしか学習することができなかった。そのため、この情報処理装置では、1つの入力信号を入力すると1つの出力信号を得ることができた。   An information processing apparatus that performs an operation that simulates a neural network is configured by constructing a large number of unit operation elements that simulate a nerve cell by learning and combining the many unit operation elements. Such an information processing apparatus conventionally includes an input layer that receives an input signal, an output layer that outputs an output signal, and an arithmetic unit including a large number of unit arithmetic elements. Only the relationship between the two output signals could be learned. Therefore, in this information processing apparatus, when one input signal is input, one output signal can be obtained.

さらに、情報処理装置には、入力信号を再現する入力再現層を更に備え、出力層の出力を固定したうえで入力再現層の出力を入力層へフィードバックすることにより、出力信号から入力信号の再現を行うものがある(特許文献1参照)。この情報処理装置では、1つの入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係や複数の入力信号に対して1つの出力信号が対応する関係について学習することができる。そのため、この情報処理装置では、1つの入力信号を入力すると複数の出力信号を得ることができ、また、複数の入力信号を入力すると1つの出力信号を得ることができた。
特許第3180334号公報
In addition, the information processing device further includes an input reproduction layer that reproduces the input signal. The output of the input reproduction layer is fed back to the input layer after fixing the output of the output layer, thereby reproducing the input signal from the output signal. (See Patent Document 1). In this information processing apparatus, it is possible to learn about a relationship in which a plurality of output signals correspond to one input signal and a relationship in which one output signal corresponds to a plurality of input signals. Therefore, in this information processing apparatus, when one input signal is input, a plurality of output signals can be obtained, and when a plurality of input signals are input, one output signal can be obtained.
Japanese Patent No. 3180334

上記情報処理装置は、入力再現層の出力を入力層にフィードバックすることから、入力信号によって系の状態が一意に決まる場合しか学習を行うことができない。そのため、1つの出力信号に対して複数の入力信号が対応する関係や1つの入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係については学習できるが、複数の入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係については学習できない。つまり、複数の入力信号あるいは複数の出力信号のうちのいずれか1つの信号を予め指定した場合には学習が可能であるが、複数の入力信号あるいは複数の出力信号を予め指定しない場合には学習ができない。したがって、1つの入力信号から複数の出力信号を得ることや複数の入力信号から1つの出力信号を得ることはできるが、複数の入力信号から複数の出力信号を得ることはできない。   Since the information processing apparatus feeds back the output of the input reproduction layer to the input layer, learning can be performed only when the state of the system is uniquely determined by the input signal. Therefore, it is possible to learn about a relationship in which a plurality of input signals correspond to one output signal and a relationship in which a plurality of output signals correspond to one input signal, but a plurality of output signals with respect to a plurality of input signals. I can't learn about the relationship that corresponds to. That is, learning is possible when one of a plurality of input signals or a plurality of output signals is designated in advance, but learning is performed when a plurality of input signals or a plurality of output signals are not designated in advance. I can't. Accordingly, a plurality of output signals can be obtained from one input signal, and one output signal can be obtained from a plurality of input signals, but a plurality of output signals cannot be obtained from a plurality of input signals.

神経回路網を模した演算を行うことができる情報処理装置は様々な分野に適用されるが、複数の入力信号に対して複数の出力信号が得られるようなものでないと、その適用範囲が限られたものとなってしまい、応用範囲も狭くなる。例えば、複数のセンサの検知信号に基づいて複数のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するような制御装置に適用する場合、一部のセンサやアクチュエータの故障等の様々な状況に対応しなければならないので、複数の入力信号(検知信号)に対して複数の出力信号(制御信号)が対応する関係を学習させておく必要がある。また、人との会話を行うような装置に適用する場合、(杉、松、ブナ)の名前と(木、木材)の概念というような複数対複数の相互に関連した関係が人の言葉の中には多数存在するので、複数対複数の相互に関連した関係を学習させておく必要がある。   An information processing apparatus that can perform an operation that simulates a neural network is applied in various fields. However, the application range is limited unless a plurality of output signals are obtained for a plurality of input signals. As a result, the application range is narrowed. For example, when applied to a control device that outputs a control signal for driving a plurality of actuators based on detection signals of a plurality of sensors, it must cope with various situations such as failure of some sensors and actuators. Therefore, it is necessary to learn a relationship in which a plurality of output signals (control signals) correspond to a plurality of input signals (detection signals). In addition, when applied to a device that communicates with people, there are many-to-many relationships such as the names of (cedar, pine, beech) and the concept of (wood, timber). Since there are many of them, it is necessary to learn a plurality of relationships related to each other.

そこで、本発明は、神経回路網を模した演算において複数対複数の入出力関係に対応可能な情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an information processing apparatus, an information processing method, and a recording medium that can handle a plurality of input / output relationships in a calculation that simulates a neural network.

本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部を備えることを特徴とする。   An information processing apparatus according to the present invention is an information processing apparatus including an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells. A plurality of switches for switching an input signal to the arithmetic element between an external input signal from an external input terminal and an output signal from the arithmetic element, and the switch includes an independent switching unit that operates independently. And

この情報処理装置では、独立切替部における各スイッチにより外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号(フィードバック信号)とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を複数の演算素子の入力信号としてそれぞれ入力させる。このように入出力を任意に切り替えることができるので、情報処理装置では、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号が対応する関係を学習することができる。また、情報処理装置では、複数対複数の入出力関係を学習した演算素子を備える場合、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号を得ることができ、複数対複数の入出力関係におけるデータの取り出すことができる。   In this information processing apparatus, the external input signal from the external input terminal and the output signal (feedback signal) from the arithmetic element are independently switched by each switch in the independent switching unit, and the external input signal and the output signal of the arithmetic element are switched. One of the signals is input as an input signal of a plurality of arithmetic elements. Since the input / output can be arbitrarily switched in this way, the information processing apparatus can learn a relationship in which a plurality of external output signals correspond to a plurality of external input signals. In addition, in the information processing apparatus, when an arithmetic element that learns a plurality of input / output relationships is provided, a plurality of external output signals can be obtained for a plurality of external input signals. Data can be retrieved.

本発明の上記情報処理装置では、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号に基づいて情報処理装置における処理状態を判定する演算状態判定部を備える構成としてもよい。   The information processing apparatus according to the present invention may include a calculation state determination unit that determines a processing state in the information processing apparatus based on an input signal to the calculation element and an output signal from the calculation element.

この情報処理装置では、演算状態判定部により演算素子への入力信号(演算素子からの出力信号が独立切替部を介してフィードバックされる信号であり、前回の出力信号である)と演算素子からの出力信号とに基づいて処理状態を判定する。つまり、演算素子から出力される信号の時間変化を監視し、その出力される信号が変化しているのかあるいは収束しているのかなどの状態を判定する。このように演算の処理状態を判定することにより、演算素子から出力される信号がある値に収束したか否かを判定できる。これによって、情報処理装置では、出力として値が確定した信号のみを外部出力信号として出力することができる。   In this information processing apparatus, an input signal to the arithmetic element (the output signal from the arithmetic element is a feedback signal that is fed back through the independent switching unit and is the previous output signal) by the arithmetic state determination unit and the arithmetic element The processing state is determined based on the output signal. That is, the time change of the signal output from the arithmetic element is monitored, and it is determined whether the output signal has changed or has converged. By determining the processing state in this way, it is possible to determine whether or not the signal output from the arithmetic element has converged to a certain value. As a result, the information processing apparatus can output only a signal whose value is determined as an output as an external output signal.

本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号と外部出力信号とに矛盾がある場合でも外部出力信号を出力する構成としてもよい。   The information processing apparatus according to the present invention may be configured to output an external output signal even when there is a contradiction between the external input signal and the external output signal.

この情報処理装置では、ある外部入力信号に対して外部出力信号が矛盾した信号の場合(信号間に相互の関係がない場合)でもその外部出力信号を出力する。発想支援などを目的とした場合、外部入力信号と外部出力信号との間に相互に関係がない矛盾を含んだ信号の相互関係を出力することは好ましい。つまり、矛盾から多様な発想が生まれるので、矛盾を含む信号も重要な出力である。このような矛盾から常識では考えられないような発想をする新規な神経回路網を構築することも可能となる。   This information processing apparatus outputs an external output signal even when the external output signal is inconsistent with a certain external input signal (when there is no mutual relationship between the signals). For the purpose of idea support and the like, it is preferable to output the interrelation between signals including inconsistencies that are not related to each other between the external input signal and the external output signal. In other words, various ideas arise from contradictions, so signals that contain contradictions are also important outputs. From such contradiction, it is possible to construct a new neural network that has an idea that cannot be considered by common sense.

本発明の上記情報処理装置は、矛盾がある部分を明示する構成としてもよい。   The information processing apparatus according to the present invention may be configured to clearly indicate a portion having a contradiction.

この情報処理装置では、矛盾のある部分を明示し、その矛盾した部分をユーザに知らせる。明示方法としては、例えば、モニタがある場合には矛盾部分の色による表示、コントラストの変化、テクスチャの変化、フォントの変化などを利用し、音声出力がある場合には音声の変化などを利用する。   In this information processing apparatus, the inconsistent part is clearly indicated, and the inconsistent part is notified to the user. As an explicit method, for example, when there is a monitor, display using the color of the contradictory portion, change in contrast, change in texture, change in font, etc., use change in audio if there is audio output. .

本発明の上記情報処理装置は、外部入力信号が前記演算素子に順次入力されるように制御する外部入力制御部を備える構成としてもよい。   The information processing apparatus according to the present invention may include an external input control unit that performs control so that external input signals are sequentially input to the arithmetic elements.

この情報処理装置では、外部入力制御部により複数の外部入力信号の演算素子への入力順序を制御し、独立切替部によりこの順次入力された外部入力信号を演算素子の入力信号として順次入力させる。複数の外部入力信号がある場合、その入力順序を変えることによって、異なる出力が得られることがある。したがって、入力順序を制御することによって、任意の順序による情報の絞り込みを行うことが可能である。これによって、人間的な解釈を可能とするような会話機能を持ったインタフェースも実現可能となる。   In this information processing apparatus, the input order of a plurality of external input signals to the arithmetic elements is controlled by the external input control unit, and the sequentially input external input signals are sequentially input as input signals of the arithmetic elements by the independent switching unit. When there are a plurality of external input signals, different outputs may be obtained by changing the input order. Therefore, it is possible to narrow down information in an arbitrary order by controlling the input order. As a result, an interface having a conversation function that enables human interpretation can be realized.

本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する前方学習部とを備えることを特徴とする。   An information processing apparatus according to the present invention is an information processing apparatus including an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells. An error calculator that calculates an error based on an input signal to the element and an output signal from the arithmetic element, and the error calculated by the error calculator along the propagation direction of the signal from the input signal to the output signal of the arithmetic element A forward learning unit that propagates and adjusts the arithmetic element so as to reduce the error.

この情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。そして、情報処理装置では、前方学習部により入力信号から出力信号への信号の流れる方向に沿って誤差を伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する。このように、情報処理装置では、信号の流れる方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。   In this information processing apparatus, an error calculation unit calculates an error between an input signal and an output signal with respect to an arithmetic element. In the information processing apparatus, an error is propagated along the direction in which the signal flows from the input signal to the output signal by the forward learning unit, and the arithmetic element is adjusted so that the error is reduced. As described above, in the information processing apparatus, learning is performed while an error is propagated in the signal flow direction, and an arithmetic element imitating a nerve cell corresponding to an input / output relationship such as a multiple-to-multiple can be constructed.

本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部とを備えることを特徴とする。   An information processing apparatus according to the present invention is an information processing apparatus including an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells. A plurality of switches that switch an input signal to the arithmetic element between an external input signal from the external input terminal and an output signal from the arithmetic element, and the independent switching unit in which the plurality of switches operate independently; An error calculation unit that calculates an error based on the input signal and the output signal from the calculation element, and the error calculated by the error calculation unit is propagated along the propagation direction of the signal from the output signal of the calculation element to the input signal. And a backward learning unit that adjusts the arithmetic element so as to reduce the error.

この情報処理装置では、独立切替部における各スイッチにより外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。特に、情報処理装置では、学習を行う場合、学習をさせたい関係にある全ての信号が外部入力端子に設定されると、独立切替部によりその外部入力端子に設定された各信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理装置では、後方学習部により出力信号から入力信号への信号の流れる方向に誤差を伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する。このように、情報処理装置では、信号の流れる方向とは逆方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。   In this information processing apparatus, the external input signal from the external input terminal and the output signal from the computing element are independently switched by each switch in the independent switching unit, and one of the external input signal and the output signal of the computing element is switched. Is input as an input signal of the arithmetic element. In particular, in the information processing apparatus, when learning is performed, when all signals having a relationship to be learned are set to the external input terminal, each signal set to the external input terminal by the independent switching unit is used as an arithmetic element. Each is input as an input signal. In the information processing apparatus, the error calculation unit calculates an error between the input signal and the output signal with respect to the arithmetic element. Further, in the information processing apparatus, an error is propagated in the direction in which the signal flows from the output signal to the input signal by the backward learning unit, and the arithmetic element is adjusted so that the error is reduced. As described above, in the information processing apparatus, learning is performed while propagating an error in a direction opposite to the direction in which the signal flows, and an arithmetic element imitating a neuron corresponding to an input / output relationship such as a multiple-to-multiple can be constructed. it can.

本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する前方学習部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部とを備えることを特徴とする。   An information processing apparatus according to the present invention is an information processing apparatus including an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells. A plurality of switches that switch an input signal to the arithmetic element between an external input signal from the external input terminal and an output signal from the arithmetic element, and the independent switching unit in which the plurality of switches operate independently; An error calculation unit that calculates an error based on the input signal and the output signal from the calculation element, and the error calculated by the error calculation unit is propagated along the propagation direction of the signal from the input signal to the output signal of the calculation element. A forward learning unit that adjusts the arithmetic element so as to reduce the error, and an error calculated by the error calculation unit is propagated along the propagation direction of the signal from the output signal of the arithmetic element to the input signal. Characterized in that it comprises a rear learning unit for adjusting the operation device such that the error becomes smaller.

この情報処理装置では、上記と同様に、学習を行う場合、学習をさせたい関係にある全ての信号が外部入力端子にそれぞれ設定されると、独立切替部により外部入力端子に設定された各信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理装置では、前方学習部により信号の流れる方向に沿って誤差を伝播させて演算素子の調整を行ったり、後方学習部により信号の流れる方向と逆方向に沿って誤差を伝播させて演算素子の調整を行う。このように、情報処理装置では、前方方向又は/及び後方方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。   In this information processing apparatus, in the same manner as described above, when learning is performed, when all signals having a relationship to be learned are set to the external input terminals, each signal set to the external input terminal by the independent switching unit. Are input to the arithmetic elements as input signals. In the information processing apparatus, the error calculation unit calculates an error between the input signal and the output signal with respect to the arithmetic element. Further, in the information processing apparatus, the forward learning unit propagates the error along the signal flowing direction to adjust the arithmetic element, or the backward learning unit propagates the error along the direction opposite to the signal flowing direction. Adjust the computing elements. As described above, in the information processing apparatus, learning is performed while propagating an error in the forward direction and / or the backward direction, and an arithmetic element imitating a nerve cell corresponding to an input / output relationship such as a multiple-to-multiple can be constructed. .

本発明に係る情報処理方法は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部へ外部出力信号を出力する情報処理方法であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップを含むことを特徴とする。   An information processing method according to the present invention is an information processing method that receives an external input signal, performs an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputs an external output signal to the outside. The input signal is switched between an external input signal and an output signal from the arithmetic element, and an independent switching step for independently performing the plurality of switching is included.

この情報処理方法では、独立切替ステップにおいて外部入力信号と演算素子からの出力信号(フィードバック信号)とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。この情報処理方法により、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号が対応する関係を学習することができ、複数対複数の入出力関係を学習した演算素子を備える場合には複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号を得ることができる。   In this information processing method, in the independent switching step, the external input signal and the output signal (feedback signal) from the arithmetic element are independently switched, and one of the external input signal and the output signal of the arithmetic element is switched to the arithmetic element. Input as an input signal. With this information processing method, it is possible to learn a relationship in which a plurality of external output signals correspond to a plurality of external input signals. A plurality of external output signals can be obtained with respect to the input signal.

本発明に係る情報処理方法は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部へ外部出力信号を出力する情報処理方法であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように演算素子を調整する学習ステップとを含むことを特徴とする。   An information processing method according to the present invention is an information processing method that receives an external input signal, performs an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputs an external output signal to the outside. Based on the independent switching step in which the input signal is switched between the external input signal and the output signal from the arithmetic element, and the switching is independently performed, and the input signal to the arithmetic element and the output signal from the arithmetic element It includes an error calculation step for calculating an error, and a learning step for adjusting an arithmetic element so that the error calculated in the error calculation step is reduced.

この情報処理方法では、独立切替ステップにおいて外部入力信号と演算素子からの出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。特に、情報処理方法では、学習を行う場合、独立切替ステップにおいて外部入力端子から入力された学習をさせたい関係にある全ての信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理方法では、誤差計算ステップにおいて演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理方法では、学習ステップにおいて誤差が小さくなるように演算素子を調整する。この情報処理方法により、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。   In this information processing method, the external input signal and the output signal from the arithmetic element are independently switched in the independent switching step, and one of the external input signal and the output signal of the arithmetic element is input as the input signal of the arithmetic element. Let In particular, in the information processing method, when learning is performed, all signals input from the external input terminal and having a relationship to be learned are input to the arithmetic elements as input signals in the independent switching step. In the information processing method, the error between the input signal and the output signal for the arithmetic element is calculated in the error calculation step. Further, in the information processing method, the arithmetic element is adjusted so that the error is reduced in the learning step. By this information processing method, it is possible to construct an arithmetic element that simulates a nerve cell corresponding to a plurality of input / output relations.

本発明に係る記録媒体は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録していることを特徴とする。また、本発明に係る記録媒体は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように演算素子を調整する学習ステップとをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録していることを特徴とする。これらの記録媒体によれば、記録媒体に記録された情報処理プログラムをコンピュータ上で実行させることによって、上記した各情報処理方法と同様の作用効果を奏する。   A recording medium according to the present invention is a computer-readable recording medium that records an information processing program for receiving an external input signal, performing an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputting an external output signal. An information processing program for switching an input signal to a plurality of arithmetic elements between an external input signal and an output signal from the arithmetic element, and causing the computer to execute an independent switching step for performing the switching independently. It is characterized by recording. In addition, the recording medium according to the present invention receives an external input signal, performs an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and records an information processing program for outputting an external output signal. An independent switching step for switching input signals to a plurality of arithmetic elements between an external input signal and an output signal from the arithmetic element, and independently performing the switching, and an input signal to the arithmetic element. An information processing program for causing a computer to execute an error calculation step for calculating an error based on an output signal from an arithmetic element and a learning step for adjusting the arithmetic element so that the error calculated in the error calculation step is reduced It is characterized by recording. According to these recording media, the information processing program recorded on the recording medium is executed on the computer, so that the same effects as those of the information processing methods described above can be obtained.

なお、複数対複数の入出力関係に対応できるということは、勿論、1対1、1対複数、複数対1の入出力関係にも対応可能である。   It should be noted that the fact that a plurality of input / output relationships can be handled, of course, can correspond to a one-to-one, one-to-multiple, and multiple-to-one input / output relationships.

本発明によれば、神経回路網を模した演算における複数対複数の入出力関係を学習させることができるとともに、複数の入力信号から複数の出力信号を取り出すことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to learn the multiple-to-multiple input / output relationship in the calculation imitating a neural network, a several output signal can be taken out from several input signals.

以下、図面を参照して、本発明に係る情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体の実施の形態を説明する。   Embodiments of an information processing apparatus, an information processing method, and a recording medium according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施の形態では、本発明を、神経回路網模擬装置として働く情報処理装置に適用する。本実施の形態に係る情報処理装置は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって構成され、コンピュータのメモリに格納された各機能を実現する情報処理プログラムを実行させることによって各機能が動作する。本実施の形態には、3つの形態があり、第1の実施の形態が複数対複数の入出力信号の関係に対応可能な基本的な構成であり、第2の実施の形態が基本的な構成に外部入力信号に対する入力制御機能及び演算状態判定機能を備える構成であり、第3の実施の形態が複数対複数の入出力信号の関係に対応するための学習時の構成である。   In the present embodiment, the present invention is applied to an information processing apparatus that functions as a neural network simulation apparatus. The information processing apparatus according to the present embodiment is configured by a computer such as a personal computer, and each function operates by executing an information processing program that realizes each function stored in the memory of the computer. In this embodiment, there are three forms. The first embodiment is a basic configuration capable of dealing with the relationship between a plurality of input / output signals, and the second embodiment is a basic structure. The configuration includes an input control function and an operation state determination function for an external input signal in the configuration, and the third embodiment is a configuration at the time of learning for dealing with the relationship between a plurality of input / output signals.

図1を参照して、第1の実施の形態に係る情報処理装置1について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。   An information processing apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of an information processing apparatus according to the first embodiment.

情報処理装置1は、多数の神経細胞からなる神経回路網を模した演算を行うことができる装置であり、特に、複数対複数の入出力関係に対応可能である。情報処理装置1は、外部入力端子2、切替信号入力端子3、外部出力端子4、独立切替部5、入力端子6、出力端子7及び演算部8を備えている。   The information processing apparatus 1 is an apparatus that can perform an operation simulating a neural network composed of a large number of nerve cells, and is particularly capable of dealing with a plurality of input / output relationships. The information processing apparatus 1 includes an external input terminal 2, a switching signal input terminal 3, an external output terminal 4, an independent switching unit 5, an input terminal 6, an output terminal 7, and a calculation unit 8.

外部入力端子2は、外部入力信号を入力するための端子である。外部入力端子2は、複数の外部入力信号を入力するために複数の端子2a,・・・を有しており、独立切替部5の各切替スイッチの接続される。図1の例では、外部入力端子2には、3つの端子2a,2b,2cがある。切替信号入力端子3は、独立切替部5の切替スイッチ5a・・・を独立して切り替えるための切替信号を入力するための端子である。切替信号入力端子3は、独立切替部5の切替スイッチの数に応じて複数の端子3a,・・・を有しており、独立切替部5の各切替スイッチに接続される。図1の例では、切替信号入力端子3には、3つの端子3a,3b,3cがある。外部出力端子4は、外部へ外部出力信号を出力するための端子である。外部出力端子4は、演算部8の単位演算子数に応じて複数の端子4a・・・を有しており、出力端子7の各端子に接続される。図1の例では、外部出力端子4には、6つの端子4a,4b,4c,4d,4e,4fがある。なお、一部演算子の出力を外部出力しないようにしてもよい。   The external input terminal 2 is a terminal for inputting an external input signal. The external input terminal 2 has a plurality of terminals 2a,... For inputting a plurality of external input signals, and is connected to each change-over switch of the independent switching unit 5. In the example of FIG. 1, the external input terminal 2 has three terminals 2a, 2b, and 2c. The switching signal input terminal 3 is a terminal for inputting a switching signal for independently switching the changeover switches 5a of the independent switching unit 5. The switching signal input terminal 3 has a plurality of terminals 3a,... According to the number of switching switches of the independent switching unit 5, and is connected to each switching switch of the independent switching unit 5. In the example of FIG. 1, the switching signal input terminal 3 has three terminals 3a, 3b, and 3c. The external output terminal 4 is a terminal for outputting an external output signal to the outside. The external output terminal 4 has a plurality of terminals 4 a... According to the number of unit operators of the calculation unit 8 and is connected to each terminal of the output terminal 7. In the example of FIG. 1, the external output terminal 4 includes six terminals 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f. The output of some operators may not be output externally.

独立切替部5は、外部入力端子2から入力される各外部入力信号と演算部8の各出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、その切り替えた各信号を演算部8の入力端子6に出力する。そのために、独立切替部5は、外部入力端子2の端子の数に応じた切替スイッチ5a・・・を有している。図1の例では、3つの切替スイッチ5a,5b,5cがある。各切替スイッチ5a・・・は、2つの入力端に外部入力端子2の対応する端子と出力端子7の対応する端子がそれぞれ接続され、1つの出力端に入力端子6の対応する端子が接続される。さらに、各切替スイッチ5a・・・は、切替信号入力端子3の対応する端子から切替信号が入力され、切替信号に応じてスイッチを作動させる。そして、各切替スイッチ5a・・・では、外部入力端子2の対応する端子から入力される外部入力信号と演算部8の対応する単位演算素子からの出力信号のうちの一方の信号を、演算部8への入力信号とする。なお、切替信号は、外部入力かあるいは出力信号のフィードバックかを示す信号である。   The independent switching unit 5 switches each external input signal input from the external input terminal 2 and each output signal of the calculation unit 8 independently, and outputs the switched signals to the input terminal 6 of the calculation unit 8. . For this purpose, the independent switching unit 5 includes changeover switches 5 a according to the number of terminals of the external input terminal 2. In the example of FIG. 1, there are three change-over switches 5a, 5b, and 5c. Each change-over switch 5a is connected to a corresponding terminal of the external input terminal 2 and a corresponding terminal of the output terminal 7 at two input ends, respectively, and a corresponding terminal of the input terminal 6 is connected to one output end. The Further, each changeover switch 5a... Receives a changeover signal from a corresponding terminal of the changeover signal input terminal 3, and operates the switch in accordance with the changeover signal. In each change-over switch 5a, one of the external input signal input from the corresponding terminal of the external input terminal 2 and the output signal from the corresponding unit arithmetic element of the arithmetic unit 8 is supplied to the arithmetic unit. 8 is an input signal. The switching signal is a signal indicating whether it is an external input or a feedback of an output signal.

入力端子6は、演算部8の全ての単位演算素子に入力信号を送るための端子である。入力端子6は、演算部8の単位演算子数に応じて複数の端子6a・・・を有している。図1の例では、入力端子6には、6つの端子6a,6b,6c,6d,6e,6fがある。出力端子7は、演算部8の各単位演算素子から出力信号を取り出すための端子である。出力端子7は、演算部8の単位演算子数に応じて複数の端子7a・・・を有している。図1の例では、出力端子7には、6つの端子7a,7b,7c,7d,7e,7fがある
演算部8は、多数の神経細胞からなる神経回路網を模した演算を行う。そのために、演算部8は、神経細胞を模した単位演算素子8a,・・・を多数備えている。図1の例では、演算部8には、6つの単位演算素子8a,8b,8c,8d,8e,8fを備えている。各単位演算素子8a・・・は、学習によって、複数対複数の相互に関連した関係に対応できるようにそれぞれ構築されている。各単位演算素子8a・・・は、入力端子6の全ての端子から入力信号が入力され、出力端子7の対応する端子にそれぞれ出力信号を出力する。なお、学習については後で詳細に説明する。
The input terminal 6 is a terminal for sending an input signal to all unit arithmetic elements of the arithmetic unit 8. The input terminal 6 has a plurality of terminals 6a... According to the number of unit operators of the calculation unit 8. In the example of FIG. 1, the input terminal 6 includes six terminals 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, and 6f. The output terminal 7 is a terminal for taking out an output signal from each unit arithmetic element of the arithmetic unit 8. The output terminal 7 has a plurality of terminals 7a... According to the number of unit operators of the calculation unit 8. In the example of FIG. 1, the output terminal 7 has six terminals 7 a, 7 b, 7 c, 7 d, 7 e, and 7 f. The calculation unit 8 performs a calculation imitating a neural network composed of a large number of nerve cells. Therefore, the calculation unit 8 includes a large number of unit calculation elements 8a,. In the example of FIG. 1, the calculation unit 8 includes six unit calculation elements 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, and 8f. Each unit arithmetic element 8a is constructed so as to be able to cope with a plurality of mutually related relationships by learning. Each unit arithmetic element 8a... Receives input signals from all terminals of the input terminal 6 and outputs output signals to the corresponding terminals of the output terminal 7, respectively. The learning will be described in detail later.

単位演算素子8a・・・のうちの一部の(外部入力端子2の端子数に応じた数の)単位演算素子は、出力信号が独立切替部5を介してフィードバックされる。そのために、この一部の各単位演算素子に対応する出力端子7の各端子は、独立切替部5の各切替スイッチ5a・・・にそれぞれ接続される。図1の例では、単位演算素子8a,8b,8cに出力信号が、独立切替部5を介してフィードバックされる。一方、単位演算素子8a・・・のうちの他の単位演算素子は、出力信号を直接フィードバックする。そのために、この他の各単位演算素子に対応する出力端子7の各端子は、入力端子6の対応する端子にそれぞれ直接接続される。このように単位演算素子の出力信号を常にフィードバックするように構成するのは、内部状態を設定するためである。図1の例では、単位演算素子8d,8e,8fの出力信号が、直接フィードバックされる。   An output signal is fed back via the independent switching unit 5 to some of the unit arithmetic elements 8a... (A number corresponding to the number of terminals of the external input terminal 2). For this purpose, each terminal of the output terminal 7 corresponding to each part of the unit arithmetic elements is connected to each change-over switch 5a. In the example of FIG. 1, output signals are fed back to the unit arithmetic elements 8 a, 8 b and 8 c via the independent switching unit 5. On the other hand, the other unit arithmetic elements of the unit arithmetic elements 8a... Directly feed back the output signal. Therefore, each terminal of the output terminal 7 corresponding to each other unit arithmetic element is directly connected to a corresponding terminal of the input terminal 6. The reason why the output signal of the unit arithmetic element is always fed back in this way is to set the internal state. In the example of FIG. 1, the output signals of the unit arithmetic elements 8d, 8e, 8f are directly fed back.

演算部8では、外部入力信号が入力信号として入力されると、各単位演算素子8a・・・が神経細胞を模したそれぞれ演算を行う。そして、演算部8では、各単位演算素子8a・・・の出力信号が入力信号として繰り返しフィードバックされ、神経細胞を模した演算を繰り返し実行する。この入力された外部入力信号を含む信号間の相互の関係が学習されている場合、演算部8では、演算を繰り返し実行するうちに、出力信号がある値に収束し、外部入力信号に対してつじつまの合った出力信号を出力する。この際、演算部8への入力信号(前回の出力信号)と出力信号との差は、0かあるいは極小さい値になっている。   In the calculation unit 8, when an external input signal is input as an input signal, each unit calculation element 8 a... Performs a calculation that simulates a nerve cell. And in the calculating part 8, the output signal of each unit calculating element 8a ... is repeatedly fed back as an input signal, and the calculation imitating a nerve cell is repeatedly performed. When the mutual relation between the signals including the input external input signal is learned, the calculation unit 8 converges the output signal to a certain value while repeatedly executing the calculation, and the external input signal Outputs the correct output signal. At this time, the difference between the input signal (previous output signal) to the calculation unit 8 and the output signal is 0 or a very small value.

図1を参照して、情報処理装置1の動作について説明する。まず、外部入力端子2のいずれかの端子に外部入力信号が入力される。また、切替信号入力端子3の各端子に切替信号がそれぞれ入力される。切替信号のうち、外部入力信号が入力される独立切替部5の切替スイッチに対する切替信号には外部入力させるための信号が設定され、それ以外の切替スイッチに対する切替信号には出力信号をフィードバックさせるための信号が設定される。独立切替部5では、各切替スイッチ5a・・・により切替信号に応じて独立して切り替える。この際、外部入力させるための信号が設定されている切替信号が入力された切替スイッチでは、入力信号として外部入力信号に切り替え、入力端子6に出力する。一方、フィードバックさせるための信号が設定されている切替信号が入力された切替スイッチでは、入力信号として単位演算素子の出力信号に切り替え、入力端子6に出力する。   The operation of the information processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. First, an external input signal is input to any one of the external input terminals 2. A switching signal is input to each terminal of the switching signal input terminal 3. Among the switching signals, a signal for external input is set as a switching signal for the switching switch of the independent switching unit 5 to which an external input signal is input, and an output signal is fed back to the switching signals for the other switching switches. Is set. In the independent switching part 5, it switches independently according to a switching signal by each switch 5a .... At this time, the changeover switch to which the changeover signal for which the signal for external input is set is inputted switches to the external input signal as the input signal and outputs to the input terminal 6. On the other hand, in the change-over switch to which a change-over signal in which a signal for feedback is set is input, the change-over switch is switched to the output signal of the unit arithmetic element as an input signal and output to the input terminal 6.

そして、演算部8の各単位演算素子8a・・・では、神経細胞を模した演算を繰り返し実行し、出力信号をそれぞれ出力する。演算毎に、演算部8の各単位演算素子8a・・・の出力信号は、独立切替部5を介して又は直接、入力信号として全ての単位演算素子にフィードバックされる。ここで、演算部8の各単位演算素子の時刻tにおける入力信号をx(t)とする。jは、入力端子6の各端子に対してそれぞれ割り振られた番号であり、1から入力端子6の端子数までの数(1,2,・・・)である。i番目の単位演算素子の出力をoは、式(1)で表される。iは、演算部8の各単位演算素子に対してそれぞれ割り振られた番号であり、1から演算部8の単位演算素子数までの数(1,2,・・・)である。 And each unit arithmetic element 8a ... of the calculating part 8 repeatedly performs the calculation which imitated the nerve cell, and outputs an output signal, respectively. For each calculation, the output signal of each unit calculation element 8a... Of the calculation unit 8 is fed back to all unit calculation elements as an input signal via the independent switching unit 5 or directly. Here, an input signal at time t of each unit arithmetic element of the arithmetic unit 8 is assumed to be x j (t). j is a number assigned to each terminal of the input terminal 6, and is a number (1, 2,...) from 1 to the number of terminals of the input terminal 6. The o i output of the i-th unit operation element is represented by the formula (1). i is a number assigned to each unit computing element of the computing unit 8, and is a number (1, 2,...) from 1 to the number of unit computing elements of the computing unit 8.

Figure 2006178666
f()は単位演算素子における非線形演算を行うための非線形関数であり、Σは単位演算素子における重みを付けられた全ての入力信号の加算演算を表し、wijは入力端子6のj番目の端子とi番目の単位演算素子との間のシナプス荷重器の荷重値である。さらに、演算部8の各単位演算素子の出力信号の時間変化は、式(2)で表される。
Figure 2006178666
f () is a non-linear function for performing a non-linear operation in the unit arithmetic element, Σ represents an addition operation of all weighted input signals in the unit arithmetic element, and w ij is the j th of the input terminal 6. It is a load value of the synapse loader between the terminal and the i-th unit arithmetic element. Furthermore, the time change of the output signal of each unit arithmetic element of the arithmetic unit 8 is expressed by Expression (2).

Figure 2006178666
この式(2)から、演算部8の各単位演算素子の入力信号と出力信号とが等しくなるかあるいはほぼ等しくなるかを判断できる。情報処理装置1では、この演算部8における演算が繰り返し実行されることによって各単位演算素子の入力信号と出力信号とが等しくなったとき安定状態となる。このとき、情報処理装置1では、演算部8では入力された外部入力信号に対してつじつまの合った出力信号を出力しており、この出力信号を外部出力信号として外部出力端子4から出力する。この際、内部状態の設定に応じて出力される外部出力信号が変わる。つまり、任意の外部入力信号に対して、内部状態に応じて、つじつまの合った複数の外部出力信号を出力することができる。
Figure 2006178666
From this equation (2), it can be determined whether the input signal and the output signal of each unit arithmetic element of the arithmetic unit 8 are equal or nearly equal. The information processing apparatus 1 is in a stable state when the input signal and the output signal of each unit calculation element are equalized by repeatedly executing the calculation in the calculation unit 8. At this time, in the information processing apparatus 1, the arithmetic unit 8 outputs an output signal that is consistent with the input external input signal, and outputs this output signal from the external output terminal 4 as an external output signal. At this time, the external output signal to be output changes according to the setting of the internal state. That is, it is possible to output a plurality of appropriate external output signals for any external input signal according to the internal state.

さらに、最初に外部入力端子2に入力された端子以外の端子から他の外部入力信号が入力された場合も、上記と同様に、情報処理装置1では、その新たに入力された外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を外部出力端子4から出力する。このように、情報処理装置1では、複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を複数得ることができる。   Further, when another external input signal is input from a terminal other than the terminal first input to the external input terminal 2, the information processing apparatus 1 also uses the newly input external input signal as described above. On the other hand, a suitable external output signal is output from the external output terminal 4. In this way, the information processing apparatus 1 can obtain a plurality of external output signals that are consistent with any external input signal among the plurality of external input signals.

ここで、複数対複数の相互に関連した関係として、言葉を例に挙げて説明する。例えば、(杉、松、ブナ)という名前は、それぞれ(木、木材)という概念と結びつく。具体的には、杉→木、松→木、ブナ→木という連想も、杉→木材、松→木材、ブナ→木材という連想も成立する。一方、木→杉、木→松、木→ブナという連想も、木材→杉、木材→松、木材→ブナという連想も成立する。したがって、(杉、松、ブナ)と(木、木材)との各成分の間には、複数対複数の相互関係がある。このような言葉の相互関係を学習させている場合、情報処理装置1では、「木」と入力されると内部状態に応じて「杉」、「松」、「ブナ」のいずれかを出力し、「木材」と入力されると内部状態に応じて「杉」、「松」、「ブナ」のいずれかを出力し、逆に、「杉」、「杉」、「ブナ」のいずれかが入力されると内部状態に応じて「木」、「木材」のいずれかを出力する。   Here, as a relationship between a plurality of pairs, a word will be described as an example. For example, the name (cedar, pine, beech) is associated with the concept of (wood, wood). Specifically, the associations of cedar → wood, pine → wood, beech → wood, and the associations of cedar → wood, pine → wood, and beech → wood are established. On the other hand, the association of wood → cedar, wood → pine, wood → beech, and the association of wood → cedar, wood → pine, and wood → beech are also established. Therefore, there is a multiple-to-multiple relationship between the components of (cedar, pine, beech) and (wood, wood). When learning such a mutual relationship between words, the information processing apparatus 1 outputs “cedar”, “pine”, or “beech” according to the internal state when “tree” is input. , "Wood" will output either "cedar", "pine", or "beech" depending on the internal state, and conversely, any of "cedar", "cedar", or "beech" When input, either “wood” or “wood” is output according to the internal state.

さらに、こうした言葉の複数対複数の相互関係は、人のコミュニケーションにおいては話題の文脈の中でいくつかの解釈の制限を発生し、適切な対応関係が連想される。例えば、世界遺産の話題の中では、ブナの原生林が有名な白神山地が話題になっている場合には「ブナ」という言葉は「木材」の名前ではなく、「木」の名前と強く関係付けられることが適切である。このようなことも学習させている場合、情報処理装置1では、話題に応じて適切な対応関係にある出力が可能となる。このように、情報処理装置1では、予め学習させている場合には言葉の複数対複数の関係を人との会話から対応する関係を抽出することも可能であり、人間的な意味解釈を可能とする会話機能を持ったインタフェースを実現することもできる。   In addition, this multiple-to-multiple relationship of words creates some interpretation limitations in the context of topics in human communication, and is associated with an appropriate correspondence. For example, in the world heritage topic, when the Shirakami Mountains, where the beech primeval forest is famous, is the topic, the word “beech” is strongly related to the name “tree”, not the name “wood”. It is appropriate to be attached. When such a thing is also learned, the information processing apparatus 1 can output an appropriate correspondence according to the topic. In this way, in the information processing apparatus 1, when learning is performed in advance, it is possible to extract a relationship corresponding to a plural-to-multiple relationship of words from a conversation with a person, and human semantic interpretation is possible. It is also possible to realize an interface having a conversation function.

なお、情報処理装置1では、基本的には、外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を出力するが、外部入力信号に対して外部出力信号がつじつまの合っていない場合(つまり、外部入力信号と外部出力信号との間に矛盾のある場合)でもその外部出力信号を出力するようにしてもよい。この際、その矛盾している部分を明確に示すために、情報処理装置1にモニタが備えられている場合にはその矛盾している部分を色による表示、コントラストの変化、テクスチャの変化やフォントの変化で示したり、あるいは、音声出力装置が備えられている場合には音声を変化させたりする。このような外部入力信号と外部出力信号間に相互に関係のない場合であっても、演算部8において常識では考えられないような新規な発想を行う神経回路網が構築されている可能性があるので、その矛盾を出力することも重要となる。特に、情報処理の目的として、発想支援を目的としている場合には重要となる。矛盾としては、上記のように言葉を例に挙げると、例えば、「木」と入力された場合に「カラス」等の鳥の名前を出力するような矛盾である。   The information processing apparatus 1 basically outputs an external output signal that is consistent with the external input signal. However, when the external output signal is not consistent with the external input signal (that is, The external output signal may be output even when there is a contradiction between the external input signal and the external output signal. At this time, in order to clearly show the contradictory portion, when the information processing apparatus 1 is provided with a monitor, the contradictory portion is displayed by color, a change in contrast, a change in texture, a font Or by changing the sound if an audio output device is provided. Even in the case where there is no mutual relationship between the external input signal and the external output signal, there is a possibility that a neural network that performs a new idea that cannot be considered by common sense in the arithmetic unit 8 may be constructed. Because there is, it is also important to output the contradiction. This is particularly important when the purpose of information processing is to support ideas. An example of the contradiction is a contradiction in which the name of a bird such as “crow” is output when “tree” is input, for example.

この情報処理装置1によれば、演算部8への入力を外部入力信号とフィードバック信号(演算部8の出力信号)とで独立に切り替える機能を設けることにより、複数対複数(勿論、1対複数、複数対1、1対1の関係も含む)の相互の関係における複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を取り出すことができる。この際、内部状態に応じて複数の外部出力信号を取り出すことができる。また、情報処理装置1によれば、外部入力信号と外部出力信号との間に矛盾がある場合でもその矛盾した情報を得ることができる。   According to the information processing apparatus 1, by providing a function of independently switching the input to the calculation unit 8 between an external input signal and a feedback signal (output signal of the calculation unit 8), a plurality of pairs (of course, one-to-multiple). It is possible to take out an external output signal that is consistent with an arbitrary external input signal among a plurality of external input signals in a mutual relationship (including a multiple-to-one relationship and a one-to-one relationship). At this time, a plurality of external output signals can be extracted according to the internal state. Further, according to the information processing apparatus 1, even when there is a contradiction between the external input signal and the external output signal, the contradictory information can be obtained.

さらに、この情報処理装置1に学習機能を付加することにより、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させることができ、複数対複数の相互に関係を持った神経回路網を模した演算部8を構築することができる。   Furthermore, by adding a learning function to the information processing apparatus 1, it is possible to learn the mutual relationship between a plurality of signals and to simulate a neural network having a plurality of relationships. Part 8 can be constructed.

図2を参照して、第2の実施の形態に係る情報処理装置11について説明する。図2は、第2の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。なお、情報処理装置11では、第1の実施の形態に係る情報処理装置1の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   With reference to FIG. 2, an information processing apparatus 11 according to the second embodiment will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of an information processing apparatus according to the second embodiment. In the information processing apparatus 11, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the information processing apparatus 1 according to the first embodiment, and the description thereof is omitted.

情報処理装置11は、情報処理装置1と同様の装置であり、更に、外部入力信号に対する入力制御機能及び演算状態判定機能を備えている。そのために、情報処理装置11は、外部入力端子2、切替信号入力端子3、外部出力端子4、独立切替部5、入力端子6、出力端子7、演算部8の他に外部入力制御部12、確定出力部13及び演算状態判定部14を備えている。   The information processing apparatus 11 is the same apparatus as the information processing apparatus 1 and further includes an input control function and a calculation state determination function for an external input signal. For this purpose, the information processing apparatus 11 includes an external input terminal 2, a switching signal input terminal 3, an external output terminal 4, an independent switching unit 5, an input terminal 6, an output terminal 7, an arithmetic unit 8, an external input control unit 12, A definite output unit 13 and a calculation state determination unit 14 are provided.

外部入力制御部12は、複数入力される外部入力信号の入力順序を制御し、所定の順序に従って外部入力信号を独立切替部5に順次入力させる。外部入力制御部12は、入力側に外部入力端子2の各端子2a・・・が接続され、出力側に独立切替部5の切替スイッチ5a・・・が接続される。また、外部入力制御部12には、演算状態判定部14が接続され、各出力確定信号が入力される。外部入力制御部12では、外部入力端子2に複数の外部入力信号が入力されると、その入力順序を設定する。この入力順序については、入力される信号に応じて予め規定されているものとする。そして、外部入力制御部12では、まず、入力順序の1番目の外部入力信号を独立切替部5に対して出力する。出力確定信号が出力未確定から出力確定に切り替わるとそれをトリガとして、外部入力制御部12では、出力していた外部入力信号の出力を止め、入力順序の次の外部入力信号を独立切替部5に出力する。外部入力制御部12では、このような処理を繰り返し行い、複数の外部入力信号を入力順序に従って順次入力させる。   The external input control unit 12 controls the input order of a plurality of input external input signals, and causes the independent switching unit 5 to sequentially input the external input signals according to a predetermined order. The external input control unit 12 is connected to each terminal 2a of the external input terminal 2 on the input side, and connected to the changeover switch 5a of the independent switching unit 5 on the output side. Further, the calculation state determination unit 14 is connected to the external input control unit 12 and each output confirmation signal is input. When a plurality of external input signals are input to the external input terminal 2, the external input control unit 12 sets the input order. This input order is defined in advance according to the input signal. The external input control unit 12 first outputs the first external input signal in the input order to the independent switching unit 5. When the output confirmation signal is switched from output unconfirmed to output confirmation, the external input control unit 12 stops the output of the external input signal that has been output and triggers the external input signal next in the input order as the independent switching unit 5. Output to. The external input control unit 12 repeatedly performs such processing, and sequentially inputs a plurality of external input signals according to the input order.

このように複数の外部入力信号の入力順序を制御することの重要性について説明する。その重要性の1つについて説明する。2つの相互に関連する信号A,Bを学習した演算部8を備える情報処理装置11では、信号Aを外部入力信号として信号Bを外部出力信号として出力する場合と信号Bを外部入力信号として信号Aを外部出力信号として出力する場合との切り替えがある。これは、ある推論とその逆の推論の切り替えに対応する。一般には、ある推論が正しくてもその逆が成立しない。しかし、人間は、こうした理論的に誤った推論を含む推論を行い、多様な発想に至ることができるという特徴を持っている。このように、論理的な面から推論として誤っている場合であっても、信号相互の関係を取り出すことができるという人間に近い情報処理を実現するためには、複数の外部入力信号の入力順序を制御することが必要となる。   The importance of controlling the input order of a plurality of external input signals in this way will be described. One of the importance will be described. In the information processing apparatus 11 including the arithmetic unit 8 that has learned two mutually related signals A and B, a signal A is output as an external input signal and a signal B is output as an external output signal. There is a switch between when A is output as an external output signal. This corresponds to switching between one reasoning and vice versa. In general, the opposite is not true even if some reasoning is correct. However, humans have the characteristic that they can make inferences that include such theoretically incorrect inferences, leading to various ideas. In this way, in order to realize information processing close to human beings that can extract the relationship between signals even if the reasoning is incorrect from a logical point of view, the input order of multiple external input signals It is necessary to control.

もう1つの重要性について説明する。複数対複数の関係を文脈によって制御するためである。外部入力信号(文脈を構成する各単語)の順序を制御することにより、任意の順序からなる文脈から情報の絞込みを行うことができる。これは、同じ複数の外部入力信号(単語)が与えられた場合でも、その入力順序の違いにより異なる結論に到達することができることを意味する。つまり、同じ複数個の単語でも、その単語の並び順を変えて文脈を生成すると、それぞれ意味が変わる場合がある。例えば、「若い」、「男」、「女」、「と」という4つの単語の組が与えられた場合、「若い男と女」と「男と若い女」は異なる意味を持つ。前者は、「(若い男)と(女)」あるいは「若い(男と女)」のいずれかの意味を持つ。一方、後者は、「(男)と(若い女)」という1つの意味を持つ。このように同じ単語の組であっても、その順序によっては意味合いの異なる場合がある。こうした単語の組の意味の多様性を解消するには、単語の順序を適切に選択することにより意図した1つの(もしくは極少数)の意味に収斂する必要がある。そのために、複数の外部入力信号の入力順序を制御することが必要となる。   The other importance will be explained. This is because the multiple-to-multiple relationship is controlled by the context. By controlling the order of external input signals (words constituting a context), information can be narrowed down from a context having an arbitrary order. This means that even when the same plurality of external input signals (words) are given, different conclusions can be reached due to the difference in the input order. In other words, even when the same plurality of words are used, if the context is generated by changing the order of the words, the meaning may change. For example, when a set of four words “young”, “male”, “female”, and “to” is given, “young man and woman” and “man and young woman” have different meanings. The former means either “(young man) and (woman)” or “young (man and woman)”. On the other hand, the latter has one meaning of “(male) and (young woman)”. Thus, even the same word set may have different meanings depending on the order. In order to eliminate the diversity of meanings of such word sets, it is necessary to converge to the intended one (or very few) meanings by appropriately selecting the order of the words. Therefore, it is necessary to control the input order of a plurality of external input signals.

確定出力部13は、演算部8から出力される出力信号のうち演算状態判定部14で演算状態が確定されたと判定された出力信号を外部出力信号として外部出力端子4に出力する。そのために、確定出力部13は、演算部8の各単位演算素子8a・・・に対して出力スイッチ13a・・・をそれぞれ有している。図2の例では、6つの出力スイッチ13a,13b,13c,13d,13e,13fがある。各出力スイッチ13a・・・は、1つの入力端に出力端子7の対応する端子が接続され、1つの出力端に外部出力端子4の対応する端子が接続される。さらに、各出力スイッチ13a・・・は、演算状態判定部14から出力確定信号がそれぞれ入力され、出力確定信号に応じてスイッチを作動させる。この際、各出力スイッチ13a・・・では、出力確定信号が出力未確定を示す信号のときにはオフし、出力確定信号が出力確定を示す信号のときにはオンして各単位演算素子からの出力信号を外部出力信号として出力する。   The confirmed output unit 13 outputs, to the external output terminal 4, an output signal that has been determined by the calculation state determination unit 14 that the calculation state has been fixed among the output signals output from the calculation unit 8. For this purpose, the deterministic output unit 13 has an output switch 13a... For each unit arithmetic element 8a. In the example of FIG. 2, there are six output switches 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, and 13f. Each output switch 13a... Has one input terminal connected to the corresponding terminal of the output terminal 7, and one output terminal connected to the corresponding terminal of the external output terminal 4. Further, each output switch 13a... Receives an output confirmation signal from the calculation state determination unit 14 and operates the switch in accordance with the output confirmation signal. At this time, each output switch 13a... Is turned off when the output confirmation signal is a signal indicating that the output has not been confirmed, and is turned on when the output confirmation signal is a signal indicating that the output has been confirmed. Output as an external output signal.

演算状態判定部14は、演算部8の演算状態を判定し、出力信号がある値に収束したか否かを判断する。そのために、演算状態判定部14では、演算部8の各単位演算素子8a・・・の出力信号と入力信号(すなわち、前回の出力信号)を取り入れる。そして、演算状態判定部14では、この出力信号と入力信号を所定の状態判定関数に代入する。所定の状態判定関数は、演算部8の各単位演算素子8a・・・の出力信号の時間変化を検出するための関数であり、出力信号と入力信号との差が0になると0になるような関数であり、例えば、式(2)に示す関数である。演算状態判定部14では、状態判定関数の算出結果が0かあるいは一定値以下の場合には出力確定信号に出力確定を設定し、それ以外の場合には出力未確定を設定する。なお、出力確定信号は、演算部8の各単位演算素子8a・・・の出力信号がある値に確定したか否かを示す信号であり、ある値に確定している場合には出力確定を示す信号が設定され、変動している場合には出力未確定を示す信号が設定される。   The calculation state determination unit 14 determines the calculation state of the calculation unit 8 and determines whether or not the output signal has converged to a certain value. Therefore, the calculation state determination unit 14 takes in the output signal and input signal (that is, the previous output signal) of each unit calculation element 8a. Then, the calculation state determination unit 14 substitutes the output signal and the input signal for a predetermined state determination function. The predetermined state determination function is a function for detecting a time change of the output signal of each unit arithmetic element 8a... Of the arithmetic unit 8, and becomes 0 when the difference between the output signal and the input signal becomes 0. For example, the function shown in Expression (2). The calculation state determination unit 14 sets the output determination to the output determination signal when the calculation result of the state determination function is 0 or below a certain value, and sets the output unconfirmed otherwise. Note that the output confirmation signal is a signal indicating whether or not the output signal of each unit arithmetic element 8a... Of the arithmetic unit 8 has been determined to a certain value. A signal indicating that the output is not determined is set when the signal indicating is set and fluctuating.

信号間に相互の関係がない場合には情報処理装置は安定状態にならないかあるいは演算部8の入力信号と出力信号との誤差が一定の値以下にならないので、信号間に相互の関係があるのか否かを判定できる。したがって、演算状態判定部14で出力信号が確定したか否かの判定を行うことにより、信号間に相互に関係があるのか否かを判定できる。   When there is no mutual relationship between the signals, the information processing apparatus does not become stable or the error between the input signal and the output signal of the arithmetic unit 8 does not become a certain value or less, so there is a mutual relationship between the signals. It can be determined whether or not. Therefore, it is possible to determine whether or not there is a mutual relationship between the signals by determining whether or not the output signal is determined by the calculation state determination unit 14.

この情報処理装置11は、第1の実施の形態に係る情報処理装置1と同様の効果を有する上に以下の効果も有している。情報処理装置11では、複数の外部入力信号の入力順序を制御することにより、異なる信号間の関係を取り出すことができる。そのため、人間に近い情報処理を実現でき、人間的な意味解釈を可能とする会話機能を持ったインタフェースを実現できる。また、情報処理装置11では、演算部8における出力信号がある値に落ち着いてから外部に出力する構成としているので、外部では確定した値のみを取り出すことができるとともに、信号間に相互の関係のある値のみを取り出すことができる。   The information processing apparatus 11 has the same effects as the information processing apparatus 1 according to the first embodiment, and also has the following effects. The information processing apparatus 11 can extract the relationship between different signals by controlling the input order of a plurality of external input signals. Therefore, it is possible to realize an information processing similar to a human and an interface having a conversation function that enables human semantic interpretation. In addition, since the information processing apparatus 11 is configured to output to the outside after the output signal in the arithmetic unit 8 settles to a certain value, only the determined value can be taken out outside, and there is a mutual relationship between the signals. Only certain values can be retrieved.

図3を参照して、第3の実施の形態に係る情報処理装置21について説明する。図3は、第3の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。なお、情報処理装置21では、第1の実施の形態に係る情報処理装置1と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。図3では、外部入力端子2の各端子、切替信号入力端子3の各端子、外部出力端子4の各端子、独立切替部5の各切替スイッチ、入力端子6の各端子、出力端子7の各端子を2つづつしか描いていないが、実際には多数存在する。また、図3には、1番目の単位演算素子8aについてのみ詳細に描いているが、他の単位演算素子も同様の構成を有しており、各単位演算素子では、入力端子6から同じ入力信号が入力され、出力端子7の対応する端子に出力信号をそれぞれ出力する。情報処理装置21では、各単位演算素子8a・・・に対して同様の学習を行う。   With reference to FIG. 3, an information processing apparatus 21 according to a third embodiment will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of an information processing apparatus according to the third embodiment. Note that, in the information processing device 21, the same components as those of the information processing device 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 3, each terminal of the external input terminal 2, each terminal of the switching signal input terminal 3, each terminal of the external output terminal 4, each switch of the independent switching unit 5, each terminal of the input terminal 6, and each of the output terminal 7 Although only two terminals are drawn, there are actually many terminals. In FIG. 3, only the first unit arithmetic element 8a is illustrated in detail, but the other unit arithmetic elements have the same configuration, and each unit arithmetic element has the same input from the input terminal 6. A signal is input and an output signal is output to the corresponding terminal of the output terminal 7. In the information processing apparatus 21, the same learning is performed for each unit arithmetic element 8a.

情報処理装置21は、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させるための装置であり、演算部8(特に、各単位演算素子のシナプス荷重器の荷重値)を調整する。そのために、情報処理装置21は、外部入力端子2、切替信号入力端子3、外部出力端子4、独立切替部5、入力端子6、出力端子7、演算部8及び誤差計算部25、後方学習部26、前方学習部27を備えている。ちなみに、学習によって調整された演算部8では、各外部入力信号に対してつじつまの合った複数の出力信号を出力できるようになる。   The information processing device 21 is a device for learning a mutual relationship between a plurality of signals and adjusts the calculation unit 8 (particularly, the load value of the synapse loader of each unit calculation element). For this purpose, the information processing apparatus 21 includes an external input terminal 2, a switching signal input terminal 3, an external output terminal 4, an independent switching unit 5, an input terminal 6, an output terminal 7, a calculation unit 8, an error calculation unit 25, and a backward learning unit. 26, a forward learning unit 27 is provided. Incidentally, the arithmetic unit 8 adjusted by learning can output a plurality of output signals consistent with each external input signal.

演算部8の各単位演算素子8a・・・は、シナプス荷重器22a・・・、加算器23及び非線形演算器24を有している。シナプス荷重器22a・・・は、神経細胞のシナプス結合を模した荷重器であり、荷重値wijをそれぞれ持っている。各シナプス荷重器22a・・・では、入力端子6の各端子から対応する入力信号がそれぞれ入力され、入力信号に対して荷重値wijを乗算して加算器23に出力する。加算器23は、シナプス荷重器22a・・・でそれぞれ重み付けされた入力信号の総和を算出する加算器である。非線形演算器24は、加算器23の総和値に対して非線形演算を行う演算器であり、出力端子7の対応する端子にその演算結果を出力信号として出力する。非線形演算器24の非線形関数としては、例えば、シグモイド関数やヘビサイド関数である。演算部8への時刻tにおける入力信号をx(t)としたときのi番目の単位演算素子の出力oは、上記した式(1)のように表される。 Each unit arithmetic element 8a... Of the arithmetic unit 8 includes a synapse loader 22a..., An adder 23, and a nonlinear arithmetic unit 24. The synapse loader 22a... Is a loader that imitates the synapse connection of nerve cells and has a load value w ij . Each synapse loader 22a... Receives a corresponding input signal from each terminal of the input terminal 6, multiplies the input signal by a load value w ij , and outputs it to the adder 23. The adder 23 is an adder that calculates the sum of the input signals weighted by the synapse loaders 22a. The nonlinear computing unit 24 is a computing unit that performs nonlinear computation on the total value of the adder 23, and outputs the computation result as an output signal to a corresponding terminal of the output terminal 7. Examples of the nonlinear function of the nonlinear computing unit 24 include a sigmoid function and a snake side function. The output o i of the i-th unit arithmetic element when the input signal to the arithmetic unit 8 at time t is x j (t) is expressed by the above-described equation (1).

誤差計算部25は、演算部8の対応する入力信号と出力信号との誤差を計算する。そのために、誤差計算部25には、演算部8における演算毎(出力信号が出力される毎)に、入力端子6の各端子からの入力信号及び出力端子7の各端子からの出力信号が入力される。そして、誤差計算部25では、その対応する入力信号と出力信号の差を計算し、その差を誤差信号として後方学習部26及び前方学習部27に出力する。   The error calculator 25 calculates an error between the corresponding input signal and output signal of the calculator 8. Therefore, the input signal from each terminal of the input terminal 6 and the output signal from each terminal of the output terminal 7 are input to the error calculation unit 25 for each calculation (every output signal is output) in the calculation unit 8. Is done. Then, the error calculation unit 25 calculates the difference between the corresponding input signal and output signal, and outputs the difference to the backward learning unit 26 and the forward learning unit 27 as an error signal.

後方学習部26は、演算部8の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向(つまり、信号の流れる方向とは逆方向)に沿って誤差信号を伝播させ、誤差が小さくなるように演算部8(特に、各シナプス荷重器の荷重値)を調整する。前方学習部27は、演算部8の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向(つまり、信号の流れる方向)に沿って誤差信号を伝播させ、誤差が小さくなるように演算部8(特に、各シナプス荷重器の荷重値)を調整する。そのために、後方学習部26、前方学習部27には、誤差計算部25で誤差が計算される毎に、誤差計算部25で計算した誤差、各シナプス荷重器22a・・・の荷重値及び非線形演算器24の演算結果(すなわち、出力信号)が入力され、調整した荷重値を各シナプス荷重器22a・・・に出力する。   The backward learning unit 26 propagates the error signal along the propagation direction of the signal from the output signal of the calculation unit 8 to the input signal (that is, the direction opposite to the signal flow direction), so that the error is reduced. 8 (especially, the load value of each synapse loader) is adjusted. The forward learning unit 27 propagates the error signal along the signal propagation direction (that is, the signal flow direction) from the input signal to the output signal of the calculation unit 8, and the calculation unit 8 (particularly, Adjust the load value of each synapse loader. Therefore, each time an error is calculated by the error calculation unit 25, the error calculated by the error calculation unit 25, the load value of each synapse loader 22 a. The calculation result (that is, the output signal) of the calculator 24 is input, and the adjusted load value is output to each synapse loader 22a.

図3を参照して、相互に関連する信号間の関係を学習させる際の情報処理装置21の動作について説明する。まず、初期状態として、情報処理装置21では、独立切替部5の各切替スイッチ5a・・・により、演算部8の全ての出力信号を入力端子6の各端子に送られるように切り替える。このとき、情報処理装置21では、フィードバックの原理により、神経回路網を模した演算部8のシナプス荷重器22a・・・の各荷重値と非線形演算器24の非線形関数によって定まる状態に向けて出力信号o(t)を変化させている。 With reference to FIG. 3, the operation of the information processing apparatus 21 when learning the relationship between mutually related signals will be described. First, as an initial state, in the information processing apparatus 21, all the output signals of the arithmetic unit 8 are switched to be sent to the respective terminals of the input terminal 6 by the respective switches 5 a of the independent switching unit 5. At this time, the information processing device 21 outputs toward the state determined by each load value of the synapse loader 22a... Of the arithmetic unit 8 simulating the neural network and the nonlinear function of the nonlinear operator 24 according to the principle of feedback. The signal o i (t) is changed.

次に、外部入力端子2の各端子に、学習させたい相互に関係する信号が設定される。そして、情報処理装置21では、独立切替部5の各切替スイッチ5a・・・により外部入力端子2に設定された全ての信号が入力端子6の対応する端子に送られるように切り替え、入力端子6の各端子から演算部8にその外部入力信号を入力される。例えば、相互に関係する信号をx (t)とx (t)とした場合、外部入力端子2の1番目と2番目の端子にそれぞれ設定され、このx (t)とx (t)が切替スイッチ5a,5bを介して入力端子6の各端子6a,6bに入力され、さらに、演算部8に入力される。なお、説明を理解し易いようにするために、学習させたい相互に関係する信号としてx (t)とx (t)の2つの信号を設定したが、勿論、3つ以上の信号を設定してもよい。 Next, signals related to each other to be learned are set in each terminal of the external input terminal 2. Then, in the information processing apparatus 21, switching is performed so that all signals set to the external input terminal 2 are sent to the corresponding terminals of the input terminal 6 by the respective switches 5a. The external input signal is input to the calculation unit 8 from each terminal. For example, if the signals related to each other are x 1 E (t) and x 2 E (t), they are set to the first and second terminals of the external input terminal 2, respectively, and this x 1 E (t) and x 2 E (t) is input to the terminals 6 a and 6 b of the input terminal 6 through the change-over switches 5 a and 5 b and further input to the calculation unit 8. In order to make the explanation easy to understand, two signals x 1 E (t) and x 2 E (t) are set as interrelated signals to be learned. A signal may be set.

すると、情報処理装置21では、演算部8のシナプス荷重器22a・・・の各荷重値と非線形演算器24の非線形関数によって定まる状態から、演算部8のシナプス荷重器22a・・・の各荷重値と非線形演算器24の非線形関数に加えて入力端子6の端子6a,6bの入力がx (t)、x (t)である状態に向けて演算部8の出力信号を変化させる。 Then, in the information processing device 21, each load of the synapse loaders 22 a... Of the calculation unit 8 is determined based on each load value of the synapse loaders 22 a. In addition to the value and the nonlinear function of the nonlinear computing unit 24, the output signal of the computing unit 8 is changed toward the state where the inputs of the terminals 6a and 6b of the input terminal 6 are x 1 E (t) and x 2 E (t). Let

情報処理装置21がx (t)とx (t)との相互の関係を既に学習している場合には、この2つの信号x (t),x (t)が同時に外部出力信号o (t),o (t)として出力される情報が安定状態となる。一方、学習していない場合には、式(3)、(4)に示す関係となる。 When the information processing apparatus 21 has already learned the mutual relationship between x 1 E (t) and x 2 E (t), these two signals x 1 E (t) and x 2 E (t) Are simultaneously output as external output signals o 1 E (t) and o 2 E (t). On the other hand, when learning is not performed, the relationship is expressed by the equations (3) and (4).

Figure 2006178666
式(3)、(4)の関係にある場合、演算部8の対応する入力信号と出力信号との間には差があり、これが誤差となる。誤差計算部25では、演算部8から出力信号o(t)が出力される毎に、演算部8の対応する入力信号x(t)と出力信号o(t)とから式(5)により誤差e(t)を計算する。例えば、演算部8の入力信号x(t)と出力信号o(t)の差から誤差e(t)が計算され、入力信号x(t)と出力信号o(t)とから誤差e(t)が計算される。
Figure 2006178666
In the case of the relationship of Expressions (3) and (4), there is a difference between the corresponding input signal and output signal of the calculation unit 8, and this is an error. Each time the output signal o i (t) is output from the calculation unit 8, the error calculation unit 25 calculates the equation (5) from the corresponding input signal x i (t) and output signal o i (t) of the calculation unit 8. ) To calculate the error e i (t). For example, the error e 1 (t) is calculated from the difference between the input signal x 1 (t) and the output signal o 1 (t) of the calculation unit 8, and the input signal x 2 (t) and the output signal o 2 (t) An error e 2 (t) is calculated from

Figure 2006178666
そして、情報処理装置21では、後方学習部26又は/及び前方学習部27により、この計算した各誤差が小さくなるようにシナプス荷重器22a・・・の各荷重値を変化させ、学習を行う。この際、そして、後方学習部26又は/及び前方学習部27では、誤差計算部25で誤差e(t)が計算される毎に、誤差e(t)が小さくなるように荷重値wijを変化させる。そして、演算部8の各単位演算素子8a・・・では、変化された荷重値wijを用いて、演算を行い、出力信号を出力する。この一連の処理が繰り返し行われ、誤差e(t)が小さくなっていき、荷重値wijが調整されていく。やがて、荷重値wijが最適な値に調整され、外部入力端子2に設定された外部入力信号が外部出力信号として出力されるようになる。例えば、外部入力信号x (t),x (t)が外部出力信号o (t),o (t)として出力されるようになる。以下で、後方学習部26と前方学習部27による学習の方法についてそれぞれ説明する。
Figure 2006178666
Then, in the information processing apparatus 21, the backward learning unit 26 and / or the forward learning unit 27 performs learning by changing each load value of the synapse loaders 22a... So that each calculated error becomes small. At this time, in the backward learning unit 26 and / or the forward learning unit 27, each time the error e i (t) is calculated by the error calculation unit 25, the load value w so that the error e i (t) is reduced. Change ij . And each unit arithmetic element 8a ... of the calculating part 8 calculates using the changed load value wij , and outputs an output signal. This series of processing is repeated, and the error e i (t) is reduced, and the load value w ij is adjusted. Eventually, the load value w ij is adjusted to an optimum value, and the external input signal set in the external input terminal 2 is output as the external output signal. For example, the external input signals x 1 E (t) and x 2 E (t) are output as the external output signals o 1 E (t) and o 2 E (t). Hereinafter, learning methods by the backward learning unit 26 and the forward learning unit 27 will be described.

まず、後方学習部26による学習方法について説明する。誤差逆伝播方法と同様に、安定状態において必要な信号間の関係が得られるとしているので、後方学習部26では、式(5)で求められる誤差e(t)を用いてコスト関数を式(6)とし、costが小さくなるようにシナプス荷重器22a・・・の各荷重値wijを変化させる。このとき、各荷重値wijの変化量dwijは式(7)で与えられる。式(7)のγは、正の定数である。ここで、de/dwijは、誤差逆伝播法の導出に従って計算をすすめることにより、式(8)の形式で与えられる。 First, a learning method by the backward learning unit 26 will be described. Similar to the error back-propagation method, the relationship between necessary signals in the stable state is obtained, and therefore the backward learning unit 26 uses the error e i (t) obtained by Equation (5) to express the cost function. In (6), each load value w ij of the synapse loader 22a... Is changed so that cost becomes small. In this case, the change amount dw ij of each weight value w ij is given by Equation (7). In the equation (7), γ is a positive constant. Here, de a / dw ij is given in the form of equation (8) by proceeding with the calculation according to the derivation of the error back propagation method.

Figure 2006178666
式(8)の右辺のKijは、演算子の間に接続がある場合には1、接続がない場合には0である構造因子である。通常、構造因子は、初期状態で定めたままで固定するが、必要に応じて変化させてもよい。また、(I−F’W)の逆行列(I−F’W)−1は、これを正確に計算してもよいが、(I−F’W)−1=1+F’W+(F’W)+(F’W)+(F’W)+・・・と形式的に展開したものの低次の項の和をもって近似してもよい。
Figure 2006178666
K ij on the right side of Equation (8) is a structural factor that is 1 when there is a connection between operators and 0 when there is no connection. Usually, the structural factor is fixed as it is in the initial state, but may be changed as necessary. In addition, the inverse matrix (IF′W) −1 of (IF−W) may calculate this accurately, but (IF−W) −1 = 1 + F′W + (F ′ W) 2 + (F′W) 3 + (F′W) 4 +... May be approximated by the sum of the low-order terms.

次に、前方学習部27による学習方法について説明する。前方学習部27では、もっと直接的に、内部状態に注目してシナプス荷重器22a・・・の各荷重値wijを変化させることにより、式(5)で求められる誤差e(t)を小さくする。つまり、式(9)の関係となるような荷重値の変化量dwijを求め、それに従って荷重値wijを変化させる。このときの荷重値の変化量dwijは、一次オーダーのものは式(10)の関係であればよいので、式(11)に示す値となる。 Next, a learning method by the forward learning unit 27 will be described. The forward learning unit 27 changes the load value w ij of the synapse loader 22a... More directly by paying attention to the internal state, thereby changing the error e i (t) obtained by Expression (5). Make it smaller. That is, the load value change amount dw ij that satisfies the relationship of Expression (9) is obtained, and the load value w ij is changed accordingly. The change amount dw ij of the load value at this time is the value shown in the equation (11) because the value of the primary order may be the relationship of the equation (10).

Figure 2006178666
式(10)のλは学習速度を決めるパラメータである。一次オーダーの荷重値wijの変化を代入して計算を進めることにより、二次以上のオーダーの項も計算できる。このように、この学習方法は、誤差を信号の流れる方向に伝播させることに対応するので、前方学習と呼んでいる。
Figure 2006178666
In equation (10), λ is a parameter that determines the learning speed. By substituting the change in the load value w ij of the primary order and proceeding with the calculation, it is possible to calculate the terms of the secondary order and higher. Thus, this learning method is called forward learning because it corresponds to propagating an error in the direction of signal flow.

この情報処理装置21によれば、学習機能を付加し、演算部8への入力を外部入力信号とフィードバック信号(出力信号)とで独立に切り替える機能を設けることにより、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させることができる。この学習によって演算部8を構築することによって、複数対複数の相互の関係における複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った複数の外部出力信号を取り出すことができる。特に、情報処理装置21では、誤差を信号の流れる方向に沿って伝播させながら学習を行うこともできるとともに、誤差を信号の流れる逆方向に沿って伝播させながら学習を行うこともできる。   According to the information processing apparatus 21, a learning function is added, and a function for independently switching an input to the calculation unit 8 between an external input signal and a feedback signal (output signal) is provided, so that a plurality of signals can be transmitted between a plurality of signals. You can learn the mutual relationship. By constructing the calculation unit 8 by this learning, it is possible to extract a plurality of external output signals that are consistent with an arbitrary external input signal among a plurality of external input signals in a plurality of pairs. . In particular, the information processing apparatus 21 can perform learning while propagating an error along the direction of signal flow, and can also perform learning while propagating an error along the reverse direction of signal flow.

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.

例えば、本実施の形態では各機能を実現するためのプログラムを予め格納したコンピュータによって構成したが、各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して頒布することも可能である。このような記録媒体としては、例えば、ハードディスク及びフレキシブルディスク等の磁気媒体、CD−ROM及びDVD−ROM等の光学媒体、フロプティカルディスク等の磁気光学媒体、あるいは、プログラム命令を実行又は格納するように特別に配置されたRAM、ROM及び半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどである。また、このような記録媒体からプログラム等を読み取る記録媒体読取用のドライブ(例えば、フレキシブルディスクドライブ)を情報処理装置に接続しておいてもよい。また、各機能を実現するプログラムをネットワークを介してダウンロードすることにより頒布することも可能である。また、ハードウエアによって各部を構成することも可能である。   For example, although the present embodiment is configured by a computer in which a program for realizing each function is stored in advance, the program for realizing each function can be recorded on a computer-readable recording medium and distributed. is there. As such a recording medium, for example, a magnetic medium such as a hard disk and a flexible disk, an optical medium such as a CD-ROM and a DVD-ROM, a magneto-optical medium such as a floppy disk, or a program instruction is executed or stored. Specially arranged hardware devices such as RAM, ROM and semiconductor non-volatile memory. Further, a recording medium reading drive (for example, a flexible disk drive) for reading a program or the like from such a recording medium may be connected to the information processing apparatus. It is also possible to distribute a program that realizes each function by downloading it via a network. Also, each unit can be configured by hardware.

また、第3の実施の形態では前方学習部及び後方学習部を備える構成としたが、いずれか一方の学習部を備える構成でも、複数対複数の信号間の相互の関係を学習し、演算部を構築することができる。   In the third embodiment, the forward learning unit and the backward learning unit are configured. However, even in the configuration including any one of the learning units, a mutual relationship between a plurality of signals is learned, and an arithmetic unit Can be built.

また、本実施の形態では演算子を線形変換とシグモイド関数による非線形変換によって構成したが、演算子の構成はこれらに限定されるものではなく、例えば、関数fは非単調なものであってもよいし、線形変換の部分も入力の2次、3次といった高次の項を含むものであってもよいし、それ以上の複雑な関数であってもよい。   In this embodiment, the operator is configured by linear transformation and nonlinear transformation by a sigmoid function. However, the configuration of the operator is not limited to these. For example, the function f may be non-monotonous. Alternatively, the linear transformation part may include high-order terms such as the second order and third order of the input, or may be a more complicated function than that.

第1の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。It is a block diagram of the information processing apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。It is a block diagram of the information processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。It is a block diagram of the information processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21…情報処理装置、2…外部入力端子、3…切替信号入力端子、4…外部出力端子、5…独立切替部、5a,5b,5c…切替スイッチ、6…入力端子、7…出力端子、8…演算部、8a,8b,8c,8d,8e,8f…単位演算素子、12…外部入力制御部、13…確定出力部、13a,13b,13c,13d,13e,13f…出力スイッチ、14…演算状態判定部、22a,22b,22c,22d,22e,22f…シナプス荷重器、23…加算器、24…非線形演算器、25…誤差計算部、26…後方学習部、27…前方学習部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11,21 ... Information processing apparatus, 2 ... External input terminal, 3 ... Switching signal input terminal, 4 ... External output terminal, 5 ... Independent switching part, 5a, 5b, 5c ... Switch, 6 ... Input terminal, 7 ... output terminal, 8 ... arithmetic unit, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f ... unit arithmetic element, 12 ... external input control unit, 13 ... confirmed output unit, 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f ... Output switch, 14... Arithmetic state determination unit, 22 a, 22 b, 22 c, 22 d, 22 e, 22 f... Synaptic loader, 23 ... adder, 24 ... nonlinear operation unit, 25 ... error calculation unit, 26 ... backward learning unit, 27 … Forward learning department

Claims (12)

外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部を備えることを特徴とする情報処理装置。
An information processing apparatus comprising an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells,
An independent switching unit having a plurality of switches for switching input signals to the plurality of arithmetic elements between an external input signal from the external input terminal and an output signal from the arithmetic element, wherein the plurality of switches operate independently; An information processing apparatus comprising:
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号に基づいて情報処理装置における処理状態を判定する演算状態判定部を備えることを特徴とする請求項1に記載する情報処理装置。   The information processing apparatus according to claim 1, further comprising an arithmetic state determination unit that determines a processing state in the information processing apparatus based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element. 外部入力信号と外部出力信号とに矛盾がある場合でも外部出力信号を出力することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する情報処理装置。   3. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the external output signal is output even when there is a contradiction between the external input signal and the external output signal. 前記矛盾がある部分を明示することを特徴とする請求項3に記載する情報処理装置。   The information processing apparatus according to claim 3, wherein a portion having the contradiction is clearly indicated. 外部入力信号が前記演算素子に順次入力されるように制御する外部入力制御部を備えることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載する情報処理装置。   5. The information processing apparatus according to claim 1, further comprising an external input control unit that controls an external input signal to be sequentially input to the arithmetic elements. 6. 外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する前方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
An information processing apparatus comprising an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells,
An error calculator that calculates an error based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element;
A forward learning unit that propagates the error calculated by the error calculation unit along a propagation direction of a signal from the input signal to the output signal of the calculation element and adjusts the calculation element so that the error is reduced. An information processing apparatus characterized by the above.
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
An information processing apparatus comprising an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells,
An independent switching unit that has a plurality of switches that switch an input signal to the plurality of arithmetic elements between an external input signal from the external input terminal and an output signal from the arithmetic element, and the plurality of switches operate independently; ,
An error calculator that calculates an error based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element;
A backward learning unit for propagating the error calculated by the error calculation unit along the propagation direction of the signal from the output signal of the calculation element to the input signal and adjusting the calculation element so that the error is reduced; An information processing apparatus characterized by the above.
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する前方学習部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
An information processing apparatus comprising an external input terminal that receives an external input signal, an external output terminal that outputs an external output signal to the outside, and a plurality of arithmetic elements that simulate nerve cells,
An independent switching unit that has a plurality of switches that switch an input signal to the plurality of arithmetic elements between an external input signal from the external input terminal and an output signal from the arithmetic element, and the plurality of switches operate independently; ,
An error calculator that calculates an error based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element;
A forward learning unit that propagates an error calculated by the error calculation unit along a propagation direction of a signal from an input signal of the calculation element to an output signal, and adjusts the calculation element so as to reduce the error;
A backward learning unit for propagating the error calculated by the error calculation unit along the propagation direction of the signal from the output signal of the calculation element to the input signal and adjusting the calculation element so that the error is reduced; An information processing apparatus characterized by the above.
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力する情報処理方法であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップを含むことを特徴とする情報処理方法。
An information processing method for receiving an external input signal, performing an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputting an external output signal,
An information processing method comprising: an independent switching step of switching input signals to the plurality of arithmetic elements between an external input signal and an output signal from the arithmetic elements, and performing the plurality of switching independently.
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力する情報処理方法であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、
前記誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する学習ステップと
を含むことを特徴とする情報処理方法。
An information processing method for receiving an external input signal, performing an operation simulating a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputting an external output signal,
An independent switching step in which input signals to the plurality of arithmetic elements are respectively switched between an external input signal and an output signal from the arithmetic element, and the plurality of switching is independently performed;
An error calculating step for calculating an error based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element;
And a learning step of adjusting the arithmetic element so that the error calculated in the error calculation step is reduced.
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A computer-readable recording medium that records an information processing program for receiving an external input signal, performing an operation that simulates a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputting an external output signal,
An information processing program for switching an input signal to the plurality of arithmetic elements between an external input signal and an output signal from the arithmetic element and causing the computer to execute an independent switching step for independently performing the plural switching is recorded. Computer-readable recording medium.
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、
前記誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する学習ステップと
をコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A computer-readable recording medium that records an information processing program for receiving an external input signal, performing an operation that simulates a nerve cell by a plurality of arithmetic elements, and outputting an external output signal,
An independent switching step in which input signals to the plurality of arithmetic elements are respectively switched between an external input signal and an output signal from the arithmetic element, and the plurality of switching is independently performed;
An error calculating step for calculating an error based on an input signal to the arithmetic element and an output signal from the arithmetic element;
A computer-readable recording medium recording an information processing program for causing a computer to execute a learning step of adjusting the arithmetic element so that an error calculated in the error calculation step is reduced.
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