JP2612640B2 - Signal processing circuit, signal processing network, signal processing device, and signal processing method - Google Patents

Signal processing circuit, signal processing network, signal processing device, and signal processing method

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JP2612640B2
JP2612640B2 JP2412448A JP41244890A JP2612640B2 JP 2612640 B2 JP2612640 B2 JP 2612640B2 JP 2412448 A JP2412448 A JP 2412448A JP 41244890 A JP41244890 A JP 41244890A JP 2612640 B2 JP2612640 B2 JP 2612640B2
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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、神経細胞回路網を模倣
したニューラルコンピュータ等に適用可能な信号処理回
路、信号処理回路網、信号処理装置及び信号処理方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit, a signal processing circuit network, a signal processing device, and a signal processing method applicable to a neural computer or the like imitating a neural cell network.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体の情報処理の基本的な単位である神
経細胞(ニューロン)の機能を模倣し、さらに、この
「神経細胞模倣素子」をネットワークにし、情報の並列
処理を目指したのが、いわゆるニューラルネットワーク
である。文字認識や連想記憶、運動制御等、生体ではい
とも簡単に行われていても、従来のノイマン型コンピュ
ータではなかなか達成しないものが多い。生体の神経
系、特に生体特有の機能、即ち並列処理、自己学習等を
模倣して、これらの問題を解決しようとする試みが盛ん
に行われている。これらの試みは、計算機シミュレーシ
ョンで行われているものが多く、本来の機能を発揮する
には、並列処理が必要であり、そのためにはニューラル
ネットワークのハードウエア化が必要である。一部で
は、既にハードウエア化の試みも行われているが、ニュ
ーラルネットワークの特徴の一つである自己学習機能が
実現できず、大きなネックとなっている。また、殆どの
ものがアナログ回路で実現されており、後述するように
動作の点で問題がある。
2. Description of the Related Art The aim was to imitate the functions of nerve cells (neurons), which are the basic units of information processing in living organisms, and to make this "neural cell mimicry element" into a network for parallel processing of information. This is a so-called neural network. Even if it is very easily performed on a living body, such as character recognition, associative memory, and movement control, there are many that are not easily achieved by a conventional Neumann computer. Attempts have been made to solve these problems by imitating the nervous system of a living body, in particular, functions unique to the living body, that is, parallel processing, self-learning, and the like. Many of these trials have been performed by computer simulations, and parallel processing is required to exhibit their original functions, and for this purpose, hardware implementation of a neural network is required. Some have already attempted to implement hardware, but the self-learning function, which is one of the features of neural networks, cannot be realized, which is a major bottleneck. Most of the components are realized by analog circuits, and there is a problem in operation as described later.

【0003】以下、従来方式を順に検討する。まず、従
来のニューラルネットワークのモデルについて説明す
る。図34はある1つの神経細胞ユニット1を表す図で
あり、図33はこれをネットワークにしたものである。
1つの神経細胞ユニットは多数の他の神経細胞ユニット
と結合し信号を受け、それを処理して出力を出す。図3
3の場合、ネットワークは階層型であり、1つ前(左
側)の層のユニットより信号を受け、1つ後(右側)の
層のユニットへ出力する。
[0003] The conventional method will be examined below in order. First, a conventional neural network model will be described. FIG. 34 is a diagram showing a certain neuron unit 1, and FIG. 33 is a diagram showing this as a network.
One neuron unit combines with and receives signals from many other neuron units, processes it, and outputs. FIG.
In the case of 3, the network is hierarchical, and receives a signal from the unit of the immediately preceding (left) layer and outputs it to the unit of the next (right) layer.

【0004】より詳細に説明する。まず、図34の神経
細胞ユニット1において、他の神経細胞ユニットと自分
のユニットとの結合の度合いを表すのが結合係数と呼ば
れるもので、i番目のユニットとj番目のユニットの結
合係数を、一般にTijで表す。結合には、相手のニュー
ロンからの信号が大きいほど自分の出力が大きくなる興
奮性結合と、逆に、相手のニューロンからの信号が大き
いほど自分の出力が小さくなる抑制性結合があるが、T
ij>0が興奮性結合、Tij<0が抑制性結合を表す。い
ま、自分のユニットがj番目のユニットであるとし、i
番目のユニットの出力をyi とするとこれに結合係数T
ijを掛けたTiji が、自分のユニットへの入力とな
る。前述したように、各ユニットは多数のユニットと結
合しているので、それらのユニットに対するTiji
足し合わせた結果なるΣTiji が、自分のユニットへ
の入力となる。これを内部電位といい、uj で表す。
[0004] This will be described in more detail. First, in the nerve cell unit 1 of FIG. 34, what is called a coupling coefficient represents the degree of coupling between another neuron unit and its own unit. The coupling coefficient between the i-th unit and the j-th unit is Generally represented by T ij . The connection includes an excitatory connection in which the larger the signal from the partner neuron, the larger the output is, and a conversely, the larger the signal from the partner neuron, the smaller the output, the inhibitory connection.
ij > 0 indicates an excitatory connection, and Tij <0 indicates an inhibitory connection. Now, suppose that your own unit is the j-th unit, i
If the output of the th unit is y i , the coupling coefficient T
ij multiplied by the T ij y i becomes the input to their unit. As described above, since each unit is connected to many units, ΣT ij y i obtained by adding T ij y i to those units is an input to its own unit. This is called an internal potential and is represented by u j .

【0005】 uj =ΣTiji …………………………………
(1)
U j = ΣT ij y i …………………………………….
(1)

【0006】次に、この入力に対して、非線形な処理を
して出力とする。この時の関数を神経細胞応答関数と呼
び、非線形関数として、(2)式及び図35に示すような
シグモイド関数を用いる。
Next, the input is subjected to a non-linear process to produce an output. The function at this time is called a nerve cell response function, and a sigmoid function as shown in Equation (2) and FIG. 35 is used as a nonlinear function.

【0007】[0007]

【数1】 f(x)=1/(1+e-x) ………………(2)F (x) = 1 / (1 + e -x ) (2)

【0008】図33に示すようにネットワークにした時
には、各結合定数Tijを与え、(1)(2)式を次々と計算
することにより、最終的な出力が得られるものである。
When a network is formed as shown in FIG. 33, a final output is obtained by giving each coupling constant T ij and successively calculating equations (1) and (2).

【0009】一方、このようなネットワークを電気回路
により実現したものの一例として、図36に示すような
ものがある。これは、特開昭62−295188号公報
中に示されるもので、基本的には、S字形伝達関数を有
する複数の増幅器2と、各増幅器2の出力を他の層の増
幅器の入力に一点鎖線で示すように接続する抵抗性フィ
ードバック回路網3とが設けられている。各増幅器2の
入力側には接地されたコンデンサと接地された抵抗とに
よるCR時定数回路4が個別に接続されている。そし
て、入力電流I1,I2,〜,INが各増幅器2の入力に
供給され、出力はこれらの増幅器2の出力電圧の集合か
ら得られる。
On the other hand, an example of such a network realized by an electric circuit is shown in FIG. This is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-295188. Basically, a plurality of amplifiers 2 having an S-shaped transfer function and the output of each amplifier 2 is connected to the input of an amplifier of another layer by one point. A resistive feedback network 3 is provided which connects as shown in dashed lines. A CR time constant circuit 4 composed of a grounded capacitor and a grounded resistor is individually connected to the input side of each amplifier 2. Then, input currents I 1 , I 2 ,..., And IN are supplied to the inputs of each amplifier 2, and the output is obtained from a set of output voltages of these amplifiers 2.

【0010】ここに、入力や出力の信号の強度を電圧で
表し、神経細胞間の結合の強さは、各細胞間の入出力ラ
インを結ぶ抵抗5(抵抗性フィードバック回路網3中の
格子点)の抵抗値で表され、神経細胞応答関数は各増幅
器2の伝達関数で表される。また、神経細胞間の結合に
は、前述のように興奮性と抑制性とがあり数学的には結
合係数の正負符号により表される。しかし、回路上の定
数で正負を実現するのは困難であるので、ここでは、増
幅器2の出力を2つに分け、一方の出力を反転させるこ
とにより、正負の2つの信号を生成し、これを適当に選
択することにより実現するようにしている。また、図3
5に示したシグモイド関数に相当するものとしては増幅
器が用いられている。
Here, the strength of the input or output signal is represented by a voltage, and the strength of the connection between nerve cells is determined by the resistance 5 (a grid point in the resistive feedback network 3) connecting input / output lines between the cells. ), And the nerve cell response function is represented by the transfer function of each amplifier 2. As described above, the connection between nerve cells has excitability and inhibition, and is mathematically represented by the sign of the connection coefficient. However, since it is difficult to realize positive and negative with constants on the circuit, here, the output of the amplifier 2 is divided into two, and one output is inverted to generate two positive and negative signals. Is appropriately selected. FIG.
An amplifier is used as a function corresponding to the sigmoid function shown in FIG.

【0011】しかしながら、これらの回路には、次のよ
うな問題点がある。 結合定数Tijが固定であり、予めシミュレーション
などの他の方法で学習させた値を使うしかなく、自己学
習ができない。 信号の強度を電位や電流などのアナログ値で表し、
内部の演算もアナログ的に行わせる場合、温度特性や電
源投入直後のドリフト等により、その値が変化する。 ネットワークであるので、素子の数も多く必要とす
るが、各々の特性を揃えることは困難である。 1つの素子の精度や安定性が問題となったとき、そ
れをネットワークにしたとき、新たな問題を生ずる可能
性があり、ネットワーク全体で見たときの動きが予想で
きない。
However, these circuits have the following problems. The coupling constant T ij is fixed, and a value learned in advance by another method such as simulation can only be used, and self-learning cannot be performed. Signal strength is represented by analog values such as potential and current,
When the internal calculation is performed in an analog manner, the value changes due to temperature characteristics, drift immediately after turning on the power, and the like. Since it is a network, a large number of elements are required, but it is difficult to make the characteristics of each element uniform. When the accuracy or stability of one element becomes a problem, when it is made into a network, there is a possibility that a new problem may occur, and the movement when viewed as a whole network cannot be predicted.

【0012】一方、数値計算で用いられる学習法則とし
ては、バックプロパゲーションと呼ばれる下記のような
ものがある。
On the other hand, as a learning rule used in numerical calculation, there is the following one called back propagation.

【0013】まず、各結合係数は最初にランダムに与え
ておく。この状態で、入力を与えると、出力結果は必ず
しも望ましいものではない。例えば、文字認識の場合、
手書きの「1」の文字を与えたとすると、出力結果とし
て「この文字は『1』である」と出るのが望ましい結果
であるが、結合係数がランダムであると必ずしも望まし
い結果とはならない。そこで、このネットワークに正解
(教師信号)を与えて、再び、同じ入力があったとき正
解となるように各結合係数を変化させる。このとき、結
合係数を変化させる量を求めるアルゴリズムが、バック
プロパゲーションと呼ばれているものである。
First, each coupling coefficient is randomly given first. In this state, if an input is given, the output result is not always desirable. For example, in the case of character recognition,
If a handwritten character "1" is given, it is desirable that the output result is "this character is" 1 "". However, if the coupling coefficient is random, the desired result is not necessarily obtained. Therefore, a correct answer (teacher signal) is given to this network, and each coupling coefficient is changed again so that the correct answer is obtained when the same input is received. At this time, an algorithm for obtaining the amount by which the coupling coefficient is changed is called back propagation.

【0014】例えば、図33に示したような階層型のネ
ットワークにおいて、最終層のj番目のニューロン出力
をyj とし、そのニューロンに対する教師信号をdj
すると、 E=Σ(dj −yj )2 …………………………(3) で表されるEが最小となるように、 ΔTij=∂E/∂Tij …………………………(4) を用いて、結合係数Tijを変化させる。さらに具体的に
は、まず、出力層と、その1つ前の層との結合係数を求
める場合には、 δj=(dj−yj)×f′(uj) ……………………(5) を用いて、δ(誤差信号)を求め、それよりさらに前の
層同士の結合係数を求める場合には、 δj=Σδjij×f′(uj) ……………………(6) を用いて、δ(誤差信号)を求め、 ΔTij=η(δjyj)+αΔTij(前回の学習時) Tij=Tij(前回の学習時)+ΔTij…(7) を求めて、Tijを変化させる。ここに、ηは学習定数、
αは安定化定数と呼ばれるものである。各々論理的には
求められないので、経験的に求める。一般的には、これ
らの数値が小さいほど収束が遅く、また、大きいと振動
してしまう傾向にある。オーダ的には1程度のものであ
る。また、f′はシグモイド関数fの1階微分関数であ
る。
For example, in the hierarchical network shown in FIG. 33, if the output of the j-th neuron in the final layer is y j and the teacher signal for the neuron is d j , then E = Σ (d j −y j ) 2 ΔT ij = ∂E / ∂T ij …………… (4) so that E expressed by (3) becomes minimum. Is used to change the coupling coefficient T ij . More specifically, first, when calculating the coupling coefficient between the output layer and the immediately preceding layer, δ j = (d j −y j ) × f ′ (u j ). (5) is used to obtain δ (error signal), and to obtain the coupling coefficient between the layers before that, δ j = Σδ j T ij × f ′ (u j ) (6) is used to obtain δ (error signal), and ΔT ij = η (δjyj) + αΔT ij (at the time of the previous learning) T ij = T ij (at the time of the previous learning) + ΔT ij ... (7) is obtained and T ij is changed. Where η is the learning constant,
α is called a stabilization constant. Since each is not logically determined, it is determined empirically. In general, the smaller these values are, the slower the convergence is. The order is about one. Further, f 'is a first derivative function of the sigmoid function f.

【0015】このようにして学習をし、その後、再び入
力を与えて出力を計算し、学習をする。この操作を何回
も繰返すうちに、やがて、与えられた入力に対して望ま
しい結果が得られるような結合係数Tijが決定される。
Learning is performed in this manner. Thereafter, an input is given again, an output is calculated, and learning is performed. As this operation is repeated many times, a coupling coefficient T ij that will obtain a desired result for a given input is determined.

【0016】さて、このような学習方法を何んらかの方
法でハードウエア化しようとした場合、学習には、多量
の四則演算が必要であり、実現が困難である。学習方法
そのものもハードウエア化に対しては不向きである。
If the learning method is to be implemented by hardware in some way, the learning requires a large amount of four arithmetic operations, which is difficult to realize. The learning method itself is not suitable for hardware implementation.

【0017】一方、デジタル回路でニューラルネットを
実現したものの例を図37ないし図39を参照して説明
する。図37は単一の神経細胞の回路構成を示し、各シ
ナプス回路6を樹状突起回路7を介して細胞体回路8に
接続してなる。図38はその内のシナプス回路6の構成
例を示し、係数回路9を介して入力パルスfに倍率a
(フィードバック信号に掛ける倍率で1又は2)を掛け
た値が入力されるレートマルチプライヤ10を設けてな
り、レートマルチプライヤ10には重み付けの値wを記
憶したシナプス荷重レジスタ11が接続されている。ま
た、図39は細胞体回路8の構成例を示し、制御回路1
2、アップ/ダウンカウンタ13、レートマルチプライ
ヤ14及びゲート15を順に接続してなり、さらに、ア
ップ/ダウンメモリ16が設けられている。
On the other hand, an example in which a neural network is realized by a digital circuit will be described with reference to FIGS. FIG. 37 shows a circuit configuration of a single nerve cell. Each synapse circuit 6 is connected to a cell body circuit 8 via a dendrite circuit 7. FIG. 38 shows an example of the configuration of the synapse circuit 6 in which a magnification a is applied to an input pulse f via a coefficient circuit 9.
There is provided a rate multiplier 10 to which a value multiplied by (multiplied by 1 or 2 by the feedback signal) is input, and a synapse load register 11 storing a weight value w is connected to the rate multiplier 10. . FIG. 39 shows a configuration example of the cell body circuit 8, and the control circuit 1
2, an up / down counter 13, a rate multiplier 14, and a gate 15 are sequentially connected, and an up / down memory 16 is further provided.

【0018】これは、神経細胞ユニットの入出力をパル
ス列で表し、そのパルス密度で信号の量を表している。
結合係数は2進数で表し、メモリ16上に保存してお
く。入力信号をレートマルチプライヤ14のクロックへ
入力し、結合係数をレート値へ入力することによって、
入力信号のパルス密度をレート値に応じて減らしてい
る。これは、バックプロパゲーションモデルの式のTij
iの部分に相当する。次に、ΣTiji のΣの部分
は、樹状突起回路7によって示されるOR回路で実現し
ている。結合には興奮性、抑制性があるので、予めグル
ープ分けしておき、各々のグループ別にORをとる。こ
の2つの出力をカウンタ13のアップ側、ダウン側に入
力しカウントすることで出力が得られる。この出力は2
進数であるので、再びレートマルチプライヤ14を用い
て、パルス密度に変換する。このユニットをネットワー
クにすることによって、ニューラルネットワークが実現
できる。学習については、最終出力を外部のコンピュー
タに入力して、コンピュータ内部で数値計算を行い、そ
の結果を結合係数のメモリ16に書込むことにより実現
している。従って、自己学習機能は全くない。また、回
路構成もパルス密度の信号をカウンタを用いて一旦数値
に直し、その後、再びパルス密度に直しており、複雑な
ものになっている。
The input / output of the nerve cell unit is represented by a pulse train, and the amount of signal is represented by the pulse density.
The coupling coefficient is represented by a binary number and stored in the memory 16. By inputting the input signal to the clock of the rate multiplier 14 and inputting the coupling coefficient to the rate value,
The pulse density of the input signal is reduced according to the rate value. This is the T ij of the back propagation model equation.
y i . Next, the portion {} of {T ij y i } is realized by an OR circuit indicated by the dendrite circuit 7. Since the coupling has excitatory and inhibitory properties, it is grouped in advance and OR is performed for each group. An output is obtained by inputting these two outputs to the up side and the down side of the counter 13 and counting. This output is 2
Since it is a decimal number, it is converted into a pulse density by using the rate multiplier 14 again. By making this unit a network, a neural network can be realized. The learning is realized by inputting the final output to an external computer, performing a numerical calculation inside the computer, and writing the result to the coupling coefficient memory 16. Therefore, there is no self-learning function. In addition, the circuit configuration is complicated because the signal of the pulse density is once converted into a numerical value by using a counter, and then converted into the pulse density again.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】このように従来技術に
よる場合、ハードウエア上で自己学習ができないという
欠点がある。
As described above, the prior art has a disadvantage that self-learning cannot be performed on hardware.

【0020】また、アナログ回路は動作に確実性がな
く、数値計算による学習方法も計算が複雑であり、ハー
ドウエア化に適さない。一方、動作が確実なデジタル方
式のものは回路構成が複雑である。
Further, the operation of an analog circuit is not reliable, and the learning method by numerical calculation is complicated in calculation, and is not suitable for hardware implementation. On the other hand, a digital type which operates reliably has a complicated circuit configuration.

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の信号処理
装置は、入力信号を受信するための入力手段と、論理回
路で形成されて結合係数を供給するための供給手段及び
結合係数と入力信号との各々に論理演算処理を行いその
演算処理結果を出力する論理演算手段を備えて前記入力
手段に結合されたフォワードプロセス手段と、前記論理
演算手段の出力信号と教師信号とから生成される誤差信
号に基づき新しい結合係数を生成する結合係数生成手段
及び前記供給手段により供給される結合係数を前記結合
係数生成手段によって生成された新しい結合係数に変更
する結合係数変更手段を備えて前記フォワードプロセス
手段に結合された自己学習手段とからなる神経細胞模倣
回路を用いたものである。ここに、請求項2記載の信号
処理装置は、請求項1記載の信号処理装置における自己
学習手段中の結合係数生成手段を、誤差信号と学習定数
に基づいて新しい結合係数を生成する手段としたもので
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus comprising: an input means for receiving an input signal; a supply means formed by a logic circuit for supplying a coupling coefficient; A logical processing unit for performing a logical operation on each of the signals and outputting a result of the operation, a forward processing unit coupled to the input unit, and an output signal of the logical operation unit and a teacher signal. A coupling coefficient generating unit for generating a new coupling coefficient based on an error signal; and a coupling coefficient changing unit for changing a coupling coefficient supplied by the supplying unit to a new coupling coefficient generated by the coupling coefficient generating unit. It uses a neuron mimic circuit consisting of self-learning means coupled to the means. Here, in the signal processing device according to claim 2, the coupling coefficient generation means in the self-learning means in the signal processing device according to claim 1 is a means for generating a new coupling coefficient based on the error signal and the learning constant. Things.

【0025】請求項3記載の信号処理装置は、請求項1
記載の信号処理装置の構成に関して、入力手段が、第1
の2進数入力信号を受信するための複数の第1の入力ラ
インと、第2の2進数入力信号を受信するための複数の
第2の入力ラインとからなり、供給手段が、結合係数を
格納するための第1のメモリ手段と第2のメモリ手段と
を含み、論理演算手段が、前記第1の入力ラインから受
信した前記第1の2進数入力信号の一つと前記第1のメ
モリ手段から読み出されたその入力ラインに対応する結
合係数との論理積を前記第1の2進数入力信号の各々に
ついて得るための第1のゲート手段と、前記第2の入力
ラインから受信した前記第2の2進数入力信号の一つと
前記第2のメモリ手段から読み出されたその入力ライン
に対応する結合係数との論理積を前記第2の2進数入力
信号の各々について得るための第2のゲート手段と、前
記第1のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得るた
めの第3のゲート手段と、前記第2のゲート手段の論理
積出力同士の論理和を得るための第4のゲート手段と、
前記第4のゲート手段の論理和出力を反転させるインバ
ータと、前記第3のゲート手段の論理和出力とこのイン
バータにより反転された論理和出力との論理積及び論理
和を得るためのゲートを含む出力手段とを備えたもので
ある。ここに、請求項4記載の信号処理装置は、請求項
3記載の信号処理装置において、第1の入力ライン、第
1のメモリ手段、第1のゲート手段及び第3のゲート手
段が興奮性結合グループを形成し、第2の入力ライン、
第2のメモリ手段、第2のゲート手段、第4のゲート手
段及びインバータが抑制性結合グループを形成し、前記
第3のゲート手段、第4のゲート手段、インバータ及び
出力手段が、前記興奮性結合グループから得られる出力
と前記抑制性結合グループから得られる出力とについて
多数決に基づいてニューロンユニットの出力信号を決定
するための多数決決定手段を形成したものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus.
Regarding the configuration of the signal processing device described in the above, the input means is the first
A plurality of first input lines for receiving a binary input signal and a plurality of second input lines for receiving a second binary input signal, wherein the supplying means stores the coupling coefficient. A first memory means and a second memory means for performing logical operation on one of the first binary input signals received from the first input line and the first memory means. First gate means for obtaining, for each of the first binary input signals, a logical product of the read coupling coefficient corresponding to the input line and the second gate signal received from the second input line; A second gate for obtaining, for each of said second binary input signals, the logical product of one of said binary input signals and the coupling coefficient corresponding to that input line read from said second memory means Means and said first gate hand A third gate means for obtaining a logical sum of the logical product outputs of the a fourth gate means for obtaining a logical sum of the logical product outputs of the said second gate means,
An inverter for inverting a logical sum output of the fourth gate means; and a gate for obtaining a logical product and a logical sum of the logical sum output of the third gate means and the logical sum output inverted by the inverter. Output means. The signal processing device according to claim 4 is the signal processing device according to claim 3, wherein the first input line, the first memory unit, the first gate unit, and the third gate unit are excitatively coupled. Forming a group, a second input line,
The second memory means, the second gate means, the fourth gate means and the inverter form an inhibitory coupling group, and the third gate means, the fourth gate means, the inverter and the output means comprise the excitatory A majority decision means is provided for determining an output signal of a neuron unit based on a majority decision between an output obtained from a connection group and an output obtained from the inhibitory connection group.

【0026】請求項5記載の信号処理装置は、各々論理
演算手段を有する複数の集合体からなる階層型の信号処
理装置において、前記論理演算手段から出力される最終
出力信号とこの論理演算手段に対応する教師信号とを比
較してこの教師信号のみに存在する信号を正の誤差信
号、前記最終出力信号のみに存在する信号を負の誤差信
号とするこの論理演算手段における誤差信号を生成する
比較出力手段と、他の集合体を構成する演算手段にその
出力信号を与えるある集合体内の論理演算手段において
前記他の集合体を構成する演算手段との結合状態を表す
興奮性の結合係数信号と抑制性の結合係数信号との少な
くとも一方の信号からなる結合係数信号と、前記他の集
合体を構成する演算手段における正の誤差信号と負の誤
差信号とからなる誤差信号とを用い、前記結合係数信号
のうちで興奮性の結合係数信号と前記正の誤差信号、及
び、前記結合係数信号のうちで抑制性の結合係数信号と
前記負の誤差信号とに基づいて論理演算して前記ある集
合体内の論理演算手段における正の誤差信号を生成し、
前記結合係数信号のうちで抑制性の結合係数信号と他の
集合体における前記正の誤差信号、及び、前記結合係数
信号のうちで興奮性の結合係数信号と前記負の誤差信号
とに基づいて論理演算して前記ある集合体内の論理演算
手段における負の誤差信号を生成する誤差信号生成手段
と、前記他の集合体を構成する論理演算手段に入力され
る全ての入力信号とこの論理演算手段における正の誤差
信号と負の誤差信号と、この論理演算手段にその出力信
号を与える前記ある集合体を構成する演算手段との結合
状態を表す結合係数信号とに基づいてこの結合係数信号
を制御する結合係数制御手段とを設けたものである。請
求項6記載の信号処理装置は、各々論理演算手段を有す
る第1の集合体、最終集合体及び前記第1の集合体から
の出力信号を受けて前記最終集合体に出力信号を供給す
る中間集合体からなり、前記集合体内である集合体内の
論理演算手段と別の集合体内の論理演算手段との間で相
互に信号の送受信を行なって前記第1の集合体に入力信
号が与えられたときに前記最終集合体から出力される最
終出力信号と特定の教師信号とを比較し、この比較結果
に基づいて前記論理演算手段間の全ての結合係数を制御
することにより、与えられた前記入力信号に対して得ら
れる最終集合体内の論理演算手段からの前記最終出力信
号を前記教師信号に収束させるようにした階層型の信号
処理装置において、前記最終集合体内の論理演算手段か
ら出力される前記最終出力信号とこの論理演算手段に対
応する教師信号とを比較してこの教師信号のみに存在す
る信号を正の誤差信号、前記最終出力信号のみに存在す
る信号を負の誤差信号とするこの論理演算手段における
誤差信号を生成する比較出力手段と、他の集合体を構成
する演算手段にその出力信号を与えるある集合体内の論
理演算手段において前記他の集合体を構成する演算手段
との結合状態を表す興奮性の結合係数信号と抑制性の結
合係数信号との少なくとも一方の信号からなる結合係数
信号と、前記他の集合体を構成する演算手段における正
の誤差信号と負の誤差信号とからなる誤差信号とを用
い、前記結合係数信号のうちで興奮性の結合係数信号と
前記正の誤差信号、及び、前記結合係数信号のうちで抑
制性の結合係数信号と前記負の誤差信号とに基づいて論
理演算して前記ある集合体内の論理演算手段における正
の誤差信号を生成し、前記結合係数信号のうちで抑制性
の結合係数信号と他の集合体における前記正の誤差信
号、及び、前記結合係数信号のうちで興奮性の結合係数
信号と前記負の誤差信号とに基づいて論理演算して前記
ある集合体内の論理演算手段における負の誤差信号を生
成する誤差信号生成手段と、前記他の集合体を構成する
論理演算手段に入力される全ての入力信号とこの論理演
算手段における正の誤差信号と負の誤差信号と、この論
理演算手段にその出力信号を与える前記ある集合体を構
成する演算手段との結合状態を表す結合係数信号とに基
づいてこの結合係数信号を制御する結合係数制御手段と
を設けたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the hierarchical signal processing device comprising a plurality of sets each having a logical operation means, a final output signal outputted from the logical operation means and the logical operation means A comparison is made with the corresponding teacher signal to generate an error signal in the logical operation means, wherein a signal existing only in the teacher signal is a positive error signal and a signal existing only in the final output signal is a negative error signal. An output means, and an excitatory coupling coefficient signal representing a coupling state between the arithmetic means constituting the other aggregate in a logical arithmetic means within one aggregate which provides an output signal to the arithmetic means constituting another aggregate; and A coupling coefficient signal consisting of at least one of the suppression coupling coefficient signal and an error consisting of a positive error signal and a negative error signal in the arithmetic means constituting the other aggregate. Using the signal, based on the excitatory coupling coefficient signal and the positive error signal of the coupling coefficient signal, and the suppressive coupling coefficient signal and the negative error signal of the coupling coefficient signal Performing a logical operation to generate a positive error signal in the logical operation means in the certain set,
Of the coupling coefficient signals, the positive error signal in the suppression coupling coefficient signal and the other aggregate, and, based on the excitatory coupling coefficient signal and the negative error signal in the coupling coefficient signal, Error signal generating means for performing a logical operation to generate a negative error signal in the logical operation means in the certain set, all input signals input to the logical operation means constituting the other set, and the logical operation means The coupling coefficient signal is controlled on the basis of the positive error signal and the negative error signal in the above, and a coupling coefficient signal indicating a coupling state between the logical means and the arithmetic means which constitutes the certain assembly which provides the output signal to the logical arithmetic means. And a coupling coefficient control means. 7. The signal processing device according to claim 6, further comprising a first aggregate having a logical operation means, a final aggregate, and an output signal received from the first aggregate and supplying an output signal to the final aggregate. An input signal is provided to the first aggregate by mutually transmitting and receiving signals between a logical operation unit in the aggregate that is an aggregate and a logical operation unit in another aggregate that is an aggregate. By comparing a final output signal output from the final assembly with a specific teacher signal and controlling all coupling coefficients between the logical operation means based on the comparison result, the input given In the hierarchical signal processing device configured to converge the final output signal from the logical operation means in the final set obtained for the signal to the teacher signal, before the signal is output from the logical operation means in the final set. The final output signal is compared with a teacher signal corresponding to the logical operation means, and a signal existing only in the teacher signal is regarded as a positive error signal, and a signal existing only in the final output signal is regarded as a negative error signal. A connection state between the comparison output means for generating an error signal in the arithmetic means and the arithmetic means constituting the other aggregate in the logical arithmetic means in one aggregate for providing the output signal to the arithmetic means constituting another aggregate From a coupling coefficient signal composed of at least one of an excitatory coupling coefficient signal and an inhibitory coupling coefficient signal, and a positive error signal and a negative error signal in arithmetic means constituting the other aggregate. Using the following error signal, the excitatory coupling coefficient signal and the positive error signal among the coupling coefficient signals, and the suppressive coupling coefficient signal and the negative error among the coupling coefficient signals. Signal to generate a positive error signal in the logical operation means in the certain set, and a suppressive coupling coefficient signal among the coupling coefficient signals and the positive error signal in another set. And an error signal generating means for performing a logical operation based on the excitatory coupling coefficient signal and the negative error signal among the coupling coefficient signals to generate a negative error signal in the logical operation means in the certain set And all the input signals input to the logical operation means constituting the other aggregate, the positive error signal and the negative error signal in the logical operation means, and the output signal to the logical operation means. Coupling coefficient control means for controlling the coupling coefficient signal based on a coupling coefficient signal indicating a coupling state with the arithmetic means constituting the aggregate.

【0027】請求項7記載の信号処理装置は、請求項1
記載の信号処理装置における神経細胞模倣回路が、この
神経細胞模倣回路の外部から学習定数を任意に設定する
ための学習定数設定手段を有するものとしたものであ
る。請求項8記載の信号処理装置は、請求項1記載の信
号処理装置の構成に関して、入力手段が、2進数入力信
号を受信するための複数の入力ラインからなり、供給手
段が、結合係数が属している興奮性結合グループ又は抑
制性結合グループの一つを示し前記結合係数と対応する
グルーピング情報を格納するためのメモリ手段を有し、
論理演算手段が、前記入力ラインから受信した前記2進
数入力信号の一つと前記メモリ手段から読み出されたそ
の入力ラインに対応する結合係数との論理積を前記2進
数入力信号の各々について得るための第1のゲート手段
と、前記メモリ手段から読み出された前記グルーピング
情報の一つと前記第1のゲート手段から出力される対応
する論理積出力との論理積を得るための第2のゲート手
段と、前記メモリ手段から読み出された前記グルーピン
グ情報の一つの反転情報と前記第1のゲート手段から出
力される対応する論理積出力との論理積を得るための第
3のゲート手段と、前記第2のゲート手段の論理積出力
同士の論理和を得るための第4のゲート手段と、前記第
3のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得るための
第5のゲート手段と、この第5のゲート手段の論理和出
力を反転させるインバータと、前記第4のゲート手段の
論理和出力とこのインバータにより反転された論理和出
力との論理積又は論理和を得るためのゲート手段を含む
出力手段とを備えたものである。請求項9記載の信号処
理装置は、請求項1記載の信号処理装置の構成に関し
て、入力手段が、2進数入力信号を受信するための複数
の入力ラインからなり、供給手段が、結合係数を格納す
る第1のメモリ手段と第2のメモリ手段とを有し、論理
演算手段が、前記入力ラインから受信した前記2進数入
力信号の一つと前記第1のメモリ手段から読み出された
その入力ラインに対応する結合係数との論理積を前記2
進数入力信号の各々について得るための第1のゲート手
段と、前記入力ラインから受信した前記2進数入力信号
の一つと前記第2のメモリ手段から読み出されたその入
力ラインに対応する結合係数との論理積を前記2進数入
力信号の各々について得るための第2のゲート手段と、
前記第1のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第3のゲート手段と、前記第2のゲート手段の論
理積出力同士の論理和を得るための第4のゲート手段
と、この第4のゲート手段の論理和出力を反転させるイ
ンバータと、前記第3のゲート手段の論理和出力とこの
インバータにより反転された論理和出力との論理積又は
論理和を得るためのゲートを含む出力手段とを備えたも
のである。請求項10記載の信号処理装置は、請求項9
記載の信号処理装置において、第1のメモリ手段、第1
のゲート手段及び第3のゲート手段が興奮性結合グルー
プを形成し、第2のメモリ手段、第2のゲート手段、第
4のゲート手段及びインバータが抑制性結合グループを
形成し、前記第3のゲート手段、第4のゲート手段、イ
ンバータ及び出力手段が、前記興奮性結合グループから
得られる出力と前記抑制性結合グループから得られる出
力とについて多数決に基づいてニューロンユニットの出
力信号を決定するための多数決決定手段を形成したもの
である。
[0027] The signal processing apparatus according to claim 7 is the first embodiment.
A neural cell mimic circuit in the described signal processing device has learning constant setting means for arbitrarily setting a learning constant from outside the neural cell mimic circuit. In the signal processing device according to the eighth aspect, in the configuration of the signal processing device according to the first aspect, the input unit includes a plurality of input lines for receiving a binary input signal, and the supply unit includes a coupling coefficient. Memory means for indicating one of the excitatory coupling group or the inhibitory coupling group that is present and storing grouping information corresponding to the coupling coefficient,
Logical operation means for obtaining, for each of the binary input signals, a logical product of one of the binary input signals received from the input line and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the memory means. And a second gate means for obtaining a logical product of one of the grouping information read from the memory means and a corresponding logical product output output from the first gate means And third gate means for obtaining a logical product of one inversion information of the grouping information read from the memory means and a corresponding logical product output outputted from the first gate means; Fourth gate means for obtaining the logical sum of the logical product outputs of the second gate means, and fifth gate means for obtaining the logical sum of the logical product outputs of the third gate means An inverter for inverting a logical sum output of the fifth gate means, and a gate means for obtaining a logical product or a logical sum of the logical sum output of the fourth gate means and the logical sum output inverted by the inverter And output means including: According to a ninth aspect of the present invention, in the signal processing apparatus according to the first aspect, the input unit includes a plurality of input lines for receiving a binary input signal, and the supply unit stores the coupling coefficient. A first memory means and a second memory means, wherein the logical operation means is configured to output one of the binary input signals received from the input line and the input line read from the first memory means. The logical product with the coupling coefficient corresponding to
First gating means for obtaining each of the binary input signals; one of the binary input signals received from the input line and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the second memory means; Second gating means for obtaining the logical product of each of the binary input signals;
Third gate means for obtaining the logical sum of the logical product outputs of the first gate means, fourth gate means for obtaining the logical sum of the logical product outputs of the second gate means, An inverter for inverting the logical sum output of the fourth gate means; and a gate for obtaining a logical product or logical sum of the logical sum output of the third gate means and the logical sum output inverted by the inverter. Output means. According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus according to the ninth aspect.
The signal processing device according to claim 1, wherein the first memory means, the first memory means,
And the third gate means form an excitatory coupling group, the second memory means, the second gate means, the fourth gate means, and the inverter form an inhibitory coupling group, and A gating means, a fourth gating means, an inverter and an output means for determining an output signal of the neuron unit based on a majority decision on an output obtained from the excitatory connection group and an output obtained from the inhibitory connection group. It forms the majority decision means.

【0028】請求項11記載の信号処理装置は、ニュー
ロンユニットへの複数の入力信号を処理し、その処理結
果を出力信号として出力する信号処理装置において、複
数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号と
の各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号とし
て出力するフォワードプロセス手段と、このフォワード
プロセス手段により得られる出力信号と教師信号との差
を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御して学習を
行う自己学習手段とからなる神経細胞模倣回路を備え、
前記差を、教師信号と出力信号とが異なったときに教師
信号側に存在するパルスからなる第1の誤差成分と出力
信号側に存在するパルスからなる第2の誤差成分とした
ものである。請求項12記載の信号処理装置は、ニュー
ロンユニットへの複数の入力信号を処理し、その処理結
果を出力信号として出力する信号処理装置において、複
数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号と
の各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号とし
て出力するフォワードプロセス手段と、このフォワード
プロセス手段により得られる出力信号と教師信号との差
を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御して学習を
行う自己学習手段とからなる神経細胞模倣回路を備え、
前記差が、負値でない値をとる第1の誤差成分と第2の
誤差成分とよりなり、前記フォワードプロセス手段によ
り得られる出力信号と教師信号との差が前記第1の誤差
成分と前記第2の誤差成分との差に等しくしたものであ
る。請求項13記載の信号処理装置は、請求項12記載
の信号処理装置に関して、第1の誤差信号は、フォワー
ドプロセス手段から出力される出力信号と教師信号を論
理否定した信号との論理積により算出し、第2の誤差信
号は、フォワードプロセス手段から出力される出力信号
を論理否定した信号と教師信号との論理積により算出す
るようにしたものである。また、請求項14記載の信号
処理装置は、請求項12記載の信号処理装置に関して、
フォワードプロセス手段によって処理される信号と、自
己学習手段によって処理される信号との同期をとるよう
にしたものである。さらに、請求項15記載の信号処理
装置は、請求項1,5,6,11,12又は14記載の
信号処理装置に関して、少なくとも、入力信号、出力信
号、結合係数信号、教師信号及び誤差信号を、パルス密
度を表すパルス列により表される信号としたものであ
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal. Forward processing means for performing respective arithmetic processing with an input signal to be processed and outputting the result of the arithmetic operation as an output signal; and the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between an output signal obtained by the forward processing means and a teacher signal. A neural cell mimicking circuit comprising self-learning means for learning by controlling
The difference is a first error component consisting of a pulse present on the teacher signal side when the teacher signal differs from the output signal, and a second error component consisting of a pulse present on the output signal side. A signal processing device according to claim 12, wherein the signal processing device processes a plurality of input signals to a neuron unit and outputs a processing result as an output signal, wherein the plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to the coupling coefficients are provided. And a forward processing means for outputting the result of the calculation as an output signal, and controlling the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between the output signal and the teacher signal obtained by the forward processing means. Equipped with a neuron mimicry circuit consisting of self-learning means for learning
The difference is made up of a first error component and a second error component having non-negative values, and the difference between the output signal obtained by the forward processing means and the teacher signal is the first error component and the second error component. 2 is equal to the difference from the error component 2. According to a thirteenth aspect of the present invention, in the signal processing device of the twelfth aspect, the first error signal is calculated by a logical product of an output signal output from the forward processing means and a signal obtained by logically negating the teacher signal. The second error signal is calculated by the logical product of a signal obtained by logically negating the output signal output from the forward processing means and the teacher signal. Further, the signal processing device according to claim 14 relates to the signal processing device according to claim 12,
The signal processed by the forward processing means is synchronized with the signal processed by the self-learning means. Further, the signal processing device according to claim 15 relates to the signal processing device according to claim 1, 5, 6, 11, 12, or 14, and outputs at least an input signal, an output signal, a coupling coefficient signal, a teacher signal, and an error signal. , A signal represented by a pulse train representing the pulse density.

【0029】請求項16記載の信号処理方法は、ニュー
ロンユニットへの複数の入力信号を処理し、その処理結
果を出力信号として出力する信号処理方法において、複
数の結合係数とこれらの係合係数に対応する入力信号と
の各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号とし
て出力するフォワードプロセスを実行するステップと、
このフォワードプロセスにより得られる出力信号と教師
信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御
して自己学習プロセスを実行するステップとからなり、
前記差を、教師信号と出力信号とが異なったときに教師
信号側に存在するパルスからなる第1の誤差成分と出力
信号側に存在するパルスからなる第2の誤差成分とした
ものである。請求項17記載の信号処理方法は、ニュー
ロンユニットへの複数の入力信号を処理し、その処理結
果を出力信号として出力する信号処理方法において、複
数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号と
の各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号とし
て出力するフォワードプロセスを実行するステップと、
このフォワードプロセスにより得られる出力信号と教師
信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御
して自己学習プロセスを実行するステップとからなり、
前記差が、負値でない値をとる第1の誤差成分と第2の
誤差成分とよりなり、前記フォワードプロセスにより得
られる出力信号と教師信号との差が前記第1の誤差成分
と前記第2の誤差成分との差に等しくしたものである。
請求項18記載の信号処理方法は、請求項16又は17
記載の信号処理方法に関して、第1の誤差信号は、フォ
ワードプロセスから出力される出力信号と教師信号を論
理否定した信号との論理積により算出し、第2の誤差信
号は、フォワードプロセスから出力される出力信号を論
理否定した信号と教師信号との論理積により算出するよ
うにしたものである。また、請求項19記載の信号処理
方法は、請求項16又は17記載の信号処理方法に関し
て、フォワードプロセスによって処理される信号と、自
己学習プロセスによって処理される信号との同期をとる
ようにしたものである。さらに、請求項20記載の信号
処理方法は、請求項16又は17記載の信号処理方法に
関して、少なくとも、入力信号、出力信号、結合係数信
号、教師信号及び誤差信号を、パルス密度を表すパルス
列により表される信号としたものである。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the signal processing method for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal, a plurality of coupling coefficients and an engagement coefficient of the plurality of coupling coefficients are determined. Performing each operation with a corresponding input signal and executing a forward process of outputting the operation result as an output signal;
Controlling the coupling coefficient based on an error signal indicating a difference between the output signal and the teacher signal obtained by the forward process and executing a self-learning process,
The difference is a first error component consisting of a pulse present on the teacher signal side when the teacher signal differs from the output signal, and a second error component consisting of a pulse present on the output signal side. A signal processing method according to claim 17, wherein a plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to these coupling coefficients are processed in a signal processing method for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal. Performing a forward process of performing each of the arithmetic processing of and a calculation result as an output signal,
Controlling the coupling coefficient based on an error signal indicating a difference between the output signal and the teacher signal obtained by the forward process and executing a self-learning process,
The difference comprises a first error component and a second error component having non-negative values, and a difference between an output signal obtained by the forward process and a teacher signal is a difference between the first error component and the second error component. Is made equal to the difference from the error component.
The signal processing method according to claim 18 is the method according to claim 16 or 17.
Regarding the described signal processing method, the first error signal is calculated by the logical product of the output signal output from the forward process and the signal obtained by logically negating the teacher signal, and the second error signal is output from the forward process. The output signal is calculated by the logical product of a signal obtained by logically negating the output signal and the teacher signal. A signal processing method according to claim 19 is the signal processing method according to claim 16 or 17, wherein a signal processed by a forward process and a signal processed by a self-learning process are synchronized. It is. Further, in the signal processing method according to claim 20, in the signal processing method according to claim 16 or 17, at least the input signal, the output signal, the coupling coefficient signal, the teacher signal, and the error signal are represented by a pulse train representing a pulse density. This is the signal to be performed.

【0030】[0030]

【作用】これらの信号処理回路、信号処理回路網、信号
処理装置ないしは信号処理方法によれば、自己学習機能
を含めて神経細胞網の機能をハードウエア上で並列的に
行わせることができ、自己学習機能が発揮され、従来の
コンピュータシミュレーションのシリアル処理による計
算に比べ処理速度が著しく向上する。このとき、デジタ
ル回路構成により動作は確実なものとなる。特に、全て
をパルス密度表現によるデジタル的な信号処理としたの
で、増幅器の温度特性等の影響を受ける等のアナログ方
式のような不都合は生じない。
According to the signal processing circuit, the signal processing circuit network, the signal processing device or the signal processing method, the functions of the neural cell network including the self-learning function can be performed in parallel on the hardware. The self-learning function is exhibited, and the processing speed is remarkably improved as compared with the calculation by the serial processing of the conventional computer simulation. At this time, the operation is assured by the digital circuit configuration. In particular, since all the signals are digital signal processing based on the pulse density expression, there is no inconvenience in the analog system such as the influence of the temperature characteristics of the amplifier.

【0031】特に、請求項5又は6記載の発明のように
構成すれば、ニューロンの機能をソフトウエアで実現す
ることも可能であり、ソフトウエアの変更だけでネット
ワークの構成の変更も可能となり、柔軟性及び汎用性に
富んだネットワークの構築が可能となる。
[0031] In particular, with the configuration according to the fifth or sixth aspect of the present invention, the function of the neuron can be realized by software, and the network configuration can be changed only by changing the software. A flexible and versatile network can be constructed.

【0032】このとき、結合には興奮性と抑制性との2
種類があるが、請求項8,9又は10記載の発明のよう
に、結合係数の正負により2グループに分けてグループ
毎に処理した後で、一方の否定結果と他方の結果との論
理積又は論理和をとる処理、又は、両者の割合による多
数決論理により決定する柔軟な処理でよく、よって、論
理回路なるデジタル回路で実現できる。
At this time, there are two types of binding, excitatory and inhibitory.
There are types, but as in the invention according to claim 8, 9 or 10, after dividing into two groups according to the sign of the coupling coefficient and processing each group, the logical product of one negative result and the other result or The processing may be a logical sum or a flexible processing determined by majority logic based on the ratio of the two, and thus can be realized by a digital circuit as a logic circuit.

【0033】また、結合係数についてもメモリ上に用意
されており、抵抗等による場合と異なり、書換え可能で
汎用性を持つものとなる。
The coupling coefficient is also prepared on the memory, and is rewritable and versatile, unlike the case of using a resistor or the like.

【0034】さらには、学習係数を可変としたので、実
際の応用環境に即した、効率的で使いやすいものとな
る。
Further, since the learning coefficient is made variable, it becomes efficient and easy to use in accordance with the actual application environment.

【0035】[0035]

【実施例】本発明の第一の実施例を図1ないし図12に
基づいて説明する。本実施例は、自己学習機能を持たせ
るものであり、自己学習を可能とするには、結合係数を
可変としなければならない。このための結合係数可変回
路20の回路構成を図2に示す。即ち、結合係数を表す
抵抗21を多数用意しておき、これを切換え回路22に
より適宜切換えることにより結合係数を可変とする。切
換え回路22は外部コントローラより2進数を入力させ
ることにより切換え可能な市販されているものでよい。
ここでは、例えば電圧値のような外部コントローラから
のアナログ値を2進数に変換するA/D変換器23が用
いられている。また、A/D変換器23のサインビット
を用いて切換え回路24をも切換え制御し、反転増幅器
25を通すか通さないかの選択により興奮性出力と抑制
性出力との切換えが行われる。これにより外部信号Sに
応じて結合係数が可変となり、入力信号に対して任意の
結合係数を掛けた出力が得られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment has a self-learning function. To enable self-learning, the coupling coefficient must be variable. FIG. 2 shows a circuit configuration of the coupling coefficient variable circuit 20 for this purpose. That is, a large number of resistors 21 representing the coupling coefficient are prepared, and the coupling coefficient is made variable by appropriately switching the resistance by the switching circuit 22. The switching circuit 22 may be a commercially available circuit that can be switched by inputting a binary number from an external controller.
Here, an A / D converter 23 that converts an analog value such as a voltage value from an external controller into a binary number is used. The switching circuit 24 is also switched and controlled using the sign bit of the A / D converter 23, and switching between the excitatory output and the suppressive output is performed by selecting whether or not to pass through the inverting amplifier 25. As a result, the coupling coefficient becomes variable according to the external signal S, and an output obtained by multiplying the input signal by an arbitrary coupling coefficient is obtained.

【0036】図3はこのような結合係数可変回路20を
用いて、(1)(2)式を表すものである。ここでは、結合
係数可変回路20は1つ前の層からの入力に対して各々
の結合係数を掛け合わせる機能を持ち、加算回路26に
入力されて加算される。加算回路26は例えば図4に示
すように市販のオペアンプ27を用いることにより容易
に実現できる。ここに、オペアンプ27は加算用である
が反転増幅器構成であるので、さらにアンプ28を用い
て再度反転させて出力させるように構成されている。加
算回路26の出力側には(2)式のような入出力関係を持
つ非線形のアンプ29が接続されている。その入力信号
は(1)式の内部電位に相当する。
FIG. 3 shows equations (1) and (2) using such a coupling coefficient variable circuit 20. Here, the coupling coefficient variable circuit 20 has a function of multiplying the input from the immediately preceding layer by each coupling coefficient, and is input to the addition circuit 26 and added. The addition circuit 26 can be easily realized by using a commercially available operational amplifier 27 as shown in FIG. 4, for example. Here, the operational amplifier 27 is for addition, but has an inverting amplifier configuration, so that the operational amplifier 27 is further inverted using the amplifier 28 and output. A non-linear amplifier 29 having an input / output relationship as shown in equation (2) is connected to the output side of the adder circuit 26. The input signal corresponds to the internal potential of equation (1).

【0037】次に、結合係数を決定するための外部信号
Sを作成する方法について説明する。これは、(5)〜
(7)式に相当するもので、これを実現するための回路が
必要となる。まず、(5)(6)式中のf′は、図35に示
したシグモイド関数fの1階微分関数であり、図5に示
すような特性のものである。これを実現するf′信号作
成回路30は例えば図6に示すように複数のアンプ31
〜35を多段に接続し、非線形の山型特性を持つ回路に
より構成される。このf′信号作成回路30の入出力特
性は図7に示すようなものとなる。この回路30は必ず
しも図5のような特性を正確に実現するものではない
が、近似的には成り立つといえる。また、f′信号作成
回路30に対して入力する前に予め非線形の入出力特性
を持つアンプ(図示せず)を設ければ、例えば図8に示
すような入出力特性となり、より図5の特性に近づくこ
とになる。
Next, a method of creating the external signal S for determining the coupling coefficient will be described. This is (5) ~
This is equivalent to the equation (7), and requires a circuit for realizing this. First, f 'in the expressions (5) and (6) is a first-order differential function of the sigmoid function f shown in FIG. 35, and has a characteristic as shown in FIG. For example, as shown in FIG.
To 35 are connected in multiple stages, and constituted by a circuit having a nonlinear mountain-shaped characteristic. The input / output characteristics of the f 'signal generation circuit 30 are as shown in FIG. Although this circuit 30 does not necessarily realize the characteristics as shown in FIG. 5 exactly, it can be said that it approximately holds. If an amplifier (not shown) having non-linear input / output characteristics is provided before inputting the signal to the f 'signal generation circuit 30, the input / output characteristics are, for example, as shown in FIG. It will approach the characteristics.

【0038】(5)式に相当する誤差信号発生回路36の
例を図9に示す。図中の回路30は図6に示したもの
で、内部電位(図3中のアンプ29に対する入力)に図
7又は図8に示したような関数処理を施す。一方、出力
層のニューロンユニット出力と教師信号との差をとる減
算回路37が設けられている。この減算回路37は図4
に示したような回路を用い、片方の入力を予めアンプで
反転させておけばよい。これらの回路30,37の出力
は乗算回路38に入力されて積がとられ、(5)式と同様
な結果が得られる。
FIG. 9 shows an example of the error signal generating circuit 36 corresponding to the equation (5). The circuit 30 in the figure is as shown in FIG. 6, and performs a function process as shown in FIG. 7 or FIG. 8 on the internal potential (input to the amplifier 29 in FIG. 3). On the other hand, there is provided a subtraction circuit 37 for taking the difference between the neuron unit output of the output layer and the teacher signal. This subtraction circuit 37 is shown in FIG.
In this case, one input may be inverted by an amplifier in advance using a circuit as shown in FIG. The outputs of these circuits 30 and 37 are input to a multiplication circuit 38 and multiplied to obtain a result similar to the equation (5).

【0039】一方、(6)式に相当する誤差信号発生回路
39の例を図10に示す。即ち、前述したような回路構
成の結合係数可変回路20、加算回路26、f′信号作
成回路30とともに、これらの回路26,30の出力の
積をとる乗算回路40を設けてなる。このような構成は
(6)式と等価となる。よって、これに予め図9に示した
ような回路36又は別の層における図10に示すような
回路39により作成された誤差信号と内部電圧とを入力
させることにより、最終的には(6)式と同様な出力が得
られる。さらに、(7)式に相当する結合係数生成回路4
1は乗算回路により実現できる。図11はこれを示し、
まず、乗算回路42が設けられている。これは種々市販
されているものでよく、ある層のニューロンの出力と前
述した回路で作成した誤差信号と定数ηとの積をとる。
この乗算回路42の出力は加算回路43に入力され、遅
延回路44を用いて、TとΔTとから新しいTを生成す
る。よって、加算回路43からの出力は(7)式に相当す
るものとなる。
FIG. 10 shows an example of the error signal generating circuit 39 corresponding to the equation (6). That is, in addition to the coupling coefficient variable circuit 20, the adding circuit 26, and the f 'signal generating circuit 30 having the above-described circuit configuration, a multiplying circuit 40 for obtaining the product of the outputs of these circuits 26 and 30 is provided. Such a configuration
This is equivalent to equation (6). Therefore, by previously inputting the error signal and the internal voltage generated by the circuit 36 as shown in FIG. 9 or the circuit 39 as shown in FIG. 10 in another layer, (6) An output similar to the expression is obtained. Further, the coupling coefficient generation circuit 4 corresponding to the equation (7)
1 can be realized by a multiplication circuit. FIG. 11 illustrates this,
First, a multiplication circuit 42 is provided. This may be various commercially available ones, and takes the product of the output of the neuron of a certain layer, the error signal created by the above-described circuit, and the constant η.
The output of the multiplication circuit 42 is input to an addition circuit 43, and a new T is generated from T and ΔT using a delay circuit 44. Therefore, the output from the adding circuit 43 is equivalent to the equation (7).

【0040】しかして、図1はこれらの回路をまとめて
構成した神経細胞模倣回路45の例を示す。即ち、この
図1の回路45はネットワーク上では図33中に破線で
囲んで示す部分に相当する。ブロックB1は、図3に示
した回路に相当し、その演算出力は1つ先の各ニューロ
ンヘ送出される。また、ブロックB2は図10に示した
誤差信号発生回路39に相当する。即ち、1つ先の層の
ブロックB2−1とこの図に示す当該ニューロンのブロ
ックB2−2とで丁度図10の構成と同じとなり、同様
に、当該ニューロンのブロックB2−1と1つ前のブロ
ックB2−2とで丁度図10の構成と同じとなる。ネッ
トワーク全体は図33のように多層構造となっているの
で、誤差信号発生回路39のブロックを真ん中で切って
2つに分けても等価となる。また、ブロックB3−1,
B3−2,〜,B3−Nは図11に示した結合係数生成
回路41及びA/D変換器23に相当する(なお、図1
では遅延回路44は図示を省略してある)。このブロッ
クB3−1,B3−2,〜,B3−Nで新たに求められ
た結合係数Tを用いて、図2に示した結合係数可変回路
20で各結合係数を変化させる。同じ結合係数をブロッ
クB1,B2−1の2個所で使用するので、図1に示す
ように2つを連動可変させる。即ち、図1でブロックB
2−1,B3の回路及びブロックB1中の結合係数可変
回路20部分が自己学習回路に相当し、ブロックB1の
残りの部分及びブロックB2−2の部分が神経細胞模倣
素子に相当する。つまり、図1に示す神経細胞模倣回路
45の構成例は、請求項1記載の発明の信号処理回路構
成例を示すものである。
FIG. 1 shows an example of a nerve cell mimic circuit 45 constructed by combining these circuits. That is, the circuit 45 shown in FIG. 1 corresponds to a portion surrounded by a broken line in FIG. 33 on the network. The block B1 corresponds to the circuit shown in FIG. 3, and its operation output is sent to the next neuron. The block B2 corresponds to the error signal generation circuit 39 shown in FIG. That is, the block B2-1 of the next layer and the block B2-2 of the neuron shown in this figure have exactly the same configuration as that of FIG. 10, and similarly, the block B2-1 of the neuron immediately before the block B2-1. The block B2-2 has the same configuration as that of FIG. Since the entire network has a multilayer structure as shown in FIG. 33, it is equivalent even if the block of the error signal generation circuit 39 is cut in the middle and divided into two. Block B3-1,
B3-2 to B3-N correspond to the coupling coefficient generation circuit 41 and the A / D converter 23 shown in FIG.
In the figure, the delay circuit 44 is not shown). Using the coupling coefficients T newly obtained in the blocks B3-1, B3-2,..., B3-N, each coupling coefficient is changed by the coupling coefficient variable circuit 20 shown in FIG. Since the same coupling coefficient is used in two places of the blocks B1 and B2-1, the two are interlocked and variable as shown in FIG. That is, block B in FIG.
The circuits 2-1 and B3 and the portion of the coupling coefficient variable circuit 20 in the block B1 correspond to a self-learning circuit, and the remaining portion of the block B1 and the portion of the block B2-2 correspond to a nerve cell mimic element. In other words, the configuration example of the nerve cell mimic circuit 45 shown in FIG. 1 shows a configuration example of the signal processing circuit according to the first aspect of the present invention.

【0041】図1に示すように構成されたブロックを図
33のように網状に接続してネットワークとし、さら
に、最終出力層の出力部分に図9で示したような誤差信
号発生回路36を取付ければ、ニューラルネットワーク
が実現できる。
The blocks constructed as shown in FIG. 1 are connected in a network as shown in FIG. 33 to form a network, and an error signal generating circuit 36 as shown in FIG. 9 is attached to the output portion of the final output layer. Then, a neural network can be realized.

【0042】上記回路構成について、具体例を用いて説
明する。まず、前述した各ブロックの加算回路等には全
て市販の汎用オペアンプを用いて構成し、256入力2
56出力の図1のような神経細胞模倣回路45及び図1
1のような結合係数生成回路41を多数作製した。次
に、これらの回路45,41の各々の入出力線を接続し
てネットワークとした。ネットワーク構成は、3層構成
とし、第1層は256個、第2層は4個、第3層は5個
の神経細胞模倣回路ユニットからなるようにした。さら
に、第3層の出力を図9に示したような誤差信号発生回
路36に接続した。このようなネットワークの第1層の
各ユニットに何んらかの入力を与えると、最初は出力結
果が必ずしも所望のものとはならないが、自己学習回路
を持つため、やがて、出力結果は所望のもの、即ち、教
師信号となる。
The above circuit configuration will be described using a specific example. First, a commercially available general-purpose operational amplifier is used for each of the addition circuits and the like in each block described above, and a 256-input 2
FIG. 1 shows a neuron mimic circuit 45 as shown in FIG.
A number of coupling coefficient generation circuits 41 such as 1 were produced. Next, the input and output lines of these circuits 45 and 41 were connected to form a network. The network configuration was a three-layer configuration. The first layer was composed of 256 neurons, the second layer was composed of four neurons, and the third layer was composed of five neuron mimic circuit units. Further, the output of the third layer was connected to an error signal generating circuit 36 as shown in FIG. When some input is given to each unit of the first layer of such a network, the output result is not always desired at first, but since the self-learning circuit is provided, the output result eventually becomes the desired result. That is, a teacher signal.

【0043】このネットワークを用いて、さらに自己学
習式文字認識装置について応用した例を説明する。ま
ず、図12に示すような手書き文字をスキャナで読取
り、16×16のメッシュに分け、各メッシュをネット
ワークの第1層の各ニューロンヘの入力とした。文字部
分のあるメッシュを1V、ないメッシュを0Vの入力と
した。出力は電圧計と結び、出力結果を直接表示するよ
うにした。5つあるユニットのうちで一番大きい出力の
ものの位置が、認識結果となるようにし、そのため、
「1」〜「5」の数字を入力したときその数字に対応す
る番号の出力が一番大きくなるように学習させた。十分
学習させた文字に対しては認識率100%となったもの
である。
An example in which this network is used to further apply to a self-learning type character recognition device will be described. First, handwritten characters as shown in FIG. 12 were read by a scanner, divided into 16 × 16 meshes, and each mesh was used as an input to each neuron in the first layer of the network. A mesh with a character portion was input as 1V, and a mesh without text was input as 0V. The output was connected to a voltmeter, and the output result was directly displayed. The position of the unit with the largest output among the five units is made to be the recognition result, and therefore,
When a number from "1" to "5" is input, learning is performed so that the output of the number corresponding to the number becomes the largest. The recognition rate is 100% for sufficiently learned characters.

【0044】つづいて、本発明の第二の実施例を図13
ないし図17により説明する。本実施例は、デジタル化
を図ったもので、基本的には、 神経細胞ユニットに関する入出力信号、中間信号、
結合係数、教師信号など、は全て、「0」「1」の2値
で表されたパルス列で表す。 ネットワーク内部での信号の量は、パルス密度で表
す(ある一定時間内の「1」の数)。 神経細胞ユニット内での計算は、パルス列同士の論
理演算で表す。 結合係数のパルス列はメモリ上に置く。 学習は、このパルス列を書換えることで実現する。 学習については、与えられた教師信号をパルス列を
元に誤差を計算し、これに基づいて、結合係数パルス列
を変化させる。このとき、誤差の計算、結合係数の変化
分の計算も、全て、「0」「1」のパルス列の論理演算
で行う。 ようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
17 through FIG. This embodiment aims at digitization. Basically, input / output signals, intermediate signals,
Coupling coefficients, teacher signals, and the like are all represented by pulse trains represented by binary values of “0” and “1”. The amount of the signal inside the network is represented by the pulse density (the number of “1” within a certain time). The calculation in the nerve cell unit is represented by a logical operation between pulse trains. The pulse train of the coupling coefficient is placed on the memory. Learning is realized by rewriting this pulse train. In learning, an error is calculated based on a pulse train from a given teacher signal, and a coupling coefficient pulse train is changed based on the error. At this time, the calculation of the error and the calculation of the change in the coupling coefficient are all performed by the logical operation of the pulse train of “0” and “1”. It is like that.

【0045】以下、この思想を具体化した例に基づき説
明する。まず、信号演算部分の構成を図13を参照して
説明する。図13は1つの神経細胞模倣回路50に相当
する部分を示し、ネットワーク構成したものは図33の
場合のように階層型とされる。入出力は、全て、「1」
「0」に2値化され、かつ、同期化されたものが用いら
れる。入力yi の信号の強度はパルス密度で表現し、例
えば次に示すパルス列のように、ある一定時間内にあ
る、「1」の状態数で表す。即ち、
Hereinafter, a description will be given based on an example in which this concept is embodied. First, the configuration of the signal calculation section will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a portion corresponding to one neuron mimic circuit 50, and the network configuration is a hierarchical type as in the case of FIG. All inputs and outputs are "1"
The one binarized to “0” and synchronized is used. The signal intensity of the input y i is represented by a pulse density, for example, by the number of states of “1” within a certain period of time as shown in the following pulse train. That is,

【数2】 の例は、4/6を表す式であり、同期パルス6個中に信
号は「1」が4個、「0」が2個である。このとき、
「1」と「0」の並び方は、後述するようにランダムで
あることが望ましい。
(Equation 2) Is an expression representing 4/6, and four signals “1” and two signals “0” are included in six synchronization pulses. At this time,
It is desirable that the arrangement of “1” and “0” be random as described later.

【0046】一方、結合係数Tijも同様にパルス密度で
表現し、「0」と「1」とのパルス列として予めメモリ
上に用意しておく。
On the other hand, the coupling coefficient T ij is similarly represented by a pulse density, and is prepared in advance in a memory as a pulse train of “0” and “1”.

【0047】[0047]

【数3】 の例は、「101010」=3/6を表す式である。こ
の場合も、「1」と「0」の並び方はランダムであるこ
とが望ましい。具体的にどのように決定するかは後述す
る。
(Equation 3) Is an expression representing “101010” = 3/6. Also in this case, it is desirable that the arrangement of “1” and “0” be random. How to determine specifically will be described later.

【0048】そして、このパルス列を同期クロックに応
じてメモリ上より順次読出し、図13に示すように各々
ANDゲート51により入力信号パルス列との論理積を
とる(yi ∩Tij)。これを、神経細胞jへの入力とす
る。上例の場合で説明すると、入力信号が「10110
1」として入力されたとき、これと同期してメモリ上よ
りパルス列を呼出し、順次ANDをとることにより、
Then, this pulse train is sequentially read from the memory in accordance with the synchronous clock, and as shown in FIG. 13, an AND gate 51 performs a logical product with the input signal pulse train (y i ∩T ij ). This is an input to the nerve cell j. In the case of the above example, the input signal is “10110
When input as "1", a pulse train is called out from the memory in synchronization with this, and AND is sequentially taken to obtain

【数4】 に示すような「101000」が得られ、これは入力y
i が結合係数Tijにより変換されパルス密度が2/6と
なることを示している。
(Equation 4) "101000" is obtained as shown in FIG.
It is shown that i is converted by the coupling coefficient T ij and the pulse density becomes 2/6.

【0049】ANDゲート51の出力のパルス密度は、
近似的には入力信号のパルス密度と結合係数とのパルス
密度との積となり、アナログ方式の結合係数と同様の機
能を有する。これは、信号の列が長いほど、また、
「1」と「0」との並び方がランダムであるほど、積に
近い機能を持つことになる。なお、入力パルス列に比べ
て結合係数のパルス列が短く、読出すべきデータがなく
なったら、再びデータの先頭に戻って読出しを繰返えせ
ばよい。
The pulse density of the output of the AND gate 51 is
Approximately, it is the product of the pulse density of the input signal and the pulse density of the coupling coefficient, and has the same function as the analog coupling coefficient. This means that the longer the signal train,
The more random the arrangement of "1" and "0", the closer the function to a product. When the pulse train of the coupling coefficient is shorter than the input pulse train and there is no more data to be read, it is sufficient to return to the beginning of the data and repeat the reading.

【0050】1つの神経細胞ユニットは多入力であるの
で、前述した「入力信号と結合係数とのAND」も多数
あり、次に論理回路となるOR回路52によりこれらの
論理和をとる。入力は同期化されているので、例えば1
番目のデータが「101000」、2番目のデータが
「010000」の場合、両者のORをとると、「11
1000」となる。これを多入力同時に計算し出力とす
る。即ち、入力数をm個とすると、
Since one nerve cell unit has a large number of inputs, there are many "ANDs between input signals and coupling coefficients" described above, and the logical sum of them is then calculated by an OR circuit 52 which is a logic circuit. Since the inputs are synchronized, for example 1
When the second data is “101000” and the second data is “010000”, an OR of both is “111000”.
1000 ". This is calculated at the same time as the multi-input and output. That is, if the number of inputs is m,

【数5】 のようになる。これは、アナログ計算における和の計算
及び非線形関数(シグモイド関数)の部分に対応してい
る。
(Equation 5) become that way. This corresponds to the sum calculation and the non-linear function (sigmoid function) in the analog calculation.

【0051】パルス密度が低い場合、そのORをとった
もののパルス密度は、各々のパルス密度の和に近似的に
一致する。パルス密度が高くなるにつれ、OR回路52
の出力は段々飽和してくるので、パルス密度の和とは一
致せず、非線形性が出てくる。ORの場合、パルス密度
は1よりも大きくなることがなく、かつ、0より小さく
なることもなく、さらには、単調増加関数であり、シグ
モイド関数と近似的に同様となる。
When the pulse density is low, the pulse density obtained by ORing the pulses approximately matches the sum of the respective pulse densities. As the pulse density increases, the OR circuit 52
Since the output becomes increasingly saturated, the output does not match the sum of the pulse densities, and nonlinearity appears. In the case of OR, the pulse density does not become larger than 1 and does not become smaller than 0, and furthermore, it is a monotonically increasing function, which is approximately similar to the sigmoid function.

【0052】ところで、結合には興奮性と抑制性があ
り、数値計算の場合には、結合係数の符号で表し、アナ
ログ回路の場合は前述の如くTijが負となる場合(抑制
性結合)は増幅器を用いて出力を反転させてTijに相当
する抵抗値で他の神経細胞に結合させる。この点、デジ
タル方式の本実施例にあっては、まず、Tijの正負によ
り各結合を興奮性結合と抑制性結合との2つのグループ
に分け、次いで、「入力信号と結合係数のパルス列のA
ND」同士のORをこのグループ別に計算する。そし
て、興奮性結合グループの出力のみが「1」のとき、
「1」を出力し、抑制性結合グループの出力のみが
「1」のとき、「0」を出力する。両方とも「1」のと
き、又は「0」のときは「1」「0」の何れを出力して
もよく、或いは、確率1/2程度で「1」を出力しても
よい。本例では、興奮性結合グループの出力が「1」で
抑制性結合グループの出力が「0」のときのみ出力
「1」を出すようにする。この機能を実現するために
は、(抑制性結合グループの出力のNOT)と(興奮性
結合グループの出力)とのANDをとればよい。即ち、
By the way, the coupling has excitability and suppression. In the case of numerical calculation, it is represented by the sign of the coupling coefficient. In the case of an analog circuit, when T ij is negative as described above (suppression coupling). Uses an amplifier to invert the output and couple it to other nerve cells with a resistance value equivalent to T ij . In this regard, in this embodiment of the digital system, first, each coupling is divided into two groups, an excitatory coupling and an inhibitory coupling, depending on the sign of T ij . A
The OR of “ND” is calculated for each group. And when only the output of the excitatory connection group is “1”,
It outputs “1” and outputs “0” when only the output of the inhibitory connection group is “1”. When both are “1” or “0”, either “1” or “0” may be output, or “1” may be output with a probability of about 2. In this example, the output “1” is output only when the output of the excitatory connection group is “1” and the output of the inhibitory connection group is “0”. In order to realize this function, AND of (NOT of the output of the inhibitory connection group) and (output of the excitatory connection group) may be obtained. That is,

【数6】 となる。(Equation 6) Becomes

【0053】論理式で表現すると、When expressed by a logical expression,

【数7】 で示される。神経細胞ユニットのネットワークは、バッ
クプロパゲーションと同様な階層型(即ち、図33)と
する。そして、ネットワーク全体を同期させておけば、
各層とも上述した機能により計算できる。
(Equation 7) Indicated by The network of the neuron unit is of a hierarchical type similar to the back propagation (ie, FIG. 33). And if you keep the whole network synchronized,
Each layer can be calculated by the function described above.

【0054】一方、Tijの正負により各結合を興奮性結
合と抑制性結合との2つのグループに分け、次いで、
「入力信号と結合係数のパルス列のAND」同士のOR
をこのグループ別に計算し、その後、興奮性結合グルー
プの出力が「0」で抑制性結合グループの出力が「1」
のとき以外出力を出すようにする場合であれば、(抑制
性結合グループの出力のNOT)と(興奮性結合グルー
プの出力)とのORをとればよい。即ち、
On the other hand, each connection is divided into two groups, excitatory connection and inhibitory connection, depending on the sign of T ij .
OR of "AND of pulse train of input signal and coupling coefficient"
Is calculated for each group, and then the output of the excitatory connection group is “0” and the output of the inhibitory connection group is “1”.
If an output is to be output other than in the case of (1), the OR of (NOT of the output of the inhibitory connection group) and (the output of the excitatory connection group) may be obtained. That is,

【数8】 となる。(Equation 8) Becomes

【0055】論理式で表現すると、When expressed by a logical expression,

【数9】 で示される。(Equation 9) Indicated by

【0056】次に、学習時の処理について説明する。 a.最終層における誤差信号 最終層で各ニューロンにおける誤差信号を計算し、それ
を元にそのニューロンに関わる結合係数を変化させる。
そのための、誤差信号の計算法について述べる。ここ
に、本実施例では、「誤差信号」を以下のように定義す
る。誤差を数値で表すと、一般には+,−の両方をとり
得るが、パルス密度の場合には、正、負の両方を同時に
表現できないので、+成分を表す信号と、−成分を表す
信号との2種類を用いて誤差信号を表現する。即ち、j
番目のニューロンの誤差信号は、
Next, the processing at the time of learning will be described. a. Error Signal in Last Layer The error signal in each neuron is calculated in the last layer, and the coupling coefficient related to the neuron is changed based on the error signal.
The method of calculating the error signal for that purpose will be described. Here, in the present embodiment, the “error signal” is defined as follows. When the error is expressed by a numerical value, both + and-can be generally taken. However, in the case of the pulse density, since both the positive and the negative cannot be expressed simultaneously, the signal representing the + component and the signal representing the-component The error signal is expressed using the two types. That is, j
The error signal of the neuron is

【数10】 で示される。つまり、誤差信号の+成分は教師信号パル
スと出力パルスとの違っている部分(1,0)又は
(0,1)の内、教師信号側に存在するパルス、他方、
−成分は同様に出力側に存在するパルスである。換言す
れば、出力パルスに誤差信号+パルスを付け加え、誤差
信号−パルスを取り除くと、教師パルスとなることにな
る。このような誤差信号パルスを元に結合係数を後述す
るように変化させることになる。
(Equation 10) Indicated by That is, the + component of the error signal is the pulse existing on the teacher signal side in the part (1, 0) or (0, 1) where the teacher signal pulse and the output pulse are different,
The component is a pulse which is likewise present at the output. In other words, adding an error signal + pulse to the output pulse and removing the error signal-pulse results in a teacher pulse. Based on such an error signal pulse, the coupling coefficient is changed as described later.

【0057】b.中間層における誤差信号 さらに、誤差信号を逆伝播させ、最終層とその1つ前の
層との結合係数だけでなく、さらにその前の層の結合係
数も変化する。そのため、中間層における各ニューロン
での誤差信号を計算する必要がある。中間層のあるニュ
ーロンから、さらに1つ先の層の各ニューロンへ信号を
伝播させたのとは、丁度逆の要領で1つ先の層の各ニュ
ーロンにおける誤差信号を集めてきて、自己の誤差信号
とする。このことは、神経細胞ユニット内での演算式
(7)〜(10)と同じような要領で行うことができる。即
ち、まず、結合を興奮性か抑制性かにより2つのグルー
プに分け、乗算の部分はAND、Σの部分はORで表現
する。ただし、神経細胞ユニット内での(7)〜(10)式と
異なるのは、yは1つの信号であるのに対して、δは
正、負を表す信号として2つの信号を持ち、その両方の
信号を考慮する必要がある。従って、Tの正負、δの正
負に応じて4つの場合に分ける必要がある。
B. Error Signal in Intermediate Layer Further, the error signal is back-propagated, so that not only the coupling coefficient between the final layer and the immediately preceding layer but also the coupling coefficient of the preceding layer changes. Therefore, it is necessary to calculate an error signal at each neuron in the intermediate layer. Propagating a signal from a neuron in the hidden layer to each neuron in the next layer further is the same as collecting error signals in each neuron in the next layer in exactly the opposite way, and then calculating its own error. Signal. This means that the arithmetic expression in the neuron unit is
It can be performed in the same manner as in (7) to (10). That is, the connection is first divided into two groups depending on whether it is excitatory or inhibitory, and the multiplication part is represented by AND and the Σ part is represented by OR. However, the difference from the equations (7) to (10) in the nerve cell unit is that while y is one signal, δ has two signals representing positive and negative, Needs to be considered. Therefore, it is necessary to divide into four cases according to the sign of T and the sign of δ.

【0058】まず、興奮性結合の場合を説明する。この
場合、1つ先の層のk番目のニューロンでの誤差信号+
とそのニューロンと自己(j番目とする)との結合係数
のANDをとったもの(δk(+)∩Tik)をニューロンに
ついて求め、さらにこれら同士のORをとる{∪(δ
k(+)∩Tik)}。これを、この層の誤差信号+(=δ
j(+))とする。即ち、1つ先の層のニューロン数をn個
とすると、
First, the case of excitatory coupling will be described. In this case, the error signal at the k-th neuron in the next layer +
And the coupling coefficient between the neuron and itself (assumed to be j-th) is ANDed (δ k (+) ∩T ik ) for the neuron, and further ORed between them ({∪ (δ)
k (+) {T ik )}. This is converted to the error signal of this layer + (= δ
j (+)). That is, if the number of neurons in the next layer is n,

【数11】 となる。[Equation 11] Becomes

【0059】また、1つ先の誤差信号−と結合係数との
ANDをとり、さらにこれら同士のORをとることによ
り、同様に、この層の誤差信号−(=δj(-))とする。
即ち、
Also, by taking the AND of the next error signal − and the coupling coefficient, and further taking the OR of them, the error signal − (= δ j (−)) of this layer is similarly obtained. .
That is,

【数12】 となる。(Equation 12) Becomes

【0060】次に、抑制性結合の場合を説明する。この
場合、1つ先の層のニューロンでの誤差信号−とそのニ
ューロンと自己との結合係数のANDをとり、さらにこ
れら同士のORをとる。これを、この層の誤差信号+
(=δj(+))とする。即ち、
Next, the case of inhibitory binding will be described. In this case, AND of the error signal of the neuron of the next layer and the coupling coefficient between the neuron and itself is performed, and further, OR of these is calculated. This is converted to the error signal of this layer +
(= Δ j (+)). That is,

【数13】 となる。(Equation 13) Becomes

【0061】また、1つ先の誤差信号+と結合係数との
ANDをとり、さらにこれら同士のORをとることによ
り、同様に、この層の誤差信号−(=δj(-))とする。
即ち、
Further, by taking the AND of the error signal + and the coupling coefficient, which are one step ahead, and by taking the OR of them, the error signal of this layer is similarly obtained as − (= δ j (−)). .
That is,

【数14】 となる。[Equation 14] Becomes

【0062】1つのニューロンから別のニューロンへは
興奮性で結合しているものもあれば、抑制性で結合して
いるものもあるので、(20)式で求めた誤差信号δj(+)と
(22)式で求めた誤差信号δj(+)とのORをとり、それを
自分のニューロンの誤差信号δj(+)とする。同様に、(2
1)式で求めた誤差信号δj(-)と(23)式で求めた誤差信号
δj(-)とのORをとり、それを自分のニューロンの誤差
信号δj(-)とする。
Some neurons are connected by excitability from one neuron to another neuron, while others are connected by inhibition. Therefore, the error signal δ j (+) obtained by the equation (20) is obtained. When
An OR with the error signal δ j (+) obtained by the equation (22) is taken, and this is used as the error signal δ j (+) of the own neuron. Similarly, (2
The OR of the error signal δ j (−) obtained by the equation (1) and the error signal δ j (−) obtained by the equation (23) is taken as the error signal δ j (−) of the own neuron.

【0063】以上をまとめると、To summarize the above,

【数15】 となる。(Equation 15) Becomes

【0064】さらに、学習のレート(学習定数)に相当
する機能を設けてもよい。数値計算でレートが1以下の
とき、さらに学習能力が高まる。これはパルス列の演算
ではパルス列を間引くことによって実現できる。これは
カウンタ的な考え方をし、次の例1),例2)のような
ものとした。例えば、η=0.5では元の信号のパルス
列を1つ置きに間引く。元の信号のパルスが等間隔でな
くても、元のパルス列に対して1つ置きに間引く方式
(<例2)>の方式)とした。
Further, a function corresponding to the learning rate (learning constant) may be provided. When the rate is 1 or less in the numerical calculation, the learning ability further increases. This can be realized by thinning out the pulse train in the calculation of the pulse train. This is based on a counter concept, and is as shown in the following Examples 1) and 2). For example, when η = 0.5, every other pulse train of the original signal is thinned out. Even if the pulses of the original signal are not at equal intervals, a method of thinning out every other pulse of the original pulse train (the method of <Example 2>) was adopted.

【0065】[0065]

【数16】 (Equation 16)

【0066】このようにして、誤差信号を間引くことに
より学習レートの機能を持たせる。このような誤差信号
の間引きは、通常市販されているカウンタの出力を論理
演算することやフリップフロップを用いることにより容
易に実現できる。特に、カウンタを用いた場合、学習定
数ηの値を任意、かつ、容易に設定できるので、ネット
ワークの特性を制御することも可能となる。
In this way, the function of the learning rate is provided by thinning out the error signal. Such thinning of the error signal can be easily realized by performing a logical operation on the output of a commercially available counter or using a flip-flop. In particular, when a counter is used, the value of the learning constant η can be set arbitrarily and easily, so that the characteristics of the network can be controlled.

【0067】ところで、誤差信号には、常に学習定数を
かけておく必要はなく、例えば次に述べる結合係数を求
める演算にのみ用いてもよい。また、誤差信号を逆向き
に伝播させるときの学習定数と、結合係数を求める演算
で用いる学習定数とは、異なっていてもよい。このこと
は、ネットワーク上におかれた神経細胞ユニットの特性
を個々に設定できることを意味し、極めて汎用性の高い
システムを構築できる。従って、ネットワークの持つ性
能を適宜調整することが可能となる。
Incidentally, it is not necessary to always multiply the error signal by a learning constant, and the error signal may be used only for, for example, an operation for obtaining a coupling coefficient described below. Further, the learning constant used when the error signal is propagated in the opposite direction may be different from the learning constant used in the calculation for calculating the coupling coefficient. This means that the characteristics of the nerve cell units placed on the network can be individually set, and an extremely versatile system can be constructed. Therefore, it is possible to appropriately adjust the performance of the network.

【0068】c.誤差信号より各結合係数を変化 上述した方法により誤差信号を求め、各結合係数を変化
させるが、その変化のさせ方について説明する。変化さ
せたい結合係数が属しているラインを流れる信号と誤差
信号のANDをとる(δj ∩yi )。ただし、本実施例
では誤差信号には+,−の2つの信号があるので、各々
計算する。
C. Changing Each Coupling Coefficient Based on Error Signal The error signal is obtained by the above-described method, and each coupling coefficient is changed. How to change the coupling coefficient will be described. The AND between the signal flowing through the line to which the coupling coefficient to be changed belongs and the error signal is obtained (δ j ∩y i ). However, in this embodiment, since the error signal includes two signals of + and-, each is calculated.

【0069】[0069]

【数17】 [Equation 17]

【0070】このようにして得られた2つの信号をΔT
ij(+) ,ΔTij(-) とする。
The two signals thus obtained are represented by ΔT
ij (+) and ΔT ij (-).

【0071】ついで、今度はこのΔTijを元に新しいT
ijを求めるが、本実施例のTijは、絶対値成分であるの
で、元のTijが興奮性か抑制性かで場合分けする。興奮
性の場合、元のTijに対してΔTij(+)の成分を増や
し、ΔTij(-)の成分を減らす。即ち、
Next, based on this ΔT ij , a new T
ij is obtained. Since T ij in the present embodiment is an absolute value component, it is classified according to whether the original T ij is excitatory or suppressive. In the case of excitability, the component of ΔT ij (+) is increased with respect to the original T ij , and the component of ΔT ij (−) is reduced. That is,

【数18】 となる。抑制性の場合は元のTijに対しΔTij(+)の成
分を減らし、ΔTij(-)の成分を増やす。即ち、
(Equation 18) Becomes In the case of suppression, the component of ΔT ij (+) is reduced and the component of ΔT ij (−) is increased with respect to the original T ij . That is,

【数19】 となる。[Equation 19] Becomes

【0072】以上の学習則に基づいてネットワークの計
算をする。
The network is calculated based on the above learning rules.

【0073】次に、以上のアルゴリズムに基づく実際の
回路構成を説明する。図14ないし図16にその回路例
を示す。ネットワーク全体は図33の場合と同様であ
る。図14は図33中の線(結線)に相当する部分の回
路を示し、図15は図33中の丸(神経細胞ユニット
1)に相当する部分の回路を示す。また、図16は、最
終層の出力と教師信号から最終層における誤差信号を求
める部分の回路を示す。これらの図14ないし図16構
成を図33のようにネットワークにすることにより、自
己学習可能なデジタル式のニューラルネットワークが実
現できる。
Next, an actual circuit configuration based on the above algorithm will be described. 14 to 16 show circuit examples. The entire network is the same as in FIG. FIG. 14 shows a circuit corresponding to a line (connection) in FIG. 33, and FIG. 15 shows a circuit corresponding to a circle (neural cell unit 1) in FIG. FIG. 16 shows a circuit for obtaining an error signal in the final layer from the output of the final layer and the teacher signal. By making these configurations in FIG. 14 to FIG. 16 into a network as shown in FIG. 33, a digital neural network capable of self-learning can be realized.

【0074】まず、図14から説明する。図中、55は
ニューロンへの入力信号であり、(8)式に相当する。
(9)式の結合係数の値はシフトレジスタ56に保存して
おく。このシフトレジスタ56は取出し口56aと入口
56bとを有するが、通常のシフトレジスタと同様の機
能を持つものであればよく、例えば、RAMとアドレス
コントローラとの組合せによるもの等であってもよい。
入力信号55とシフトレジスタ56内の結合係数とはA
NDゲート57を備えて(10)式に相当する論理回路58
によりANDがとられる。この論理回路58の出力は結
合が興奮性か抑制性かによってグループ分けしなければ
ならないが、予め各々のグループへの出力59,60を
用意し、何れに出力するのかを切換えるようにした方が
汎用性の高いものとなる。このため、本実施例では結合
が興奮性か抑制性かを表すビットをグループ分け用メモ
リ61に保存しておき、その情報を用いて切換えゲート
回路62により切換える。切換えゲート回路62は2つ
のANDゲート62a,62bと一方の入力に介在され
たインバータ62cとよりなる。
First, FIG. 14 will be described. In the figure, 55 is an input signal to the neuron, which corresponds to equation (8).
The value of the coupling coefficient in equation (9) is stored in the shift register 56. The shift register 56 has an outlet 56a and an inlet 56b, but may have the same function as a normal shift register, and may be, for example, a combination of a RAM and an address controller.
The input signal 55 and the coupling coefficient in the shift register 56 are A
A logic circuit 58 having an ND gate 57 and corresponding to equation (10)
Is ANDed. The outputs of the logic circuit 58 must be grouped according to whether the coupling is excitatory or inhibitory, but it is better to prepare the outputs 59 and 60 for each group in advance and switch between them. It becomes highly versatile. Therefore, in this embodiment, a bit indicating whether the coupling is excitatory or inhibitory is stored in the grouping memory 61, and the switching is performed by the switching gate circuit 62 using the information. The switching gate circuit 62 includes two AND gates 62a and 62b and an inverter 62c interposed at one input.

【0075】また、図15に示すように各入力を処理す
る(11)式に相当する複数のORゲート構成のゲート回路
63a,63bが設けられている。さらに、同図に示す
ように(12)式の興奮性結合グループが「1」で、抑制性
結合グループが「0」のときにのみ出力「1」を出すA
NDゲート64aとインバータ64bとによるゲート回
路64が設けられている。
As shown in FIG. 15, gate circuits 63a and 63b having a plurality of OR gates corresponding to the equation (11) for processing each input are provided. Further, as shown in the figure, A that outputs an output “1” only when the excitatory connection group of Expression (12) is “1” and the inhibitory connection group is “0”
A gate circuit 64 including an ND gate 64a and an inverter 64b is provided.

【0076】次に、誤差信号について説明する。最終層
での誤差信号を生成するのが図16に示すAND,排他
的ORの組合せによる論理回路65であり、(16)〜(19)
式に相当する。即ち、最終層からの出力66及び教師信
号67により誤差信号68,69を作るものである。中
間層における誤差信号を計算する(20)〜(23)式は、図1
4中に示すANDゲート構成のゲート回路72により行
われ、+,−に応じた出力73,74が得られる。この
ように結合が興奮性か抑制性かにより場合分けする必要
があるが、この場合分けはメモリ61に記憶された興奮
性か抑制性かの情報と、誤差信号の+,−信号75,7
6とに応じて、AND,ORゲート構成のゲート回路7
7により行われる。また、誤差信号を集める計算式(24)
は図15に示すORゲート構成のゲート回路78により
行われる。さらに、学習レートに相当する(25)式は同図
中に示す分周回路79により行われる。最後に、誤差信
号より新たな結合係数を計算する部分、即ち、(26)〜(2
9)式に相当する部分は、図14中に示すAND,インバ
ータ、ORゲート構成のゲート回路80により行われ、
シフトレジスタ56の内容、即ち、結合係数の値が書換
えられる。このゲート回路80も結合の興奮性、抑制性
によって場合分けが必要であるが、ゲート回路77によ
り行われる。
Next, the error signal will be described. The error signal in the last layer is generated by the logic circuit 65 based on a combination of AND and exclusive OR shown in FIG.
Corresponds to the equation. That is, error signals 68 and 69 are generated by the output 66 from the last layer and the teacher signal 67. Equations (20) to (23) for calculating the error signal in the intermediate layer are shown in FIG.
4 is performed by a gate circuit 72 having an AND gate configuration, and outputs 73 and 74 corresponding to + and-are obtained. As described above, it is necessary to divide the case depending on whether the coupling is excitatory or inhibitory. In this case, the information is stored in the memory 61 as to whether the coupling is excitatory or inhibitory, and the +/− signals 75 and 7 of the error signal are used.
6, a gate circuit 7 having an AND or OR gate configuration
7. Also, the formula (24) to collect the error signal
Is performed by a gate circuit 78 having an OR gate configuration shown in FIG. Further, equation (25) corresponding to the learning rate is performed by a frequency dividing circuit 79 shown in FIG. Finally, a part for calculating a new coupling coefficient from the error signal, that is, (26) to (2)
The portion corresponding to the expression 9) is performed by a gate circuit 80 having an AND, inverter, and OR gate configuration shown in FIG.
The content of the shift register 56, that is, the value of the coupling coefficient is rewritten. The gate circuit 80 also needs to be classified depending on the excitability and suppression of the connection.

【0077】ここに、図14及び図15に示したグルー
プ分け方式及び出力決定方式を抽出して示すと、図17
のようになる。即ち、請求項12記載の発明に対応する
ものであり、入力段階ではグループ分けしておらず、各
入力(入力手段)55ijに対して結合係数を記憶したメ
モリ手段としてのシフトレジスタ56ijが個別に設けら
れ、ANDゲート(第1のゲート手段)57ijによる論
理結果をグループ分け用メモリ(メモリ手段)61ijの
内容に応じてANDゲート(第2のゲート手段)62ai
j 、インバータ62cij 、ANDゲート(第3のゲート
手段)62bij による切換え回路62を経て、2つのグ
ループに分け、興奮性結合グループであればORゲート
(第4のゲート手段)63a側で論理和を求め、抑制性
結合グループであればORゲート(第5のゲート手段)
63b側で論理和を求める。この後、ゲート回路(出力
手段)64による論理積処理により出力を決定するとい
うものである。
Here, the grouping method and the output determining method shown in FIGS. 14 and 15 are extracted and shown in FIG.
become that way. That is, the present invention corresponds to the twelfth aspect of the present invention. In the input stage, the input register is not divided into groups. A logic result provided by an AND gate (first gate means) 57ij is provided in accordance with the contents of a grouping memory (memory means) 61ij and an AND gate (second gate means) 62ai.
j, an inverter 62cij, and a switching circuit 62 composed of an AND gate (third gate means) 62bij, and divided into two groups. If the group is an excitatory coupling group, the OR gate (fourth gate means) 63a performs a logical OR operation OR gate (fifth gate means)
The logical sum is obtained on the 63b side. Thereafter, the output is determined by a logical product process by the gate circuit (output means) 64.

【0078】今、前述したネットワークを用いた自己学
習式文字認識装置の場合により、具体例について説明す
る。まず、手書き文字をスキャナで読取り、16×16
のメッシュに分け、文字部分のあるメッシュを「1」、
ないメッシュを「0」とした(図12の場合と同じ)。
このデータ(256個)をネットワークに入力し、出力
は5つあるユニットの内で一番大きい出力のものの位置
が、認識結果となるように学習させた。次に、ネットワ
ークの構成は、第1層目が256個、第2層目が20
個、第3層目が5個の神経細胞ユニットからなる。この
とき、接続されない入力部はグランドに接続する。最
初、各結合係数はランダムとしておくと、出力結果は必
ずしも所望のものとはならない。そこで、この回路の自
己学習機能を用いて、各結合係数を新たに求め、これを
何回か繰返すことにより、所望の結果が得られるように
する。本実施例では、入力が「0」か「1」であるの
で、入力パルス列は常にLレベル又はHレベルの単純な
ものである。また、出力はトランジスタを介してLED
と結び、Lレベルのときに消灯、Hレベルのときに点灯
とした。同期クロックを1000kHzとしたので、パ
ルス密度に応じて、人間の目にはLEDの明るさが変
り、従って、1番明るいLED部分が答えになる。十分
学習させた文字に対しては認識率100%を得たもので
ある。
Now, a specific example will be described with reference to the case of the self-learning type character recognition device using the network described above. First, a handwritten character is read by a scanner, and a 16 × 16
, And the mesh with a character part is "1",
The non-existing mesh is set to “0” (the same as in FIG. 12).
This data (256 data) was input to the network, and the output was learned so that the position of the largest output among the five units became the recognition result. Next, the network configuration is such that the first layer has 256 networks and the second layer has 20 networks.
The third layer is composed of five neuron units. At this time, the input unit not connected is connected to the ground. Initially, if each coupling coefficient is set to be random, the output result is not always desired. Therefore, each coupling coefficient is newly obtained by using the self-learning function of this circuit, and this is repeated several times to obtain a desired result. In this embodiment, since the input is “0” or “1”, the input pulse train is always a simple L level or H level. The output is LED through the transistor
And turned off at L level and turned on at H level. Since the synchronous clock is set to 1000 kHz, the brightness of the LED changes for human eyes according to the pulse density, and therefore, the brightest LED portion is the answer. A recognition rate of 100% is obtained for sufficiently learned characters.

【0079】なお、興奮性結合と抑制性結合とのグルー
プ分け方式については、例えば図18に示すように構成
してもよい。これは、請求項13記載の発明に相当する
ものであり、入力段階で予め興奮性結合のグループaと
抑制性結合のグループbとにグループ分けしておき、各
入力(入力手段)55aij,55bijに対して結合係数T
ijを記憶した少なくとも2ビット以上の第1,2のメモ
リ手段としてのシフトレジスタ81ai,81bjを設け、
さらに、ANDゲート(第1のゲート手段)82aj,A
NDゲート(第2のゲート手段)82bjを設けたもので
ある。以後は、グループ毎にORゲート(第3のゲート
手段)63a,ORゲート(第4のゲート手段)63b
等を通して同様に処理される。
Incidentally, the method of grouping the excitatory connection and the inhibitory connection may be configured as shown in FIG. 18, for example. This corresponds to the thirteenth aspect of the present invention. In the input stage, the excitatory connection group a and the inhibitory connection group b are grouped in advance, and each input (input means) 55aij, 55bij For the coupling coefficient T
shift registers 81ai and 81bj as first and second memory means of at least 2 bits storing ij,
Further, AND gates (first gate means) 82aj, A
An ND gate (second gate means) 82bj is provided. Thereafter, an OR gate (third gate means) 63a and an OR gate (fourth gate means) 63b for each group
And so on.

【0080】また、ゲート回路(出力手段)64につい
ては図19に示すようにANDゲート64aに代えてO
Rゲート64cを用いた構成として論理和処理を行うよ
うにしてもよい。これが、前述した(12′)〜(15′)式の
処理となる。
As shown in FIG. 19, a gate circuit (output means) 64 is replaced by an AND gate 64a instead of an AND gate 64a.
Logical OR processing may be performed as a configuration using the R gate 64c. This is the processing of the aforementioned equations (12 ') to (15').

【0081】つづいて、本発明の第三の実施例を図20
により説明する。本実施例は、請求項7記載の発明に相
当するもので、結合係数可変回路で用いる学習係数を外
部から任意に可変設定させる学習定数設定手段82を設
けたものである。即ち、前記実施例で〜に示した基
本的な考えに、 で示した学習時に用いる学習定数(学習レート)
を可変とし、応用面に即した性能のネットワーク回路を
得る。 の機能を付加するようにしたものである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below. This embodiment corresponds to the invention of claim 7 and is provided with a learning constant setting means 82 for arbitrarily and variably setting a learning coefficient used in a coupling coefficient variable circuit from the outside. That is, the learning constant (learning rate) used at the time of learning shown in the above is added to the basic idea shown in the above embodiment.
Is variable, and a network circuit with performance that is suitable for the application is obtained. Function is added.

【0082】即ち、この学習定数設定手段82は第15
図中に示した分周回路79に代えて設けられるもので、
誤差信号が入力されるカウンタ83と、このカウンタ8
3の出力を論理演算して学習定数の処理を行うORゲー
ト84〜87及び1つのANDゲート88とよりなる。
より詳細には、カウンタ83のバイナリ出力A〜Dに接
続されたORゲート84〜87の各々の入力側に設けた
スイッチSa〜Sdを全てHレベル側にするとη=1.
0となり、スイッチSa〜Sdを全てLレベル側にする
とη=1/16となる。よって、Hレベル側になってい
るスイッチの数をNとすると、η=(2のN乗)/16
となる。従って、スイッチ(或いは、スイッチに代えた
外部信号)を用いることにより、学習定数を任意に設定
することができる。なお、パルス密度をカウンタ83の
クロック入力として用いる場合、誤差信号の入力に対し
てANDゲート89を適宜設けてもよい。学習定数設定
手段82はこのような回路構成に限らない。また、この
ような学習定数設定手段82を複数備えるか、又は、外
部信号により適宜制御することにより、結合定数の演算
に用いる学習定数の値と、誤差信号の逆伝播に用いる学
習定数の値とを異ならせることも可能となる。
That is, the learning constant setting means 82
It is provided in place of the frequency dividing circuit 79 shown in the figure,
A counter 83 to which an error signal is input;
3 is composed of OR gates 84 to 87 for performing a logical operation on the output of 3 and processing the learning constant, and one AND gate 88.
More specifically, when all the switches Sa to Sd provided on the respective input sides of the OR gates 84 to 87 connected to the binary outputs A to D of the counter 83 are set to the H level, η = 1.
When all the switches Sa to Sd are set to the L level, η = 1/16. Therefore, if the number of switches on the H level side is N, η = (2 N) / 16
Becomes Therefore, the learning constant can be arbitrarily set by using a switch (or an external signal instead of the switch). When the pulse density is used as the clock input of the counter 83, an AND gate 89 may be appropriately provided for the input of the error signal. The learning constant setting means 82 is not limited to such a circuit configuration. Further, by providing a plurality of such learning constant setting means 82 or by appropriately controlling the learning constant using an external signal, the value of the learning constant used for calculating the coupling constant and the value of the learning constant used for back-propagation of the error signal can be reduced. Can be different.

【0083】さらに、本発明の第四の実施例を図21な
いし図23により説明する。本実施例は、請求項8記載
の発明に相当するものである。即ち、前記第二の実施例
で〜に示した基本的な考えに、 結合係数を、興奮性と抑制性との2種類用意してお
き、入力信号に対する演算結果を、各々の結合係数を用
いた結果の割合から多数決で決定し、ネットワークの柔
軟性を高める。 の機能を付加するようにしたものである。
Further, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment corresponds to the eighth aspect of the present invention. That is, two types of coupling coefficients, excitatory and inhibitory, are prepared based on the basic idea shown in 1 to 3 in the second embodiment, and the calculation result for the input signal is calculated using each coupling coefficient. Decide by majority rule from the percentage of results that have been received, and increase the flexibility of the network. Function is added.

【0084】即ち、1つの神経細胞ユニットは、興奮性
と抑制性との2つの結合係数を備えているが、「入力信
号と結合係数とのAND」による出力結果を、興奮性結
合の場合と抑制性結合の場合との割合で処理するように
したものである。ここに、割合で処理するとは、同期し
て演算される複数の入力信号について、興奮性の結合係
数を用いて得られた出力結果が「1」である場合の数
と、抑制性の結合係数を用いて得られた出力結果が
「1」である場合の数とを比較し、後者が前者より多い
場合は「0」、それ以外の場合は「1」を、その神経細
胞ユニットが出力することを意味する。或いは、両者が
等しい場合は「0」を出力するようにしてもよい。
That is, one neuron unit has two coupling coefficients, excitatory and inhibitory. The output result by “AND of input signal and coupling coefficient” is different from that of excitatory coupling. In this case, the treatment is performed at the ratio of the case of the inhibitory binding. Here, the processing by the ratio means the number of cases where the output result obtained by using the excitatory coupling coefficient is “1” for a plurality of input signals calculated in synchronization, Is compared with the number when the output result obtained is “1”, and when the latter is larger than the former, “0” is output, otherwise, “1” is output by the neuron unit. Means that. Alternatively, when both are equal, “0” may be output.

【0085】図21及び図22はこのための回路構成例
を示すものである。まず、各入力55に対しては個別に
1組ずつのメモリとしてのシフトレジスタ90a,90
bが設けられている。これらのシフトレジスタ90a,
90bはシフトレジスタ56と同様にデータ取出し口と
データ入口とを有するものであるが、一方のシフトレジ
スタ90aは興奮性結合係数を記憶し、他方のシフトレ
ジスタ90bは抑制性結合係数を記憶したものである。
これらのシフトレジスタ90a,90bから読出し手段
(図示せず)により順次読出された内容は入力55とと
もに対応するANDゲート91a,91bに入力され論
理積がとられる。このような論理結果は、結合が興奮性
のものと抑制性のものと2通りあるが、ここでは、多数
決回路92に入力されて出力が決定される。即ち、シフ
トレジスタ90aに基づく興奮性結合係数を用いた演算
グループはそのデジタル信号が増幅器93aにより加算
処理され、同様にシフトレジスタ90bに基づく抑制性
結合係数を用いた演算グループはそのデジタル信号が増
幅器93bにより加算処理され、両者の大小が比較器9
4により多数決決定される。なお、多数決回路92は図
示例に限らず、一般的な多数決回路であってもよい。
FIGS. 21 and 22 show an example of a circuit configuration for this purpose. First, shift registers 90a and 90 as a set of memories are individually provided for each input 55.
b is provided. These shift registers 90a,
A shift register 90b has a data outlet and a data inlet like the shift register 56, but one shift register 90a stores an excitatory coupling coefficient and the other shift register 90b stores an inhibitory coupling coefficient. It is.
The contents sequentially read from these shift registers 90a and 90b by a reading means (not shown) are input to the corresponding AND gates 91a and 91b together with the input 55, and the logical product is obtained. There are two types of such logical results, one having an excitatory connection and the other having an inhibitory connection. Here, the input is input to the majority circuit 92 and the output is determined. That is, the digital signal of the operation group using the excitatory coupling coefficient based on the shift register 90a is added by the amplifier 93a, and the digital signal of the operation group using the suppressive coupling coefficient based on the shift register 90b is similarly amplified. 93b, and the magnitude of both is compared by the comparator 9
4 determines the majority. The majority circuit 92 is not limited to the illustrated example, and may be a general majority circuit.

【0086】ここに、図21に示したグループ分け方式
を抽出して示すと、図23のようになる。即ち、請求項
10記載の発明に対応するものであり、各入力毎に興奮
性結合と抑制性結合との結合係数を記憶した1組のメモ
リ(シフトレジスタ)を用意して、メモリの組別に分け
られたグループ別に論理積を求めるまでの処理を行わせ
るものである。
FIG. 23 shows the extracted grouping method shown in FIG. 21. That is, a set of memories (shift registers) storing the coupling coefficients of the excitatory coupling and the inhibitory coupling for each input is prepared, The process is performed until a logical product is obtained for each of the divided groups.

【0087】なお、図23図示例では多数決回路92に
代えて、図17や図18の場合と同じく、グループ別に
論理和をとるORゲート63a,63b以下が示されて
いる。この場合のゲート回路64も図18又は図19の
ようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 23, instead of the majority decision circuit 92, OR gates 63a and 63b for performing OR operation for each group are shown in the same manner as in FIGS. In this case, the gate circuit 64 may be configured as shown in FIG. 18 or FIG.

【0088】ところで、本実施例にあっては各入力55
毎に1組のシフトレジスタ90a,90bを持つため、
自己学習機能による結合係数の書換えも各々のシフトレ
ジスタ90a,90bについて行われる。このため、図
21中に示すように+,−の誤差信号を用いて、新たな
結合係数を計算する(21)〜(24)式の処理を行う自己学習
回路95が設けられ、各シフトレジスタ90a,90b
のデータ入口側に接続されている。
In this embodiment, each input 55
Since each has one set of shift registers 90a and 90b,
Rewriting of the coupling coefficient by the self-learning function is also performed for each of the shift registers 90a and 90b. For this reason, as shown in FIG. 21, a self-learning circuit 95 is provided for performing the processing of the equations (21) to (24) for calculating a new coupling coefficient using the error signals of + and-. 90a, 90b
Is connected to the data entry side.

【0089】本実施例によれば、神経細胞ユニットの結
合が、興奮性か抑制性かに限定されないため、ネットワ
ークが柔軟性を持ち、実際の応用において汎用性を持つ
ことになる。
According to this embodiment, since the connection of the nerve cell units is not limited to the excitatory or the inhibitory, the network has flexibility and versatility in practical applications.

【0090】図22の場合の分周回路79も図20に示
したような学習定数設定手段82に代えてもよい。
The frequency dividing circuit 79 in the case of FIG. 22 may be replaced with the learning constant setting means 82 as shown in FIG.

【0091】また、多数決回路92による出力決定方式
は、図21に示したように各入力毎に2つのメモリ(シ
フトレジスタ90a,90b)を持つ方式のものに限ら
ず、各入力毎に1つのメモリ56を持つものにも同様に
適用できる。即ち、図14と図15との組合せに代え
て、図14と図22との組合せとしてもよい。
The output decision method by the majority circuit 92 is not limited to the method having two memories (shift registers 90a, 90b) for each input as shown in FIG. The same can be applied to those having the memory 56. That is, instead of the combination of FIG. 14 and FIG. 15, a combination of FIG. 14 and FIG.

【0092】また、本発明の第五の実施例を図24ない
し図28により説明する。前述した第二の実施例は、図
13ないし図23に示したような回路(以下、ニューロ
ン回路)によって構成される神経細胞模倣素子及びその
ネットワーク(回路網)であるが、より上位概念で考え
た場合、これらの全てを回路で構成しなくても(8)〜(2
9)で説明した手順に従ったソフトウエアにより信号処理
するようにしてもよい。本実施例は、その一つの例であ
る。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment described above is a nerve cell mimic element constituted by circuits (hereinafter referred to as neuron circuits) as shown in FIGS. 13 to 23 and a network (circuit network) thereof. (8) to (2) even if all of these
The signal processing may be performed by software according to the procedure described in 9). The present embodiment is one example thereof.

【0093】即ち、本実施例は、ネットワークを構成す
るニューロンの機能をソフトウエアで実現するようにし
たものである。まず、図33に示したようなネットワー
クの場合、このネットワークを構成する任意のニューロ
ンにおいてソフトウエアにより信号処理を行なう。ソフ
トウエアを利用するニューロンは、1つでも全てであっ
てもよく、或いは、ネットワークを形成する各層毎に決
定してもよい。ニューロン回路による信号処理を行なわ
ないニューロンの構成を図24に示す。ここで、入出力
装置101はニューロン回路を用いた他のニューロン或
いはネットワークへ信号を入力/出力する装置に接続
し、信号の授受を行なう。メモリ102にはCPU10
3を制御するソフトウエアやデータが格納されており、
信号はCPU103で処理される。信号処理の手順は前
述した通りであるが、改めて示すと図25及び図26の
ようになる。図25はフォワードプロセスにおけるアル
ゴリズムを示し、デジタル回路内又はコンピュータ内で
このような信号演算処理が行なわれる。図25に示す処
理中のニューロンの前後関係を示すと図27のようにな
る。図26は学習演算プロセスにおけるアルゴリズムを
示し、デジタル回路内又はコンピュータ内でこのような
信号演算処理が行なわれる。図26に示す処理中のニュ
ーロンの前後関係を示すと図28のようになる。このよ
うな図25及び図26に示した手順に従ってソフトウエ
アを作成し、メモリ102に格納しておく。ここに、ソ
フトウエアにより図24のニューロンの1つを複数のニ
ューロン分として機能させることも可能である。もっと
も、信号を時分割して処理する必要がある。
That is, in this embodiment, the functions of the neurons constituting the network are realized by software. First, in the case of a network as shown in FIG. 33, signal processing is performed by software in an arbitrary neuron constituting the network. The number of neurons using software may be one or all, or may be determined for each layer forming a network. FIG. 24 shows the configuration of a neuron that does not perform signal processing by a neuron circuit. Here, the input / output device 101 is connected to another neuron using a neuron circuit or a device that inputs / outputs a signal to / from a network, and transmits / receives a signal. The memory 102 has a CPU 10
The software and data for controlling 3 are stored,
The signals are processed by the CPU 103. The signal processing procedure is as described above, but is shown in FIGS. 25 and 26 again. FIG. 25 shows an algorithm in the forward process, and such signal operation processing is performed in a digital circuit or a computer. FIG. 27 shows the anteroposterior relationship of the neurons during the processing shown in FIG. FIG. 26 shows an algorithm in the learning operation process, and such a signal operation process is performed in a digital circuit or a computer. FIG. 28 shows the relationship between the neurons during the processing shown in FIG. 26. Software is created according to the procedure shown in FIGS. 25 and 26 and stored in the memory 102. Here, one of the neurons in FIG. 24 can be made to function as a plurality of neurons by software. However, it is necessary to process the signal in a time-division manner.

【0094】このような構成をとることにより、ハード
ウエアによる変更を行なわず、メモリ102を書換える
だけで、ネットワーク構成を変更させることができ、柔
軟性及び汎用性に富んだネットワークを構築することが
できる。
By adopting such a configuration, it is possible to change the network configuration only by rewriting the memory 102 without making any hardware changes, thereby constructing a highly flexible and versatile network. Can be.

【0095】さらに、本発明の第六の実施例を図29に
より説明する。本実施例は、1つのニューロンにおいて
機能の一部をソフトウエアで実行するようにしたもので
ある。図24に示した構成において、図25に示した信
号処理手順を基にしたソフトウエアをメモリ102に格
納することでフォワードプロセスの実行が可能なソフト
ウエアを利用したニューロンを実現することができる。
学習機能を持つニューロンを実現するには、入出力装置
101に図14又は図21に示したような回路を付加す
ればよい。何れの場合も、図15の右半分と図16に示
した回路部分は必要である。図20に示した回路は適宜
設ければよい。図29はこのような学習機能を持たせる
ための回路を学習回路104として示したものである。
Further, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the functions of one neuron is executed by software. In the configuration shown in FIG. 24, by storing software based on the signal processing procedure shown in FIG. 25 in the memory 102, it is possible to realize a neuron using software capable of executing a forward process.
In order to realize a neuron having a learning function, a circuit as shown in FIG. 14 or FIG. In any case, the right half of FIG. 15 and the circuit part shown in FIG. 16 are necessary. The circuit illustrated in FIG. 20 may be provided as appropriate. FIG. 29 shows a circuit for providing such a learning function as a learning circuit 104.

【0096】本実施例によっても、前記第五の実施例の
場合と同様に、ソフトウエアの変更だけでネットワーク
構成の変更が可能となり、柔軟性及び汎用性に富むネッ
トワークの構築が可能となる。
According to the present embodiment, as in the case of the fifth embodiment, the network configuration can be changed only by changing the software, and a highly flexible and versatile network can be constructed.

【0097】また、実際的に考えた場合、通常の電子機
器にはCPUが予め搭載されている場合が多いので、図
24に示すような構成要素を新規に設けなくてもよいと
いえる。さらに、学習機能が不要なシステムであれば、
ハードウエアの量を大幅に減らすこともできる。
Further, when practically considered, ordinary electronic devices are often provided with a CPU in advance, so that it can be said that it is not necessary to newly provide components as shown in FIG. Furthermore, if the system does not require a learning function,
The amount of hardware can be greatly reduced.

【0098】また、本発明の第七の実施例を図30によ
り説明する。本実施例は、学習プロセス機能をソフトウ
エアで実現するようにしたものである。図24に示した
構成において、図26に示した信号処理手順を基にした
ソフトウエアをメモリ102に格納することで学習プロ
セスの実行が可能なソフトウエアを利用したニューロン
を実現することができる。フォワードプロセス機能を持
つニューロンを実現するには、入出力装置101に図1
4及び図15に示した回路、或いは、図14及び図22
に示したような回路を付加すればよい。図19に示した
回路は適宜設ければよい。図30はこのようなフォワー
ドプロセス機能を持たせるための回路をフォワード回路
105として示したものである。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the learning process function is realized by software. In the configuration shown in FIG. 24, by storing software based on the signal processing procedure shown in FIG. 26 in the memory 102, it is possible to realize a neuron using software capable of executing a learning process. In order to realize a neuron having a forward process function, the input / output device 101 needs to be configured as shown in FIG.
4 and FIG. 15, or FIG. 14 and FIG.
The circuit shown in FIG. The circuit illustrated in FIG. 19 may be provided as appropriate. FIG. 30 shows a circuit for providing such a forward process function as a forward circuit 105.

【0099】本実施例によっても、前記第五、六の実施
例の場合と同様に、ソフトウエアの変更だけでネットワ
ーク構成の変更が可能となり、柔軟性及び汎用性に富む
ネットワークの構築が可能となる。特に、学習則の変更
に対する対応も容易なものとなる。また、この場合も、
通常の電子機器ではCPUが予め搭載されている場合が
多い点に着目すれば、図24に示すような構成要素を新
規に設けなくてもよいといえる。さらに、学習機能が不
要なシステムであれば、ハードウエアの量を大幅に減ら
すこともできる。
According to this embodiment, as in the fifth and sixth embodiments, the network configuration can be changed only by changing the software, and a network having high flexibility and versatility can be constructed. Become. In particular, it is easy to respond to a change in the learning rule. Also in this case,
Paying attention to the fact that ordinary electronic devices often have a CPU mounted in advance, it can be said that it is not necessary to newly provide a component as shown in FIG. Furthermore, if the system does not require a learning function, the amount of hardware can be greatly reduced.

【0100】これらのソフトウエアを利用した実施例
(請求項20ないし24記載の発明に相当する)によれ
ば、信号処理方式としてデジタル論理演算のみで実行で
きるため、必要とするソフトウエアも低水準の言語によ
るものでよく、かつ、ソフトウエアの高速実行も可能と
なる。
According to the embodiment using the software (corresponding to the invention of claims 20 to 24), the signal processing method can be executed only by digital logic operation, so that the required software is low level. Language, and the software can be executed at high speed.

【0101】ところで、ニューロンのネットワーク構造
としては、図33に示したようなものの他、例えば図3
1や図32に示すような構造のものでもよい。図31は
請求項9ないしは請求項10記載の発明に相当する概念
的な構造図であり、入力側から順に第1の集合体11
0、中間集合体111、最終集合体112としたとき
(図33にあってもこのように集合体を分類できる)、
ある集合体に含まれる神経細胞ユニット1(○は各々論
理演算手段を示す)が他の集合体に含まれる神経細胞ユ
ニット1の全てとは接続されていない状態を示す。図3
3においてはある集合体内の全ての神経細胞ユニット1
は別の集合体内の全ての神経細胞ユニットとの間で相互
に信号の送受信を行なうものであるが、図31に示すよ
うに集合体間は各々の集合体内の神経細胞ユニット1を
全結合しなくてもよい。
By the way, as a network structure of the neuron, for example, as shown in FIG.
1 or a structure as shown in FIG. FIG. 31 is a conceptual structural diagram corresponding to the invention according to claim 9 or claim 10, wherein the first aggregate 11
0, the intermediate aggregate 111, and the final aggregate 112 (the aggregate can be classified in this way even in FIG. 33),
This shows a state in which the nerve cell units 1 included in a certain aggregate (circles indicate logical operation means) are not connected to all of the nerve cell units 1 included in another aggregate. FIG.
3, all neural cell units 1 in a certain aggregate
Transmits and receives signals to and from all the neuron units in another assembly. As shown in FIG. 31, the neuron units 1 in each assembly are fully connected between the aggregations. It is not necessary.

【0102】図32は請求項5記載の発明について、第
1の集合体110と最終集合体112との間に2層の中
間集合体113,114を用いて4層構造としてネット
ワーク構成したものである。一般的には、中間集合体を
適宜の数だけ設けてもよい。
FIG. 32 shows a four-layer network using the two-layer intermediate assemblies 113 and 114 between the first assembly 110 and the final assembly 112 according to the fifth aspect of the present invention. is there. Generally, an appropriate number of intermediate assemblies may be provided.

【0103】また、これらの図31,図32及び図33
では、何れも各集合体に含まれる神経細胞ユニット1の
数が4個として図示されているが、これらの数は実施例
中の具体例で説明したごとく、任意であり、各集合体毎
に神経細胞ユニット数が異なってもよい。
Further, FIG. 31, FIG. 32 and FIG.
In each of the figures, the number of neuron units 1 included in each assembly is shown as four, but these numbers are arbitrary as described in the specific examples in the embodiments, and The number of nerve cell units may be different.

【0104】[0104]

【発明の効果】本発明は、信号処理回路、信号処理回路
網、信号処理装置及び信号処理方法に関して、上述した
ように構成したので、自己学習機能を含めて神経細胞網
の機能をハードウエア上で並列的に行わせることがで
き、自己学習機能を発揮させ、従来のコンピュータシミ
ュレーションのシリアル処理による計算に比べ処理速度
を著しく向上させることができ、このとき、デジタル回
路構成により動作は確実なものとなり、特に、全てをパ
ルス密度表現によるデジタル的な信号処理としたので、
増幅器の温度特性等の影響を受ける等のアナログ方式の
ような不都合も生じないものである。
According to the present invention, since the signal processing circuit, the signal processing circuit network, the signal processing device and the signal processing method are configured as described above, the functions of the neural cell network including the self-learning function can be implemented on hardware. In parallel, the self-learning function can be demonstrated, and the processing speed can be remarkably improved compared to the calculation by the serial processing of the conventional computer simulation. At this time, the operation is assured by the digital circuit configuration In particular, since everything was digital signal processing by pulse density expression,
The inconvenience of the analog system, such as being affected by the temperature characteristics of the amplifier, does not occur.

【0105】特に、請求項5又は6記載の発明のように
構成すれば、ニューロンの機能をソフトウエアで実現す
ることも可能であり、ハードウエアの変更を要せず、ソ
フトウエアの変更だけでネットワークの構成の変更も可
能となり、柔軟性及び汎用性に富んだネットワークの構
築も可能となるものである。
In particular, with the configuration according to the fifth or sixth aspect of the present invention, the function of the neuron can be realized by software, and no hardware change is required, and only the software change is required. The configuration of the network can be changed, and a highly flexible and versatile network can be constructed.

【0106】また、結合には興奮性と抑制性との2種類
があるが、請求項8,9又は10記載の発明などのよう
に、結合係数の正負により2グループに分けてグループ
毎に処理した後で、一方の否定結果と他方の結果との論
理積又は論理和をとる処理、又は、両者の割合による多
数決論理により決定する柔軟な処理でよく、よって、論
理回路なるデジタル回路で実現できるものである。
There are two types of coupling, excitatory and inhibitory. As in the invention according to the eighth, ninth or tenth aspect, the coupling is divided into two groups depending on the sign of the coupling coefficient and processed for each group. After that, a process of calculating the logical product or the logical sum of one negative result and the other result, or a flexible process determined by majority logic based on the ratio of both, may be used, and therefore, it can be realized by a digital circuit as a logical circuit. Things.

【0107】また、結合係数についてもメモリ上に用意
されており、抵抗等による場合と異なり、書換え可能で
汎用性を持つものとなる。
The coupling coefficient is also prepared on the memory, and is rewritable and versatile, unlike the case of using a resistor or the like.

【0108】さらには、請求項7記載の発明によれば、
学習係数を可変としたので、実際の応用環境に即した、
効率的で使いやすいものとすることができる。
Furthermore, according to the seventh aspect of the present invention,
Since the learning coefficient is variable, it can be adapted to the actual application environment.
It can be efficient and easy to use.

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

【図1】本発明の第一の実施例における1つの神経細胞
模倣回路を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one neuron mimic circuit in a first embodiment of the present invention.

【図2】結合係数可変回路を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a coupling coefficient variable circuit.

【図3】この可変回路を用いた結合係数掛け合わせ回路
の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a coupling coefficient multiplying circuit using the variable circuit.

【図4】その加算回路の一例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the addition circuit.

【図5】シグモイド関数の一階微分特性を示すグラフで
ある。
FIG. 5 is a graph showing first-order differential characteristics of a sigmoid function.

【図6】f′信号作成回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an f ′ signal generation circuit.

【図7】その入出力特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing its input / output characteristics.

【図8】異なる入出力特性例を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing examples of different input / output characteristics.

【図9】誤差信号発生回路の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of an error signal generation circuit.

【図10】誤差信号発生回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an error signal generation circuit.

【図11】結合係数作成回路の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a coupling coefficient creation circuit.

【図12】説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram.

【図13】本発明の第二の実施例を示す信号演算部分の
構成例の論理回路図である。
FIG. 13 is a logic circuit diagram of a configuration example of a signal operation portion according to a second embodiment of the present invention.

【図14】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 14 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図15】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 15 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図16】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 16 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図17】各部の構成例を示す論理回路図である。FIG. 17 is a logic circuit diagram illustrating a configuration example of each unit.

【図18】変形例を示す論理回路図である。FIG. 18 is a logic circuit diagram showing a modification.

【図19】変形例を示す論理回路図である。FIG. 19 is a logic circuit diagram showing a modification.

【図20】本発明の第三の実施例を示す回路図である。FIG. 20 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第四の実施例を示す回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図22】回路図である。FIG. 22 is a circuit diagram.

【図23】回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram.

【図24】本発明の第五の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 24 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図25】フォワードプロセスにおける処理を示すフロ
ーチヤートである。
FIG. 25 is a flowchart showing processing in a forward process.

【図26】学習プロセスにおける処理を示すフローチヤ
ートである。
FIG. 26 is a flowchart showing processing in a learning process.

【図27】ニユーロンの前後関係を示す模式図である。FIG. 27 is a schematic diagram showing the before-and-after relationship of the Euron.

【図28】ニユーロンの前後関係を示す模式図である。FIG. 28 is a schematic diagram showing a front-back relationship of a euron.

【図29】本発明の第六の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 29 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第七の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 30 is a block diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図31】ネットワーク構造の変形例を示す概念図であ
る。
FIG. 31 is a conceptual diagram showing a modification of the network structure.

【図32】ネットワーク構造の異なる変形例を示す概念
図である。
FIG. 32 is a conceptual diagram showing a different modification of the network structure.

【図33】従来例を示すニューラルネットワークの概念
図である。
FIG. 33 is a conceptual diagram of a neural network showing a conventional example.

【図34】その1つのユニット構成を示す概念図であ
る。
FIG. 34 is a conceptual diagram showing one unit configuration.

【図35】シグモイド関数を示すグラフである。FIG. 35 is a graph showing a sigmoid function.

【図36】1つのユニットの具体的回路図である。FIG. 36 is a specific circuit diagram of one unit.

【図37】デジタル構成例を示すブロック図である。FIG. 37 is a block diagram illustrating a digital configuration example.

【図38】その一部の回路図である。FIG. 38 is a partial circuit diagram thereof.

【図39】その一部の他の回路図である。FIG. 39 is a partial other circuit diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 論理演算手段 20 結合係数可変回路 41,80,95 結合係数生成回路 45,50 神経細胞模倣回路 51,52,58,62〜65,72,77〜80
デジタル論理回路 56,81,90a,90b メモリ 61 グループ分け用メモリ 82 学習定数設定手段 92 多数決回路 110〜114 集合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Logical operation means 20 Coupling coefficient variable circuit 41,80,95 Coupling coefficient generation circuit 45,50 Nerve cell imitation circuit 51,52,58,62-65,72,77-80
Digital logic circuit 56, 81, 90a, 90b Memory 61 Grouping memory 82 Learning constant setting means 92 Majority decision circuit 110-114 Aggregation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平2−272827 (32)優先日 平2(1990)10月11日 (33)優先権主張国 日本(JP) (56)参考文献 特開 平1−173257(JP,A) 特開 平1−204171(JP,A) 特開 平1−244567(JP,A) 特開 平1−193982(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 2-272827 (32) Priority date Hei 2 (1990) October 11 (33) Priority claim country Japan (JP) (56) References JP-A-1-173257 (JP, A) JP-A-1-204171 (JP, A) JP-A-1-244567 (JP, A) JP-A-1-193982 (JP, A)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入力信号を受信するための入力手段と、 論理回路で形成されて結合係数を供給するための供給手
段と、結合係数と入力信号との各々に論理演算処理を行
いその演算処理結果を出力する論理演算手段とを備えて
前記入力手段に結合されたフォワードプロセス手段と、 前記論理演算手段の出力信号と教師信号とから生成され
る誤差信号に基づき新しい結合係数を生成する結合係数
生成手段と、前記供給手段により供給される結合係数を
前記結合係数生成手段によって生成された新しい結合係
数に変更する結合係数変更手段とを備えて前記フォワー
ドプロセス手段に結合された自己学習手段と からなる神経細胞模倣回路を有することを特徴とする信
号処理装置。
An input means for receiving an input signal, a supply means formed of a logic circuit for supplying a coupling coefficient, and performing a logical operation processing on each of the coupling coefficient and the input signal, and performing the operation processing Forward processing means coupled to the input means, comprising: logical operation means for outputting a result; coupling coefficient for generating a new coupling coefficient based on an error signal generated from an output signal of the logical operation means and a teacher signal Generating means, and self-learning means coupled to the forward processing means, comprising: coupling coefficient changing means for changing the coupling coefficient supplied by the supplying means to a new coupling coefficient generated by the coupling coefficient generating means. A signal processing device comprising a nerve cell mimicking circuit.
【請求項2】自己学習手段中の結合係数生成手段を、誤
差信号と学習定数に基づいて新しい結合係数を生成する
手段としたことを特徴とする請求項1記載の信号処理装
置。
2. A signal processing apparatus according to claim 1, wherein said coupling coefficient generating means in said self-learning means is means for generating a new coupling coefficient based on the error signal and the learning constant.
【請求項3】入力手段が、第1の2進数入力信号を受信
するための複数の第1の入力ラインと、第2の2進数入
力信号を受信するための複数の第2の入力ラインとから
なり、 供給手段が、結合係数を格納するための第1のメモリ手
段と第2のメモリ手段とを含み、 論理演算手段が、 前記第1の入力ラインから受信した前記第1の2進数入
力信号の一つと前記第1のメモリ手段から読み出された
その入力ラインに対応する結合係数との論理積を前記第
1の2進数入力信号の各々について得るための第1のゲ
ート手段と、 前記第2の入力ラインから受信した前記第2の2進数入
力信号の一つと前記第2のメモリ手段から読み出された
その入力ラインに対応する結合係数との論理積を前記第
2の2進数入力信号の各々について得るための第2のゲ
ート手段と、 前記第1のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第3のゲート手段と、 前記第2のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第4のゲート手段と、 前記第4のゲート手段の論理和出力を反転させるインバ
ータと、 前記第3のゲート手段の論理和出力とこのインバータに
より反転された論理和出力との論理積及び論理和を得る
ためのゲートを含む出力手段と を備えてなることを特徴とする請求項1記載の信号処理
装置。
3. An input means comprising: a plurality of first input lines for receiving a first binary input signal; and a plurality of second input lines for receiving a second binary input signal. Wherein the supply means includes first memory means and second memory means for storing coupling coefficients, and logical operation means comprises: the first binary input received from the first input line. First gating means for obtaining, for each of the first binary input signals, a logical product of one of the signals and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the first memory means; The logical product of one of the second binary input signals received from a second input line and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the second memory means is input to the second binary input signal. A second gate to obtain for each of the signals. Gate means; third gate means for obtaining a logical sum between logical product outputs of the first gate means; and fourth gate for obtaining a logical sum between logical product outputs of the second gate means. And an inverter for inverting a logical sum output of the fourth gate means, and a logical product and a logical sum of the logical sum output of the third gate means and the logical sum output inverted by the inverter are obtained. The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising: output means including a gate for performing the operation.
【請求項4】第1の入力ライン、第1のメモリ手段、第
1のゲート手段及び第3のゲート手段が興奮性結合グル
ープを形成し、 第2の入力ライン、第2のメモリ手段、第2のゲート手
段、第4のゲート手段及びインバータが抑制性結合グル
ープを形成し、 前記第3のゲート手段、第4のゲート手段、インバータ
及び出力手段が、前記興奮性結合グループから得られる
出力と前記抑制性結合グループから得られる出力とにつ
いて多数決に基づいてニューロンユニットの出力信号を
決定するための多数決決定手段を形成した ことを特徴とする請求項3記載の信号処理装置。
4. The first input line, the first memory means, the first gate means and the third gate means form an excitatory coupling group, the second input line, the second memory means, A second gating means, a fourth gating means and an inverter forming an inhibitory coupling group, wherein the third gating means, the fourth gating means, the inverter and the output means comprise an output obtained from the excitatory coupling group; 4. The signal processing device according to claim 3, wherein a majority decision means for determining an output signal of the neuron unit based on a majority decision with respect to an output obtained from the inhibitory connection group is formed.
【請求項5】各々論理演算手段を有する複数の集合体か
らなる階層型の信号処理装置において、 前記論理演算手段から出力される最終出力信号とこの論
理演算手段に対応する教師信号とを比較してこの教師信
号のみに存在する信号を正の誤差信号、前記最終出力信
号のみに存在する信号を負の誤差信号とするこの論理演
算手段における誤差信号を生成する比較出力手段と、 他の集合体を構成する演算手段にその出力信号を与える
ある集合体内の論理演算手段において前記他の集合体を
構成する演算手段との結合状態を表す興奮性の結合係数
信号と抑制性の結合係数信号との少なくとも一方の信号
からなる結合係数信号と、前記他の集合体を構成する演
算手段における正の誤差信号と負の誤差信号とからなる
誤差信号とを用い、前記結合係数信号のうちで興奮性の
結合係数信号と前記正の誤差信号、及び、前記結合係数
信号のうちで抑制性の結合係数信号と前記負の誤差信号
とに基づいて論理演算して前記ある集合体内の論理演算
手段における正の誤差信号を生成し、前記結合係数信号
のうちで抑制性の結合係数信号と他の集合体における前
記正の誤差信号、及び、前記結合係数信号のうちで興奮
性の結合係数信号と前記負の誤差信号とに基づいて論理
演算して前記ある集合体内の論理演算手段における負の
誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、 前記他の集合体を構成する論理演算手段に入力される全
ての入力信号とこの論理演算手段における正の誤差信号
と負の誤差信号と、この論理演算手段にその出力信号を
与える前記ある集合体を構成する演算手段との結合状態
を表す結合係数信号とに基づいてこの結合係数信号を制
御する結合係数制御手段と を設けたことを特徴とする信号処理装置。
5. A hierarchical signal processing device comprising a plurality of aggregates each having logical operation means, wherein a final output signal output from said logical operation means is compared with a teacher signal corresponding to said logical operation means. A comparison output means for generating an error signal in the logical operation means in which a signal existing only in the leverage teacher signal is a positive error signal and a signal existing only in the final output signal is a negative error signal; In the logical operation means in one set which gives the output signal to the operation means constituting the above, the excitatory coupling coefficient signal and the suppressing coupling coefficient signal representing the coupling state with the operation means constituting the other aggregate A coupling coefficient signal comprising at least one of the signals and an error signal comprising a positive error signal and a negative error signal in the arithmetic means constituting the other aggregate; The logical sum is calculated based on the excitatory coupling coefficient signal and the positive error signal, and the suppressive coupling coefficient signal and the negative error signal among the coupling coefficient signals. Generating a positive error signal in the logical operation means of the above, the positive error signal in the other combination and the suppressing coupling coefficient signal among the coupling coefficient signal, and excitability among the coupling coefficient signal Error signal generating means for performing a logical operation based on the coupling coefficient signal and the negative error signal to generate a negative error signal in the logical operation means in the certain set; and logical operation means constituting the other set And the positive error signal and the negative error signal in the logical operation means, and the combined state of the arithmetic means constituting the certain assembly for providing the output signal to the logical operation means. Conclusion Based on the coefficient signal a signal processing apparatus characterized by comprising a coupling coefficient control means for controlling the coupling coefficient signal.
【請求項6】各々論理演算手段を有する第1の集合体、
最終集合体及び前記第1の集合体からの出力信号を受け
て前記最終集合体に出力信号を供給する中間集合体から
なり、前記集合体内である集合体内の論理演算手段と別
の集合体内の論理演算手段との間で相互に信号の送受信
を行なって前記第1の集合体に入力信号が与えられたと
きに前記最終集合体から出力される最終出力信号と特定
の教師信号とを比較し、この比較結果に基づいて前記論
理演算手段間の全ての結合係数を制御することにより、
与えられた前記入力信号に対して得られる最終集合体内
の論理演算手段からの前記最終出力信号を前記教師信号
に収束させるようにした階層型の信号処理装置におい
て、 前記最終集合体内の論理演算手段から出力される前記最
終出力信号とこの論理演算手段に対応する教師信号とを
比較してこの教師信号のみに存在する信号を正の誤差信
号、前記最終出力信号のみに存在する信号を負の誤差信
号とするこの論理演算手段における誤差信号を生成する
比較出力手段と、他の集合体を構成する演算手段にその
出力信号を与えるある集合体内の論理演算手段において
前記他の集合体を構成する演算手段との結合状態を表す
興奮性の結合係数信号と抑制性の結合係数信号との少な
くとも一方の信号からなる結合係数信号と、前記他の集
合体を構成する演算手段における正の誤差信号と負の誤
差信号とからなる誤差信号とを用い、前記結合係数信号
のうちで興奮性の結合係数信号と前記正の誤差信号、及
び、前記結合係数信号のうちで抑制性の結合係数信号と
前記負の誤差信号とに基づいて論理演算して前記ある集
合体内の論理演算手段における正の誤差信号を生成し、
前記結合係数信号のうちで抑制性の結合係数信号と他の
集合体における前記正の誤差信号、及び、前記結合係数
信号のうちで興奮性の結合係数信号と前記負の誤差信号
とに基づいて論理演算して前記ある集合体内の論理演算
手段における負の誤差信号を生成する誤差信号生成手段
と、 前記他の集合体を構成する論理演算手段に入力される全
ての入力信号とこの論理演算手段における正の誤差信号
と負の誤差信号と、この論理演算手段にその出力信号を
与える前記ある集合体を構成する演算手段との結合状態
を表す結合係数信号とに基づいてこの結合係数信号を制
御する結合係数制御手段と を設けたことを特徴とする信号処理装置。
6. A first set, each having a logical operation means,
An intermediate aggregate that receives an output signal from the final aggregate and the first aggregate and supplies an output signal to the final aggregate; and a logical operation unit in the aggregate that is the aggregate and a logical operation unit in another aggregate. A signal is mutually transmitted and received between the logical operation means, and a final output signal output from the final aggregate when an input signal is given to the first aggregate is compared with a specific teacher signal. By controlling all coupling coefficients between the logical operation means based on the comparison result,
In a hierarchical signal processing apparatus configured to converge the final output signal from a logical operation unit in a final set obtained for the given input signal to the teacher signal, the logical operation unit in the final set Is compared with a teacher signal corresponding to the logical operation means, a signal existing only in the teacher signal is a positive error signal, and a signal existing only in the final output signal is a negative error signal. A comparison output means for generating an error signal in the logic operation means as a signal; and an operation constituting the other set in a logic operation means in one set for providing the output signal to the operation means constituting another set A coupling coefficient signal comprising at least one of an excitatory coupling coefficient signal and an inhibitory coupling coefficient signal representing a coupling state with the means, and forming the other aggregate Using an error signal composed of a positive error signal and a negative error signal in the arithmetic means, an excitatory coupling coefficient signal and the positive error signal among the coupling coefficient signals, and among the coupling coefficient signals, A logical operation is performed based on the suppression coupling coefficient signal and the negative error signal to generate a positive error signal in a logical operation unit in the certain set,
Of the coupling coefficient signals, the positive error signal in the suppression coupling coefficient signal and the other aggregate, and, based on the excitatory coupling coefficient signal and the negative error signal in the coupling coefficient signal, Error signal generating means for performing a logical operation to generate a negative error signal in the logical operation means in the certain set; all input signals input to the logical operation means constituting the other set; and the logical operation means The coupling coefficient signal is controlled on the basis of the positive error signal and the negative error signal in the above, and a coupling coefficient signal indicating a coupling state between the logical means and the arithmetic means which constitutes the certain assembly which provides the output signal to the logical arithmetic means. And a coupling coefficient control means.
【請求項7】神経細胞模倣回路が、この神経細胞模倣回
路の外部から学習定数を任意に設定するための学習定数
設定手段を有することを特徴とする請求項1記載の信号
処理装置。
7. The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the neural cell mimic circuit has learning constant setting means for arbitrarily setting a learning constant from outside the neural cell mimic circuit.
【請求項8】入力手段が、2進数入力信号を受信するた
めの複数の入力ラインからなり、 供給手段が、結合係数が属している興奮性結合グループ
又は抑制性結合グループの一つを示し前記結合係数と対
応するグルーピング情報を格納するためのメモリ手段を
有し、 論理演算手段が、 前記入力ラインから受信した前記2進数入力信号の一つ
と前記メモリ手段から読み出されたその入力ラインに対
応する結合係数との論理積を前記2進数入力信号の各々
について得るための第1のゲート手段と、 前記メモリ手段から読み出された前記グルーピング情報
の一つと前記第1のゲート手段から出力される対応する
論理積出力との論理積を得るための第2のゲート手段
と、 前記メモリ手段から読み出された前記グルーピング情報
の一つの反転情報と前記第1のゲート手段から出力され
る対応する論理積出力との論理積を得るための第3のゲ
ート手段と、 前記第2のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第4のゲート手段と、 前記第3のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第5のゲート手段と、 この第5のゲート手段の論理和出力を反転させるインバ
ータと、 前記第4のゲート手段の論理和出力とこのインバータに
より反転された論理和出力との論理積又は論理和を得る
ためのゲート手段を含む出力手段と を備えてなることを特徴とする請求項1記載の信号処理
装置。
8. The input means comprises a plurality of input lines for receiving a binary input signal, the supply means indicating one of an excitatory coupling group or an inhibitory coupling group to which the coupling coefficient belongs. Memory means for storing grouping information corresponding to coupling coefficients, wherein a logical operation means corresponds to one of the binary input signals received from the input line and the input line read from the memory means First gating means for obtaining a logical product of each of the binary input signals with a coupling coefficient to be obtained, and one of the grouping information read from the memory means and output from the first gating means Second gate means for obtaining a logical product with a corresponding logical product output; and one of the inversion information of the grouping information read from the memory means, Third gate means for obtaining a logical product of the corresponding logical product output output from the first gate means, and fourth fourth means for obtaining the logical sum of the logical product outputs of the second gate means. Gate means; fifth gate means for obtaining a logical sum of the logical product outputs of the third gate means; an inverter for inverting the logical sum output of the fifth gate means; and the fourth gate 2. The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising output means including a gate means for obtaining a logical product or a logical sum of the logical sum output of the means and the logical sum output inverted by the inverter. .
【請求項9】入力手段が、2進数入力信号を受信するた
めの複数の入力ラインからなり、 供給手段が、結合係数を格納する第1のメモリ手段と第
2のメモリ手段とを有し、 論理演算手段が、 前記入力ラインから受信した前記2進数入力信号の一つ
と前記第1のメモリ手段から読み出されたその入力ライ
ンに対応する結合係数との論理積を前記2進数入力信号
の各々について得るための第1のゲート手段と、 前記入力ラインから受信した前記2進数入力信号の一つ
と前記第2のメモリ手段から読み出されたその入力ライ
ンに対応する結合係数との論理積を前記2進数入力信号
の各々について得るための第2のゲート手段と、 前記第1のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第3のゲート手段と、 前記第2のゲート手段の論理積出力同士の論理和を得る
ための第4のゲート手段と、 この第4のゲート手段の論理和出力を反転させるインバ
ータと、 前記第3のゲート手段の論理和出力とこのインバータに
より反転された論理和出力との論理積又は論理和を得る
ためのゲートを含む出力手段と を備えてなることを特徴とする請求項1記載の信号処理
装置。
9. The input means comprises a plurality of input lines for receiving a binary input signal, the supply means having first and second memory means for storing coupling coefficients, A logical operation means for calculating a logical product of one of the binary input signals received from the input line and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the first memory means, for each of the binary input signals; And a logical product of one of the binary input signals received from the input line and a coupling coefficient corresponding to the input line read from the second memory means. Second gate means for obtaining each of the binary input signals; third gate means for obtaining a logical sum of AND outputs of the first gate means; and logic of the second gate means. product Fourth gate means for obtaining a logical sum of forces, an inverter for inverting a logical sum output of the fourth gate means, a logical sum output of the third gate means, and a logic inverted by the inverter 2. The signal processing device according to claim 1, further comprising: an output unit including a gate for obtaining a logical product or a logical sum with the sum output.
【請求項10】第1のメモリ手段、第1のゲート手段及
び第3のゲート手段が興奮性結合グループを形成し、 第2のメモリ手段、第2のゲート手段、第4のゲート手
段及びインバータが抑制性結合グループを形成し、 前記第3のゲート手段、第4のゲート手段、インバータ
及び出力手段が、前記興奮性結合グループから得られる
出力と前記抑制性結合グループから得られる出力とにつ
いて多数決に基づいてニューロンユニットの出力信号を
決定するための多数決決定手段を形成した ことを特徴とする請求項9記載の信号処理装置。
10. The first memory means, the first gate means and the third gate means form an excitatory coupling group, the second memory means, the second gate means, the fourth gate means and the inverter. Form an inhibitory coupling group, wherein the third gate means, the fourth gate means, the inverter and the output means determine a majority of an output obtained from the excitatory coupling group and an output obtained from the inhibitory coupling group. 10. The signal processing device according to claim 9, wherein majority decision means for deciding an output signal of the neuron unit based on the majority decision is formed.
【請求項11】ニューロンユニットへの複数の入力信号
を処理し、その処理結果を出力信号として出力する信号
処理装置において、 複数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号
との各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号と
して出力するフォワードプロセス手段と、 このフォワードプロセス手段により得られる出力信号と
教師信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を
制御して学習を行う自己学習手段と からなる神経細胞模倣回路を備え、 前記差が、教師信号と出力信号とが異なったときに教師
信号側に存在するパルスからなる第1の誤差成分と出力
信号側に存在するパルスからなる第2の誤差成分とより
なることを特徴とする信号処理装置。
11. A signal processing apparatus for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal, wherein each operation of a plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to these coupling coefficients is performed. A forward processing means for performing processing and outputting the operation result as an output signal; and a self processing means for learning by controlling the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between the output signal obtained by the forward processing means and the teacher signal A neural cell mimicking circuit comprising learning means, wherein the difference is determined from a first error component consisting of a pulse present on the teacher signal side when the teacher signal and the output signal are different, and a pulse present on the output signal side. And a second error component.
【請求項12】ニューロンユニットへの複数の入力信号
を処理し、その処理結果を出力信号として出力する信号
処理装置において、 複数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号
との各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号と
して出力するフォワードプロセス手段と、 このフォワードプロセス手段により得られる出力信号と
教師信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を
制御して学習を行う自己学習手段と からなる神経細胞模倣回路を備え、 前記差が、負値でない値をとる第1の誤差成分と第2の
誤差成分とよりなり、前記フォワードプロセス手段によ
り得られる出力信号と教師信号との差が前記第1の誤差
成分と前記第2の誤差成分との差に等しいことを特徴と
する信号処理装置。
12. A signal processing apparatus for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal, wherein each operation of a plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to these coupling coefficients is performed. A forward processing means for performing processing and outputting the operation result as an output signal; and a self processing means for learning by controlling the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between the output signal obtained by the forward processing means and the teacher signal A neuron mimicking circuit comprising learning means, wherein the difference comprises a first error component and a second error component having non-negative values, and an output signal and a teacher signal obtained by the forward processing means. Is equal to the difference between the first error component and the second error component.
【請求項13】第1の誤差信号は、フォワードプロセス
手段から出力される出力信号と教師信号を論理否定した
信号との論理積により算出し、 第2の誤差信号は、フォワードプロセス手段から出力さ
れる出力信号を論理否定した信号と教師信号との論理積
により算出するようにしたことを特徴とする請求項12
記載の信号処理装置。
13. A first error signal is calculated by a logical product of an output signal output from the forward processing means and a signal obtained by logically negating the teacher signal, and a second error signal is output from the forward processing means. 13. An output signal obtained by logically negating the output signal and a teacher signal.
A signal processing device according to claim 1.
【請求項14】フォワードプロセス手段によって処理さ
れる信号と、自己学習手段によって処理される信号との
同期をとるようにしたことを特徴とする請求項12記載
の信号処理装置。
14. The signal processing apparatus according to claim 12, wherein a signal processed by the forward processing means is synchronized with a signal processed by the self-learning means.
【請求項15】少なくとも、入力信号、出力信号、結合
係数信号、教師信号及び誤差信号を、パルス密度を表す
パルス列により表される信号としたことを特徴とする請
求項1,5,6,11,12又は14記載の信号処理装
置。
15. The apparatus according to claim 1, wherein at least the input signal, the output signal, the coupling coefficient signal, the teacher signal and the error signal are signals represented by a pulse train representing a pulse density. , 12 or 14.
【請求項16】ニューロンユニットへの複数の入力信号
を処理し、その処理結果を出力信号として出力する信号
処理方法において、 複数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号
との各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号と
して出力するフォワードプロセスを実行するステップ
と、 このフォワードプロセスにより得られる出力信号と教師
信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御
して自己学習プロセスを実行するステップと からなり、 前記差が、教師信号と出力信号とが異なったときに教師
信号側に存在するパルスからなる第1の誤差成分と出力
信号側に存在するパルスからなる第2の誤差成分とより
なることを特徴とする信号処理方法。
16. A signal processing method for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal, wherein each operation of a plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to the coupling coefficients is performed. Executing a forward process of outputting a result of the operation as an output signal, and controlling the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between an output signal obtained by the forward process and a teacher signal, and performing self-learning. Performing the process, wherein the difference is a first error component comprising a pulse present on the teacher signal side when the teacher signal differs from the output signal, and a second error component comprising a pulse present on the output signal side. A signal processing method comprising:
【請求項17】ニューロンユニットへの複数の入力信号
を処理し、その処理結果を出力信号として出力する信号
処理方法において、 複数の結合係数とこれらの結合係数に対応する入力信号
との各々の演算処理を行い、その演算結果を出力信号と
して出力するフォワードプロセスを実行するステップ
と、 このフォワードプロセスにより得られる出力信号と教師
信号との差を表す誤差信号に基づき前記結合係数を制御
して自己学習プロセスを実行するステップと からなり、 前記差が、負値でない値をとる第1の誤差成分と第2の
誤差成分とよりなり、前記フォワードプロセスにより得
られる出力信号と教師信号との差が前記第1の誤差成分
と前記第2の誤差成分との差に等しいことを特徴とする
信号処理方法。
17. A signal processing method for processing a plurality of input signals to a neuron unit and outputting a result of the processing as an output signal, wherein each operation of a plurality of coupling coefficients and an input signal corresponding to the coupling coefficients is performed. Executing a forward process of outputting a result of the operation as an output signal, and controlling the coupling coefficient based on an error signal representing a difference between an output signal obtained by the forward process and a teacher signal, and performing self-learning. Performing the process, wherein the difference comprises a first error component and a second error component having non-negative values, and the difference between the output signal obtained by the forward process and the teacher signal is A signal processing method, wherein the difference is equal to a difference between a first error component and the second error component.
【請求項18】第1の誤差信号は、フォワードプロセス
から出力される出力信号と教師信号を論理否定した信号
との論理積により算出し、 第2の誤差信号は、フォワードプロセスから出力される
出力信号を論理否定した信号と教師信号との論理積によ
り算出するようにしたことを特徴とする請求項16又1
7記載の信号処理方法。
18. A first error signal is calculated by a logical product of an output signal output from a forward process and a signal obtained by logically negating a teacher signal, and a second error signal is an output output from the forward process. 17. The method according to claim 16, wherein the signal is calculated by a logical product of a signal obtained by logically negating the signal and a teacher signal.
7. The signal processing method according to 7.
【請求項19】フォワードプロセスによって処理される
信号と、自己学習プロセスによって処理される信号との
同期をとるようにしたことを特徴とする請求項16又は
17記載の信号処理方法。
19. The signal processing method according to claim 16, wherein a signal processed by the forward process and a signal processed by the self-learning process are synchronized.
【請求項20】少なくとも、入力信号、出力信号、結合
係数信号、教師信号及び誤差信号を、パルス密度を表す
パルス列により表される信号としたことを特徴とする請
求項16又は17記載の信号処理方法。
20. The signal processing according to claim 16, wherein at least the input signal, the output signal, the coupling coefficient signal, the teacher signal, and the error signal are signals represented by a pulse train representing a pulse density. Method.
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