JP3523325B2 - Neural network, signal processing device using the same, autonomous system, autonomous robot, and mobile system - Google Patents

Neural network, signal processing device using the same, autonomous system, autonomous robot, and mobile system

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JP3523325B2 JP10251994A JP10251994A JP3523325B2 JP 3523325 B2 JP3523325 B2 JP 3523325B2 JP 10251994 A JP10251994 A JP 10251994A JP 10251994 A JP10251994 A JP 10251994A JP 3523325 B2 JP3523325 B2 JP 3523325B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば画像や音声の認
識、ロボット等の適応制御、連想記憶、非線形予測等の
ような各種制御に適用可能な、神経細胞を模倣したニュ
ーラルネットワーク及びこれを用いた信号処理装置、自
律システム、自律型ロボット並びに移動システムに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neural network imitating a nerve cell, which can be applied to various controls such as recognition of images and voices, adaptive control of robots, associative memory, nonlinear prediction, etc. The present invention relates to a signal processing device, an autonomous system, an autonomous robot, and a mobile system used.

【0002】[0002]

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

【0003】しかし、これらのニューラルネットワーク
の研究は、静的状態を扱うものが殆どであり、実際の生
体で行われている動的状態とは異なるものである。従っ
て、人間や他の生体が有する情報処理機能を実現するた
めには、この動的状態を扱わなければならない。
However, most of the studies on these neural networks deal with static states, which are different from the dynamic states that are actually performed in the living body. Therefore, in order to realize the information processing function of humans and other living bodies, it is necessary to handle this dynamic state.

【0004】ここに、動的なニューラルネットワークの
情報処理で、大きな役割を果たしていると考えられてい
るのが「カオス現象」である。このカオス状態を有する
ニューラルネットワークモデルとしては、例えば、「ニ
ューラルシステムにおけるカオス」(合原一幸編著、東
京電機大学出版局、pp.157〜188)に示される
ものがある。
The "chaos phenomenon" is considered to play a major role in the information processing of dynamic neural networks. An example of the neural network model having this chaotic state is shown in "Chaos in Neural Systems" (edited by Kazuyuki Aihara, Tokyo Denki University Press, pp. 157-188).

【0005】図2はこの文献において示されているカ
オスニューロンの電子回路モデルのブロック図構成を示
すものである。これは、2つのサンプル&ホールド回路
(S&H回路)1,2と1次元写像回路3とを用い、ク
ロック4に従いS&H回路1により1ステップ前の内部
状態値を保持し、これを1次元写像回路3に入力してク
ロック5に従い次の時刻の値をS&H回路2の出力に得
る、という動作を繰返すようにしたものである。
[0005] Figure 2 2 shows a block diagram construction of an electronic circuit model of chaotic neurons has been shown in this document. This uses two sample-and-hold circuits (S & H circuits) 1 and 2 and a one-dimensional mapping circuit 3, and an S & H circuit 1 holds an internal state value one step before according to a clock 4, and this is stored in a one-dimensional mapping circuit. 3 and the value of the next time is obtained at the output of the S & H circuit 2 in accordance with the clock 5 and the operation is repeated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記文献に
示されるようなカオスニューロンモデルは、図24に示
したようにアナログ回路で構成されている。さらに、シ
ンプルなモデルとはいえ、不応期が存在する等、まだ複
雑さを有しているものである。よって、動的なニューラ
ルネットワークの機能をまだ十分に活かしているもので
はない。
However, the chaotic neuron model as shown in the above document is composed of an analog circuit as shown in FIG. Furthermore, although it is a simple model, it still has complexity, such as the existence of a refractory period. Therefore, the function of the dynamic neural network is not yet fully utilized.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のニューラ
ルネットワークは、複数の信号を加算する加算手段と、
この加算手段の加算結果なる内部活性値を非線形変換し
その変換結果をニューロン出力値として外部に出力する
非線形変換手段と、外部入力信号に対して結合係数を乗
算し乗算結果を前記加算手段へ出力する外部入力手段
と、前記内部活性値と前記ニューロン出力値とを演算処
理して前記加算手段へ出力する内部入力手段とを有して
前記ニューロン出力値に応じて前記内部活性値の変位量
(外部入力信号の入力値と結合係数値との積の総和)
+(閾値)−(内部活性値とニューロン出力値との積)
として算出決定される多入力1出力の複数のニューロン
素子を相互に接続したものである。
A neural network according to a first aspect of the present invention comprises an adding means for adding a plurality of signals,
Non-linear conversion means for performing non-linear conversion of the internal activation value resulting from the addition of the addition means and outputting the conversion result to the outside as a neuron output value; And external input means for performing arithmetic processing on the internal activation value and the neuron output value to output to the adding means, and the displacement amount of the internal activation value is changed according to the neuron output value. (Sum of products of input value of external input signal and coupling coefficient value)
+ (Threshold value)-(product of internal activation value and neuron output value)
A plurality of neuron elements having multiple inputs and one output, which are calculated and determined as, are connected to each other.

【0008】請求項2記載のニューラルネットワーク
は、請求項記載のニューラルネットワークの構成に加
えて、加算手段に接続されて内部活性値を記憶する記憶
手段を設けたものである。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the structure of the first aspect of the neural network, a storage means is provided which is connected to the addition means and stores the internal activation value.

【0009】請求項3記載のニューラルネットワーク
は、請求項2記載のニューラルネットワークの構成にお
いて、内部活性値の変位量を決定するための閾値を記憶
する記憶手段を結合係数の記憶手段と兼用させたもので
ある。
In the neural network according to a third aspect of the present invention, in the configuration of the neural network according to the second aspect, the storage means for storing the threshold value for determining the displacement amount of the internal activation value is also used as the storage means for the coupling coefficient. It is a thing.

【0010】請求項4記載のニューラルネットワーク
は、請求項2又は3記載のニューラルネットワークの構
成に加えて、外部入力手段から加算手段への出力線上に
ラッチ手段を設けたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the structure of the second or third aspect of the neural network, latch means is provided on the output line from the external input means to the adding means.

【0011】請求項記載の信号処理装置は、請求項
1,2,3又は4記載のニューラルネットワークと、こ
のニューラルネットワークの入出力信号を入力として前
記ニューラルネットワークの結合係数、閾値等のパラメ
ータを算出してこのニューラルネットワークに出力する
遺伝的アルゴリズム演算手段によるパラメータ更新手段
とにより構成したものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a signal processing device, wherein the neural network according to the first, second, third or fourth aspect of the present invention and the input / output signals of the neural network are used as inputs to set parameters such as a coupling coefficient and a threshold of the neural network. It is constituted by a parameter updating means by a genetic algorithm calculating means for calculating and outputting to this neural network.

【0012】請求項記載の信号処理装置は、請求項
1,2,3又は4記載のニューラルネットワークと、こ
のニューラルネットワークの入出力信号を入力として前
記ニューラルネットワークの結合係数、閾値等のパラメ
ータを算出してこのニューラルネットワークに出力する
ランダム探索演算手段によるパラメータ更新手段とによ
り構成したものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a signal processing device, wherein the neural network according to the first, second, third or fourth aspect is used, and the input / output signals of the neural network are used as inputs to set parameters such as a coupling coefficient and a threshold value of the neural network. It is constituted by parameter updating means by random search calculation means for calculating and outputting to this neural network.

【0013】請求項記載の信号処理装置は、これらの
請求項5又は6記載の信号処理装置の構成に関して、複
数のニューラルネットワークを有するものとしたもので
ある。
The signal processing device according to claim 7 is the signal processing device according to claim 5 or 6 , wherein the signal processing device has a plurality of neural networks.

【0014】請求項8記載の自律システムは、動的に状
態が遷移する請求項1,2,3又は4記載のニューラル
ネットワークと、このニューラルネットワークに信号を
入力させる信号入力手段と、前記ニューラルネットワー
クから出力される信号を入力する信号出力手段とにより
構成したものである。
An autonomous system according to claim 8 is a neural network according to any one of claims 1, 2, 3 or 4 in which a state is dynamically changed, signal input means for inputting a signal to the neural network, and the neural network. And a signal output means for inputting a signal output from.

【0015】請求項記載の自律型ロボットは、動的に
状態が遷移する請求項1,2,3又は4記載のニューラ
ルネットワークと、このニューラルネットワークに入力
させる信号を生成するセンサと、前記ニューラルネット
ワークから出力される信号を制御信号として受けて駆動
又は表示する駆動表示手段とを備えたものである。
An autonomous robot according to a ninth aspect generates a signal to be input to the neural network according to the first, second, third or fourth aspect in which the state dynamically transits and the neural network. It is provided with a sensor and drive display means for receiving or outputting a signal output from the neural network as a control signal to drive or display.

【0016】請求項10記載の移動システムは、作業領
域のポテンシャルを検知するポテンシャル検知手段と、
このポテンシャル検知手段による検知出力を入力とする
請求項1,2,3又は4記載のニューラルネットワーク
と、このニューラルネットワークからの出力信号を変換
して出力する信号変換手段と、この信号変換手段からの
出力信号が制御信号として与えられる操舵輪及び駆動輪
とを備えたものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a moving system, which comprises a potential detecting means for detecting a potential of a work area.
A neural network according to any one of claims 1, 2, 3 or 4 which receives a detection output from the potential detecting means, a signal converting means for converting and outputting an output signal from the neural network, and a signal converting means from the signal converting means. It is provided with steering wheels and driving wheels to which output signals are given as control signals.

【0017】請求項11記載の移動システムは、作業領
域のポテンシャルを検知するポテンシャル検知手段と、
このポテンシャル検知手段による検知出力を入力とする
請求項5又は6記載の信号処理装置と、この信号処理装
置からの出力信号を変換して出力する信号変換手段と、
この信号変換手段からの出力信号が制御信号として与え
られる操舵輪及び駆動輪とを備えたものである。
A moving system according to claim 11 is a potential detecting means for detecting the potential of a work area.
7. A signal processing device according to claim 5 , which receives a detection output by the potential detecting means, and a signal converting means for converting and outputting an output signal from the signal processing device.
It is provided with steering wheels and drive wheels to which output signals from the signal converting means are given as control signals.

【0018】請求項12記載の移動システムは、請求項
10又は11記載の移動システムの構成におけるパラメ
ータ更新手段が移動本体の外部に設けられ通信手段によ
り接続されたものとしたものである。
A mobile system according to claim 12 is the following:
The parameter updating means in the configuration of the mobile system described in 10 or 11 is provided outside the mobile body and is connected by the communication means.

【0019】[0019]

【作用】請求項1記載のニューラルネットワークにおい
ては、ニューロン出力値に応じて内部活性値の変位量が
(外部入力信号の入力値と結合係数値との積の総和)+
(閾値)−(内部活性値とニューロン出力値の積)とし
て算出決定される多入力1出力の複数のニューロン素子
を相互に接続してなるので、定常状態や、カオス、リミ
ットサイクル等の動的状態を示すことが可能となり、単
純なネットワークで複雑なシステムを容易に構築でき
る。
In the neural network according to the first aspect, the displacement amount of the internal activation value is changed according to the neuron output value.
(Sum of products of input value of external input signal and coupling coefficient value) +
(Threshold)-(product of internal activation value and neuron output value)
Since multiple neuron elements with multiple inputs and one output, which are calculated and determined, are connected to each other, it is possible to show dynamic states such as steady state, chaos, limit cycle, etc. Can be easily constructed.

【0020】請求項2記載のニューラルネットワークに
おいては、内部活性値の記憶手段を有するので、時系列
的に複数の信号を同一信号線に入力させることができ、
上記請求項1記載のニューラルネットワークの拡張性、
処理速度を向上させることができ、システムの柔軟性が
増すものとなる。
In the neural network according to the present invention, since the internal activation value storage means is provided, a plurality of signals can be input to the same signal line in a time series,
Expandability of the neural network according to claim 1,
The processing speed can be increased and the system flexibility is increased.

【0021】請求項3記載のニューラルネットワークに
おいては、内部活性値の変位量を決定するための閾値を
記憶する記憶手段を結合係数の記憶手段と兼用させてい
るので、上記請求項2記載のニューラルネットワークに
おけるニューロン素子の規模を小さくでき、ニューラル
ネットワークの大規模化を促進できる。
In the neural network according to the third aspect, the storage means for storing the threshold value for determining the displacement amount of the internal activation value is also used as the storage means for the coupling coefficient. The scale of neuron elements in the network can be reduced, and the scale of the neural network can be increased.

【0022】請求項4記載のニューラルネットワークに
おいては、外部入力手段から加算手段への出力線上にラ
ッチ手段を有するので、パイプライン処理が可能とな
り、処理速度が向上し、システムの柔軟性が増すものと
なる。
In the neural network according to the fourth aspect, since the latch means is provided on the output line from the external input means to the adder means, pipeline processing becomes possible, processing speed is improved, and system flexibility is increased. Becomes

【0023】請求項記載の信号処理装置においては、
上述したような請求項1,2,3又は4記載のニューラ
ルネットワークに、このニューラルネットワークの入出
力信号又は入力信号を入力としてニューラルネットワー
クの結合係数、閾値等のパラメータを算出してこのニュ
ーラルネットワークに出力する遺伝的アルゴリズム演算
手段によるパラメータ更新手段を組み合わせたので、ニ
ューラルネットワークのパラメータ更新が可能となり、
システムの適用性が高まる。
In the signal processing device according to claim 5 ,
The input / output signal or the input signal of the neural network is input to the neural network according to claim 1, 2, 3 or 4 as described above, and parameters such as a coupling coefficient and a threshold value of the neural network are calculated to the neural network. Since the parameter updating means by the outputting genetic algorithm computing means is combined, it becomes possible to update the parameters of the neural network,
The applicability of the system is enhanced.

【0024】請求項記載の信号処理装置においても、
上述したような請求項1,2,3又は4記載のニューラ
ルネットワークに、このニューラルネットワークの入出
力信号又は入力信号を入力としてニューラルネットワー
クの結合係数、閾値等のパラメータを算出してこのニュ
ーラルネットワークに出力するランダム探索演算手段に
よるパラメータ更新手段を組み合わせたので、ニューラ
ルネットワークのパラメータ更新が可能となり、システ
ムの適用性が高まる上に、遺伝的アルゴリズム演算手段
による場合よりもパラメータ更新手段が簡素で済み、ハ
ードウェア化が容易となる。
Also in the signal processing device according to claim 6 ,
The input / output signal or the input signal of the neural network is input to the neural network according to claim 1, 2, 3 or 4 as described above, and parameters such as a coupling coefficient and a threshold value of the neural network are calculated to the neural network. Since the parameter updating means by the output random search computing means is combined, the parameters of the neural network can be updated, the applicability of the system is enhanced, and the parameter updating means is simpler than that by the genetic algorithm computing means. Hardware can be easily implemented.

【0025】請求項記載の信号処理装置においては、
複数のニューラルネットワークを有するので、上述した
請求項5又は6記載の信号処理装置の処理速度が向上
し、かつ、複数のニューラルネットワークの入出力信号
に相互作用を持たせることにより、性能を向上させるこ
とも可能となる。
In the signal processing device according to claim 7 ,
Since it has a plurality of neural networks, the processing speed of the signal processing device according to the above-mentioned claim 5 or 6 is improved, and the performance is improved by allowing the input / output signals of a plurality of neural networks to interact with each other. It is also possible.

【0026】請求項記載の自律システムにおいては、
動的に状態が遷移するニューラルネットワークを用いて
自律システムを構成しているので、自律性の高いシステ
ムを構築できる。
In the autonomous system according to claim 8 ,
Since the autonomous system is constructed by using the neural network whose state dynamically changes, it is possible to construct a highly autonomous system.

【0027】請求項記載の自律型ロボットにおいて
は、動的に状態が遷移するニューラルネットワークを用
いて自律型ロボットを構成しているので、自律性の高い
ロボットを提供できる。
In the autonomous robot according to the ninth aspect, since the autonomous robot is configured by using the neural network whose state dynamically changes, it is possible to provide a highly autonomous robot.

【0028】請求項10ないし12記載の移動システム
においては、動的に状態が遷移するニューラルネットワ
ーク又はこのようなニューラルネットワークを備えた信
号処理装置を用いて移動システムを構成しているので、
非常に単純な構成で、複雑な移動システムを構築でき
る。
In the mobile system according to the tenth to twelfth aspects, the mobile system is constructed by using a neural network whose state dynamically changes or a signal processing device equipped with such a neural network.
With a very simple structure, it is possible to build a complicated mobile system.

【0029】[0029]

【実施例】請求項記載の発明の一実施例を図1ないし
図3に基づいて説明する。図1及び図2に、内的又は外
的要因により周期的出力やカオス的出力なる動的な状態
を示す本実施例のニューラルネットワークを構成する要
素となる1個のニューロン素子11の構成例を示す。
EXAMPLES be described with reference to an embodiment of the invention of claim 1, wherein in FIGS. FIG. 1 and FIG. 2 show a configuration example of one neuron element 11 which is an element constituting the neural network of this embodiment showing dynamic states such as periodic output and chaotic output due to internal or external factors. Show.

【0030】まず、図2は1個のニューロン素子11の
入出力関係を示すもので、他のニューロン素子又は外部
からの並列的な入力信号x(t)〜x(t)(Nは任意の
正整数、tは時刻を意味する)を入力として出力信号y
(t)を出力する多入力1出力構成とされている。
First, FIG. 2 shows the input / output relationship of one neuron element 11, and parallel input signals x 1 (t) to x N (t) (N is Any positive integer, t means time) and the output signal y
It has a multi-input / single-output configuration for outputting (t).

【0031】図1はこのようなニューロン素子11の内
部処理用の構成を示すブロック図である。まず、複数の
信号を加算する加算器(加算手段)12とその加算結果
を非線形変換して出力する非線形変換器(非線形変換手
段)13とが順に設けられている。前記加算器12の入
力側には、外部入力手段となる複数の乗算器14と、内
部入力手段となる演算器15と、閾値θを格納したメモ
リ16とが接続されている。前記乗算器14は各入力信
号xi(t)(i=0〜N)とメモリ17に格納された結合
係数wiとの積を演算するものである。また、前記演算
器15は前記加算器12の出力値なる内部活性値u(t)
とニューロン出力値なる非線形変換器3の出力信号y
(t)とについて所定の演算処理を施すものである。よっ
て、このようなニューロン素子11は、自己のニューロ
ン素子11の出力値に応じて内部活性値u(t)の変位量
が決定されるものである。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration for internal processing of such a neuron element 11. First, an adder (adding means) 12 for adding a plurality of signals and a non-linear converter (non-linear converting means) 13 for non-linearly converting and outputting the addition result are sequentially provided. To the input side of the adder 12, a plurality of multipliers 14 serving as external input means, a computing unit 15 serving as internal input means, and a memory 16 storing a threshold value θ are connected. The multiplier 14 calculates the product of each input signal x i (t) (i = 0 to N) and the coupling coefficient w i stored in the memory 17. Further, the arithmetic unit 15 has an internal activation value u (t) which is an output value of the adder 12.
And the output signal y of the non-linear converter 3 that is the neuron output value
Predetermined arithmetic processing is performed on (t) and. Therefore, in such a neuron element 11, the amount of displacement of the internal activation value u (t) is determined according to the output value of the own neuron element 11.

【0032】このようなニューロン素子11における具
体的な演算方法を示すと、例えば、(1)〜(3)式の
ようになる。ただし、離散系であれば、(1)式は
(4)式のようになる。
A concrete calculation method in such a neuron element 11 is as shown in, for example, equations (1) to (3). However, in the case of a discrete system, equation (1) becomes equation (4).

【0033】[0033]

【数1】 [Equation 1]

【0034】これらの場合、演算器15における処理は
{1−y(t)}u(t)であり、非線形演算器3の処理は
(2)式となる。これが、請求項記載の発明の演算処
理に相当する。
In these cases, the processing in the computing unit 15 is {1-y (t)} u (t), and the processing in the non-linear computing unit 3 is the equation (2). This corresponds to the arithmetic processing of the invention described in claim 1 .

【0035】このようなニューロン素子11が複数個用
意され、相互に接続されてニューラルネットワークが構
成される。例えば、図3に示すように3個のニューロン
素子11A〜11Cが用意され、相互に入出力間が接続
され、例えば、ニューロン素子11Aに外部からの入力
信号が与えられ、ニューロン素子11B,11Cから各
々出力1,2が取り出されるように構成される。このよ
うな極めて単純なシステム構成により、入力値がある値
の場合にはカオス的挙動を示し、入力値がある値の場合
には周期的挙動を示したものであり、強力な非線形シス
テムを構築できることが示唆されたものである。よっ
て、このようなニューラルネットワークによれば、定常
状態や、カオス、リミットサイクル等の動的状態を示す
ことが可能なニューラルネットワークとなる。即ち、外
部入力信号等によって各ニューロン素子11の出力値が
相互に動的に遷移するような動的挙動を示すものとな
り、動的な状態に対して適応性を有するニューラルネッ
トワークを構築できるものとなる。
A plurality of such neuron elements 11 are prepared and connected to each other to form a neural network. For example, as shown in FIG. 3, three neuron elements 11A to 11C are prepared, the inputs and outputs are mutually connected, and, for example, an input signal from the outside is given to the neuron element 11A, and the neuron elements 11B and 11C are supplied. The outputs 1 and 2 are respectively taken out. With such an extremely simple system configuration, a chaotic behavior is shown when the input value is a certain value, and a periodic behavior is shown when the input value is a value, thus constructing a powerful nonlinear system. It is suggested that it can be done. Therefore, such a neural network is a neural network capable of showing a steady state and dynamic states such as chaos and limit cycle. That is, the output value of each neuron element 11 exhibits dynamic behavior such that the output values of the neuron elements 11 dynamically transition to each other due to an external input signal, and a neural network having adaptability to a dynamic state can be constructed. Become.

【0036】なお、非線形変換部3は、テーブルルック
アップを用いて加算器12からの出力信号を変換するも
のとしてもよく、或いは、DSP又はCPUによって非
線形関数を算出するようにしてもよい。また、加算器1
2、乗算器14、演算器15もDSP又はCPUにより
実現するようにしてもよく、また、メモリ16は1デー
タだけを保持するレジスタとしてもよい。さらに、この
ようなニューロン素子11は、その一部又は全部をソフ
トウエアにより実現するようにしてもよい。
The non-linear conversion unit 3 may convert the output signal from the adder 12 by using a table lookup, or may calculate the non-linear function by a DSP or a CPU. Also, adder 1
2, the multiplier 14 and the arithmetic unit 15 may also be realized by a DSP or a CPU, and the memory 16 may be a register that holds only one data. Further, such a neuron element 11 may be partially or entirely realized by software.

【0037】請求項2記載の発明の一実施例を図4によ
り説明する。前記実施例で示した部分と同一部分は同一
符号を用いて示す(以下の実施例でも同様とする)。前
記実施例では、入力信号x(t)が並列的に入力される
ニューロン素子11として構成されているが、本実施例
では入力信号x(t)が逐次的、即ち、時系列的に入力
されるニューロン素子18として構成されている。図1
との対比では、加算器12の入出力間に接続されて加算
器12の出力信号による内部活性値u(t)を記憶するメ
モリ19が記憶手段として付加されている。また、演算
器15による演算結果とメモリ16に格納された閾値θ
とを加算してこのメモリ19に出力する加算器10も付
加されている。さらに、加算器12に対する入力信号x
(t)の信号線は1本とされており、メモリ17は各入
力に対応する全ての結合係数wを保持するものとさ
れ、アドレスコントローラ(図示せず)による制御で入
力信号x(t)に対応した結合係数wを乗算器14に
出力するように構成されている。或いは、このメモリ1
7をシフトレジスタにより構成するようにしてもよい。
An embodiment of the invention described in claim 2 will be described with reference to FIG. The same parts as those shown in the above-mentioned embodiments are designated by the same reference numerals (the same applies to the following embodiments). In the above-described embodiment, the neuron element 11 to which the input signal x i (t) is input in parallel is configured, but in the present embodiment, the input signal x i (t) is sequentially, that is, in time series. It is configured as an input neuron element 18. Figure 1
In contrast, a memory 19 connected between the input and output of the adder 12 and storing the internal activation value u (t) by the output signal of the adder 12 is added as a storage means. In addition, the calculation result of the calculator 15 and the threshold value θ stored in the memory 16
An adder 10 for adding and outputting to the memory 19 is also added. Further, the input signal x to the adder 12
The number of signal lines of i (t) is one, and the memory 17 is supposed to hold all the coupling coefficients w i corresponding to each input, and the input signal x i is controlled by an address controller (not shown). It is configured to output the coupling coefficient w i corresponding to (t) to the multiplier 14. Or this memory 1
7 may be configured by a shift register.

【0038】このような構成において、入力信号x
(t)は順次入力され、メモリ14に保持された対応す
る結合係数wとの積が乗算器14で演算される。この
乗算器14の出力値は、メモリ19に保持されている入
力信号x(t)〜xi−1(t)までの和と加算器12で加
算され、非線形変換器3で非線形変換した後、出力信号
y(t)を出力する。前の時刻(t-1)の加算器12の最終
的な和u(t-1)(入力信号x(t-1)が全て入力された後
の和)と、前の時刻(t-1)の出力信号y(t-1)とは演算器
15により演算処理され、メモリ16に保持された閾値
θと加算器20で加算され、得られた和がメモリ19に
初期値としてロードされる。
In such a configuration, the input signal x
i (t) is sequentially input, and the product of the corresponding coupling coefficient w i held in the memory 14 is calculated by the multiplier 14. The output value of the multiplier 14 is added by the adder 12 and the sum of the input signals x 1 (t) to x i-1 (t) held in the memory 19, and nonlinearly converted by the nonlinear converter 3. After that, the output signal y (t) is output. The final sum u (t-1) of the adder 12 at the previous time (t-1) (the sum after all the input signals x i (t-1) have been input) and the previous time (t- The output signal y (t-1) of 1) is arithmetically processed by the arithmetic unit 15, is added by the threshold value θ held in the memory 16 and the adder 20, and the obtained sum is loaded into the memory 19 as an initial value. It

【0039】このようなニューロン素子18をニューロ
ン素子11の場合と同様に複数個用意して図3に準じて
相互に接続することによりニューラルネットワークが構
成される。本実施例のニューラルネットワークによれ
ば、複数の入力信号x(t)を時系列的に同一線上に入
力させることができるので、前記実施例の場合に比し
て、ニューラルネットワークとしての拡張性、処理速度
を向上させることができるので、システムの柔軟性が増
すものとなる。
As in the case of the neuron element 11, a plurality of such neuron elements 18 are prepared and connected to each other according to FIG. 3 to form a neural network. According to the neural network of the present embodiment, it is possible to input a plurality of input signals x i (t) on the same line in time series. Since the processing speed can be improved, the flexibility of the system is increased.

【0040】請求項3記載の発明の一実施例を図5によ
り説明する。本実施例では、図4に示した前記実施例構
成において、結合係数wを格納保持するメモリ17が
内部変位量u(t)を決定するための閾値θをも記憶する
記憶手段として兼用するように構成されている。即ち、
閾値θもメモリ17に格納し、閾値θがこのメモリ17
から出力されるように構成されており、この閾値θが出
力される際には入力信号が1となる乗算器14とすれば
乗算器14から加算器12へ閾値θがそのまま入力され
るものとなる。よって、本実施例のニューロン素子21
は図4中に示したニューロン素子18中からメモリ16
及び加算器20を省略したものとして構成されている。
An embodiment of the invention described in claim 3 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, in the configuration of the embodiment shown in FIG. 4, the memory 17 that stores and holds the coupling coefficient w i also serves as a storage unit that also stores the threshold value θ for determining the internal displacement amount u (t). Is configured. That is,
The threshold θ is also stored in the memory 17, and the threshold θ is stored in the memory 17.
If the multiplier 14 is such that the input signal becomes 1 when the threshold value θ is output, the threshold value θ is directly input from the multiplier 14 to the adder 12. Become. Therefore, the neuron element 21 of the present embodiment
Is the memory 16 from the neuron elements 18 shown in FIG.
And the adder 20 is omitted.

【0041】このようなニューロン素子21をニューロ
ン素子11の場合と同様に複数個用意して図3に準じて
相互に接続することによりニューラルネットワークが構
成される。本実施例のニューラルネットワークによれ
ば、前記実施例の効果に加えて、ニューロン素子21の
規模を小さくすることができるので、ニューラルネット
ワークを構築する上で、その大規模化を実現できる。
As in the case of the neuron element 11, a plurality of such neuron elements 21 are prepared and connected to each other according to FIG. 3 to form a neural network. According to the neural network of the present embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiment, the scale of the neuron element 21 can be reduced, so that the neural network can be constructed in a large scale.

【0042】請求項4記載の発明の一実施例を図6によ
り説明する。本実施例では、図4に示したニューロン素
子18の構成中の乗算器14の出力線上にラッチ22が
付加されてニューロン素子23が構成されている。ラッ
チ22が存在することにより、パイプライン処理が可能
となり、乗算器14による乗算処理と加算器12による
加算処理とを同時に行うことができる。
An embodiment of the invention described in claim 4 will be described with reference to FIG. In this embodiment, a latch 22 is added to the output line of the multiplier 14 in the configuration of the neuron element 18 shown in FIG. 4 to form a neuron element 23. The presence of the latch 22 enables pipeline processing, and the multiplication processing by the multiplier 14 and the addition processing by the adder 12 can be performed at the same time.

【0043】このようなニューロン素子23をニューロ
ン素子11の場合と同様に複数個用意して図3に準じて
相互に接続することによりニューラルネットワークが構
成される。本実施例のニューラルネットワークによれ
ば、ニューロン素子18を用いた前述の実施例の効果に
加えて、ニューロン素子21の処理速度を向上させるこ
とができ、ニューラルネットワークシステムとしての柔
軟性を増すことができる。
As in the case of the neuron element 11, a plurality of such neuron elements 23 are prepared and connected to each other according to FIG. 3 to form a neural network. According to the neural network of the present embodiment, in addition to the effect of the above-described embodiment using the neuron element 18, the processing speed of the neuron element 21 can be improved and the flexibility of the neural network system can be increased. it can.

【0044】なお、図7に示すように図5に示したニュ
ーロン素子21の構成中の乗算器14の出力線上にラッ
チ22を設けてニューロン素子24を構成するようにし
てもよい(請求項3記載の発明に対する請求項4記載の
発明に相当する)。
As shown in FIG. 7, a latch 22 may be provided on the output line of the multiplier 14 in the neuron element 21 shown in FIG. 5 to form the neuron element 24 (claim 3). It corresponds to the invention described in claim 4 with respect to the described invention).

【0045】以上、各種構成のニューロン素子11,1
8,21,23,24を用いたニューラルネットワーク
の実施例を説明したが、これらのニューラルネットワー
クは結合係数wや閾値θ等のパラメータにより、様々
な信号を出力することができる。そこで、このようなニ
ューラルネットワークを応用するに当たり、その応用に
適した信号が出力されるような結合係数w、閾値θ等
のパラメータを決定する信号処理装置に関する実施例を
以下に示す。
As described above, the neuron elements 11 and 1 having various configurations
Although the embodiments of the neural network using 8, 21, 23, and 24 have been described, these neural networks can output various signals depending on parameters such as the coupling coefficient w i and the threshold value θ. Therefore, in applying such a neural network, an embodiment relating to a signal processing device for determining parameters such as a coupling coefficient w i and a threshold value θ for outputting a signal suitable for the application will be shown below.

【0046】まず、請求項記載の発明の一実施例を図
8により説明する。本実施例は、パラメータの更新に遺
伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm=GA)を利
用したものである。本実施例の信号処理装置25は前述
した任意の実施例によるニューラルネットワーク(NN
W)26(即ち、ニューロン素子として、ニューロン素
子11,18,21,23又は24の何れかが用いられ
ている)とパラメータ更新手段となる遺伝的アルゴリズ
ム演算手段(GA)27とにより構成されている。ニュ
ーラルネットワーク26は入力線28により外界からの
信号を入力とし出力線29により信号を外界に出力する
ものである。このようなニューラルネットワーク26の
入力線28及び出力線29に遺伝的アルゴリズム演算手
段27の入力側が接続され、この遺伝的アルゴリズム演
算手段27の出力線30がニューラルネットワーク26
に接続されている。
First, an embodiment of the invention described in claim 5 will be described with reference to FIG. In this embodiment, a genetic algorithm (Genetic Algorithm) is used for updating the parameters. The signal processing device 25 of this embodiment is a neural network (NN) according to any of the embodiments described above.
W) 26 (that is, any one of the neuron elements 11, 18, 21, 23 or 24 is used as a neuron element) and a genetic algorithm computing means (GA) 27 which serves as a parameter updating means. There is. The neural network 26 receives a signal from the outside world through an input line 28 and outputs the signal to the outside world through an output line 29. The input side of the neural network 26 is connected to the input line 28 and the output line 29 of the genetic algorithm calculating means 27, and the output line 30 of the genetic algorithm calculating means 27 is connected to the neural network 26.
It is connected to the.

【0047】このような構成により、ニューラルネット
ワーク26は外界からの信号を入力線28から入力し、
処理した信号を出力線29から外界に出力する。この
時、遺伝的アルゴリズム演算手段27はこれらの入力線
28、出力線29による信号を入力してこれらの信号か
ら結合係数w、閾値θ等のパラメータを算出更新し、
更新されたパラメータを出力線30からニューラルネッ
トワーク26へロードする。
With such a configuration, the neural network 26 inputs a signal from the outside through the input line 28,
The processed signal is output from the output line 29 to the outside world. At this time, the genetic algorithm computing means 27 inputs signals from these input lines 28 and output lines 29 and calculates and updates parameters such as the coupling coefficient w i and the threshold value θ from these signals,
The updated parameters are loaded from output line 30 into neural network 26.

【0048】この際、遺伝的アルゴリズム演算手段27
が行う遺伝的アルゴリズム演算処理について説明する。 結合係数w、閾値θを遺伝子にコーディングす
る。即ち、これらの値を遺伝子座の値として用いる。 M個の遺伝子を発生させる。 ニューラルネットワーク26に、遺伝子を順次ロー
ドし、各遺伝子を用いた場合の入力線28、出力線29
上の信号により適応度を計算する。 適応度に応じた確率で遺伝子をM個選択し、保存す
る。ただし、適応度の上位L個は優先的に保存する。 遺伝子を交叉させる。 確率pで遺伝子に突然変異を起こさせる。突然変異
を起こす遺伝子座は確率的な変異量δ(δは実数)だ
け、元の値に加える。 へ戻る。終了条件を満たせば終了する。
At this time, the genetic algorithm computing means 27
The genetic algorithm calculation process performed by will be described. 1. Coding a coupling coefficient w i and a threshold θ into a gene. That is, these values are used as the loci values. Generate 2 M genes. Genes are sequentially loaded into the 3 neural network 26, and an input line 28 and an output line 29 when each gene is used
Calculate the fitness from the above signal. 4 M genes are selected and stored with a probability according to the fitness. However, the L highest fitness values are preferentially stored. Cross 5 genes. Mutate a gene with a probability of 6 p. The locus causing mutation is added to the original value by the stochastic mutation amount δ (δ is a real number). Return to 7 3 . If the end conditions are met, the process ends.

【0049】本実施例によれば、遺伝的アルゴリズム演
算手段27を備えており、ニューラルネットワーク26
が用いるパラメータを更新できるので、ニューラルネッ
トワークシステムとしての適用性を高めることができ
る。
According to this embodiment, the neural network 26 is provided with the genetic algorithm calculating means 27.
Since the parameters used by can be updated, the applicability as a neural network system can be enhanced.

【0050】請求項記載の発明の一実施例を図9によ
り説明する。本実施例は、パラメータの更新にランダム
探索を利用したものである。本実施例の信号処理装置3
2は前述した任意の実施例によるニューラルネットワー
ク(NNW)16とパラメータ更新手段となるランダム
探索演算手段33とにより構成されている。即ち、この
ランダム探索演算手段33は図8における遺伝的アルゴ
リズム演算手段27に代えて設けられており、ニューラ
ルネットワーク26の入力線28及び出力線29にラン
ダム探索演算手段33の入力側が接続され、このランダ
ム探索演算手段33の出力線34がニューラルネットワ
ーク26に接続されている。
An embodiment of the invention described in claim 6 will be described with reference to FIG . In this embodiment, random search is used to update the parameters. Signal processing device 3 of this embodiment
Reference numeral 2 is composed of a neural network (NNW) 16 according to any of the above-described embodiments and a random search calculation means 33 serving as a parameter updating means. That is, the random search calculation means 33 is provided in place of the genetic algorithm calculation means 27 in FIG. 8, and the input side 28 and the output line 29 of the neural network 26 are connected to the input side of the random search calculation means 33. The output line 34 of the random search calculation means 33 is connected to the neural network 26.

【0051】このような構成により、ニューラルネット
ワーク26は外界からの信号を入力線28から入力し、
処理した信号を出力線29から外界に出力する。この
時、ランダム探索演算手段33はこれらの入力線28、
出力線29による信号を入力してこれらの信号から結合
係数w、閾値θ等のパラメータを算出更新し、更新さ
れたパラメータを出力線34からニューラルネットワー
ク26へロードする。
With such a configuration, the neural network 26 inputs a signal from the outside world through the input line 28,
The processed signal is output from the output line 29 to the outside world. At this time, the random search calculation means 33 receives these input lines 28,
The signals from the output line 29 are input, parameters such as the coupling coefficient w i and the threshold value θ are calculated and updated from these signals, and the updated parameters are loaded from the output line 34 to the neural network 26.

【0052】この際、ランダム探索演算手段33が行う
ランダム探索演算処理について説明する。 結合係数w、閾値θを一つの組とする。 M個の組を発生させる。 ニューラルネットワーク26に、組を順次ロード
し、各組を用いた場合の入力線28、出力線29上の信
号により適応度を計算する。 適応度に応じた確率で組をM個選択し、保存する。
ただし、適応度の上位L個は優先的に保存する。 確率pで組に突然変異を起こさせる。突然変異を起
こす要素は確率的な変異量δ(δは実数)だけ、元の値
に加える。 へ戻る。終了条件を満たせば終了する。
At this time, the random search calculation process performed by the random search calculation means 33 will be described. One coupling coefficient w i and threshold θ are set as one set. Generate 2 M sets. The sets are sequentially loaded into the 3 neural network 26, and the fitness is calculated from the signals on the input line 28 and the output line 29 when each set is used. 4 M sets are selected and stored with a probability according to the fitness.
However, the L highest fitness values are preferentially stored. Mutate the set with a probability of 5 p. The elements that cause mutation are added to the original value by the stochastic variation amount δ (δ is a real number). Back to 6 3. If the end conditions are met, the process ends.

【0053】本実施例によれば、ランダム探索演算手段
33を備えており、ニューラルネットワーク26が用い
るパラメータを更新できるので、ニューラルネットワー
クシステムとしての適用性を高めることができる。特
に、遺伝的アルゴリズム演算手段27を用いる場合より
もパラメータ更新手段を簡素化できるので、ハードウェ
ア化が容易となる。
According to the present embodiment, the random search operation means 33 is provided and the parameters used by the neural network 26 can be updated, so that the applicability as a neural network system can be enhanced. In particular, since the parameter updating means can be simplified as compared with the case of using the genetic algorithm computing means 27, the hardware implementation becomes easier.

【0054】また、これらの信号処理装置25,31,
32,35では何れも一つのニューラルネットワーク2
6を用いた構成とされているが、複数のニューラルネッ
トワークを用意してこれらのニューラルネットワークを
遺伝的アルゴリズム演算手段27又はランダム探索演算
手段33に対して並列に用いるように構成しもよい
(請求項記載の発明に相当する)。これによれば、高
速でパラメータの最適値を探索することができ、処理速
度を向上させることができる。特に、複数のニューラル
ネットワークの入出力信号に相互作用がある場合には、
性能の向上も期待できる。
Further, these signal processing devices 25, 31,
Both 32 and 35 have one neural network 2
Although there is a configuration using a 6 may be configured to use in parallel with the genetic algorithm computing means 27 or random search operation means 33 these neural network by providing a plurality of neural networks ( It corresponds to the invention of claim 7 ). According to this, the optimum value of the parameter can be searched at high speed, and the processing speed can be improved. Especially when there are interactions between the input and output signals of multiple neural networks,
It can be expected to improve performance.

【0055】ついで、前述したようなニューラルネット
ワーク16を初めとして、要は、動的に状態が遷移する
ニューラルネットワークの利用例を以下の実施例に示
す。まず、請求項記載の発明の一実施例について説明
する。本実施例は、動的に状態が遷移するニューラルネ
ットワーク、例えば、前述したニューラルネットワーク
26を用いて自律性の高い自律システムを構築するよう
にしたものである。即ち、ニューラルネットワーク26
に信号を入力させる信号入力手段と、ニューラルネット
ワーク26から出力される信号を入力する信号出力手段
とを有するシステム構成とし、ある入力に対して動的に
遷移する出力を発生させるものである。
Next, starting with the above-mentioned neural network 16, the point is to show an example of use of a neural network whose state dynamically changes in the following embodiments. First, an embodiment of the invention described in claim 8 will be described. In this embodiment, a neural network whose state dynamically changes, for example, the above-mentioned neural network 26 is used to construct an autonomous system with high autonomy. That is, the neural network 26
The system configuration has a signal input means for inputting a signal to the input terminal and a signal output means for inputting a signal output from the neural network 26, and an output which dynamically transits to a certain input is generated.

【0056】また、自律システムの参考構成例図10
ないし図13により説明する。本構成例は、を構成する
上で、ニューラルネットワーク26に代えて、以下に示
すようなカオスニューラルネットワークを用いたもので
ある。図10に本構成例のカオスニューラルネットワー
クを構成する要素となる1個のニューロン素子40の構
成例を示す。まず、複数の信号を加算する加算器(加算
手段)41とその加算結果を非線形変換する非線形変換
部(非線形変換手段)42とその変換結果を外部に出力
する出力部(出力手段)43とが順に設けられている。
前記加算器41の入力側には、複数個の外部入力部(外
部入力手段)44と、第1内部入力部(第1内部入力手
段)45と、第2内部入力部(第2内部入力手段)46
と、所定の入力信号を記憶したメモリ(記憶手段)47
とが並列的に接続され、各々の信号を加算器41に入力
し得るように構成されている。カオスニューラルネット
ワークとしては、複数個のこのようなニューロン素子4
0を相互に接続することにより構成される。
Further, a reference configuration example of the autonomous system is shown in FIG.
13 to FIG. In this configuration example, a chaotic neural network as shown below is used instead of the neural network 26 in constructing. FIG. 10 shows a configuration example of one neuron element 40 which is an element constituting the chaotic neural network of this configuration example. First, an adder (adding means) 41 for adding a plurality of signals, a non-linear conversion section (non-linear conversion means) 42 for non-linearly converting the addition result, and an output section (output means) 43 for outputting the conversion result to the outside are provided. They are provided in order.
A plurality of external input sections (external input means) 44, a first internal input section (first internal input means) 45, and a second internal input section (second internal input means) are provided on the input side of the adder 41. ) 46
And a memory (storing means) 47 storing a predetermined input signal
Are connected in parallel, and each signal can be input to the adder 41. As a chaotic neural network, a plurality of such neuron elements 4
It is configured by connecting 0s to each other.

【0057】ここに、前記外部入力部44は、例えば
11に示すように、外部入力信号とメモリ48に格納さ
れている信号、具体的には、結合係数とを乗算器49に
よって乗算し、この乗算結果を前記加算器41に入力さ
せるものである。前記第1内部入力部45は、例えば
12に示すように、加算器41からの出力信号50とメ
モリ51に格納されている信号、具体的には、所定の係
数とを乗算器52によって乗算し、この乗算結果を前記
加算器41に入力させるものである。前記第2内部入力
部46は、例えば図13に示すように、非線形変換部4
2からの出力信号53とメモリ54に格納されている信
号、具体的には、所定の係数とを乗算器55によって乗
算し、この乗算結果を前記加算器41に入力させるもの
である。前記出力部43は、非線形変換部42からの変
換結果なる出力値を一定期間保持するラッチにより構成
されている。
Here, the external input section 44 is, for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 11 , the multiplier 49 multiplies the external input signal and the signal stored in the memory 48, specifically, the coupling coefficient, and inputs the multiplication result to the adder 41. The first internal input unit 45 is, for example, a diagram
12 , the output signal 50 from the adder 41 and a signal stored in the memory 51, specifically, a predetermined coefficient are multiplied by a multiplier 52, and the multiplication result is sent to the adder 41. It is something to input. The second internal input unit 46 includes a nonlinear conversion unit 4 as shown in FIG.
The output signal 53 from 2 and a signal stored in the memory 54, specifically, a predetermined coefficient are multiplied by a multiplier 55, and the multiplication result is input to the adder 41. The output unit 43 is composed of a latch that holds the output value as the conversion result from the nonlinear conversion unit 42 for a certain period.

【0058】前記非線形変換部42は、テーブルルック
アップを用いて加算器41からの出力信号を変換するも
のとしてもよく、或いは、DSP又はCPUによって非
線形関数を算出するようにしてもよい。なお、前述した
加算器41や乗算器49,52,55もDSP又はCP
Uにより実現するようにしてもよく、また、メモリ4
7,48,51,54は1データだけを保持するレジス
タとしてもよい。また、このようなニューロン素子40
は、その一部又は全部をソフトウエアにより実現するよ
うにしてもよい。
The non-linear conversion section 42 may convert the output signal from the adder 41 by using a table lookup, or may calculate the non-linear function by a DSP or a CPU. The above-mentioned adder 41 and multipliers 49, 52, 55 are also DSPs or CPs.
It may be realized by U, and the memory 4
7, 48, 51 and 54 may be registers that hold only one data. In addition, such a neuron element 40
May be realized partially or entirely by software.

【0059】このようなカオスニューラルネットワーク
構成によれば、メモリ47,48,51,54に格納さ
れている値や外部入力信号の値によって各ニューロン素
子40の出力値が動的に遷移するような動的挙動を示す
ものとなり、動的な状態に対して適応性を有するニュー
ラルネットワークを構築できるものとなる。よって、こ
のようなカオスニューラルネットワークを用いた場合
も、ニューラルネットワーク26を用いた場合と同様
に、自律性の高い自律システムを構築できる。即ち、カ
オスニューラルネットワークに信号を入力させる信号入
力手段と、カオスニューラルネットワークから出力され
る信号を入力する信号出力手段とを有するシステム構成
とし、ある入力に対して動的に遷移する出力を発生させ
るものである。
According to such a chaotic neural network configuration, the output value of each neuron element 40 dynamically transits depending on the value stored in the memories 47, 48, 51 and 54 and the value of the external input signal. It exhibits a dynamic behavior, and a neural network having adaptability to a dynamic state can be constructed. Therefore, even when such a chaotic neural network is used, an autonomous system with high autonomy can be constructed as in the case of using the neural network 26. That is, a system configuration having a signal input means for inputting a signal to a chaotic neural network and a signal output means for inputting a signal output from the chaotic neural network is provided, and an output dynamically transiting to a certain input is generated. It is a thing.

【0060】ここに、図10に示す各ニューロン素子4
0の構成において、メモリ47を削除してもよい。
た、メモリ48と乗算器49とを実質的になくした第1
内部入力部44構成とし、加算器41からの出力信号5
0をそのまま直接この加算器41に入力させるようにし
てもよい。同様に、メモリ51と乗算器52とを実質的
になくした第2内部入力部45構成とし、非線形変換部
42からの出力信号53をそのまま直接加算器41に入
力させるようにしてもよい。これらによれば、ニューラ
ルネットワークをより容易に構築し得るものとなる。
Here, each neuron element 4 shown in FIG.
In the structure of 0, but it may also be to remove the memory 47. In addition, the first embodiment in which the memory 48 and the multiplier 49 are substantially eliminated
Output signal 5 from adder 41 with internal input section 44 configuration
0 but it may also be so as to directly input directly to the adder 41. Similarly, substantially eliminating the second internal input section 45 constituting the memory 51 and the multiplier 52, but it may also be so as to directly input to the direct adder 41 output signal 53 from the nonlinear conversion unit 42. According to these, the neural network can be constructed more easily.

【0061】つづいて、別の参考構成例を図14及び
15により説明する。本構成例は、遺伝アルゴリズムを
利用して、前記構成例で説明したようなニューロン素子
40を構成要素としてなるカオスニューラルネットワー
ク56の学習、即ち、各ニューロン素子40中のメモリ
47,48,51,54の値の更新を行うようにしたも
のである。まず、遺伝アルゴリズムの適用方法から説明
する。図14に示すように、各ニューロン素子40のメ
モリの値を因子とする遺伝子を想定する。ここに、メモ
リ48は結合係数に相当し、そのニューロン素子40に
おける外部入力部44の数だけ存在する。
Next, another reference configuration example is shown in FIG. 14 and FIG.
This will be described with reference to 15 . This configuration example uses a genetic algorithm to learn a chaotic neural network 56 having the neuron element 40 described in the above configuration example as a component, that is, the memories 47, 48, 51 in each neuron element 40. The value of 54 is updated. First, the method of applying the genetic algorithm will be described. As shown in FIG. 14 , a gene whose value is the value of the memory of each neuron element 40 is assumed. Here, the memory 48 corresponds to the coupling coefficient, and there are as many external input units 44 as the neuron element 40.

【0062】遺伝アルゴリズムでは、必要なデータを、
上記のように1本の遺伝子(個体)と見做してコード化
する。このような個体を複数個用意して集団を形成す
る。そして、以下の手順1〜7に従って処理を行う。 遺伝子(個体)を多数発生させる。 各個体をカオスニューラルネットワーク56にロー
ドし、トレーニングデータに対する出力値から、評価値
Erを算出する。ここでは、この評価値Erが0に近い
ほど、よい評価であるものとする。 評価値を用い、ある基準値以上のものは“淘汰”す
る。 残った個体間で、“交叉”を行う。 淘汰された個体数だけ、新たに個体を発生させる。 ある割合で個体に“突然変異”を起こさせる。 上記2〜6を繰り返し、最適な個体が見つかれば終
了する。なお、評価基準及び突然変異の割合は、経験的
に、任意に決定する。
In the genetic algorithm, necessary data are
As described above, it is coded by considering it as one gene (individual). A plurality of such individuals are prepared to form a group. Then, the processing is performed according to the following procedures 1 to 7 . Number to generate 1 gene (individuals). 2 Each individual is loaded into the chaotic neural network 56, and the evaluation value Er is calculated from the output value for the training data. Here, the closer the evaluation value Er is to 0, the better the evaluation. 3 Use evaluation values, and "select" if they are above a certain standard value. 4 Perform "crossover" between the remaining individuals. 5 Create new individuals by the number of selected individuals. 6 "mutate" individuals at a certain rate. 7 The above 2 to 6 are repeated, and if the optimum individual is found, the process ends. The evaluation criteria and the mutation rate are arbitrarily determined empirically.

【0063】図15はこのようなGAを利用した学習を
行わせるための装置構成を示し、カオスニューラルネッ
トワーク56の入出力間に評価器(評価手段)57が接
続されているとともに、カオスニューラルネットワーク
56に対してGA演算器(遺伝アルゴリズム演算手段)
58が接続されて構成されている。
FIG . 15 shows a device configuration for performing learning using such a GA, in which an evaluator (evaluation means) 57 is connected between the input and output of the chaotic neural network 56 and the chaotic neural network. GA calculator for 56 (genetic algorithm calculator)
58 is connected and comprised.

【0064】このような構成において、評価器57はテ
ストデータを入力信号としてカオスニューラルネットワ
ーク56に入力し、このカオスニューラルネットワーク
56から得られる出力結果を入力させる。そこで、この
評価器57はカオスニューラルネットワーク56の出力
結果と与えた入力信号とから評価関数により評価値Er
を算出する。算出されたこの評価値ErによりGA演算
器58はカオスニューラルネットワーク56における各
メモリ47,48,51,54の値を書込み更新する。
In such a configuration, the evaluator 57 inputs the test data as an input signal to the chaotic neural network 56 and inputs the output result obtained from the chaotic neural network 56. Therefore, the evaluator 57 uses the evaluation result Er from the output result of the chaotic neural network 56 and the given input signal to evaluate the value Er.
To calculate. The GA computing unit 58 writes and updates the values of the memories 47, 48, 51, 54 in the chaotic neural network 56 based on the calculated evaluation value Er.

【0065】本構成例によれば、カオスニューラルネッ
トワーク56の学習が可能となるため、より柔軟性の高
いものとなる。よって、このようなカオスニューラルネ
ットワーク56を用いて構成される自律システムとして
も、その柔軟性が高まるものとなる。
According to this configuration example, since the learning of the chaotic neural network 56 is possible, the flexibility becomes higher. Therefore, the flexibility of the autonomous system configured by using the chaotic neural network 56 is increased.

【0066】つづいて、さらに別の参考構成例について
説明する。本構成例も、前述した構成例で説明したよう
な構成からなるカオスニューラルネットワーク56の学
習方法に関するものであるが、Hebbの学習則のような
ローカルな学習ルールによって外部入力部44における
メモリ48の値(結合係数値)を更新するようにしたも
のである。即ち、メモリ48,51,54の更新後、更
新前の値をMEMNEW,MEMOLD、各メモリ値M
EMOLDと乗算された入力値をINとすると、MEM
NEW=MEMOLD+A×(IN−B)なる式に従っ
て、メモリ48の値を更新するようにしたものである。
ここに、A,Bの値は、経験的に、カオスニューラルネ
ットワーク56内の各メモリ48,51,54毎に任意
に決定される。また、本構成例の学習方法ではメモリ4
7の値は固定値とされる。
Next, another reference configuration example will be described. This configuration example also relates to the learning method of the chaotic neural network 56 having the configuration described in the above configuration example. However, the local learning rule such as Hebb's learning rule causes the memory 48 in the external input unit 44 to store data in the memory 48. The value (coupling coefficient value) is updated. That is, after updating the memories 48, 51, 54, the values before updating are MEM NEW , MEM OLD , and each memory value M.
Letting the input value multiplied by EM OLD be IN, MEM
The value of the memory 48 is updated according to the equation NEW = MEM OLD + A * (IN-B).
Here, the values of A and B are empirically determined arbitrarily for each memory 48, 51, 54 in the chaotic neural network 56. In the learning method of this configuration example, the memory 4
The value of 7 is a fixed value.

【0067】本構成例による場合も、カオスニューラル
ネットワーク56の学習が可能となるため、より柔軟性
の高いものとなる。よって、このようなカオスニューラ
ルネットワーク56を用いて構成される自律システムと
しても、その柔軟性が高まるものとなる。
Also in the case of the present configuration example, since the chaotic neural network 56 can be learned, the flexibility becomes higher. Therefore, the flexibility of the autonomous system configured by using the chaotic neural network 56 is increased.

【0068】ついで、この自律システムをより具体化し
た例として、参考構成例を図16により説明する。本
例は、動的に状態が遷移するニューラルネットワー
ク、例えば、上記の図10ないし図15を参照して説明
したカオスニューラルネットワーク56を用いて自律型
ロボット59を構成したものである。即ち、自律型ロボ
ット59の各センサ60からの信号はカオスニューラル
ネットワーク56に入力され、出力段の個々のニューロ
ン素子40からの出力信号を制御信号として、自律型ロ
ボット59の各駆動系或いはディスプレイ、ここではデ
ィスプレイ(駆動表示手段)61に与え、駆動或いは表
示を行わせるように構成されている。
Next, a reference configuration example will be described with reference to FIG. 16 as a more specific example of this autonomous system. Main structure
Adult example, neural network dynamically state transitions, for example, which is constituted an autonomous robot 59 using a chaotic neural network 56 described with Figures 10 described above with reference to FIG. 15. That is, the signals from the sensors 60 of the autonomous robot 59 are input to the chaotic neural network 56, and the output signals from the individual neuron elements 40 in the output stage are used as control signals for the drive systems or displays of the autonomous robot 59. Here, the display (driving / displaying means) 61 is provided to drive or display.

【0069】ここに、カオスニューラルネットワーク2
6は前述したような学習則に従って学習、自己組織化を
行い進化し、さらには、動的に状態が遷移するため、同
一のセンサ60からの信号に対しても異なる動きを示す
ようになる。よって、適応性のある自律性を有するロボ
ットが実現できる。
Here, the chaotic neural network 2
6 performs learning and self-organization in accordance with the above-described learning rule and evolves, and further, because the state transitions dynamically, it shows different movements even for signals from the same sensor 60. Therefore, a robot having adaptive autonomy can be realized.

【0070】なお、本実施例の自律型ロボット59を構
成する上で、カオスニューラルネットワーク56に代え
て、ニューロン素子11(又は、18,21,23又は
24)を構成要素とするニューラルネットワーク26を
用いてもよい(請求項記載の発明に相当する)。
In the construction of the autonomous robot 59 of this embodiment, instead of the chaotic neural network 56, the neural network 26 having the neuron element 11 (or 18, 21, 23 or 24) as a constituent element is used. It may be used (corresponding to the invention of claim 9 ).

【0071】請求項11記載の発明の一実施例を図17
ないし図20により説明する。本実施例は、移動システ
ムとして、図8及び図9で前述したような信号処理装置
25又は32を利用した自律走行ロボット62を構成し
たものである。まず、図17はこの自律走行ロボット6
2の外観構成を略図的に示すもので、ロボット本体63
は前輪(操舵輪)64と後輪(駆動輪)65とにより移
動し得るように構成されている。また、ロボット本体6
3上には作業領域のポテンシャル(電位、高度など)を
感知する電位計、高度計等のセンサ(ポテンシャル検知
手段)66が搭載されている。
FIG. 17 shows an embodiment of the invention described in claim 11 .
Through FIG. 20 . In this embodiment, the mobile system is a signal processing device as described above with reference to FIGS.
This is a configuration of an autonomous traveling robot 62 using 25 or 32 . First, FIG. 17 shows this autonomous mobile robot 6.
2 is a schematic diagram showing the external configuration of the robot main body 63.
Are configured to be movable by front wheels (steering wheels) 64 and rear wheels (driving wheels) 65. Also, the robot body 6
A sensor (potential detection means) 66 such as an electrometer and an altimeter for sensing the potential (potential, altitude, etc.) of the work area is mounted on the unit 3.

【0072】図18はこのような自律走行ロボット62
のブロック図構成を示すもので、図8及び図9に示した
ようなニューラルネットワーク26(ニューラルネット
ワーク26自体は図3に例示したような構成)とパラメ
ータ更新手段27又は33とよりなるコントローラシス
テム67(実質的に、信号処理装置25又は32と等
価)が設けられ、センサ66からのポテンシャル信号を
取り込むように構成されている。コントローラシステム
67の出力側にはデコーダ(信号変換手段)68が設け
られ、前輪64用と後輪65用との二つの信号に分けら
れている。前輪64用は左右方向の移動量を示す信号で
あり、後輪65用は前後方向の移動量を示す信号であ
り、デコーダ68はコントローラシステム67からの出
力を操舵角と駆動量とに変換して各々前輪64、後輪6
5を実際に制御するものである。
FIG . 18 shows such an autonomous mobile robot 62.
8 is a block diagram configuration of a controller system 67 including a neural network 26 (the neural network 26 itself has the configuration illustrated in FIG. 3) and a parameter updating unit 27 or 33 as shown in FIGS. 8 and 9 . (Substantially equivalent to the signal processing device 25 or 32 ) is provided and is configured to capture the potential signal from the sensor 66. A decoder (signal conversion means) 68 is provided on the output side of the controller system 67 and is divided into two signals for the front wheels 64 and the rear wheels 65. The front wheel 64 is a signal indicating the amount of movement in the left-right direction, the rear wheel 65 is a signal indicating the amount of movement in the front-rear direction, and the decoder 68 converts the output from the controller system 67 into a steering angle and a drive amount. Front wheel 64, rear wheel 6
5 is actually controlled.

【0073】このような構成の自律走行ロボット62
を、作業領域で最もポテンシャルの高い領域へ素速く移
動させる場合を考える。そのために、パラメータの更新
で用いる適応度として、作業領域内におけるポテンシャ
ル入力の総和を用いる。図19に作業領域のポテンシャ
ルの一例を示す。
The autonomous mobile robot 62 having such a configuration
Let us consider a case where is quickly moved to a region having the highest potential in the work region. Therefore, the sum of potential inputs in the work area is used as the fitness used for updating the parameters. FIG. 19 shows an example of the potential of the work area.

【0074】このような作業領域中に自律走行ロボット
62を放置すると、自動的にポテンシャルの最も高い場
所へ移動するシステムとなる。このような自律走行ロボ
ット62の移動軌跡Tは、例えば、図20に示すように
なり、ポテンシャルの平地Aではカオス的な探索(ラン
ダムな探索)を行い、ポテンシャルの山Bの裾野Cから
山登り法的(最急降下法的)な探索を行い、ポテンシャ
ルの頂上Dへと至り、その付近に留まるものとなる。即
ち、図20に示す移動軌跡Tは、例えば図3に示したよ
うな3個のニューロン素子11A〜11Cを相互接続し
てなるニューラルネットワーク26により、自律走行ロ
ボット62を制御するシミュレーションを行ったある世
代のロボットの結果によるものである。結合係数等のパ
ラメータの更新には遺伝的アルゴリズムを用いた。
If the autonomous mobile robot 62 is left in such a work area, the system automatically moves to a place having the highest potential. A movement locus T of the autonomous mobile robot 62 as described above is, for example, as shown in FIG. 20, and a chaotic search (random search) is performed on the potential flat land A, and the hill climbing method is performed from the foot C of the potential mountain B. The target is searched (the steepest descent method), reaches the top D of the potential, and stays in the vicinity. That is, the movement trajectory T shown in FIG. 20 is a simulation for controlling the autonomous traveling robot 62 by the neural network 26 formed by interconnecting the three neuron elements 11A to 11C as shown in FIG. 3, for example. This is due to the results of the generational robots. A genetic algorithm was used to update the parameters such as the coupling coefficient.

【0075】つまり、センサ66のような単一のセンサ
しか持たない移動システムでは、自動的なポテンシャル
の最も高い領域に移動させるようなタスクを実行する場
合、通常のソフトウェアでは非常に難しいが、本実施例
によれば、例えば、わずか3個のニューロン素子11A
〜11Cの非平衡ニューラルネットワークで非線形性の
高いタスクを実現できるものとなる。
That is, in a moving system having only a single sensor such as the sensor 66, it is very difficult with ordinary software to execute a task of moving to a region having the highest automatic potential, but this is difficult. According to the embodiment, for example, only three neuron elements 11A
A non-equilibrium neural network of ~ 11C can realize a highly non-linear task.

【0076】なお、本構成例では、パラメータ更新手段
27又は33を備えた信号処理装置25又は32を利用
した自律走行ロボット62として説明したが、ニューラ
ルネットワーク26のみを利用して構成したものであっ
てもよい(請求項10記載の発明に相当する)。
In this configuration example, the autonomous traveling robot 62 using the signal processing device 25 or 32 provided with the parameter updating means 27 or 33 has been described, but it is configured using only the neural network 26. It may be (corresponding to the invention of claim 10 ).

【0077】請求項12記載の発明の一実施例を図21
により説明する。前記実施例では、自律走行ロボット6
2に搭載のコントローラシステム67がパラメータ更新
手段27又は33を含むオフラインシステムとして構成
されているが、本実施例では、ニューラルネットワーク
26のみによるコントローラシステム69とし、パラメ
ータ更新手段27又は33は遠隔のホストコンピュータ
が持つものとして、通信手段70によって信号の授受が
行われるオンラインシステムとして構成されたものであ
る。このようなオンラインシステムにおいては、複数の
ロボット(自律走行ロボット62)に対してパラメータ
更新手段27又は33で用いた個体を割り当ててもよ
い。
FIG. 21 shows an embodiment of the invention described in claim 12 .
Will be described. In the above embodiment, the autonomous traveling robot 6
Although the controller system 67 mounted in 2 is configured as an offline system including the parameter updating means 27 or 33, in the present embodiment, the controller system 69 using only the neural network 26 is used, and the parameter updating means 27 or 33 is a remote host. The computer has an online system in which signals are transmitted and received by the communication means 70. In such an online system, the individual used by the parameter updating means 27 or 33 may be assigned to a plurality of robots (autonomous traveling robot 62).

【0078】[0078]

【発明の効果】請求項1記載の発明のニューラルネット
ワークによれば、ニューロン出力値に応じて内部活性値
の変位量が(外部入力信号の入力値と結合係数値との積
の総和)+(閾値)−(内部活性値とニューロン出力値
の積)として算出決定される多入力1出力の複数のニュ
ーロン素子を相互に接続してなるので、定常状態や、カ
オス、リミットサイクル等の動的状態を示すことが可能
となるので、単純なネットワークで複雑なシステムを容
易に構築することができる。
According to the neural network of the first aspect of the invention, the displacement amount of the internal activation value (the product of the input value of the external input signal and the coupling coefficient value) is changed according to the neuron output value.
Sum of) + (threshold value)-(internal activity value and neuron output value)
Since a plurality of multi-input / one-output neuron elements, which are calculated and determined as (the product of), are connected to each other, it is possible to show a steady state and dynamic states such as chaos and limit cycle. A complex system can be easily constructed in a network.

【0079】請求項2記載の発明のニューラルネットワ
ークによれば、内部活性値の記憶手段を有するので、時
系列的に複数の信号を同一信号線に入力させることがで
き、上記請求項1記載の発明のニューラルネットワーク
の拡張性、処理速度を向上させることができ、システム
の柔軟性を向上させることができる。
According to the neural network of the invention described in claim 2, since it has a storage means for the internal activation value, it is possible to input a plurality of signals in time series to the same signal line. The expandability and processing speed of the neural network of the invention can be improved, and the flexibility of the system can be improved.

【0080】請求項3記載の発明のニューラルネットワ
ークによれば、内部活性値の変位量を決定するための閾
値を記憶する記憶手段を結合係数の記憶手段と兼用させ
ているので、上記請求項2記載の発明のニューラルネッ
トワークにおけるニューロン素子の規模を小さくでき、
ニューラルネットワークの大規模化を促進することがで
きる。
According to the neural network of the third aspect of the present invention, the storage means for storing the threshold value for determining the displacement amount of the internal activation value is also used as the storage means for the coupling coefficient. The size of the neuron element in the neural network of the described invention can be reduced,
It is possible to promote the scale-up of the neural network.

【0081】請求項4記載の発明のニューラルネットワ
ークによれば、外部入力手段から加算手段への出力線上
にラッチ手段を有するので、パイプライン処理が可能と
なり、処理速度を向上させて、システムの柔軟性を一層
向上させることができる。
According to the neural network of the invention described in claim 4, since the latch means is provided on the output line from the external input means to the adder means, the pipeline processing becomes possible, the processing speed is improved, and the system flexibility. The property can be further improved.

【0082】請求項記載の発明の信号処理装置によれ
ば、上述したような請求項1,2,3又は4記載の発明
のニューラルネットワークに、このニューラルネットワ
ークの入出力信号又は入力信号を入力としてニューラル
ネットワークの結合係数、閾値等のパラメータを算出し
てこのニューラルネットワークに出力する遺伝的アルゴ
リズム演算手段によるパラメータ更新手段を組み合わせ
て構成したので、ニューラルネットワークのパラメータ
更新が可能となるため、システムの適用性を高めること
ができる。
According to the signal processing apparatus of the fifth aspect of the invention, the input / output signal or the input signal of the neural network is input to the neural network of the first, second, third or fourth aspect of the invention as described above. As the parameter updating means by the genetic algorithm computing means for calculating the parameters such as the coupling coefficient and the threshold value of the neural network and outputting them to the neural network is combined, the parameter updating of the neural network becomes possible. Applicability can be increased.

【0083】請求項記載の発明の信号処理装置におい
ても、上述したような請求項1,2,3又は4記載の発
明のニューラルネットワークに、このニューラルネット
ワークの入出力信号又は入力信号を入力としてニューラ
ルネットワークの結合係数、閾値等のパラメータを算出
してこのニューラルネットワークに出力するランダム探
索演算手段によるパラメータ更新手段を組み合わせて構
成したので、ニューラルネットワークのパラメータ更新
が可能となるため、システムの適用性を高めることがで
きる上に、遺伝的アルゴリズム演算手段による場合より
もパラメータ更新手段が簡素で済み、ハードウェア化を
容易にすることができる。
Also in the signal processing apparatus of the invention described in claim 6 , the input / output signal or the input signal of this neural network is input to the neural network of the invention described in claim 1, 2, 3 or 4 as described above. Since the parameters of the neural network such as the coupling coefficient and the threshold value are calculated and output to the neural network, the parameter updating means by the random search operation means is combined, so that the parameters of the neural network can be updated. In addition, the parameter updating means is simpler than the case of using the genetic algorithm computing means, and the hardware implementation can be facilitated.

【0084】請求項記載の発明の信号処理装置によれ
ば、複数のニューラルネットワークを有するものとした
ので、上述した請求項5又は6記載の発明の信号処理装
置の処理速度を向上させることができ、かつ、複数のニ
ューラルネットワークの入出力信号に相互作用を持たせ
れば、性能を向上させることも可能となる。
According to the signal processing device of the invention described in claim 7, since it has a plurality of neural networks, the processing speed of the signal processing device of the invention described in claim 5 or 6 can be improved. It is possible to improve the performance by allowing the input / output signals of a plurality of neural networks to interact with each other.

【0085】請求項記載の発明の自律システムによれ
ば、動的に状態が遷移するニューラルネットワークを用
いて自律システムを構成したので、自律性の高いシステ
ムを構築できる。
According to the autonomous system of the eighth aspect of the present invention, since the autonomous system is constructed using the neural network whose state dynamically changes, it is possible to construct a highly autonomous system.

【0086】請求項記載の発明の自律型ロボットによ
れば、動的に状態が遷移するニューラルネットワークを
用いて自律型ロボットを構成したので、自律性の高いロ
ボットを提供できる。
According to the autonomous robot of the ninth aspect of the invention, since the autonomous robot is configured by using the neural network whose state dynamically changes, it is possible to provide a highly autonomous robot.

【0087】請求項10ないし12記載の発明の移動シ
ステムによれば、動的に状態が遷移するニューラルネッ
トワーク又はこのようなニューラルネットワークを備え
た信号処理装置を用いて移動システムを構成したので、
非常に単純な構成で、複雑な移動システムを構築でき
る。
According to the mobile system of the tenth to twelfth aspects of the present invention, the mobile system is configured by using a neural network whose state dynamically changes or a signal processing device equipped with such a neural network.
With a very simple structure, it is possible to build a complicated mobile system.

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

【図1】請求項記載の発明の一実施例を示す一つのニ
ューロン素子のブロック図である。
1 is a block diagram of one neuron element showing one embodiment of the invention of claim 1, wherein.

【図2】一つのニューロン素子の入出力関係を示す模式
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an input / output relationship of one neuron element.

【図3】ニューラルネットワーク構成例を示す模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a neural network.

【図4】請求項2記載の発明の一実施例を示す一つのニ
ューロン素子のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of one neuron element showing an embodiment of the invention described in claim 2;

【図5】請求項3記載の発明の一実施例を示す一つのニ
ューロン素子のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of one neuron element showing an embodiment of the invention according to claim 3;

【図6】請求項4記載の発明の一実施例を示す一つのニ
ューロン素子のブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of one neuron element showing an embodiment of the invention described in claim 4;

【図7】その変形例を示す一つのニューロン素子のブロ
ック図である。
FIG. 7 is a block diagram of one neuron element showing a modification thereof.

【図8】請求項記載の発明の一実施例を示す信号処理
装置のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of a signal processing device showing an embodiment of the invention described in claim 5 ;

【図9】請求項記載の発明の一実施例を示す信号処理
装置のブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram of a signal processing device showing an embodiment of the invention described in claim 6 ;

【図10】参考構成例を示す一つのニューロン素子の
ロック図である。
FIG. 10 is a block diagram of one neuron element showing a reference configuration example .

【図11】その外部入力部の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the external input unit .

【図12】その第1内部入力部の構成を示すブロック図
である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a first internal input section thereof .

【図13】その第2内部入力部の構成を示すブロック図
である。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a second internal input section thereof .

【図14】別の参考構成例を示す遺伝子についての説明
図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a gene showing another reference configuration example .

【図15】ロック図である。FIG. 15 is a block diagram.

【図16】請求項記載の発明の一実施例を示す模式的
構成図である。
FIG. 16 is a schematic view showing an embodiment of the invention according to claim 9 ;
It is a block diagram.

【図17】請求項11記載の発明の一実施例を示す自律
走行ロボットの概略構成図である。
FIG. 17 is an autonomous view showing an embodiment of the invention according to claim 11;
It is a schematic block diagram of a traveling robot .

【図18】そのブロック図である。FIG. 18 is a block diagram thereof .

【図19】作業領域のポテンシャル例を示す特性図であ
る。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing an example of a potential of a work area .

【図20】作業領域中での移動軌跡を示す平面図であ
る。
FIG. 20 is a plan view showing a movement trajectory in a work area .

【図21】請求項12記載の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。
FIG. 21 is a block diagram showing an embodiment of the invention according to claim 12;
Tsu is a click view.

【図22】従来例を示すカオスニューロンのブロック
である。
FIG. 22 is a block diagram of a chaotic neuron showing a conventional example .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ニューロン素子 12 加算手段 13 非線形変換手段 14 外部入力手段 15 内部入力手段 17 記憶手段 18 ニューロン素子 19 記憶手段 21 ニューロン素子 22 ラッチ 23,24 ニューロン素子 25 信号処理装置 26 ニューラルネットワーク 27 遺伝的アルゴリズム演算手段によるパラメータ更
新手段32 信号処理装置 33 ランダム探索演算手段によるパラメータ更新手 9 自律型ロボット 60 センサ 61 駆動表示手段 62 移動システム 63 移動本体 64 操舵輪 65 駆動輪 66 ポテンシャル検知手段 67 信号処理装置 68 信号変換手段 69 信号処理装置 70 通信手段
11 neuron element 12 adding means 13 non-linear converting means 14 external input means 15 internal input means 17 storage means 18 neuron element 19 storage means 21 neuron element 22 latches 23, 24 neuron element 25 signal processing device 26 neural network 27 genetic algorithm computing means parameter updating unit 32 signal processing device 33 random search operation means by the parameter update manual stage 5 9 autonomous robot 60 sensor 61 drive display unit 62 moves the system 63 moves body 64 steering wheel 65 the drive wheel 66 potential detection means 67 signal processing device 68 according to the Signal conversion means 69 Signal processing device 70 Communication means

フロントページの続き (56)参考文献 特表 平4−503876(JP,A) 澤田正一・他,「南雲−佐藤セルに基 づくニューラルネットについて」,電子 情報通信学会技術研究報告,日本,社団 法人電子情報通信学会,1993年 3月18 日,Vol.92,No.521(NC92− 95〜127),pp.151−158 甘利俊一(監訳),「PDPモデ ル」,日本,産業図書株式会社,1989年 2月27日,初版,pp.325−334,I SBN:4−7828−5125−1 浅川和雄,「ニューロコンピュータに よるロボットの学習制御」,コンピュー トロール,日本,株式会社コロナ社, 1988年10月10日,No.24,pp.108 −115,ISBN:4−339−02043−5 清水和彦・他,「カオスニューラルネ ットワークの電子回路モデル」,電子情 報通信学会論文誌,日本,社団法人電子 情報通信学会,1990年 3月25日,Vo l.J73−A, No.3,pp.495 −508,JST資料番号:S0621A 潮俊光,「1次元1方向結合のカオス ニューラルネットワークにおけるカオス の同期化,電子情報通信学会技術研究報 告,日本,社団法人電子情報通信学会, 1993年10月20日,Vol.93, No. 278,pp.21−26,JST資料番号: S0532B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/08 G06G 7/60 JSTファイル(JOIS) CSDB(日本国特許庁)Continuation of the front page (56) References Tokumeihei 4-503876 (JP, A) Shoichi Sawada et al., “On Neural Networks Based on Nagumo-Sato Cell”, IEICE Technical Report, Japan, Japan Society The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 18, 1993, Vol. 92, No. 521 (NC92-95 to 127), pp. 151-158 Shunichi Amari (Translated), "PDP Model", Japan, Sangyo Tosho Co., Ltd., February 27, 1989, first edition, pp. 325-334, ISBN: 4-7828-5125-1 Kazuo Asakawa, "Learning Control of Robots by Neurocomputers", Computer Control, Japan, Corona Co., Ltd., October 10, 1988, No. 24, pp. 108-115, ISBN: 4-339-02043-5, S. Shimizu, et al., "Electronic Circuit Model of Chaotic Neural Network," IEICE Transactions, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 1990. 25th, Vol. J73-A, No. 3, pp. 495-508, JST Material No .: S0621A Toshimitsu Ushio, "Chaos synchronization in one-dimensional one-way coupling chaos synchronization, Technical Report of IEICE, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 1993. 20th, Vol.93, No.278, pp.21-26, JST Material No .: S0532B (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/08 G06G 7/60 JST file (JOIS) CSDB (Japan Patent Office)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の信号を加算する加算手段と、この
加算手段の加算結果なる内部活性値を非線形変換しその
変換結果をニューロン出力値として外部に出力する非線
形変換手段と、外部入力信号に対して結合係数を乗算し
乗算結果を前記加算手段へ出力する外部入力手段と、前
記内部活性値と前記ニューロン出力値とを演算処理して
前記加算手段へ出力する内部入力手段とを有して前記ニ
ューロン出力値に応じて前記内部活性値の変位量が(外
部入力信号の入力値と結合係数値との積の総和)+(閾
値)−(内部活性値とニューロン出力値との積)として
算出決定される多入力1出力の複数のニューロン素子を
相互に接続してなることを特徴とするニューラルネット
ワーク。
1. An addition means for adding a plurality of signals, a non-linear conversion means for non-linearly converting an internal activation value resulting from the addition of the addition means, and outputting the conversion result to the outside as a neuron output value, and an external input signal. And an external input means for multiplying the coupling coefficient and outputting the multiplication result to the adding means, and an internal input means for performing arithmetic processing on the internal activation value and the neuron output value and outputting to the adding means. displacement of said internal activity value in response to the neuron output value (outside
Partial input signal input value and coupling coefficient value product sum) + (threshold
Value)-(product of internal activation value and neuron output value)
A neural network, characterized in that a plurality of neuron elements having multiple inputs and one output, which are calculated and determined, are connected to each other.
【請求項2】 加算手段に接続されて内部活性値を記憶
する記憶手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の
ニューラルネットワーク。
2. The neural network according to claim 1, further comprising storage means connected to the addition means for storing the internal activation value.
【請求項3】 内部活性値の変位量を決定するための閾
値を記憶する記憶手段を結合係数の記憶手段と兼用させ
たことを特徴とする請求項2記載のニューラルネットワ
ーク。
3. The neural network according to claim 2, wherein the storage means for storing the threshold value for determining the displacement amount of the internal activation value is also used as the storage means for the coupling coefficient.
【請求項4】 外部入力手段から加算手段への出力線上
にラッチ手段を設けたことを特徴とする請求項2又は3
記載のニューラルネットワーク。
4. A latch means is provided on the output line from the external input means to the adder means.
Neural network described.
【請求項5】 請求項1,2,3又は4記載のニューラ
ルネットワークと、このニューラルネットワークの入出
力信号を入力として前記ニューラルネットワークの結合
係数、閾値等のパラメータを算出してこのニューラルネ
ットワークに出力する遺伝的アルゴリズム演算手段によ
るパラメータ更新手段とよりなることを特徴とする信号
処理装置。
5. The neural network according to claim 1, 2, 3 or 4 , and the input / output signals of this neural network as input, and calculates parameters such as coupling coefficient and threshold value of said neural network and outputs to this neural network. A signal processing device comprising: a parameter updating unit by a genetic algorithm computing unit.
【請求項6】 請求項1,2,3又は4記載のニューラ
ルネットワークと、このニューラルネットワークの入出
力信号を入力として前記ニューラルネットワークの結合
係数、閾値等のパラメータを算出してこのニューラルネ
ットワークに出力するランダム探索演算手段によるパラ
メータ更新手段とよりなることを特徴とする信号処理装
置。
6. The neural network according to claim 1, 2, 3 or 4 , and the input / output signals of this neural network as input, and calculates parameters such as coupling coefficient and threshold value of said neural network and outputs to this neural network. A signal processing device comprising a parameter updating means by random search computing means.
【請求項7】 複数のニューラルネットワークを有する
ことを特徴とする請求項5又は6記載の信号処理装置。
7. The signal processing device according to claim 5 , further comprising a plurality of neural networks.
【請求項8】 動的に状態が遷移する請求項1,2,3
又は4記載のニューラルネットワークと、このニューラ
ルネットワークに信号を入力させる信号入力手段と、前
記ニューラルネットワークから出力される信号を入力す
る信号出力手段とよりなることを特徴とする自律システ
ム。
8. A dynamic state transition, 1, 2, 3
Alternatively , an autonomous system comprising: the neural network according to item 4; signal input means for inputting a signal to the neural network; and signal output means for inputting a signal output from the neural network.
【請求項9】 動的に状態が遷移する請求項1,2,3
又は4記載のニューラルネットワークと、このニューラ
ルネットワークに入力させる信号を生成するセンサと、
前記ニューラルネットワークから出力される信号を制御
信号として受けて駆動又は表示する駆動表示手段とを有
することを特徴とする自律型ロボット。
9. The state transition according to claim 1, 2, 3
Or a neural network according to 4, and a sensor that generates a signal to be input to this neural network,
An autonomous robot comprising: a drive display unit that receives or outputs a signal output from the neural network as a control signal.
【請求項10】 作業領域のポテンシャルを検知するポ
テンシャル検知手段と、このポテンシャル検知手段によ
る検知出力を入力とする請求項1,2,3又は4記載の
ニューラルネットワークと、このニューラルネットワー
クからの出力信号を変換して出力する信号変換手段と、
この信号変換手段からの出力信号が制御信号として与え
られる操舵輪及び駆動輪とを有することを特徴とする移
動システム。
10. A potential detecting means for detecting a potential of a work area, a neural network according to claim 1, 2, 3 or 4 which receives a detection output by this potential detecting means, and an output signal from this neural network. A signal converting means for converting and outputting
A moving system having steering wheels and driving wheels to which output signals from the signal converting means are given as control signals.
【請求項11】 作業領域のポテンシャルを検知するポ
テンシャル検知手段と、このポテンシャル検知手段によ
る検知出力を入力とする請求項5又は6記載の信号処理
装置と、この信号処理装置からの出力信号を変換して出
力する信号変換手段と、この信号変換手段からの出力信
号が制御信号として与えられる操舵輪及び駆動輪とを有
することを特徴とする移動システム。
11. A potential detecting means for detecting a potential of a work area, a signal processing device according to claim 5 or 6 which receives a detection output by the potential detecting means, and an output signal from the signal processing device. And a steering wheel and driving wheels to which output signals from the signal converting means are given as control signals.
【請求項12】 パラメータ更新手段が移動本体の外部
に設けられ通信手段により接続されていることを特徴と
する請求項10又は11記載の移動システム。
12. The mobile system of claim 10 or 11, wherein the parameter update means is connected by communication means provided outside the mobile body.
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潮俊光,「1次元1方向結合のカオスニューラルネットワークにおけるカオスの同期化,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会,1993年10月20日,Vol.93, No.278,pp.21−26,JST資料番号:S0532B
澤田正一・他,「南雲−佐藤セルに基づくニューラルネットについて」,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会,1993年 3月18日,Vol.92,No.521(NC92−95〜127),pp.151−158
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