JPH06314347A - Neural network learning circuit - Google Patents

Neural network learning circuit

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JPH06314347A
JPH06314347A JP5104603A JP10460393A JPH06314347A JP H06314347 A JPH06314347 A JP H06314347A JP 5104603 A JP5104603 A JP 5104603A JP 10460393 A JP10460393 A JP 10460393A JP H06314347 A JPH06314347 A JP H06314347A
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JP
Japan
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signal
neural network
output
input
circuit
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Pending
Application number
JP5104603A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Noguchi
一博 野口
Hiroshi Miyao
浩 宮尾
Shigeki Aizawa
茂樹 相澤
Masabumi Koga
正文 古賀
Takao Matsumoto
隆男 松本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a neural network learning circuit which does not deteriorate the fast learning performance and also reduces the occurrence of crosstalks by superposing a specific orthogonal code pattern on the corresponding weight or the threshold output signal and multiplying the acquired error signal by one of orthogonal code patterns for integration to directly calculate a changed variable of the energy relation caused by the change of the weight or the threshold. CONSTITUTION:A learning circuit includes a means which compares the output signal of a neural network with a teacher signal to produce an error signal in a learning mode of the neural network. In such a circuit, the orthogonal code patterns are defined as P1-Pn and an array of orthogonal code patterns Pi is defined as Pi=(Pi1,...,Pim) where Pik=+ or -1 and 1<=k<=m are satisfied. Under such conditions, a means produces an orthogonal code pattern where each orthogonal pattern satisfied the preceding equation. Then the result obtained by multiplying the output of the error signal production means by the orthogonal code pattern is integrated in a time range. Then the weight or the threshold value of the neural network is decided according to the output the integration output.

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、ニューラルネットワー
ク学習回路に係り、特に、入出力条件に応じてニューラ
ルネットワークに入力する内部パラメータを修正する学
習技術を導入したニューラルネットワーク学習回路に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neural network learning circuit, and more particularly to a neural network learning circuit incorporating a learning technique for correcting internal parameters input to a neural network according to input / output conditions.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、入力信号に加減算、非線形処理を
施すような処理エレメントを多数用いて構成され、パタ
ーン認識、推論、最適化問題等、人間の知能活動に類似
した機能を持ったニューラルネットワークにおいては、
所望の入出力特性を得るために、入出力条件に応じて内
部パラメータを修正する学習過程が必要である。しかし
ながら、従来のニューラルネットワーク学習は、ディジ
タル回路やソフトウェアを利用したシミュレータ或いは
エミュレータの上で実現されたものであり、アナログ回
路で実現されたニューラルネットワーク回路に対する学
習法の確立が望まれている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a neural network having a function similar to human intelligence activity such as pattern recognition, inference, optimization problems, etc., which is constructed by using a large number of processing elements for adding / subtracting and non-linearly processing an input signal. In
In order to obtain a desired input / output characteristic, a learning process of modifying internal parameters according to input / output conditions is necessary. However, the conventional neural network learning is realized on a simulator or emulator using a digital circuit or software, and it is desired to establish a learning method for the neural network circuit realized by an analog circuit.

【0003】図13は3層ニューラルネットワークの構
成を示す。同図(a)は3層パーセプロトロンを示し、
同図(b)は、ニューロン素子の構成を示す。
FIG. 13 shows the structure of a three-layer neural network. FIG. 3A shows a three-layer perseprotron,
FIG. 2B shows the configuration of the neuron element.

【0004】同図(a)に示すニューラルネットワーク
は、信号入力端子11-1〜11-4、入力層12、中間層
13、出力層14出力端子15-1〜15-4、及び各ニュ
ーロン素子16より構成される。同図(b)に示される
ニューロン素子は、積和演算部Σと関数出力部fに大別
される。積和演算部では複数の入力I1 …In のそれぞ
れに異なった重みw1 …wn を乗算し、乗算した値を加
算した値に、上記の入力によって変動しない閾値θをさ
らに加算した値を出力する。関数出力部は、上記積和演
算部の出力に関数処理を施し、その結果を出力する。こ
のとき、一般には同一の結果を複数出力する。結局、ニ
ューロン素子の出力Oは、
[0004] Neural network shown in FIG (a), the signal input terminal 11 -1 ~11- 4, an input layer 12, middle layer 13. The output layer 14 output terminal 15 -1 to 15 -4, and each neuron element It consists of 16. The neuron element shown in FIG. 2B is roughly divided into a product-sum operation unit Σ and a function output unit f. The product-sum calculation unit multiplies each of the plurality of inputs I 1 ... I n by different weights w 1 ... W n , and adds the multiplied value to a value obtained by further adding a threshold value θ that does not change due to the above input. Is output. The function output unit performs function processing on the output of the product-sum calculation unit and outputs the result. At this time, generally, the same result is output plural times. After all, the output O of the neuron element is

【数3】 と表される。[Equation 3] Is expressed as

【0005】ここで、関数fは、一般に単調な関数であ
り、入力に対して非線形な特性を持つ。通常はシグモイ
ド関数と呼ばれる以下の形の関数Sが用いられる。
Here, the function f is generally a monotonic function and has a non-linear characteristic with respect to the input. Usually, a function S of the following form called a sigmoid function is used.

【0006】[0006]

【数4】 但し、sは関数の傾きの急峻さを決めるパラメータであ
る。
[Equation 4] However, s is a parameter that determines the steepness of the slope of the function.

【0007】図13の(b)のニューロン素子16を図
13(a)のように層状に配置し、各層間のニューロン
同士を結合することによって多層型ニューラルネットワ
ークが構成される。このニューラルネットワークはある
入力に対する望ましい出力と実際の出力との差分(誤
差)から各ニューロン素子の重み及び閾値を修正し、種
々の入力に対してそれに対応した望ましい出力を常に得
られるようにすることができる。
A neuron element 16 of FIG. 13 (b) is arranged in layers as shown in FIG. 13 (a), and neurons between layers are connected to each other to form a multilayer neural network. This neural network corrects the weight and threshold of each neuron element from the difference (error) between the desired output and the actual output for a certain input so that the desired output corresponding to various inputs can always be obtained. You can

【0008】図14はアナログニューラルネットワーク
素子の構成例を示す。同図に示すニューラルネットワー
ク素子は、素子への入力信号の入力端子21、素子への
重みを入力する入力端子22、出力信号を出力する出力
端子23、入力される入力信号と重みに比例した出力を
発生する乗算回路24、閾値に相当する出力を付加する
閾値回路25、乗算回路24及び閾値回路25の出力を
加算した結果を出力する加算回路26、加算回路26の
出力に対する非線形関数値を出力端子23に出力する非
線形関数発生回路27から構成される。各乗算回路24
及び閾値回路25の出力電流は、加算回路26を介して
加算され、非線形関数発生回路27によって処理され、
出力される。
FIG. 14 shows a configuration example of an analog neural network element. The neural network element shown in the figure has an input terminal 21 for inputting an input signal to the element, an input terminal 22 for inputting a weight to the element, an output terminal 23 for outputting an output signal, and an output proportional to an input signal and a weight. , A threshold circuit 25 for adding an output corresponding to a threshold, an adder circuit 26 for outputting the result of adding the outputs of the multiplier circuit 24 and the threshold circuit 25, and a non-linear function value for the output of the adder circuit 26. It is composed of a non-linear function generating circuit 27 which outputs to the terminal 23. Each multiplication circuit 24
And the output current of the threshold circuit 25 is added through the adder circuit 26 and processed by the non-linear function generating circuit 27,
Is output.

【0009】上記のような多層ニューラルネットワーク
の学習は、以下の式に基づいて実行するのが一般的であ
る。
The learning of the multilayer neural network as described above is generally executed based on the following equation.

【数5】 ここで、Δwi は重み或いは閾値wi の修正量、ηは系
の学習速度を表す学習係数、Eはエネルギー関数であ
る。また、Oi ,Ti はそれぞれ出力信号、教師信号で
ある。
[Equation 5] Here, Δw i is a weight or a correction amount of the threshold value w i , η is a learning coefficient representing the learning speed of the system, and E is an energy function. Further, O i and T i are an output signal and a teacher signal, respectively.

【0010】上記多層ニューラルネットワークの学習動
作をコンピュータでシミュレーションする場合には、一
般に各ニューロン素子の入出力特性がシグモイド関数で
あると仮定して、上式から重み或いは閾値の修正量を計
算し、最終的に出力信号と教師信号の差が充分に小さく
なるまで修正を繰り返す。しかし、コンピュータシミュ
レーションで求めた重み或いは閾値をそのまま図13に
示すように、アナログニューラルネットワーク素子に与
えても、素子の各乗算回路24、閾値回路25及び非線
形関数発生回路27の特性には、オフセット等のばらつ
きが存在するため、素子がシミュレーション通りに動作
するとは限らない。従って、こうしたばらつきのある素
子に対しても正しい学習動作を行わせるためには、何ら
かの方法でエネルギー関数の変化量∂E/∂wの値を直
接測定し、これに基づいて重みあるいは閾値の修正を行
う学習法が必要となる。
When simulating the learning operation of the multilayer neural network by a computer, it is generally assumed that the input / output characteristic of each neuron element is a sigmoid function, and the correction amount of the weight or the threshold value is calculated from the above equation, Finally, the correction is repeated until the difference between the output signal and the teacher signal becomes sufficiently small. However, even if the weight or the threshold value obtained by the computer simulation is given to the analog neural network element as it is as shown in FIG. 13, the characteristic of each multiplication circuit 24, the threshold circuit 25 and the non-linear function generating circuit 27 of the element is offset. Since there are variations such as the above, the element does not always operate according to the simulation. Therefore, in order to perform the correct learning operation even for such a variation element, the value of the variation ∂E / ∂w of the energy function is directly measured by some method, and the weight or the threshold value is corrected based on this. A learning method to do is required.

【0011】従来、∂E/∂wを直接測定する学習法と
して、多周波数振動法と呼ばれるものが提案されてい
る。
Conventionally, as a learning method for directly measuring ∂E / ∂w, a method called a multi-frequency vibration method has been proposed.

【0012】図15は、多周波数振動法に基づくニュー
ラルネットワーク学習回路を説明するための図である。
同図(a)は、多周波数振動法に基づくニューラルネッ
トワーク学習回路の概略を示す。同図において、ニュー
ラルネットワーク学習回路は、アナログニューラルネッ
トワーク素子31、ニューラルネットワーク素子31へ
の入力信号発生回路32、入力信号発生回路32の信号
に対応する教師信号発生回路33、ニューラルネットワ
ーク素子31の各出力と、対応する教師信号発生回路3
3の各出力との差分の二乗和(二乗誤差)を出力する誤
差二乗和発生回路34、重み・閾値制御回路35(詳細
は、図14(b))、単一周波数の正弦波を出力する発
振回路131、2つの入力の積を出力する乗算回路13
2、入力信号の低周波成分のみを出力する低域フィルタ
回路133、入力信号の正負を逆転させて出力するイン
バータ134、入力信号を時間領域で積分した値を出力
する積分回路135、2つの入力の和を出力する加算回
路136により構成される。
FIG. 15 is a diagram for explaining a neural network learning circuit based on the multi-frequency vibration method.
FIG. 1A shows an outline of a neural network learning circuit based on the multi-frequency vibration method. In the figure, the neural network learning circuit includes an analog neural network element 31, an input signal generating circuit 32 for the neural network element 31, a teacher signal generating circuit 33 corresponding to a signal from the input signal generating circuit 32, and a neural network element 31. Output and corresponding teacher signal generation circuit 3
Error sum-of-squares generation circuit 34 that outputs the sum of squares (squared error) of the difference from each output of FIG. 3, weight / threshold control circuit 35 (details in FIG. 14B), and outputs a sine wave of a single frequency. Oscillation circuit 131, multiplication circuit 13 that outputs the product of two inputs
2, a low-pass filter circuit 133 that outputs only the low-frequency component of the input signal, an inverter 134 that inverts the positive and negative of the input signal to output, an integrating circuit 135 that outputs a value obtained by integrating the input signal in the time domain, and two inputs The adder circuit 136 outputs the sum of

【0013】ここで、各重み・閾値制御回路35は、そ
れぞれニューラルネットワーク素子31の対応する重み
あるいは、閾値入力に接続されている。また、各重み・
閾値制御回路35に接続された発振回路131は全て互
いに異なった周波数で発振するものとする。また、各重
み・閾値制御回路35の低域フィルタ回路133の遮断
周波数は、発振回路131の隣接発振周波数の間隔に対
して充分低く設定されるものとする。
Each weight / threshold control circuit 35 is connected to the corresponding weight or threshold input of the neural network element 31. Also, each weight
The oscillation circuits 131 connected to the threshold value control circuit 35 all oscillate at frequencies different from each other. Further, the cutoff frequency of the low-pass filter circuit 133 of each weight / threshold control circuit 35 is set to be sufficiently low with respect to the interval between the adjacent oscillation frequencies of the oscillation circuit 131.

【0014】このとき、各重み・閾値制御回路35の中
の1つの発振回路131(振幅a,周波数f)を動作さ
せると、ニューラルネットワーク素子31中の対応する
重み、或いは閾値に振幅a、周波数fの振動成分が重畳
される。この振動成分は、ニューラルネットワーク素子
31の各出力端に伝搬し、最終的に誤差二乗和発生回路
34の出力は、回路の機能から明らかなように、ニュー
ラルネットワーク素子31のエネルギー関数に比例す
る。従って、上記の振幅aが微小であれば、誤差二乗和
発生回路34の周波数fの成分の振幅a’とaとの比
は、重みあるいは閾値の微小な変化によって生じるエネ
ルギー関数の変化分の絶対値、即ち、|∂E/∂w|を
直接表すことになる。
At this time, when one oscillating circuit 131 (amplitude a, frequency f) in each weight / threshold control circuit 35 is operated, the corresponding weight or threshold value in the neural network element 31 has the amplitude a, frequency. The vibration component of f is superimposed. This vibration component propagates to each output terminal of the neural network element 31, and finally the output of the error sum of squares generation circuit 34 is proportional to the energy function of the neural network element 31, as is apparent from the function of the circuit. Therefore, if the amplitude a is small, the ratio of the amplitudes a ′ and a of the component of the frequency f of the error sum of squares generation circuit 34 to the absolute value of the change of the energy function caused by the minute change of the weight or the threshold. The value, that is, | ∂E / ∂w | will be directly expressed.

【0015】また、重畳信号がニューラルネットワーク
素子31及び誤差二乗和発生回路34を伝搬する際の位
相遅延を無視すれば、発振回路131の出力と誤差二乗
和発生回路34の周波数fの成分の出力とが同相であれ
ば、エネルギー関数の変化分∂E/∂wの値は、正であ
り、逆相であれば負である。
Further, ignoring the phase delay when the superimposed signal propagates through the neural network element 31 and the error sum of squares generation circuit 34, the output of the oscillation circuit 131 and the output of the component of the frequency f of the error square sum generation circuit 34. If and are in phase, the value of the change ∂E / ∂w of the energy function is positive, and if the phase is opposite, it is negative.

【0016】周波数fの成分が重畳された誤差二乗和発
生回路34の出力は、各重み・閾値制御回路35に分配
され、乗算回路132で発振回路131の正弦波と乗算
され、低域フィルタ回路133を通過することにより、
周波数fを発生した発振回路131を持つ重み・閾値制
御回路35にのみ、∂E/∂wに比例した出力が現れ、
他の制御回路35には出力が現れない。この出力をイン
バータ134を介して積分回路135に入力することに
よって、積分回路135の出力は単位時間当たり、∂E
/∂wに比例した修正を受けることとなり、∂E/∂w
を直接測定する学習が実現する。
The output of the error sum of squares generation circuit 34 on which the component of the frequency f is superimposed is distributed to each weight / threshold control circuit 35, and is multiplied by the sine wave of the oscillation circuit 131 in the multiplication circuit 132, and the low-pass filter circuit. By passing through 133,
An output proportional to ∂E / ∂w appears only in the weight / threshold control circuit 35 having the oscillation circuit 131 that has generated the frequency f.
No output appears in the other control circuits 35. By inputting this output to the integration circuit 135 via the inverter 134, the output of the integration circuit 135 is ∂E per unit time.
It will be corrected in proportion to / ∂w, ∂E / ∂w
Learning that directly measures is realized.

【0017】各制御回路35は、それぞれの持つ発振器
131のすべてが同時に動作した場合でも、個々に自分
自身の発振器の周波数成分のみを検知して独立に動作す
る。従って、こうした場合でも各制御回路35が持つ学
習機能はそのまま保たれる。この時、ニューラルネット
ワーク素子31中のすべての重み・閾値が同時に修正さ
れるため、高速な学習が達成される。
Each control circuit 35 individually detects only the frequency component of its own oscillator and operates independently even when all the oscillators 131 of each control circuit 35 operate simultaneously. Therefore, even in such a case, the learning function of each control circuit 35 is maintained as it is. At this time, all weights / thresholds in the neural network element 31 are simultaneously corrected, so that high-speed learning is achieved.

【0018】このように、多周波振動法に基づくニュー
ラルネットワーク学習回路は、内部回路にばらつきがあ
るようなニューラルネットワーク素子に対しても高速な
学習を行うことが可能である。
As described above, the neural network learning circuit based on the multi-frequency vibration method can perform high-speed learning even for a neural network element whose internal circuit has variations.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方式では、ニューラルネットワーク素子への入力パ
ターンの切り替え周期を低域フィルタ回路133の遮断
周波数以下にする必要があるため、学習の高速性が阻害
されるという問題がある。
However, in the above-mentioned conventional method, the switching cycle of the input pattern to the neural network element needs to be equal to or lower than the cutoff frequency of the low-pass filter circuit 133, which impedes high-speed learning. There is a problem that is.

【0020】また、多数の重みあるいは閾値を同時に制
御しようとすると、多数の周波数成分をニューラルネッ
トワーク素子に入力する必要が生じる。これは、ニュー
ラルネットワーク素子を集積化して小型化した場合、小
さい領域に多数の異なった周波数成分を持つ信号線を集
中させる結果となるため、素子の重み・閾値入力のため
の信号線間でクロストークを生じ、学習効率の低下ある
いは、学習不能状態をもたらす恐れがある。
In order to control a large number of weights or thresholds at the same time, it becomes necessary to input a large number of frequency components into the neural network element. This means that when the neural network elements are integrated and miniaturized, a large number of signal lines with different frequency components are concentrated in a small area. There is a possibility that a talk may be caused, learning efficiency may be reduced, or learning may be impossible.

【0021】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、上記従来の問題を解決し、各重み、或いは閾値に微
小変化を与える重畳信号の改良により学習の高速性を阻
害せず、かつクロストークを生じにくいニューラルネッ
トワーク学習回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, solves the above-mentioned conventional problems, and does not impede the high-speed learning by improving the superimposed signal that gives a slight change to each weight or threshold, and It is an object of the present invention to provide a neural network learning circuit that hardly causes crosstalk.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の第1の原
理構成図を示す。
FIG. 1 shows the first principle configuration of the present invention.

【0023】本発明は、複数のニューラルネットワーク
入力ポート、少なくとも1つのニューラルネットワーク
出力ポート、入力される信号に対して重み付け加算や非
線形処理を行う複数の処理エレメント、該処理エレメン
トを相互に接続する複数の結線エレメントと、ニューラ
ルネットワークにおいて学習すべき入力信号を発生させ
る入力信号発生手段1002と、入力信号に対応した教
師信号を発生する教師信号発生手段1003と、ニュー
ラルネットワーク1001の学習時にニューラルネット
ワークの出力信号と教師信号とを比較して誤差信号を発
生する誤差信号発生手段1004とを含むニューラルネ
ットワークに接続される学習回路において、直交符号パ
ターンをそれぞれP1 ,P2 ,…,Pn とし、直交パタ
ーンPi の配列が、Pi ={pi1,pi2,…,pim
(pik=±1、1≦k≦m)とすると、各直交パターン
が、
According to the present invention, a plurality of neural network input ports, at least one neural network output port, a plurality of processing elements for performing weighted addition and nonlinear processing on an input signal, and a plurality of processing elements connected to each other are provided. Connection element, input signal generating means 1002 for generating an input signal to be learned in the neural network, teacher signal generating means 1003 for generating a teacher signal corresponding to the input signal, and output of the neural network during learning of the neural network 1001. in the learning circuit for comparing the signal and the teacher signal is connected to a neural network comprising an error signal generator 1004 for generating an error signal, the orthogonal code patterns respectively P 1, P 2, ..., and P n, the orthogonal The array of patterns P i is P i = {p i1 , p i2 , ..., p im }
If (p ik = ± 1, 1 ≦ k ≦ m), each orthogonal pattern is

【0024】[0024]

【数6】 [Equation 6]

【0025】を満足する直交化符号パターンを発生する
直交化符号パターン発生手段1005と、誤差信号発生
手段1004の出力に直交化符号パターンを乗算した結
果を時間領域で積分する積分手段1006と、積分手段
1006の出力に応じてニューラルネットワーク100
1の重みあるいは、閾値の入力を決定するパラメータ制
御手段1007と、ニューラルネットワーク1001へ
の入力信号及び教師信号は直交化符号パターンの少なく
とも1周期の間それぞれの値を保存し、直交化符号パタ
ーンの1周期の開始とニューラルネットワーク1001
への入力信号の切り替えとを同期させる同期手段100
8とを含む。
Orthogonal code pattern generating means 1005 for generating an orthogonal code pattern satisfying the above condition, integrating means 1006 for integrating the result of multiplying the output of the error signal generating means 1004 by the orthogonal code pattern, and integrating means 1006. The neural network 100 according to the output of the means 1006
The parameter control means 1007 for determining the input of the weight of 1 or the threshold value, the input signal to the neural network 1001 and the teacher signal store their respective values for at least one cycle of the orthogonalization code pattern, and the orthogonalization code pattern Start of one cycle and neural network 1001
Means 100 for synchronizing the switching of the input signal to the
8 and.

【0026】図2は、本発明の第2の原理構成図を示
す。
FIG. 2 shows a second principle configuration of the present invention.

【0027】本発明は、複数のニューラルネットワーク
の入力ポート、少なくとも1つのニューラルネットワー
クの出力ポートと入力される信号に対して重み付け加算
や非線形処理を行う複数の処理エレメントと、処理エレ
メントを相互に接続する複数の結線エレメントと、ニュ
ーラルネットワークにおいて学習すべき入力信号を発生
する入力信号発生手段1002と、入力信号に対応した
教師信号を発生する教師信号発生手段1003と、ニュ
ーラルネットワークの学習時にニューラルネットワーク
の出力信号と、教師信号との誤差信号を発生する誤差信
号発生手段1004とを含むニューラルネットワークに
接続される学習回路において、クロック信号に同期した
n個のパルス列Pi のm個の各要素をPik(1≦i≦
n,1≦k≦m,Pik=±1)とすると、
According to the present invention, the input ports of a plurality of neural networks, the output ports of at least one neural network, and a plurality of processing elements that perform weighted addition and nonlinear processing on an input signal are connected to each other. A plurality of connecting elements, an input signal generating means 1002 for generating an input signal to be learned in the neural network, a teacher signal generating means 1003 for generating a teacher signal corresponding to the input signal, and a neural network In a learning circuit connected to a neural network including an output signal and an error signal generating means 1004 for generating an error signal between the output signal and the teacher signal, each of m elements of n pulse trains P i synchronized with the clock signal is denoted by P. ik (1 ≦ i ≦
n, 1 ≦ k ≦ m, P ik = ± 1),

【0028】[0028]

【数7】 [Equation 7]

【0029】を満たす直交化符号パターンを発生する直
交化符号パターン発生手段1005と、ニューラルネッ
トワーク1001が学習すべき入力信号の全ての入力に
要する時間を1周期とし、誤差信号発生手段1004の
出力を1周期の期間中に時間領域で積分する積分手段1
060と、積分手段1060の出力に直交化符号パター
ン発生手段1005の出力とを乗算した結果をパルス列
毎に1周期毎に加算する加算手段1090と、加算手段
1090の出力に応じてニューラルネットワーク100
1の重みあるいは閾値入力を決定するパラメータ制御手
段1007と、1周期の開始と直交化パターンの切り替
えとを同期させ、少なくとも1周期の期間中は、直交化
パターンの値を保持する同期手段1080とを含む。
An orthogonal code pattern generating means 1005 for generating an orthogonal code pattern satisfying the above conditions and the time required for all inputs of the input signals to be learned by the neural network 1001 are defined as one cycle, and the output of the error signal generating means 1004 is Integrating means 1 for integrating in the time domain during the period of one cycle
060 and the output of the integration means 1060 multiplied by the output of the orthogonalization code pattern generation means 1005, and the addition means 1090 that adds the result for each cycle for each pulse train, and the neural network 100 according to the output of the addition means 1090.
Parameter control means 1007 for determining the weighting or threshold input of 1 and synchronization means 1080 for synchronizing the start of one cycle and the switching of the orthogonalization pattern and holding the value of the orthogonalization pattern for at least one period. including.

【0030】図3は本発明の第3の原理構成図である。FIG. 3 is a block diagram of the third principle of the present invention.

【0031】本発明は、複数のネットワーク入力ポー
ト、少なくとも1つのニューラルネットワーク出力ポー
ト、入力される信号に対して重み付け加算、非線形処理
を行う複数の処理エレメント、処理エレメントを相互に
接続する複数の結線エレメントと、学習すべき入力信号
を発生させる入力信号発生手段1002及び入力信号に
対応した教師信号を発生する教師信号発生手段1003
と、ニューラルネットワーク1001の学習時にニュー
ラルネットワーク1001の出力信号と教師信号とを比
較して誤差信号を発生する誤差信号発生手段1004と
を含むニューラルネットワークに接続される学習回路に
おいて、クロック信号に同期した複数のパルス信号であ
り、かつ個々のパルス信号のパルス幅が互いに等しく、
かつ同一時刻には複数のパルス信号の中の1つのパルス
信号のみを出力するパルス信号発生手段1050と、誤
差信号発生手段1004の出力をパルス信号発生手段1
050により出力されたパルス信号に同期して時間領域
で積分する積分手段1061と、積分手段1061の出
力に応じてニューラルネットワーク1001の重みある
いは閾値入力を変更するパラメータ制御手段1007
と、ニューラルネットワーク1001への入力信号及び
教師信号は、少なくとも複数のパルス信号のすべてを出
力するのに要する時間の間はそれぞれの値を保持し、複
数のパルス信号の出力の開始とニューラルネットワーク
1001への入力信号の切り替えとを同期させる同期手
段1081とを含む。
According to the present invention, a plurality of network input ports, at least one neural network output port, a plurality of processing elements for performing weighted addition and nonlinear processing on an input signal, and a plurality of wirings for connecting the processing elements to each other. An element, an input signal generating means 1002 for generating an input signal to be learned, and a teacher signal generating means 1003 for generating a teacher signal corresponding to the input signal.
And a learning circuit connected to the neural network including an error signal generating means 1004 for generating an error signal by comparing the output signal of the neural network 1001 and the teacher signal during learning of the neural network 1001. A plurality of pulse signals, and the pulse widths of the individual pulse signals are equal to each other,
At the same time, the pulse signal generating means 1050 outputs only one pulse signal of the plurality of pulse signals, and the output of the error signal generating means 1004 is the pulse signal generating means 1.
Integrating means 1061 for integrating in the time domain in synchronization with the pulse signal output by 050, and parameter controlling means 1007 for changing the weight or threshold input of the neural network 1001 according to the output of the integrating means 1061.
The input signal and the teacher signal to the neural network 1001 retain their respective values for at least the time required to output all of the plurality of pulse signals, and the start of the output of the plurality of pulse signals and the neural network 1001. Synchronization means 1081 for synchronizing the switching of the input signal to.

【0032】図4は本発明の第4の原理構成図である。FIG. 4 is a block diagram of the fourth principle of the present invention.

【0033】本発明は、複数のネットワークの入力ポー
トと、少なくとも1つのニューラルネットワーク出力ポ
ートと入力される信号に対して重み付け加算、非線形処
理を行う複数の処理エレメントと、処理エレメントを相
互に接続する複数の結線エレメントと、学習すべき入力
信号を発生する入力信号発生手段1002と、入力信号
に対応した教師信号を発生する教師信号発生手段100
3と、ニューラルネットワーク1001の学習時にニュ
ーラルネットワーク1001の出力信号と教師信号とを
比較して誤差信号を発生する誤差信号発生手段1004
とを含むニューラルネットワーク1001に接続される
学習回路において、ニューラルネットワーク1001が
学習すべき入力信号の全ての入力に要する時間を1周期
とし、誤差信号発生手段1004の出力を1周期の期間
中に時間領域で積分する第1の積分手段1062と、ク
ロック信号に同期した互いにパルス幅の等しい複数のパ
ルス信号を時間的に重なりがないように発生するパルス
信号発生手段1051と、第1の積分手段1062の出
力をパルス信号に同期するゲート信号に応じて積分し、
積分結果とパルス信号を加算する第2の積分手段106
3と、第2の積分手段手段1063の出力に応じてニュ
ーラルネットワーク1001の重み或いは閾値入力を決
定するパラメータ制御手段1007と、1周期の開始を
パルス信号の切り替えと同期させ、少なくとも1周期の
期間中は、パルス信号の値を保持する同期手段1082
とを含む。
According to the present invention, a plurality of network input ports, at least one neural network output port, and a plurality of processing elements for performing weighted addition and non-linear processing with respect to the input signal are connected to each other. A plurality of connection elements, an input signal generating means 1002 for generating an input signal to be learned, and a teacher signal generating means 100 for generating a teacher signal corresponding to the input signal.
3 and the error signal generating means 1004 for generating an error signal by comparing the output signal of the neural network 1001 and the teacher signal during learning of the neural network 1001.
In the learning circuit connected to the neural network 1001 including, the time required for all inputs of the input signal to be learned by the neural network 1001 is one cycle, and the output of the error signal generating means 1004 is timed during one cycle. A first integrating means 1062 for integrating in a region, a pulse signal generating means 1051 for generating a plurality of pulse signals synchronized with a clock signal and having the same pulse width so as not to overlap in time, and a first integrating means 1062. The output of is integrated according to the gate signal synchronized with the pulse signal,
Second integration means 106 for adding the integration result and the pulse signal
3 and parameter control means 1007 for determining the weight or threshold input of the neural network 1001 according to the output of the second integration means 1063, and the start of one cycle is synchronized with the switching of the pulse signal, and the period of at least one cycle Inside is a synchronizing means 1082 for holding the value of the pulse signal.
Including and

【0034】[0034]

【作用】本発明は、所定の条件を充足する直交化符号パ
ターンを対応する重み或いは閾値出力信号に重畳し、得
られた誤差信号と直交化符号パターンの1つとを乗算し
て積分することにより、乗算された直交符号パターンに
対応した重みあるいは、閾値の変化に伴うエネルギー関
数の変化分∂E/∂wを直接求める。直交化符号パター
ンを1周期出力する期間、入力信号及びこれに対応する
教師信号を保持することによって、上記入力信号に対す
るエネルギー関数の変化分∂E/∂wが求められる。さ
らに、全ての入力信号に対して対応するエネルギー関数
の変化分を求め、その結果に基づいて対応する重み或い
は、閾値出力を修正することによりすべての入力信号に
対して学習動作を行うことができる。
According to the present invention, an orthogonalization code pattern satisfying a predetermined condition is superposed on a corresponding weight or threshold output signal, and the obtained error signal and one of the orthogonalization code patterns are multiplied and integrated. , The weight corresponding to the multiplied orthogonal code pattern or the change ∂E / ∂w of the energy function with the change of the threshold value is directly obtained. By holding the input signal and the teacher signal corresponding to the input signal during the period in which the orthogonal code pattern is output for one cycle, the variation ∂E / ∂w of the energy function with respect to the input signal can be obtained. Further, the learning operation can be performed on all the input signals by obtaining the change amount of the corresponding energy function for all the input signals and correcting the corresponding weight or the threshold output based on the result. .

【0035】また、本発明は、所定の条件を充足する複
数の直交化符号パターンを対応する重み或いは閾値出力
信号に重畳し、全ての入力信号を入力する期間、重畳さ
れる直交化符号パターンを保持しつつ得られた誤差信号
を積分し、その積分した信号と直交化符号パターンの1
つとを乗算し、上記全ての入力信号を入力する期間を1
周期として順次加算する動作を上記直交化符号パターン
列の全てに対して実行することにより、乗算された直交
符号パターンに対応した重み或いは閾値の変化に伴うエ
ネルギー関数の変化分∂E/∂wは、全ての入力信号に
対する変化分を合計或いは平均したものになるため、こ
の変化分に基づいて対応する重み或いは閾値出力を修正
すれば、全ての入力信号に対して学習動作を行うことが
できる。
Further, according to the present invention, a plurality of orthogonal code patterns satisfying a predetermined condition are superposed on corresponding weight or threshold output signals, and the orthogonal code patterns to be superposed during the period of inputting all the input signals. The error signal obtained while being held is integrated, and the integrated signal and the orthogonalization code pattern 1
The period for multiplying two and inputting all the above input signals is 1
By performing the operation of sequentially adding as a cycle for all of the above-mentioned orthogonalized code pattern sequences, the change amount ∂E / ∂w of the energy function due to the change of the weight or the threshold value corresponding to the multiplied orthogonal code pattern is , The change amount with respect to all the input signals is summed or averaged. Therefore, if the corresponding weight or threshold value output is corrected based on the change amount, the learning operation can be performed with respect to all the input signals.

【0036】また、本発明は、個々のパルス信号の幅が
互いに等しく、かつ同一の時刻には、高々1つがパルス
を発生している複数のパルス信号を、対応する重み或い
は閾値出力信号に重畳し、得られた誤差信号を上記パル
ス信号の1つが発生している期間だけ積分し、すべての
パルス信号が発生していない場合の積分値との差分を計
測することにより、このパルス信号に対応した重み或い
は閾値の変化に伴うエネルギー関数の変化分∂E/∂w
を直接求める。パルス信号を1周期出力する期間、入力
信号及びこれに対応する教師信号を保持することによっ
て、入力信号に対するエネルギー関数の変化分∂E/∂
wが求められる。さらに、全ての入力信号に対して対応
するエネルギー関数の変化分を求め、その結果に基づい
て対応する重みあるいは、閾値出力を修正することによ
り、全ての入力信号に対して学習動作を行うことができ
る。
Further, according to the present invention, a plurality of pulse signals in which widths of individual pulse signals are equal to each other and at most one pulse is generated at the same time are superimposed on corresponding weight or threshold output signals. Then, the obtained error signal is integrated only during the period when one of the pulse signals is generated, and the difference from the integrated value when all the pulse signals are not generated is measured, and this pulse signal is supported. Change in energy function due to change in weight or threshold value ∂E / ∂w
Ask directly. By holding the input signal and the teacher signal corresponding to the input signal during the period of outputting one cycle of the pulse signal, the change amount of the energy function with respect to the input signal ∂E / ∂
w is required. Furthermore, the learning operation can be performed for all input signals by obtaining the amount of change in the corresponding energy function for all input signals and modifying the corresponding weight or threshold output based on the result. it can.

【0037】また、本発明は、個々のパルス信号の幅が
互いに等しく、且つ同一の時刻には、高々1つがパルス
を発生している複数のパルス信号を対応する重み或いは
閾値出力信号に重畳し、全ての入力信号を入力する期
間、重畳されるパルス信号を保持しつつ得られた誤差信
号を積分する第1の積分手段を有し、これにより得られ
た第1の積分結果を、積分実行中にパルスを発生したパ
ルス信号に対応する重み或いは閾値制御回路が有する第
2の積分手段で一定時間積分して、全てのパルス信号が
発生していない場合の積分値と差分を計測し、上記動作
を上記パルス信号の1周期の期間実行することにより、
各パルス信号に対応した重み或いは閾値の変化に伴うエ
ネルギー関数の変化分∂E/∂wを直接求める。この時
得られたエネルギー関数の変化分∂E/∂wは、全ての
入力信号に対する変化分を合計或いは平均したものにな
るため、この変化分に基づいて対応する重み或いは閾値
出力を修正すれば、全ての入力信号に対して学習動作を
行うことができる。
Further, according to the present invention, a plurality of pulse signals in which the widths of individual pulse signals are equal to each other and at most one pulse is generated at the same time are superimposed on corresponding weight or threshold output signals. , Having a first integrating means for integrating the error signal obtained while holding the pulse signal to be superimposed while inputting all the input signals, and executing the first integration result obtained by this The second integration means included in the weight or threshold control circuit corresponding to the pulse signal in which the pulse is generated is integrated for a certain period of time, and the integrated value and the difference when all the pulse signals are not generated are measured. By executing the operation for one cycle of the pulse signal,
The change ∂E / ∂w of the energy function due to the change of the weight or the threshold value corresponding to each pulse signal is directly obtained. The change ∂E / ∂w of the energy function obtained at this time is the sum or average of the changes for all input signals, so if the corresponding weight or threshold output is modified based on this change. , The learning operation can be performed on all input signals.

【0038】このように、本発明は、従来の正弦波とは
全く異なった、あるタイミング信号に同期した2値のパ
ルス符号列の信号を重みあるいは閾値に重畳し、得られ
た誤差信号と重畳信号との演算操作によって重み或いは
閾値の変化に伴うエネルギー関数の変化分∂E/∂wを
直接求めるものであるため、従来の方式に比較して、重
畳信号同士のクロストークが軽減でき、効率的な学習動
作が可能となる。
As described above, according to the present invention, a binary pulse code string signal synchronized with a certain timing signal, which is completely different from the conventional sine wave, is superimposed on the weight or threshold value, and the obtained error signal is superimposed. Since the change amount ∂E / ∂w of the energy function due to the change of the weight or the threshold value is directly obtained by the calculation operation with the signal, the crosstalk between the superimposed signals can be reduced and the efficiency can be reduced as compared with the conventional method. Learning operation becomes possible.

【0039】[0039]

【実施例】以下、図面と共に本発明の実施例を詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0040】図5は本発明の第1の実施例のニューラル
ネットワーク回路の構成を示す。同図(a)はニューラ
ルネットワーク回路全体を示す。ニューラルネットワー
ク回路100は、アナログニューラルネットワーク素子
41、ニューラルネットワーク素子41へ入力するため
の信号を発生させる入力信号発生回路42、入力信号発
生回路42の信号に対応する教師信号を発生させる教師
信号発生回路43、ニューラルネットワーク素子41の
各出力と、対応する教師信号発生回路43の各出力との
差分の二乗和(二乗誤差)を出力する誤差二乗和回路4
4、重み・閾値制御回路45、系全体の同期のためのク
ロック信号を出力するクロック発生回路47、入力信号
発生回路42の入力パターン切り替え、或いは重み・閾
値制御回路45の動作タイミングを制御する機能を有す
るタイミング発生回路47により構成される。
FIG. 5 shows the configuration of the neural network circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the entire neural network circuit. The neural network circuit 100 includes an analog neural network element 41, an input signal generation circuit 42 that generates a signal to be input to the neural network element 41, and a teacher signal generation circuit that generates a teacher signal corresponding to the signal of the input signal generation circuit 42. 43, an error square sum circuit 4 that outputs the sum of squares (square error) of the difference between each output of the neural network element 41 and each output of the corresponding teacher signal generating circuit 43.
4, a weight / threshold control circuit 45, a clock generation circuit 47 that outputs a clock signal for synchronization of the entire system, an input pattern switching of the input signal generation circuit 42, or a function of controlling the operation timing of the weight / threshold control circuit 45 And a timing generation circuit 47 having

【0041】また、誤差二乗和回路44は、従来の多周
波振動法で用いられる回路をそのまま適用できる。
As the error sum of squares circuit 44, the circuit used in the conventional multi-frequency vibration method can be applied as it is.

【0042】また、上記の重み・閾値制御回路45につ
いて詳細に説明する。
The weight / threshold control circuit 45 will be described in detail.

【0043】図5(b)は本発明の第1の実施例のニュ
ーラルネットワーク回路の重み・閾値制御回路の構成を
示す。重み・閾値制御回路45は、クロック発生回路4
7からのクロック信号あるいは、タイミング発生回路4
7からのタイミング信号に同期した直交符号パターン信
号を出力する直交符号パターン回路141、誤差二乗和
回路44の出力E2と直交符号パターン信号の2つの入
力の積を出力する乗算回路142、乗算回路142から
の入力信号を時間領域で積分した値を出力する積分回路
143、積分回路143からの入力信号の正負を逆転さ
せて出力するインバータ144、タイミング発生回路4
7のタイミング信号(SYN)に同期して積分回路14
3の信号を保持する機能を持つラッチ回路145、直交
符号パターン回路141の出力を減衰させる減衰器14
6、2つの入力の和を出力する加算回路147より構成
される。
FIG. 5B shows the configuration of the weight / threshold control circuit of the neural network circuit according to the first embodiment of the present invention. The weight / threshold control circuit 45 includes the clock generation circuit 4
Clock signal from 7 or timing generation circuit 4
7. An orthogonal code pattern circuit 141 that outputs an orthogonal code pattern signal synchronized with the timing signal from 7; a multiplication circuit 142 that outputs a product of the output E2 of the error sum of squares circuit 44 and two inputs of the orthogonal code pattern signal; and a multiplication circuit 142. Circuit 143 that outputs a value obtained by integrating the input signal from the input circuit in the time domain, an inverter 144 that outputs the input signal from the integrating circuit 143 by inverting the positive and negative signs, and the timing generation circuit 4
7 in synchronization with the timing signal (SYN)
Latch circuit 145 having the function of holding the signal No. 3 and attenuator 14 for attenuating the output of orthogonal code pattern circuit 141
It is composed of an adder circuit 147 which outputs the sum of 6 and 2 inputs.

【0044】直交符号パターン回路141が発生させる
直交符号パターンは“+1”、或いは、“−1”の2値
をとる固定長符号パターンで、各重み・閾値制御回路4
5が持つ符号パターンは、全てパターン長が等しく、か
つ互いに異なるパターンである。
The orthogonal code pattern generated by the orthogonal code pattern circuit 141 is a fixed length code pattern that takes a binary value of "+1" or "-1", and each weight / threshold control circuit 4
The code patterns of 5 all have the same pattern length and are different from each other.

【0045】ここで、各重み・閾値制御回路45が持つ
直交符号パターンをそれぞれP1, 2 ,…,Pn とし、
パターンPi の配列が、P1 ={pi1,pi2,…,
im} (pik=±1、 1≦k≦m)であるとすると
き、各パターンが、
Here, each weight / threshold control circuit 45 has
Orthogonal code pattern P1,P 2,…, Pnage,
Pattern PiArray is P1= {Pi1, Pi2,… ,
pim} (Pik= ± 1, 1 ≦ k ≦ m)
Each pattern

【数8】 を満足するものとする。但し、mはパターン数、Pik
直交パターンである。一般に、上記式を満足する直交符
号パターンは、パターン長mが4の倍数である時のみ実
現可能であり、逆にmが4の倍数であれば、最大(m−
1)種類の直交符号パターンを作ることができる。
[Equation 8] Shall be satisfied. However, m is the number of patterns and P ik is an orthogonal pattern. In general, an orthogonal code pattern satisfying the above equation can be realized only when the pattern length m is a multiple of 4, and conversely, when m is a multiple of 4, the maximum (m−
1) Types of orthogonal code patterns can be created.

【0046】図6は、本発明の第1の実施例の各信号の
タイミングを示す。
FIG. 6 shows the timing of each signal in the first embodiment of the present invention.

【0047】同図において、IN−1〜3は、入力信号
発生回路42から供給される入力信号、OUT−1はニ
ューラルネットワーク素子41の出力信号、TEACH
−1は教師信号発生回路43の出力信号、E2は誤差二
乗和発生回路44の出力をそれぞれ表す。
In the figure, IN-1 to IN-3 are input signals supplied from the input signal generating circuit 42, OUT-1 is an output signal of the neural network element 41, and TEACH.
-1 represents the output signal of the teacher signal generating circuit 43, and E2 represents the output of the error square sum generating circuit 44.

【0048】また、同図の上方に付されている数値1〜
8は、それぞれ1つの入力パターンを示し、その境界の
破線部分で入力パターンが切り替えられる。
Further, the numerical values 1 to 1 attached to the upper part of FIG.
Reference numerals 8 respectively indicate one input pattern, and the input pattern is switched by the broken line portion at the boundary.

【0049】各直交パターン回路141は、クロック発
生回路46から出力されるクロック信号(CLK)に同
期して直交符号パターンを出力する。入力信号発生回路
42及び教師信号発生回路43は、少なくとも各直交符
号パターン回路141が1周期分の直交符号パターンを
出力している間、同一の入力パターン及びこれに対応す
る教師パターンを保持している。このため、タイミング
発生回路47は、クロック信号から上記直交符号パター
ンの1周期のタイミングを検出して、入力信号発生回路
42に入力パターン切り替え信号を送出する。
Each orthogonal pattern circuit 141 outputs an orthogonal code pattern in synchronization with the clock signal (CLK) output from the clock generation circuit 46. The input signal generation circuit 42 and the teacher signal generation circuit 43 hold the same input pattern and the teacher pattern corresponding thereto while at least each orthogonal code pattern circuit 141 outputs the orthogonal code pattern for one cycle. There is. Therefore, the timing generating circuit 47 detects the timing of one cycle of the orthogonal code pattern from the clock signal and sends the input pattern switching signal to the input signal generating circuit 42.

【0050】図5(b)の構成から明らかなように、各
重み・閾値制御回路45の出力には、微小な直交符号パ
ターンが重畳されている。この重畳された直交符号パタ
ーンの振幅をDとすると、この直交符号パターンのi番
目のビット(直交符号パターンの開始からi番目のクロ
ック周期)が出力されている時の誤差二乗和発生回路4
4の出力Ei は、近似的に、
As is apparent from the configuration of FIG. 5B, a minute orthogonal code pattern is superimposed on the output of each weight / threshold control circuit 45. When the amplitude of the superimposed orthogonal code pattern is D, the error sum of squares generation circuit 4 when the i-th bit of the orthogonal code pattern (i-th clock cycle from the start of the orthogonal code pattern) is output
The output E i of 4 is approximately

【数9】 と表される。ただし、E0 は重畳信号が全くない場合の
誤差二乗和発生回路44出力である。この信号は、各重
み・閾値制御回路45中で、直交符号パターンの1つと
乗算回路142で乗算され、積分回路143で積分され
る。従って、j番目の重み・閾値制御回路45における
直交符号パターン1周期出力後の積分回路出力変化S pj
は、
[Equation 9]Is expressed as However, E0Is when there is no superimposed signal
This is the output of the error sum of squares generation circuit 44. This signal is
Only one of the orthogonal code patterns in the threshold / threshold control circuit 45
It is multiplied by the multiplication circuit 142 and integrated by the integration circuit 143.
It Therefore, in the jth weight / threshold control circuit 45
Integral circuit output change S after one cycle of orthogonal code pattern output pj
Is

【数10】 となる。但し、上記の式において、Cは定数、τはクロ
ック周期、δはクロネッカーのデルタ記号である。即
ち、直交符号パターンの性質によって∂E/∂wj に比
例する成分のみが積分回路143の変化分として現れ
る。従って、この信号をインバータ144によって反転
させ、直交符号パターンを1周期出力する毎にラッチ回
路145でその出力を保持すれば、∂E/∂wj に比例
した重み或いは閾値の修正が実現される。
[Equation 10] Becomes However, in the above equation, C is a constant, τ is a clock period, and δ is a Kronecker delta symbol. That is, only the component proportional to ∂E / ∂w j appears as the change of the integrating circuit 143 due to the property of the orthogonal code pattern. Therefore, if this signal is inverted by the inverter 144 and the output is held by the latch circuit 145 every time the orthogonal code pattern is output for one cycle, the weight or threshold value proportional to ∂E / ∂w j is corrected. .

【0051】本実施例では、全ての回路がクロックに同
期して動作しているため、クロストークの影響を受けに
くいという利点がある。また、適用すべきニューラルネ
ットワーク素子の規模(ニューロン数)が変わっても、
直交符号パターン長の修正と、それに伴うタイミング発
生回路47の調整によって容易に対応ができるという利
点がある。
In this embodiment, all the circuits operate in synchronization with the clock, so that there is an advantage that they are not easily affected by crosstalk. Also, even if the scale (number of neurons) of the neural network element to be applied changes,
There is an advantage that it can be easily dealt with by correcting the orthogonal code pattern length and adjusting the timing generation circuit 47 accordingly.

【0052】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0053】図7は、本発明の第2の実施例のニューラ
ルネットワーク回路の構成を示す。同図(a)はニュー
ラルネットワーク回路200全体を示す。同図におい
て、図5の構成と同一構成部分には、同一符号を付す。
FIG. 7 shows the configuration of the neural network circuit according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the entire neural network circuit 200. In the figure, the same components as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals.

【0054】本実施例は、第1の実施例の構成に誤差二
乗和発生回路44の出力に積分回路68、インバータ6
9、ラッチ回路70を加えた構成となっている。
In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the output of the error square sum generating circuit 44 is provided with an integrating circuit 68 and an inverter 6.
9 and a latch circuit 70 are added.

【0055】従って、同図(a)に示す構成は、アナロ
グニューラルネットワーク素子41、ニューラルネット
ワーク素子41への入力信号発生回路42、入力信号発
生回路42の信号に対応する教師信号発生回路43、ニ
ューラルネットワーク素子41の各出力と、対応する教
師信号発生回路43の各出力との差分の二乗和(二乗誤
差)を出力する誤差二乗和発生回路44、重み・閾値制
御回路55、系全体の同期のためのクロック信号を出力
するクロック発生回路47、入力信号発生回路42の入
力パターン切り替え或いは、重み・閾値制御回路55の
動作タイミングを制御する機能を有するタイミング発生
回路47、入力信号を時間領域で積分した値を出力し、
タイミング発生回路47の出力であるタイミング信号
(SYN)に同期してリセットされる積分回路68、入
力信号の正負を逆転させて出力するインバータ69、タ
イミング信号に同期して、積分回路68の信号を保持
し、出力する(L−OUT)機能を有するラッチ回路7
0により構成される。
Therefore, the configuration shown in FIG. 9A has an analog neural network element 41, an input signal generation circuit 42 for the neural network element 41, a teacher signal generation circuit 43 corresponding to the signal of the input signal generation circuit 42, and a neural network. An error square sum generation circuit 44 that outputs the sum of squares (square error) of the difference between each output of the network element 41 and each output of the corresponding teacher signal generation circuit 43, the weight / threshold control circuit 55, and the synchronization of the entire system. A clock generation circuit 47 that outputs a clock signal for changing the input pattern of the input signal generation circuit 42 or a timing generation circuit 47 that has a function of controlling the operation timing of the weight / threshold control circuit 55, and integrates the input signal in the time domain. Output the value
The integration circuit 68 reset in synchronization with the timing signal (SYN) which is the output of the timing generation circuit 47, the inverter 69 for inverting the positive and negative of the input signal and outputting the signal, and the signal of the integration circuit 68 in synchronization with the timing signal. Latch circuit 7 having a function of holding and outputting (L-OUT)
It is composed of 0.

【0056】同図(b)は、ニューラルネットワーク回
路200内の重み・閾値制御回路の構成を示す。タイミ
ング発生回路47から出力されたタイミング信号(SY
N)に同期した直交符号パターン信号を出力する直交符
号パターン回路161、2つの入力の積を出力する乗算
回路162、タイミング信号(SUM−E)に同期して
乗算回路162からの入力(SUM−i)を加算し、そ
の結果を直交符号ぱターン回路161のタイミング信号
に同期してラッチして出力する同期加算回路163、直
交符号パターン回路161の出力を減衰する減衰器16
4、減衰器164の出力と同期加算回路163の2つの
入力の和を出力する加算回路165により構成される。
FIG. 10B shows the configuration of the weight / threshold control circuit in the neural network circuit 200. Timing signal (SY) output from the timing generation circuit 47
N), an orthogonal code pattern circuit 161 that outputs an orthogonal code pattern signal, a multiplication circuit 162 that outputs a product of two inputs, and an input (SUM- from the multiplication circuit 162 in synchronization with the timing signal (SUM-E). i) is added and the result is latched and output in synchronization with the timing signal of the orthogonal code pattern circuit 161 and the attenuator 16 that attenuates the output of the orthogonal code pattern circuit 161.
4. The addition circuit 165 outputs the sum of the output of the attenuator 164 and the two inputs of the synchronous addition circuit 163.

【0057】本実施例では、ニューラルネットワーク素
子61の入力パターンの切り替えを高速に行い、入力パ
ターンの切り替えを1周期行う毎に各重み・閾値制御回
路55の直交符号パターンを切り替える方式である。
In this embodiment, the input patterns of the neural network element 61 are switched at high speed, and the orthogonal code pattern of each weight / threshold control circuit 55 is switched every time the input patterns are switched for one cycle.

【0058】図8は本発明の第2の実施例の各信号のタ
イミングの一例を示す。同図において、IN−1〜3
は、入力信号発生回路42から供給される入力信号、O
UT−1はニューラルネットワーク素子41の出力信
号、TEACH−1は教師信号発生回路43の出力信
号、E2は誤差二乗和発生回路44の出力、INTは積
分回路68の出力をそれぞれ表す。また、INT−Eは
積分回路68の動作状態を制御する信号であり、高レベ
ルの時には、積分動作、低レベルの時にはラッチ状態と
なる。また、INT−Rは積分回路68のリセット信号
であり、高レベルのときに積分回路68は、リセット状
態となり、出力が0となる。また、LTCH−Eはラッ
チ回路70の制御信号であり、高レベルの時に、ラッチ
回路70の出力は入力に追随し、低レベルの時に出力は
ラッチされる。
FIG. 8 shows an example of the timing of each signal according to the second embodiment of the present invention. In the figure, IN-1 to IN-3
Is an input signal supplied from the input signal generating circuit 42, O
UT-1 represents the output signal of the neural network element 41, TEACH-1 represents the output signal of the teacher signal generating circuit 43, E2 represents the output of the error sum of squares generating circuit 44, and INT represents the output of the integrating circuit 68. Further, INT-E is a signal for controlling the operating state of the integrating circuit 68, and when it is at a high level, it is in an integrating operation, and when it is at a low level, it is in a latching state. Further, INT-R is a reset signal for the integrator circuit 68, and when it is at a high level, the integrator circuit 68 is in a reset state and the output is 0. Further, LTCH-E is a control signal of the latch circuit 70. When the level is high, the output of the latch circuit 70 follows the input, and when the level is low, the output is latched.

【0059】P−1〜nは各重み・閾値制御回路55中
の直交符号パターン回路161からの出力信号、SYN
は入力パターンの1周期の開始・終了を示すタイミング
信号で、この場合は立ち上がりが入力パターンの1周期
の開始、立ち下がりが終了を表す。SUM−1〜nは各
重み・閾値制御回路55中の同期加算回路163の出力
を表す。また、SUM−Eは、同期加算回路163の制
御信号であり、同期加算回路163は、SUM−Eが高
レベルになった時点での入力を順次加算し、その結果を
出力する。
P-1 to n are output signals from the orthogonal code pattern circuit 161 in each weight / threshold control circuit 55, and SYN.
Is a timing signal indicating the start / end of one cycle of the input pattern. In this case, the rising edge indicates the start of one cycle of the input pattern and the falling edge indicates the end. SUM-1 to n represent outputs of the synchronous addition circuit 163 in each weight / threshold control circuit 55. Further, SUM-E is a control signal of the synchronous addition circuit 163, and the synchronous addition circuit 163 sequentially adds the inputs at the time when SUM-E becomes high level, and outputs the result.

【0060】また、同図の上方の数字1〜mはそれぞれ
直交符号パターンの1つのビットを示し、その境界部分
で直交符号パターンが切り替えれると同時に、積分回路
68の出力がラッチされ、各重み・閾値制御回路55に
おいて、処理が行われる。
The numbers 1 to m in the upper part of the figure each represent one bit of the orthogonal code pattern, and at the same time the orthogonal code pattern is switched at the boundary portion, the output of the integrating circuit 68 is latched and each weight is weighted. The process is performed in the threshold control circuit 55.

【0061】各直交符号パターン回路161がk番目の
ビットを出力しているサイクルにおける積分回路68の
最終出力S’pkは、
The final output S'pk of the integrating circuit 68 in the cycle in which each orthogonal code pattern circuit 161 outputs the kth bit is

【数11】 と表される。但し、Cは定数、τ’はクロック周期、D
は重畳された直交符号パターンの振幅、E’1 は、i番
目の入力パターンに対する誤差二乗和発生回路44の出
力である。この式から1〜m番目の直交符号パターンの
各ビットを全て出力した段階での、r番目の重み・閾値
制御回路55中の同期加算回路163の変化S’r は、
[Equation 11] Is expressed as Where C is a constant, τ'is the clock period, and D
Is the amplitude of the superimposed orthogonal code pattern, and E ′ 1 is the output of the error sum of squares generation circuit 44 for the i-th input pattern. The change S ′ r of the synchronous addition circuit 163 in the r-th weight / threshold control circuit 55 at the stage when all the bits of the 1st to mth orthogonal code patterns are output from this equation is

【0062】[0062]

【数12】 [Equation 12]

【0063】と表される。この式から明らかなように、
1〜m番目の直交符号パターンの各ビットを全て出力し
た状態で、同期加算回路163の出力変化は、全ての入
力パターンに対する∂E/∂Wr を合計したものに比例
する。従って、直交符号パターンの1周期の出力が終了
する毎に、この同期加算回路163の出力をラッチし、
重みあるいは、閾値を修正すれば、エネルギー関数の変
化分∂E/∂wj に比例した重み、あるいは、閾値の修
正が実現される。
It is expressed as As is clear from this equation,
The output change of the synchronous addition circuit 163 is proportional to the sum of ∂E / ∂W r for all the input patterns in a state where all the bits of the 1st to mth orthogonal code patterns are output. Therefore, each time the output of one cycle of the orthogonal code pattern ends, the output of this synchronous addition circuit 163 is latched,
If the weight or the threshold is modified, the weight proportional to the change ∂E / ∂w j of the energy function or the threshold is modified.

【0064】本実施例では、前述の第1の実施例に比べ
て、ニューラルネットワーク素子41の入力パターンを
高速に切り替え、その一方で重みあるいは閾値の切り替
えを低速で行っている。このため、ニューラルネットワ
ーク素子41への重み・閾値入力のための信号線間での
クロストークを大幅に減少させることができる。また、
本実施例では、入力パターンが最も高速に切り替えられ
るため、高速信号処理ニューラルネットワーク素子の場
合に対しても、最も効率的な学習が実施できる。
In this embodiment, the input pattern of the neural network element 41 is switched at high speed, while the weight or the threshold is switched at low speed, as compared with the first embodiment. Therefore, crosstalk between signal lines for inputting weights / thresholds to the neural network element 41 can be significantly reduced. Also,
In this embodiment, since the input patterns are switched at the highest speed, the most efficient learning can be performed even in the case of the high speed signal processing neural network element.

【0065】なお、上記第1、第2の実施例で用いられ
ているインバータは、各重み或いは閾値の修正量を∂E
/∂wの値と逆相にするためのものである。従って、そ
の挿入位置は、誤差二乗和発生回路44の出力から各重
み・閾値制御回路45、55中の直交符号パターン重畳
のための加算回路入力までの経路のいずれか1か所であ
ればよく、本発明は、特にその挿入箇所を限定するもの
ではない。
In the inverters used in the first and second embodiments, the correction amount of each weight or threshold is ∂E.
This is to make the phase opposite to the value of / ∂w. Therefore, the insertion position may be any one of the paths from the output of the error sum of squares generation circuit 44 to the addition circuit input for superimposing the orthogonal code pattern in each of the weight / threshold control circuits 45 and 55. The present invention does not particularly limit the insertion position.

【0066】次に、本発明の第3の実施例について説明
する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0067】図9は本発明の第3の実施例のニューラル
ネットワーク回路の構成を示す。同図中、図5、図7と
同一構成部分には、同一符号を付す。同図(a)はニュ
ーラルネットワーク回路300の全体の構成を示し、ニ
ューラルネットワーク回路300は、アナログニューラ
ルネットワーク素子41、ニューラルネットワーク素子
41への入力信号を発生させる入力信号発生回路42、
入力信号発生回路42の信号に対応する教師信号を発生
する教師信号発生回路43、ニューラルネットワーク素
子41の各出力と、従来の多周波振動法で用いられる回
路をそのまま用いて、対応する教師信号発生回路43の
各出力との差分の二乗和(二乗誤差)を出力する誤差二
乗和発生回路44、重み・閾値制御回路65、クロック
発生回路46、系全体の同期のためのクロック信号を出
力するクロック発生回路46、入力信号発生回路42の
入力パターン切り替えあるいは、重み・閾値制御回路6
5の動作タミングを制御するタイミング発生回路47よ
り構成される。
FIG. 9 shows the configuration of a neural network circuit according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 5 and 7 are designated by the same reference numerals. FIG. 1A shows the overall configuration of the neural network circuit 300. The neural network circuit 300 includes an analog neural network element 41, an input signal generation circuit 42 for generating an input signal to the neural network element 41,
The teacher signal generating circuit 43 for generating a teacher signal corresponding to the signal of the input signal generating circuit 42, each output of the neural network element 41, and the circuit used in the conventional multi-frequency vibration method are used as they are to generate a corresponding teacher signal. An error square sum generation circuit 44 that outputs the sum of squares (square error) of the difference from each output of the circuit 43, a weight / threshold control circuit 65, a clock generation circuit 46, and a clock that outputs a clock signal for synchronization of the entire system. Switching of the input patterns of the generation circuit 46 and the input signal generation circuit 42, or the weight / threshold control circuit 6
5 is composed of a timing generation circuit 47 for controlling the operation timing.

【0068】同図(b)は重み・閾値制御回路46の構
成を示す。同図に示す重み・閾値制御回路46は、クロ
ック信号あるいは、タイミング信号に同期したパルス信
号を出力するパルス発生回路141、ゲート信号がON
状態の時のみ、入力信号をそのまま出力するアナログス
イッチ142−1,142−2、プラス(+)側入力信
号と、マイナス(−)側入力信号との差分を増幅して出
力する積分回路144、入力信号を時間領域で積分した
値を出力する積分回路144、タイミング信号(LTC
DH−E)に同期して積分回路144の信号を取り込
み、これを所持するラッチ回路145、パルス発生回路
141の出力を減衰させる減衰器146、2つの入力の
和を出力する加算回路147である。
FIG. 11B shows the structure of the weight / threshold control circuit 46. The weight / threshold control circuit 46 shown in the figure is a pulse generation circuit 141 that outputs a pulse signal synchronized with a clock signal or a timing signal, and a gate signal is ON.
Only in the state, the analog switches 142-1 and 142-2 that output the input signal as they are, the integration circuit 144 that amplifies and outputs the difference between the plus (+) side input signal and the minus (−) side input signal, An integration circuit 144 that outputs a value obtained by integrating the input signal in the time domain, a timing signal (LTC
DH-E) is a latch circuit 145 that takes in the signal of the integration circuit 144 in synchronization with it, an attenuator 146 that attenuates the output of the pulse generation circuit 141, and an addition circuit 147 that outputs the sum of the two inputs. .

【0069】図10は本発明の第3の実施例の各信号の
タイミングの一例を示す。
FIG. 10 shows an example of the timing of each signal according to the third embodiment of the present invention.

【0070】同図において、IN−1〜3は、入力信号
発生回路42から供給される入力信号、OUT−1は、
ニューラルネットワーク素子41の出力信号、TEAC
H−1は、教師信号発生回路43の出力信号、E2は誤
差二乗和発生回路44の出力をそれぞれ表す。また、同
期信号SYNは、タイミング発生回路47から出力され
る1つの入力パターンに対する学習動作の開始を示すタ
イミング信号、P−1〜nは、各重み・閾値制御回路6
5中のパルス発生回路141からの出力信号、LTCH
−Eは、タイミング発生回路47からの出力されるタイ
ミング発生回路47から出力される積分回路144の出
力のラッチのタイミングを示す信号である。また、IN
T−1〜nは各重み・閾値制御回路65中の積分回路1
44の出力を表す。
In the figure, IN-1 to IN-3 are input signals supplied from the input signal generating circuit 42, and OUT-1 is
Output signal of the neural network element 41, TEAC
H-1 represents the output signal of the teacher signal generating circuit 43, and E2 represents the output of the error square sum generating circuit 44. Further, the synchronization signal SYN is a timing signal indicating the start of a learning operation for one input pattern output from the timing generation circuit 47, and P-1 to n are each weight / threshold control circuit 6.
5, the output signal from the pulse generation circuit 141 in FIG.
-E is a signal that is output from the timing generation circuit 47 and that indicates the timing of latching the output of the integration circuit 144 that is output from the timing generation circuit 47. Also, IN
T-1 to n are integration circuits 1 in each weight / threshold control circuit 65.
44 output.

【0071】また、図の上方の数字1〜8は、それぞれ
1つの入力パターンが保持される期間を示し、その境界
の破線部分で入力パターンが切り替えられる。
The numerals 1 to 8 in the upper part of the figure show the periods in which one input pattern is held, and the input patterns are switched at the broken line part of the boundary.

【0072】各パルス発生回路141は、SYN信号の
次のクロック周期からクロック発生回路46によって供
給されるクロック信号(CLK)に同期して、1番目の
パルス発生回路141は最初のクロック周期、2番目の
パルス発生回路141は2番目のクロック周期、という
ように、1つのクロック周期毎に1つのパルス発生回路
141がパルス信号を出力する。入力信号発生回路42
及び教師信号発生回路43は、すべてのパルス発生回路
141がパルス信号を出力している間、同一の入力パタ
ーン及びこれに対応する教師パターンを保持している。
このため、タイミング発生回路47は、最後のパルス発
生回路141のパルス信号が出力された後、LTCH−
E信号を送出し、各重み・閾値制御回路65の積分器1
44の出力をラッチすることによて、重みあるいは、閾
値の値を更新するとともに、入力信号発生回路42に入
力パターン切り替え信号を送出し、入力パターンを切り
替える。その後、タイミング発生回路47が各重み・閾
値制御回路65に再びSYN信号を送出することによ
り、各重み・閾値制御回路65は、次の新たな入力パタ
ーンに対する動作を開始する。
Each pulse generation circuit 141 synchronizes with the clock signal (CLK) supplied by the clock generation circuit 46 from the clock cycle next to the SYN signal, and the first pulse generation circuit 141 outputs the first clock cycle, 2 The second pulse generation circuit 141 outputs the pulse signal every one clock cycle, such as the second clock cycle. Input signal generation circuit 42
The teacher signal generation circuit 43 holds the same input pattern and the teacher pattern corresponding to the same input pattern while all the pulse generation circuits 141 are outputting the pulse signals.
For this reason, the timing generation circuit 47 outputs LTCCH- after the pulse signal of the last pulse generation circuit 141 is output.
E signal is sent out and the integrator 1 of each weight / threshold control circuit 65
By latching the output of 44, the weight or threshold value is updated, and an input pattern switching signal is sent to the input signal generation circuit 42 to switch the input pattern. After that, the timing generation circuit 47 again sends the SYN signal to each weight / threshold control circuit 65, whereby each weight / threshold control circuit 65 starts the operation for the next new input pattern.

【0073】タイミング発生回路47からの同期信号
(SYN)は、各重み・閾値制御回路65のアナログス
イッチ142−1に供給され、これを閉じる。このた
め、誤差二乗和信号E2がすべての重み・閾値制御回路
65中の差動増幅器143のプラス(+)側に入力さ
れ、積分器144に入力される。一方、i番目の重み・
閾値制御回路65中のパルス発生回路141がパルス信
号P−iを発生すると、このパルス信号は、i番目の重
み・閾値制御回路65中のアナログスイッチ142−2
に供給され、これを閉じる。
The synchronization signal (SYN) from the timing generation circuit 47 is supplied to the analog switch 142-1 of each weight / threshold control circuit 65 to close it. Therefore, the error sum of squares signal E2 is input to the plus (+) side of the differential amplifiers 143 in all the weight / threshold control circuits 65 and to the integrator 144. On the other hand, the i-th weight
When the pulse generation circuit 141 in the threshold control circuit 65 generates the pulse signal P-i, this pulse signal is the analog switch 142-2 in the i-th weight / threshold control circuit 65.
Supplied to and closed.

【0074】このため、誤差二乗和信号E2がi番目の
重み・閾値制御回路65中の差動増幅器143のマイナ
ス(−)側に入力され、積分器144に入力される。と
ころで、タイミング発生回路47からの同期信号(SY
S)出力時には、すべてのパルス発生回路141がパル
スを出力していない状態であり、P−i信号出力時に
は、i番目のパルス発生回路141の出力のみが、対応
する重み或いは、閾値に重畳された状態である。従っ
て、SYN信号及びP−i信号のパルス長が共に、クロ
ック周期τに等しければ、i番目の重み・閾値制御回路
65におけるSYN信号出力期間の積分回路144の出
力変化E0 及びP−i信号出力期間の積分回路144の
出力変化Ei は、
Therefore, the sum of squared error signal E2 is input to the minus (−) side of the differential amplifier 143 in the i-th weight / threshold control circuit 65 and to the integrator 144. By the way, the synchronization signal (SY
S) At the time of output, all pulse generation circuits 141 are in a state of not outputting pulses, and at the time of P-i signal output, only the output of the i-th pulse generation circuit 141 is superimposed on the corresponding weight or threshold. It is in a state of being. Therefore, if both the pulse lengths of the SYN signal and the P-i signal are equal to the clock cycle τ, the output change E 0 of the integration circuit 144 and the P-i signal in the SYN signal output period in the i-th weight / threshold control circuit 65. The output change E i of the integrating circuit 144 during the output period is

【0075】[0075]

【数13】 [Equation 13]

【0076】と表される。但し、Eは、タイミング発生
回路47からの同期信号(SYN)出力時のE2信号出
力、Cは定数である。この式からラッチ回路145によ
ってラッチされる積分器出力の変化分ΔEi は、
It is expressed as However, E is the E2 signal output when the synchronization signal (SYN) is output from the timing generation circuit 47, and C is a constant. From this equation, the change ΔE i of the integrator output latched by the latch circuit 145 is

【0077】[0077]

【数14】 [Equation 14]

【0078】と表される。つまり、ラッチ回路145の
出力は、そのまま、−∂E/∂wi に比例した修正を受
けることとなる。従って、上記ラッチ回路145の出力
を加算回路147を介して、ニューラルネットワーク素
子41に重み或いは、閾値信号として供給することによ
り、ニューラルネットワークの学習動作が実現される。
It is represented by That is, the output of the latch circuit 145 is directly corrected as it is in proportion to −∂E / ∂w i . Therefore, the learning operation of the neural network is realized by supplying the output of the latch circuit 145 to the neural network element 41 via the adding circuit 147 as a weight or as a threshold signal.

【0079】本実施例では、全ての回路がクロックに同
期して、動作しているため、クロストークの影響を受け
にくいという利点がある。また、適用すべきニューラル
ネットワーク素子の規模(ニューロン数)が変わって
も、ニューロン数に対応したタイミング回路47の調整
によって容易に対応ができるという利点がある。
In this embodiment, all the circuits operate in synchronization with the clock, so that there is an advantage that they are not easily affected by crosstalk. Further, even if the scale of the neural network element to be applied (the number of neurons) changes, there is an advantage that it can be easily dealt with by adjusting the timing circuit 47 corresponding to the number of neurons.

【0080】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0081】図11は本発明の第4の実施例のニューラ
ルネットワーク回路を示す。同図中、図9と同一構成部
分には、同一符号を付す。
FIG. 11 shows a neural network circuit according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals.

【0082】同図(a)はニューラルネットワーク回路
を示す。ニューラルネットワーク回路400は、アナロ
グニューラルネットワーク素子61、ニューラルネット
ワーク素子61への入力信号発生回路62、入力信号発
生回路62の信号に対応する教師信号を発生する教師信
号発生回路63、ニューラルネットワーク素子61の各
出力と、対応する教師信号発生回路63の各出力との差
分の二乗和(二乗誤差)を出力する誤差二乗和発生回路
64、重み・閾値制御回路75、系全体の同期のための
クロック信号を出力するクロック発生回路66、入力信
号発生回路62の入力パターン切り替えあるいは、重み
・閾値制御回路75の動作タイミングを制御する機能を
もつタイミング発生回路67、入力信号を時間領域で積
分した値を出力し、タイミング信号(INT−R)に同
期してリセットされる積分回路68により構成される。
FIG. 10A shows a neural network circuit. The neural network circuit 400 includes an analog neural network element 61, an input signal generating circuit 62 for the neural network element 61, a teacher signal generating circuit 63 for generating a teacher signal corresponding to a signal of the input signal generating circuit 62, and a neural network element 61. An error square sum generation circuit 64 that outputs the sum of squares (square error) of the difference between each output and each output of the corresponding teacher signal generation circuit 63, a weight / threshold control circuit 75, and a clock signal for synchronizing the entire system. , A timing generation circuit 67 having a function of switching the input pattern of the input signal generation circuit 62 or a timing generation circuit 67 for controlling the operation timing of the weight / threshold control circuit 75, and outputting a value obtained by integrating the input signal in the time domain. Integration that is reset in synchronization with the timing signal (INT-R) It constituted by road 68.

【0083】同図(b)は、重み・閾値制御回路の構成
を示す。重み・閾値制御回路75は、タイミング信号
(INT−E)に同期したパルス信号を出力するパルス
発生回路261、ゲート信号がON状態の時のみ、入力
信号をそのまま出力するアナログスイッチ262−1、
262−2、プラス(+)側入力信号と(−)側入力信
号との差分を増幅して出力する差動増幅器263、入力
信号を時間領域で積分した値を出力する積分回路26
4、タイミング信号(LTCH−E)に同期して積分回
路264の信号を取込み、これを保持するラッチ回路2
65、パルス発生回路261の出力を減衰させる減衰器
266、減衰器266とラッチ回路265の2つの入力
の和を出力する加算回路267により構成される。
FIG. 11B shows the structure of the weight / threshold control circuit. The weight / threshold control circuit 75 includes a pulse generation circuit 261 that outputs a pulse signal synchronized with the timing signal (INT-E), an analog switch 262-1 that directly outputs the input signal only when the gate signal is in the ON state,
262-2, a differential amplifier 263 that amplifies and outputs the difference between the plus (+) side input signal and the (−) side input signal, and an integrating circuit 26 that outputs a value obtained by integrating the input signal in the time domain.
4. Latch circuit 2 that takes in the signal of the integration circuit 264 in synchronization with the timing signal (LTCH-E) and holds it
65, an attenuator 266 for attenuating the output of the pulse generation circuit 261, and an adder circuit 267 for outputting the sum of the two inputs of the attenuator 266 and the latch circuit 265.

【0084】本実施例では、ニューラルネットワーク素
子61への入力パターンの切り替えを高速に行い、入力
パターンの切り替えを1周期行う毎に、順次各重み・閾
値制御回路75の1つからパルス信号を発生させる方式
である。
In this embodiment, switching of the input pattern to the neural network element 61 is performed at high speed, and a pulse signal is sequentially generated from one of the weight / threshold control circuits 75 every time the input pattern is switched for one cycle. It is a method to let.

【0085】図12は本発明の第4の実施例の各信号の
タイミングの一例を示す。同図において、IN1〜3
は、入力信号発生回路62から供給される入力信号であ
り、クロック発生回路66のクロック信号(CLK)に
同期している。また、OUT−1はニューラルネットワ
ーク素子61の出力信号、TEACH−1は教師信号発
生回路63の出力信号、E2は誤差二乗和発生回路64
の出力、INTは積分回路68の出力をそれぞれ表す。
また、INT−Eは積分回路68の動作状態を制御する
信号であり、高レベルのときには、積分動作、低レベル
の時には、ラッチ状態となる。また、INT−E信号
は、各重み・閾値制御回路75のタイミング信号として
も用いられる。INT−Rは積分回路68のリセット信
号であり、高レベルの時に積分回路68は、リセット状
態となり、出力が0となる。
FIG. 12 shows an example of the timing of each signal in the fourth embodiment of the present invention. In the figure, IN1 to IN3
Is an input signal supplied from the input signal generation circuit 62 and is synchronized with the clock signal (CLK) of the clock generation circuit 66. Further, OUT-1 is an output signal of the neural network element 61, TEACH-1 is an output signal of the teacher signal generating circuit 63, and E2 is an error square sum generating circuit 64.
, INT represents the output of the integration circuit 68, respectively.
Further, INT-E is a signal for controlling the operating state of the integrating circuit 68, and when it is at a high level, it is in an integrating operation, and when it is at a low level, it is in a latching state. The INT-E signal is also used as a timing signal for each weight / threshold control circuit 75. INT-R is a reset signal for the integrator circuit 68, and when it is at a high level, the integrator circuit 68 is in a reset state and the output is 0.

【0086】P−1〜nは、各重み・閾値制御回路75
中のパルス発生回路261からの出力信号である。SU
M−Eは各重み・閾値制御回路75中のアナログスイッ
チ262−1のゲート信号、DIFF−Ei はi番目の
重み・閾値制御回路75中のアナログスイッチ262−
2のゲート信号である。LTCH−Eはラッチ回路27
5の制御信号であり、高レベルの時にラッチ回路265
の出力は、入力に追随し、低レベルの時に出力はラッチ
される。また、INT−1〜nは各重み・閾値制御回路
75中の積分回路164の出力を表す。
P-1 to n are each weight / threshold control circuit 75.
It is an output signal from the inside pulse generation circuit 261. SU
M-E is the gate signal of the analog switch 262-1 in each weight / threshold control circuit 75, and DIFF-E i is the analog switch 262- in the i-th weight / threshold control circuit 75.
2 gate signal. LTCH-E is a latch circuit 27
5 is a control signal, and the latch circuit 265 is at a high level.
Output follows the input, and when low, the output is latched. Further, INT-1 to n represent outputs of the integrating circuit 164 in each weight / threshold control circuit 75.

【0087】また、同図の上方の数値0〜nは、それぞ
れが入力パターンの切り替えの1周期を示し、周期0で
は、すべての重み・閾値制御回路75中のパルス発生回
路261の出力が0であり、それ以外の周期では、対応
する重み・閾値制御回路75中のパルス発生回路261
のみがパルスを出力する。
Further, the numerical values 0 to n in the upper part of the figure each indicate one cycle of switching the input pattern, and in the cycle 0, the outputs of the pulse generation circuits 261 in all the weight / threshold control circuits 75 are 0. In other cycles, the pulse generation circuit 261 in the corresponding weight / threshold control circuit 75 is
Only outputs a pulse.

【0088】上記の周期0における積分回路68の最終
出力(INT−R受信直前の出力)をE’0 とすれば、
周期0ではすべてのパルス発生回路262の出力が0で
あるから、
[0088] If the final output (INT-R received immediately before the output) the E '0 of the integrating circuit 68 in the period 0 above,
In the cycle 0, since the output of all the pulse generation circuits 262 is 0,

【0089】[0089]

【数15】 [Equation 15]

【0090】となる。但し、Cは定数、T1,T2・は
それぞれ入力パターン列の入力開始時刻、終了時刻であ
る。また、Eはすべてのパルス発生回路261の出力が
0のときE2信号出力である。これに対し、周期iで
は、i番目のパルス発生回路261のパルス出力が対応
する重みあるいは閾値信号wi に重畳される。従って、
周期iにおける積分回路68の最終出力E’i は、
It becomes However, C is a constant, and T1, T2. Are the input start time and end time of the input pattern sequence, respectively. E is an E2 signal output when the outputs of all the pulse generation circuits 261 are 0. On the other hand, in the cycle i, the pulse output of the i-th pulse generation circuit 261 is superimposed on the corresponding weight or threshold signal w i . Therefore,
The final output E 'i of the integration circuit 68 in the period i is

【0091】[0091]

【数16】 [Equation 16]

【0092】と表される。但し、Dは重畳されるパルス
信号の大きさである。従って、SUM−E信号及びすべ
てのDIFF−Ei 信号のパルス幅ば互いに等しけれ
ば、i番目の重み・閾値制御回路75中のラッチ回路2
65によってラッチされる積分回路264の出力の変化
ΔE’i は、
It is represented as However, D is the magnitude of the pulse signal to be superimposed. Therefore, if the pulse widths of the SUM-E signal and all DIFF-E i signals are equal to each other, the latch circuit 2 in the i-th weight / threshold control circuit 75 is
The change ΔE ′ i in the output of the integrating circuit 264 latched by 65 is

【0093】[0093]

【数17】 [Equation 17]

【0094】となる。ただし、C’は定数、τ’はSU
M−E信号及びDIFF−Ei 信号のパルス幅である。
この式から明らかなように、上記ラッチ回路265の出
力の変化ΔE’i は−∂E’0 /∂wi に比例する。従
って、上記ラッチ回路265の出力を加算回路267を
介してニューラルネットワーク素子61に重み或いは閾
値信号として供給すれば、やはり目的の学習動作が実現
される。
It becomes Where C'is a constant and τ'is SU
It is the pulse width of the ME signal and the DIFF-E i signal.
As is clear from this equation, the change ΔE ′ i in the output of the latch circuit 265 is proportional to −∂E ′ 0 / ∂w i . Therefore, if the output of the latch circuit 265 is supplied to the neural network element 61 via the adder circuit 267 as a weight or a threshold signal, the desired learning operation can be realized.

【0095】本実施例では、前述の第3の実施例に比べ
てニューラルネットワーク素子の入力パターンを高速に
切り替え、その一方で重みあるいは、閾値の切り替えを
低速で行っている。このため、ニューラルネットワーク
素子への重み、閾値入力ための信号線間でのクロストー
クを大幅に減少させることができる。また、本実施例で
は、入力パターンが最も高速に切り替えられるため、高
速信号処理ニューラルネットワーク素子の場合に対して
最も効率的な学習が実施できる。
In this embodiment, the input pattern of the neural network element is switched at a higher speed than in the third embodiment, while the weight or the threshold is switched at a lower speed. Therefore, the weight of the neural network element and the crosstalk between the signal lines for inputting the threshold value can be greatly reduced. Further, in this embodiment, since the input patterns are switched at the highest speed, the most efficient learning can be performed in the case of the high speed signal processing neural network element.

【0096】上記の第1及び第2の実施例は、各重みあ
るいは閾値制御回路に1つの直交符号化パルス列を割り
当てて、このパルス列を対応する重み或いは閾値出力に
重畳し、結果として誤差信号発生回路から出力される誤
差信号(制御すべき重みあるいは閾値の数に等しい直交
符号化パルス列が重畳されている)と割り当てられた直
交符号化パルス列との相関を計測する(乗算して積分す
る)ことによって、割り当てられた直交符号化パルス列
の重畳の影響による誤差信号の変化分のみを検出する。
この方式では、制御すべき重みあるいは閾値の数だけの
直交化符号化パルス列を発生させる必要があるため回路
が複雑となるが、∂E/∂wを高い精度で検出可能とな
る。
In the first and second embodiments described above, one orthogonal coded pulse train is assigned to each weight or threshold control circuit, and this pulse train is superimposed on the corresponding weight or threshold output, resulting in the error signal generation. To measure (multiply and integrate) the correlation between the error signal output from the circuit (orthogonal coded pulse train equal to the number of weights or thresholds to be controlled is superimposed) and the assigned orthogonal coded pulse train. Detects only the change amount of the error signal due to the influence of the superposition of the assigned orthogonally encoded pulse train.
In this method, since it is necessary to generate as many orthogonalized coded pulse trains as the number of weights or thresholds to be controlled, the circuit becomes complicated, but ∂E / ∂w can be detected with high accuracy.

【0097】また、上記の第3、第4の実施例は、各重
み或いは閾値制御回路に時間的にずらしたパルス信号を
割り当て、このパルス信号を対応する重みあるいは閾値
出力に重畳し、結果として誤差信号発生回路から出力さ
れる誤差信号がパルス信号の重畳によってどれだけ変化
するかを観測する方式である。この場合、観測すべき重
み或いは閾値制御回路以外の重み或いは閾値制御回路出
力には何も重畳されていないので、第1、第2の実施例
の場合のような相関をとる操作は必要なく、単にパルス
重畳がある場合とない場合の誤差信号の差分から∂E/
∂wを検出できるための回路を単純化することができ
る。
Further, in the third and fourth embodiments, the pulse signals shifted in time are assigned to the respective weight or threshold control circuits, and the pulse signals are superposed on the corresponding weight or threshold outputs, and as a result, This is a method of observing how much the error signal output from the error signal generation circuit changes due to superposition of pulse signals. In this case, since nothing is superimposed on the weight to be observed or the output of the weight or threshold control circuit other than the threshold control circuit, there is no need to perform the correlation operation as in the first and second embodiments. ∂E / from the difference between the error signals with and without pulse superposition
The circuit for detecting ∂w can be simplified.

【0098】また、上記第1、第3の実施例は、一周期
分の直交符号化パルス列或いはパルス信号を重畳し、∂
E/∂wを検出している期間、ニューラルネットワーク
への入力を保持することによって、重みあるいは閾値の
修正を個々のニューラルネットワーク入力に対して実行
する方式である。この方式では、1つのニューラルネッ
トワーク入力ごとに学習が完了するため、ランダムな入
力に対しても適用が可能となる。
Further, in the first and third embodiments, the orthogonal coded pulse train or pulse signal for one period is superimposed, and ∂
In this method, the weight or threshold value is corrected for each neural network input by holding the input to the neural network while detecting E / ∂w. In this method, since learning is completed for each neural network input, it can be applied to random inputs.

【0099】また、上記第2、第4の実施例は、全ての
ニューラルネットワーク入力を完了する期間、重畳する
直交符号化パルス列あるいはパルス信号の1つのビット
出力を保持し、この直交符号化パルス列或いはパルス信
号のビット数分だけこの動作を繰り返すことにより、全
てのニューラルネットワーク入力に対する∂E/∂wの
合計或いは平均を観測するものである。この方式では同
一の入力パターンを繰り返し発生させる手段が必要とな
るが、入力に比べて圧倒的に多い重み或いは閾値制御回
路出力の重畳信号の切り替えを低速で行うことが可能と
なるため、重畳信号同士のクロストークの問題を大幅に
低減することが可能である。
In the second and fourth embodiments, the orthogonal coded pulse train to be superposed or one bit output of the pulse signal is held while all the neural network inputs are completed. By repeating this operation for the number of bits of the pulse signal, the total or average of ∂E / ∂w for all neural network inputs is observed. This method requires a means for repeatedly generating the same input pattern, but it is possible to switch overlaid signals of overwhelmingly more weights or threshold control circuit outputs than at the input at a low speed. It is possible to significantly reduce the problem of crosstalk between them.

【0100】[0100]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、アナログ
ニューラルネットワーク素子が持つ高速性を阻害せず、
かつクロストークの影響を受けにくいニューラルネット
ワーク学習回路を実現することができる。
As described above, according to the present invention, the high speed of the analog neural network element is not hindered,
In addition, it is possible to realize a neural network learning circuit that is not easily affected by crosstalk.

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

【図1】本発明の第1の原理構成図である。FIG. 1 is a first principle configuration diagram of the present invention.

【図2】本発明の第2の原理構成図である。FIG. 2 is a second principle configuration diagram of the present invention.

【図3】本発明の第3の原理構成図である。FIG. 3 is a third principle configuration diagram of the present invention.

【図4】本発明の第4の原理構成図である。FIG. 4 is a fourth principle configuration diagram of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例のニューラルネットワー
ク回路の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a neural network circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の各信号のタイミングを
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the timing of each signal in the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例のニューラルネットワー
ク回路の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a neural network circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の各信号のタイミングを
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the timing of each signal in the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例のニューラルネットワー
ク回路の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a neural network circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例の各信号のタイミング
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the timing of each signal in the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例のニューラルネットワ
ーク回路の構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a neural network circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4の実施例の各信号のタイミング
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the timing of each signal in the fourth embodiment of the present invention.

【図13】3層ニューラルネットワークの構成及びニュ
ーロン素子の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a three-layer neural network and a configuration of a neuron element.

【図14】アナログニューラルネットワーク素子の構成
例を示す。
FIG. 14 shows a configuration example of an analog neural network element.

【図15】多周波数振動法に基づくニューラルネットワ
ーク学習回路を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a neural network learning circuit based on the multi-frequency vibration method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 信号入力端子 12 入力層 13 中間層 14 出力層 15 信号出力端子 16 ニューロン素子 21 信号入力端子 22 重み入力端子 23 信号出力端子 24 乗算回路 25 閾値回路 26 加算回路 27 非線形関数発生回路 31,41,61 アナログニューラルネットワーク素
子 32,42,62 入力信号発生回路 33,43,63 教師信号発生回路 34,44,64 誤差二乗和発生回路 35 重み・閾値制御回路 45,55,65,75 重み・閾値制御回路 46,66 クロック発生回路 47,67 タイミング発生回路 68,135,144,264 積分回路 69,134 インバータ 70 ラッチ回路 100,200,300,400 ニューラルネットワ
ーク回路 131 発振回路 132 乗算回路 133 低域フィルタ回路 136 加算回路 141 パルス発生回路 142 アナログスイッチ 143 差動増幅器 145 ラッチ回路 146 減衰器 147 加算器 161 直交符号パターン回路 162 乗算回路 163 同期加算回路 164 減衰器 165 加算回路 261 パルス発生回路 262 アナログスイッチ 263 差動増幅器 264 積分回路 265 ラッチ回路 266 減衰器 267 加算器 1001 ニューラルネットワーク 1002 入力信号発生手段 1003 教師信号発生手段 1004 誤差信号発生手段 1005 直交化符号パターン発生手段 1006,1060,1061,1062,1063
積分手段 1007 パラメータ制御手段 1008,1080,1081,1082 同期手段 1050,1051 パルス信号発生手段 1061 1090 加算手段
11 signal input terminal 12 input layer 13 intermediate layer 14 output layer 15 signal output terminal 16 neuron element 21 signal input terminal 22 weight input terminal 23 signal output terminal 24 multiplication circuit 25 threshold circuit 26 adder circuit 27 nonlinear function generating circuit 31, 41, 61 analog neural network element 32, 42, 62 input signal generation circuit 33, 43, 63 teacher signal generation circuit 34, 44, 64 error square sum generation circuit 35 weight / threshold control circuit 45, 55, 65, 75 weight / threshold control Circuit 46, 66 Clock generation circuit 47, 67 Timing generation circuit 68, 135, 144, 264 Integration circuit 69, 134 Inverter 70 Latch circuit 100, 200, 300, 400 Neural network circuit 131 Oscillation circuit 132 Multiplication circuit 133 Low-pass filter circuit 36 addition circuit 141 pulse generation circuit 142 analog switch 143 differential amplifier 145 latch circuit 146 attenuator 147 adder 161 orthogonal code pattern circuit 162 multiplication circuit 163 synchronous addition circuit 164 attenuator 165 addition circuit 261 pulse generation circuit 262 analog switch 263 difference Dynamic amplifier 264 Integration circuit 265 Latch circuit 266 Attenuator 267 Adder 1001 Neural network 1002 Input signal generating means 1003 Teacher signal generating means 1004 Error signal generating means 1005 Orthogonal code pattern generating means 1006, 1060, 1061, 1062, 1063
Integration means 1007 Parameter control means 1008, 1080, 1081, 1082 Synchronization means 1050, 1051 Pulse signal generation means 1061 1090 Addition means

フロントページの続き (72)発明者 古賀 正文 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 松本 隆男 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内Front page continuation (72) Inventor Masafumi Koga 1-1-6 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Takao Matsumoto 1-1-6 Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph Phone Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のニューラルネットワーク入力ポー
ト、少なくとも1つのニューラルネットワーク出力ポー
ト、入力される信号に対して重み付け加算や非線形処理
を行う複数の処理エレメント、該処理エレメントを相互
に接続する複数の結線エレメントと、該ニューラルネッ
トワークにおいて学習すべき入力信号を発生させる入力
信号発生手段と、該入力信号に対応した教師信号を発生
する教師信号発生手段と、該ニューラルネットワークの
学習時にニューラルネットワークの出力信号と該教師信
号とを比較して誤差信号を発生する誤差信号発生手段と
を含むニューラルネットワークに接続される学習回路に
おいて、 n個の直交符号パターンをそれぞれP1 ,P2 ,…,P
n とし、該直交パターンPi の配列が、Pi ={pi1
i2,…,pim} (pik=±1、1≦k≦m)とする
と、各直交パターンが、 【数1】 を満足する直交化符号パターンを発生する直交化符号パ
ターン発生手段と、 該誤差信号発生手段の出力に該直交化符号パターンを乗
算した結果を時間領域で積分する積分手段と、 該積分手段の出力に応じて該ニューラルネットワークの
重みあるいは、閾値の入力を変更するパラメータ制御手
段と、 該ニューラルネットワークへの入力信号及び該教師信号
は該直交化符号パターンの少なくとも1周期の間それぞ
れの値を保存し、該直交化符号パターンの1周期の開始
と該ニューラルネットワークへの該入力信号の切り替え
とを同期させる同期手段とを含むことを特徴とするニュ
ーラルネットワーク学習回路。
1. A plurality of neural network input ports, at least one neural network output port, a plurality of processing elements for performing weighted addition and nonlinear processing on an input signal, and a plurality of wirings for connecting the processing elements to each other. An element, an input signal generating means for generating an input signal to be learned in the neural network, a teacher signal generating means for generating a teacher signal corresponding to the input signal, and an output signal of the neural network during learning of the neural network In a learning circuit connected to a neural network including an error signal generating means for generating an error signal by comparing with the teacher signal, n orthogonal code patterns are respectively P 1 , P 2 , ..., P.
n, and the array of the orthogonal patterns P i is P i = {p i1 ,
If p i2 , ..., P im } (p ik = ± 1, 1 ≦ k ≦ m), then each orthogonal pattern is given by An orthogonalization code pattern generating means for generating an orthogonalization code pattern satisfying the following, an integrating means for integrating a result obtained by multiplying an output of the error signal generating means by the orthogonalization code pattern, and an output of the integrating means. Parameter control means for changing the input of the weight or the threshold value of the neural network, and the input signal to the neural network and the teacher signal store their respective values for at least one cycle of the orthogonalization code pattern. A neural network learning circuit, comprising: a synchronizing means for synchronizing the start of one cycle of the orthogonalization code pattern and the switching of the input signal to the neural network.
【請求項2】 複数のニューラルネットワークの入力ポ
ート、少なくとも1つのニューラルネットワークの出力
ポートと入力される信号に対して重み付け加算や非線形
処理を行う複数の処理エレメントと、該処理エレメント
を相互に接続する複数のエレメントと、学習すべき入力
信号を発生する入力信号発生手段と、該入力信号に対応
した教師信号を発生する教師信号発生手段と、該ニュー
ラルネットワークの学習時に該ニューラルネットワーク
の該出力信号と、該教師信号との誤差信号を発生する誤
差信号発生手段とを含むニューラルネットワークに接続
される学習回路において、 クロック信号に同期したn個のパルス列Pi のm個の各
要素をPik(1≦i≦n,1≦k≦m,Pik=±1)と
すると、 【数2】 を満たす直交化符号パターンを発生する直交化符号パタ
ーン発生手段と、 該ニューラルネットワークが学習すべき入力信号の全て
の入力に要する時間を1周期とし、該誤差信号発生手段
の出力を該1周期の期間中に時間領域で積分する積分手
段と、 該積分手段の出力に該直交化符号パターン発生手段の出
力とを乗算した結果をパルス列毎に該1周期毎に加算す
る加算手段と、 該加算手段の出力に応じて該ニューラルネットワークの
重みあるいは閾値入力を変更するパラメータ制御手段
と、 該1周期の開始と該直交化パターンの切り替えとを同期
させ、少なくとも該1周期の期間中は、該直交化パター
ンの値を保持する同期手段とを含むことを特徴とするニ
ューラルネットワークの学習回路。
2. A plurality of neural network input ports, at least one neural network output port, and a plurality of processing elements that perform weighted addition or non-linear processing on input signals, and the processing elements are mutually connected. A plurality of elements, an input signal generating means for generating an input signal to be learned, a teacher signal generating means for generating a teacher signal corresponding to the input signal, and an output signal of the neural network during learning of the neural network , A learning circuit connected to a neural network including an error signal generating means for generating an error signal with the teacher signal, m elements of n pulse trains P i synchronized with the clock signal are represented by P ik (1 ≤ i ≤ n, 1 ≤ k ≤ m, P ik = ± 1) The orthogonalization code pattern generating means for generating an orthogonalization code pattern that satisfies the following, and the time required for all inputs of the input signals to be learned by the neural network are defined as one cycle, and the output of the error signal generating means is defined as one cycle. An integrating means for integrating in the time domain during the period, an adding means for adding the result of multiplying the output of the integrating means by the output of the orthogonalization code pattern generating means for each pulse cycle, and the adding means. Parameter control means for changing the weight or the threshold value input of the neural network according to the output of the neural network and the start of the one cycle and the switching of the orthogonalization pattern are synchronized, and the orthogonalization is performed at least during the period of the one cycle. A learning circuit for a neural network, comprising: a synchronization means for holding a pattern value.
【請求項3】 複数のネットワーク入力ポート、少なく
とも1つのニューラルネットワーク出力ポート、入力さ
れる信号に対して重み付け加算、非線形処理を行う複数
の処理エレメント、該処理エレメントを相互に接続する
複数の結線エレメントと、学習すべき入力信号を発生さ
せる入力信号発生手段及び該入力信号に対応した教師信
号を発生する教師信号発生手段と、該ニューラルネット
ワークの学習時に該ニューラルネットワークの出力信号
と該教師信号とを比較して誤差信号を発生する誤差信号
発生手段とを含むニューラルネットワークに接続される
学習回路において、 クロック信号に同期した複数のパルス信号であり、かつ
個々のパルス信号のパルス幅が互いに等しく、かつ同一
時刻には該複数のパルス信号の中の1つのパルス信号の
みを出力するパルス信号発生手段と、 該誤差信号発生手段の出力を該パルス信号発生手段によ
り出力された該パルス信号に同期して時間領域で積分す
る積分手段と、 該積分手段の出力に応じて該ニューラルネットワークの
重みあるいは閾値入力を変更するパラメータ制御手段
と、 該ニューラルネットワークへの入力信号及び教師信号
は、少なくとも該複数のパルス信号のすべてを出力する
のに要する時間の間はそれぞれの値を保持し、該複数の
パルス信号の出力の開始と該ニューラルネットワークへ
の入力信号の切り替えとを同期させる同期手段とを含む
ことを特徴とする学習回路。
3. A plurality of network input ports, at least one neural network output port, a plurality of processing elements that perform weighted addition and non-linear processing on an input signal, and a plurality of wiring elements that interconnect the processing elements. An input signal generating means for generating an input signal to be learned and a teacher signal generating means for generating a teacher signal corresponding to the input signal; and an output signal of the neural network and the teacher signal during learning of the neural network. In a learning circuit connected to a neural network including an error signal generating means for generating an error signal by comparison, a plurality of pulse signals synchronized with a clock signal, and the pulse widths of the individual pulse signals are equal to each other, and One pulse signal of the plurality of pulse signals at the same time A pulse signal generating means for outputting only the error signal, an integrating means for integrating the output of the error signal generating means in the time domain in synchronization with the pulse signal output by the pulse signal generating means, and an output of the integrating means. Parameter control means for changing the weight or threshold value input of the neural network, and the input signal and the teacher signal to the neural network have respective values during at least the time required to output all of the plurality of pulse signals. And a synchronization circuit for holding the start of the output of the plurality of pulse signals and the switching of the input signal to the neural network.
【請求項4】 複数のネットワークの入力ポートと、少
なくとも1つのニューラルネットワーク出力ポートと入
力される信号に対して重み付け加算、非線形処理を行う
複数の処理エレメントと、該処理エレメントを相互に接
続する複数の結線エレメントと、学習すべき入力信号を
発生する入力信号発生手段と、該入力信号に対応した教
師信号を発生する教師信号発生手段と、ニューラルネッ
トワークの学習時に該ニューラルネットワークの出力信
号と該教師信号とを比較して誤差信号を発生する誤差信
号発生手段とを含むニューラルネットワークに接続され
る学習回路において、 該ニューラルネットワークが学習すべき入力信号の全て
の入力に要する時間を1周期とし、該誤差信号発生手段
の出力を該1周期の期間中に時間領域で積分する第1の
積分手段と、 クロック信号に同期した互いにパルス幅の等しい複数の
パルス信号を時間的に重なりがないように発生するパル
ス信号発生手段と、 該第1の積分手段の出力を該パルス信号に同期するゲー
ト信号に応じて積分し、積分結果と該パルス信号を加算
する第2の積分手段と、 該加算手段の出力に応じて該ニューラルネットワークの
重み或いは閾値入力を変更するパラメータ制御手段と、 該1周期の開始を該パルス信号の切り替えと同期させ、
少なくとも該1周期の期間中は、該パルス信号の値を保
持する同期手段とを含むことを特徴とするニューラルネ
ット学習回路。
4. A plurality of processing elements that perform weighted addition and non-linear processing on input signals of a plurality of network input ports and at least one neural network output port, and a plurality of processing elements that mutually connect the processing elements. Connection element, input signal generating means for generating an input signal to be learned, teacher signal generating means for generating a teacher signal corresponding to the input signal, an output signal of the neural network and a teacher during learning of the neural network. In a learning circuit connected to a neural network including an error signal generating means for comparing an error signal to generate an error signal, a time required for all inputs of an input signal to be learned by the neural network is defined as one cycle, Integrating the output of the error signal generating means in the time domain during the period of the one cycle; Integrating means, pulse signal generating means for generating a plurality of pulse signals synchronized with the clock signal and having the same pulse width so that they do not overlap in time, and the output of the first integrating means is synchronized with the pulse signal. Second integration means for performing integration according to the gate signal to be added and adding the integration result and the pulse signal, and parameter control means for changing the weight or threshold input of the neural network according to the output of the addition means, Synchronizing the start of one cycle with the switching of the pulse signal,
A neural network learning circuit comprising: a synchronizing means for holding the value of the pulse signal at least during the period of the one cycle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5392263A (en) * 1990-01-31 1995-02-21 Sony Corporation Magneto-optical disk system with specified thickness for protective layer on the disk relative to the numerical aperture of the objective lens
CN111801693A (en) * 2018-03-06 2020-10-20 Tdk株式会社 Neural network device, signal generation method, and program

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