JPS63265372A - Signal pattern identifying device - Google Patents

Signal pattern identifying device

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Publication number
JPS63265372A
JPS63265372A JP9863187A JP9863187A JPS63265372A JP S63265372 A JPS63265372 A JP S63265372A JP 9863187 A JP9863187 A JP 9863187A JP 9863187 A JP9863187 A JP 9863187A JP S63265372 A JPS63265372 A JP S63265372A
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JP
Japan
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prototype
category
storage means
signal
input signal
Prior art date
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Application number
JP9863187A
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Japanese (ja)
Inventor
Shintaro Kumano
信太郎 熊野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the identification of a signal pattern by deciding the category of an input signal from an addition value. CONSTITUTION:A pattern obtained by converting an input signal vector is inputted to a category deciding device group 2. Then the categories of all prototypes that have large degrees of resemblance to each prototype stored in a prototype memory 13 and can be identified with those prototypes in the memory 13 are defined as the category value the input signal. Then the category of the input signal is decided from the addition value of those categories.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、入力信号を性質に応じて複数個のカテゴリ
に分類する信号パタン識別装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a signal pattern identification device that classifies input signals into a plurality of categories according to their properties.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種の信号パタン識別装置の従来例として、パーセプ
トロンが良く知られている。このパーセブトロンに代表
される学習型パタン認識装置は、パタンをカテゴリに分
類するために重みベクトルという超平面の法線ベクトル
を持ち、パタンを超平面で分割するものである。
A perceptron is well known as a conventional example of this type of signal pattern identification device. A learning pattern recognition device typified by the persebtron has a normal vector of a hyperplane called a weight vector to classify patterns into categories, and divides the pattern along the hyperplane.

また、記憶機能を持たせた学習装置として、大阪大学基
礎工学部の鈴木、有本による適応パターン認識の研究「
ユニバーサルラーニングマシン」(以下、ULMと略称
する)がある。ULMは呈示パタンとそのカテゴリを呈
示された順に二進本状に根−枝となるように適宜記憶し
ていき、また呈示されたパタンに最も近い記憶パタンの
カテゴリを出力する方式である。
In addition, as a learning device with a memory function, research on adaptive pattern recognition by Suzuki and Arimoto of the Faculty of Engineering Science, Osaka University.
Universal Learning Machine (hereinafter abbreviated as ULM). ULM is a method in which presented patterns and their categories are appropriately memorized in the order in which they are presented so as to form a root-branch binary format, and the category of the stored pattern that is closest to the presented pattern is output.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

パーセプトロン等の学習型パタン認識装置では、原理的
にパタンか線型分離可能、すなわち一枚の超平面で明確
に分割できる場合でないと、識別が不可能である。線型
分離が不可能な場合の対策として、超平面を複数枚持ち
、そのANDやORによってパタン空間をジグ2ザグに
切る方式があるが、収束性に問題があり、また予め複数
枚の超平面を用意するかを決定しておく必要がある。こ
のため、複雑な分布のパタン空間を識別するためには、
一枚の超平面で十分な場合にも多くの超平面を使うこと
になり、効率的でないという問題があった。
In a learning pattern recognition device such as a perceptron, identification is impossible unless the pattern can be linearly separable in principle, that is, it can be clearly divided by a single hyperplane. As a countermeasure for cases where linear separation is not possible, there is a method of having multiple hyperplanes and cutting the pattern space into zig-2-zag sections by AND or OR, but this has problems with convergence, and It is necessary to decide whether to prepare Therefore, in order to identify a pattern space with a complex distribution,
Even when one hyperplane is sufficient, many hyperplanes are used, which poses a problem of inefficiency.

一方、ULMでは記憶する二進本の構造が呈示する順番
に大きく依存する。また、間違った教育を行なうと、そ
れが二進本として残り、識別能力に影響を与えるという
問題がある。
On the other hand, in ULM, the structure of stored binary books largely depends on the order in which they are presented. In addition, if the wrong education is carried out, there is a problem that it will remain as a binary book and affect the ability to discern.

さらに、ULMは入力信号変換手段を持たず、入力信舟
のビットパタンに近いものを一つのカテゴリにまとめる
作用を持つが、一般に信号はパタン分布の鍵になる特定
の箇所があり、入力信号が全体的には似ていても、その
鍵が違うと属するカテゴリが大きく異なる場合がある。
Furthermore, ULM does not have an input signal conversion means and has the function of grouping bit patterns similar to the input signal into one category, but in general, signals have specific points that are the key to pattern distribution, and the input signal Even if they are similar overall, if the keys are different, the categories to which they belong may be very different.

すなわち、ULMは手書き文字認識を主たる目的として
おり、他の入力信号一般の要請を満たすものではない。
That is, ULM is primarily intended for handwritten character recognition, and does not meet the requirements for other input signals in general.

本発明はこれらの問題を解決し、線形分離不可能なパタ
ンの入力信号についても容易に適用でき、また識別能力
が高く、さらにどのような信号パタンについてもカテゴ
リ分類ができる信号パタン識別装置を提供することを目
的とする。
The present invention solves these problems and provides a signal pattern identification device that can be easily applied to input signals with patterns that are not linearly separable, has high discrimination ability, and can classify any signal pattern into categories. The purpose is to

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係る信号パタン識別装置は、入力信号ベクトル
をその特徴を強調したパタンに変換する入力信号変換手
段と、この入力信号変換手段により得られたパタンに対
する代表パタンとしてのプロトタイプを記憶したプロト
タイプ記憶手段と、各プロトタイプの適用範囲を記憶し
たプロトタイプ適用範囲記憶手段と、各プロトタイプの
属するカテゴリを記憶したプロトタイプカテゴリ記憶手
段と、入力信号変換手段から得られたパタンとプロトタ
イプ記憶手段に記憶された各プロトタイプとの類似度を
調べ、その類似度からプロトタイプ適用範囲記憶手段に
記憶されたプロトタイプ適用範囲に納まるプロトタイプ
を知り、それらのプロトタイプが属するカテゴリをプロ
トタイプカテゴリ記憶手段から引出して入力信号のカテ
ゴリ値を求めるカテゴリ判断手段と、このカテゴリ判断
手段により得られた全てのカテゴリ値を加算する加算手
段と、この加算手段の出力値から入力信号のカテゴリを
決定するカテゴリ決定手段とを備えたことを特徴とする
A signal pattern identification device according to the present invention includes an input signal converting means for converting an input signal vector into a pattern that emphasizes its characteristics, and a prototype memory storing a prototype as a representative pattern for the pattern obtained by the input signal converting means. a prototype application range storage means that stores the application range of each prototype, a prototype category storage means that stores the category to which each prototype belongs, and a pattern obtained from the input signal conversion means and each prototype storage means stored in the prototype storage means. Examine the degree of similarity with the prototype, find out the prototypes that fall within the prototype application range stored in the prototype application range storage means from the similarity, extract the categories to which these prototypes belong from the prototype category storage means, and calculate the category value of the input signal. It is characterized by comprising a category determining means to seek, an adding means for adding all the category values obtained by the category determining means, and a category determining means for determining the category of the input signal from the output value of the adding means. do.

〔作用〕[Effect]

入力信号ベクトルを変換して得られたパタンはカテゴリ
判断手段に入力され、プロトタイプ記憶手段に格納され
ている各プロトタイプとの類似度が大きく、すなわちプ
ロトタイプとの距離が近ければ、そのパタンはプロトタ
イプと同一視してよいと見なされる。同一視できる全て
のプロトタイプのカテゴリが入力信号のカテゴリ値とさ
れ、それらの加算値から入力信号のカテゴリが決定され
る。
The pattern obtained by converting the input signal vector is input to the category judgment means, and if the degree of similarity with each prototype stored in the prototype storage means is large, that is, the distance to the prototype is short, the pattern is classified as a prototype. They are considered to be the same. The categories of all prototypes that can be identified as the same are taken as the category values of the input signal, and the category of the input signal is determined from the summed value.

このようにプロトタイプ適用範囲内に入るようなプロト
タイプに近いパタンは、そのプロトタイプが属するカテ
ゴリに属すると判断して入力信号のカテゴリを決定する
。従って、超平面による識別方式と異なり、線型分離不
可能なパタンの入力信号についても容易に識別が可能で
ある。また、プロトタイプを増加することで識別能力が
容易に高まり、ULMの場合のように呈示パタンの順番
による悪影響がない。さらに、入力信号をその特徴を強
調したパタンに変換してから処理することにより、種々
の入力信号についてカテゴリ分類が可能となる。
In this way, a pattern close to the prototype that falls within the scope of the prototype is determined to belong to the category to which the prototype belongs, and the category of the input signal is determined. Therefore, unlike the identification method using a hyperplane, input signals with patterns that cannot be linearly separated can be easily identified. Furthermore, the discrimination ability is easily increased by increasing the number of prototypes, and there is no adverse effect due to the order of presentation patterns as in the case of ULM. Furthermore, by converting an input signal into a pattern that emphasizes its characteristics and then processing it, it becomes possible to classify various input signals into categories.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第1図
は本発明の一実施例に係る信号パタン識別装置の構成図
である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a signal pattern identification device according to an embodiment of the present invention.

第1図において、入力信号ベクトル(成分は0/1の二
値信号でもよいし、アナログ信号でもよい)は入力信号
変換器1に入力され、特徴が強調されたパタンに変換さ
れる。
In FIG. 1, an input signal vector (components may be binary signals of 0/1 or analog signals) is input to an input signal converter 1, and is converted into a pattern with emphasized features.

入力信号変換器1の具体的な構成は目的に応じて種々考
えられるが、一般的には第2図に示すようなランダム結
線の閾値処理を行なうものが適当である。第2図の変換
を式で表現すると、次のようになる。
Various specific configurations of the input signal converter 1 can be considered depending on the purpose, but in general, one that performs threshold processing of random connections as shown in FIG. 2 is suitable. The conversion shown in Figure 2 can be expressed as follows.

入力信号変換器1により得られたパタン(ベクトル)を
yとし、yは0,1成分であるとする。
It is assumed that the pattern (vector) obtained by the input signal converter 1 is y, and y has 0 and 1 components.

このパタンはカテゴリ判断器群2に入力される。This pattern is input to the category determiner group 2.

カテゴリ判断器群2はプロトタイプ記憶器13゜プロト
タイプ適用範囲記憶器14およびプロトタイプカテゴリ
記憶器15の内容に基づいて入力信号パタン変換器1か
らのパタンyのカテゴリを判断する。
The category determiner group 2 determines the category of the pattern y from the input signal pattern converter 1 based on the contents of the prototype memory 13 , the prototype application range memory 14 , and the prototype category memory 15 .

すなわち、カテゴリ判断器群2はまずプロトタイプ記憶
器13に記憶されているプロトタイプ(71,l−1,
2,・・・、nとする)と、パタンyとの距離(類似度
)を調べる。距離の一例として、例えばハミング距離d
 (yl、F)をとる。次に、この距離dをプロトタイ
プ適用範囲記憶器 14の内容(71に対応する適用範
囲をalとする)と比較し、d O’1.F) <al
となるylについてプロトタイプytの属するカテゴリ
をプロトタイプカテゴリ記憶器15から引出す。この引
出したプロトタイプカテゴリをalとする。今、プロト
タイプytの属するプロトタイプカテゴリは2つとし、
一方を1.他方を−1で表わす。すなわち、ai−1o
r−1である。
That is, the category judge group 2 first selects the prototype (71, l-1,
2, . . . , n) and the pattern y (similarity). As an example of the distance, for example, the Hamming distance d
Take (yl, F). Next, this distance d is compared with the contents of the prototype application range storage 14 (the application range corresponding to 71 is set as al), and dO'1. F) <al
For yl, the category to which the prototype yt belongs is extracted from the prototype category storage 15. Let this extracted prototype category be al. Now, there are two prototype categories to which prototype yt belongs,
One side is 1. The other is represented by -1. That is, ai-1o
It is r-1.

こうしてカテゴリ判断器群2で得られたカテゴリは加算
器3に入力され、各プロトタイプYlについてd (F
l、Y) <θIとなるalが加算される。この加算器
3の出力値すはb−Σa1である。
The categories thus obtained by category judge group 2 are input to adder 3, and for each prototype Yl d (F
l, Y) <θI is added. The output value of this adder 3 is b-Σa1.

加算器3の出力は、カテゴリ決定器4に入力さ−れる。The output of the adder 3 is input to a category determiner 4.

カテゴリ決定器4は、加算器3の出力値がb>oなら入
力信号はカテゴリ1に属すると判断し、bく0ならカテ
ゴリー1に属するものとする。
The category determiner 4 determines that the input signal belongs to category 1 if the output value of the adder 3 is b>o, and determines that the input signal belongs to category 1 if b>0.

b−の場合は、どのカテゴリにも属さないと判断する。In the case of b-, it is determined that it does not belong to any category.

本実施例におけるプロトタイプと入力信号の関係の一例
を第3図に示す。また、本実施例を線型分離不可能なパ
タンの入力信号の識別に適用した場合のカテゴリ決定の
例を第4図に示す。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the prototype and input signals in this embodiment. FIG. 4 shows an example of category determination when this embodiment is applied to the identification of input signals with patterns that cannot be linearly separable.

以上が本発明の基本構成であるが、本実施例では以下に
述べる学習機能がさらに付加されている。
The basic configuration of the present invention has been described above, but in this embodiment, the learning function described below is further added.

本発明では初期状態においてプロトタイプを適当に持た
せておいてもよいが、プロトタイプが最初からなくても
構わない。今、初期状態においてプロトタイプが全くな
かったものとすると、入力信号が呈示されたとき、まず
カテゴリ判断器群2からどのプロトタイプか発火したか
の情報が出される。カテゴリ所属チェック機構6は全て
のプロトタイプが発火しなかった場合(今はプロトタイ
プが全くない場合を考えているので、当然にこの全ての
プロトタイプが発火しなかった場合に相当する)、その
情報を学習信号発生器5に供給する。
In the present invention, a prototype may be appropriately provided in the initial state, but there is no need for a prototype from the beginning. Assuming that there are no prototypes in the initial state, when an input signal is presented, the category determiner group 2 first outputs information as to which prototype has fired. Category affiliation check mechanism 6 learns this information when all prototypes do not fire (we are currently considering the case where there are no prototypes, so naturally this corresponds to the case where all prototypes do not fire). Supplied to signal generator 5.

学習信号発生器5の出力信号は切替器9に送られる。こ
の場合、切替器9は学習信号発生器5からケースAの制
御を行なう指令を受ける。ケースAの制御により、プロ
トタイプ発生機構10が現在の入力信号の変換パタンy
をプロトタイプとして発生し、それがプロトタイプ記憶
器13 t:、@込まれる。また、プロトタイプ記憶器
13にプロトタイプが書込まれると、プロトタイプ適用
範囲記憶器14およびプロトタイブカテ、ゴリ記憶器1
5にも、そのプロトタイプに対応するプロトタイプ適用
範囲およびプロトタイプカテゴリの情報が書込まれる。
The output signal of the learning signal generator 5 is sent to the switch 9. In this case, the switch 9 receives a command to perform case A control from the learning signal generator 5. Under the control of case A, the prototype generation mechanism 10 generates the current input signal conversion pattern y.
is generated as a prototype, and it is stored in the prototype memory 13 t:,@. Furthermore, when a prototype is written in the prototype storage 13, the prototype application range storage 14, the prototype category, and the gory storage 1
5, information on the prototype scope and prototype category corresponding to the prototype is also written.

一般に、プロトタイプが何個か記憶されている場合にも
、カテゴリ所属チェック機構6が全プロトタイプの非発
火を検出した場合は、その入力信号の変換パタンyが同
様のロジックでプロトタイプ記憶器13に新たに記憶さ
れ、それに伴いプロトタイプ適用範囲記憶器14および
プロトタイプカテゴリ記憶器15にも新たな情報が記憶
される。
Generally, even if several prototypes are stored, if the category affiliation check mechanism 6 detects non-firing of all prototypes, the conversion pattern y of the input signal is newly stored in the prototype storage 13 using the same logic. Accordingly, new information is also stored in the prototype scope storage 14 and the prototype category storage 15.

また、本実施例ではプロトタイプの忘却機能も付加され
ている。カテゴリ判−断器群2によりd(Yi、7)<
θとなるylを求める際、プロトタイプ発火頻度チェッ
ク機構7により各プロトタイプの発火頻度がチェックさ
れる。プロトタイプの発火頻度がある閾値以下になると
、そのプロトタイプが信号識別に重要な役割を果たして
いないとして、プロトタイプ忘却機構8によりそのプロ
トタイプがプロトタイプ記憶器13の内容から取除かれ
、同時にそのプロトタイプに対応するプロトタイプ適用
範囲およびプロトタイプカテゴリもプロトタイプ適用範
囲記憶器14およびプロトタイプカテゴリ記憶器15の
内容から取除かれる。
Further, in this embodiment, a prototype forgetting function is also added. By category judge group 2, d(Yi, 7)<
When determining yl which is θ, the firing frequency of each prototype is checked by the prototype firing frequency checking mechanism 7. When the firing frequency of a prototype falls below a certain threshold, the prototype is removed from the contents of the prototype memory 13 by the prototype forgetting mechanism 8, as the prototype does not play an important role in signal identification, and at the same time, the prototype is removed from the contents of the prototype memory 13. Prototype coverage and prototype categories are also removed from the contents of prototype coverage store 14 and prototype category store 15.

パタンか全範囲等確率で出現すると仮定すると、プロト
タイプ適用範囲θlが大きいものほど頻繁に発火する。
Assuming that a pattern appears with equal probability over the entire range, the larger the prototype application range θl is, the more frequently it fires.

実際の発火頻度はステップ数をn。The actual firing frequency is the number of steps n.

発火回数をmとすると、m/nである。そこで、このプ
ロトタイプ発火頻度が(m/n)<k(θl)のときプ
ロトタイプを取除く方式が考えられる。ここで、k(θ
1)はθ1に関する単調増加関数である。これは適用範
囲の広いプロトタイプと狭いプロトタイプとによって、
頻度基準値を変えることを意味する。
If the number of firings is m, it is m/n. Therefore, a method can be considered in which the prototype is removed when the prototype firing frequency is (m/n)<k(θl). Here, k(θ
1) is a monotonically increasing function regarding θ1. This is achieved through flexible and narrow prototypes.
This means changing the frequency standard value.

プロトタイプ発火頻度チェック機構7およびプロトタイ
プ忘却機構8の作用について、第5図を用いてさらに具
体的に説明する。第6図においてはステップ数(↓の数
)はn−18、発火回数はプロトタイプ■が5、プロト
タイプ■が1、面積はプロトタイプ■が7、プロトタイ
プ■が1で、全面積が20の場合を示している。なお、
上記の関数にはプロトタイプ面積/全面積に相当する。
The functions of the prototype firing frequency checking mechanism 7 and the prototype forgetting mechanism 8 will be explained in more detail with reference to FIG. In Figure 6, the number of steps (↓ number) is n-18, the number of firings is 5 for prototype ■, 1 for prototype ■, the area is 7 for prototype ■, 1 for prototype ■, and the total area is 20. It shows. In addition,
The above function corresponds to prototype area/total area.

この例の場合、プロトタイプ■についてはm/n = 
 5/18 (0,28)、k (θl)−7/20(
0,35)である。従って、m/n<k(θ1)となり
、プロトタイプ■は取除かれることになる。また、プロ
トタイプ■にツ・いてはm / n −1/ 18 (
0,OG)。
In this example, for prototype ■ m/n =
5/18 (0,28), k (θl)−7/20(
0.35). Therefore, m/n<k(θ1), and prototype (3) will be removed. In addition, the prototype ■ is m / n -1/18 (
0,OG).

k (θ2)−1/ 20(0,05)であり、m/n
>k(θ2)であるから、プロトタイプ■は取除かれず
に残ることになる。
k (θ2)-1/20(0,05), m/n
>k(θ2), the prototype ■ will remain without being removed.

なお、パタンか全範囲に等確率で出現しない場合(例え
ばプロトタイプptの回りには多く出現し、プロトタイ
プP2の回りにはほとんど出現しない場合)には、m/
n<k(θ、p)(pプロトタイプを表わす)のように
、プロトタイプ自身にも依存した基準値をとることが望
ましい。
Note that if the pattern does not appear with equal probability in the entire range (for example, it often appears around prototype pt, but rarely appears around prototype P2), m/
It is desirable to take a reference value that also depends on the prototype itself, such as n<k(θ, p) (representing a p prototype).

上記のような信号識別にあまり役立たないプロトタイプ
の除去、すなわちプロトタイプ忘却を行なうことによっ
て、識別能力が一次低下することがあるが、一方では典
型的でないプロトタイプを記憶した場合に、これを典型
的なプロトタイプに変更する機会を作るという効果を持
つ。以上述べたプロトタイプの追加およびプロトタイプ
忘却の様子を第6図に示す。
By removing prototypes that are not very useful for signal discrimination as described above, that is, by performing prototype forgetting, the discrimination ability may decrease to a degree, but on the other hand, if an atypical prototype is memorized, it may be This has the effect of creating opportunities for changes to the prototype. FIG. 6 shows the manner in which the prototype is added and the prototype is forgotten as described above.

次に、プロトタイプ適用範囲の変更方式について説明す
る。学習信号発生器5には、カテゴリ決定器4の出力と
教師信号が入力されている。学習信号発生器5は再入力
が一致していた場合は、正しい信号識別が行なわれたと
いうことで、なんら信号を発生しない。すなわち、学習
によるプロトタイプ適用範囲の変更は行なわれない。
Next, a method of changing the scope of application of the prototype will be explained. The output of the category determiner 4 and the teacher signal are input to the learning signal generator 5. If the re-inputs match, the learning signal generator 5 does not generate any signal because it means that correct signal identification has been performed. In other words, the scope of application of the prototype is not changed by learning.

カテゴリ決定器4の出力と教師信号とが一致しなかった
場合は、切替器9によりケースBの制御が行なわれる。
If the output of the category determiner 4 and the teacher signal do not match, the switch 9 performs case B control.

ケースBの制御では、適用範囲変換器11によりプロト
タイプ適用範囲記憶器14内に記憶されているプロトタ
イプ適用範囲のうち、入力信号に対して発火したプロト
タイプの中のプロトタイプカテゴリが入力信号のカテゴ
リと一致するもののプロトタイプ適用範囲を一つ減らす
In case B control, among the prototype application ranges stored in the prototype application range storage 14 by the application range converter 11, the prototype category in the prototype fired in response to the input signal matches the category of the input signal. Reduce the scope of prototype application by one.

この様子の一例を第7図に示す。An example of this situation is shown in FIG.

プロトタイプに一致するパタンの入力信号があった場合
には、上記の学習に加えて、カテゴリ変換器12により
プロトタイプカテゴリ記憶器15の記憶内容が更新され
る。今、カテゴリa1を決定する因子をτlとすると、
−1,0≦τ1≦1.0である。
If there is an input signal with a pattern matching the prototype, in addition to the above learning, the category converter 12 updates the stored contents of the prototype category storage 15. Now, if the factor that determines category a1 is τl, then
−1,0≦τ1≦1.0.

でカテゴリは決まる。τlは一例として次のように更新
される。n回目の更新をτl (n)と表わすと、τI
(o)−al(記憶された時のカテゴリ)。
The category is determined by As an example, τl is updated as follows. If the n-th update is expressed as τl (n), τI
(o)-al (category when stored).

r 1(n) −a r 1(n)+ (1−a ) 
P −Eとなる。ここで、Pはカテゴリ決定器4の出力
カテゴリであり、Eは出力カテゴリと真のカテゴリとが
一致すれば]1、一致しなければ−1であり、αは0く
αく1のパラメータである。ノイズが多く、プロトタイ
プのカテゴリが誤りである可能性が高い場合は、αを小
さくし、かなり信頼のおける場合はαを大きくすればよ
い。全ての入力信号を正しくカテゴリ分類できるように
なると、以上の学習は完了する。
r 1(n) -a r 1(n)+ (1-a)
It becomes P-E. Here, P is the output category of the category determiner 4, E is 1 if the output category and the true category match, and -1 if they do not match, and α is a parameter of 0, α, and 1. be. If there is a lot of noise and there is a high possibility that the prototype category is incorrect, then α can be decreased, and if it is fairly reliable, α can be increased. The above learning is completed when all input signals can be correctly classified into categories.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
次のように種々変形して実施することができる。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications can be made as follows.

実施例では入力信号変換器1において入力信号ベクトル
を特徴を強調したパタンに変換するために、ランダム結
線の閾値処理を行なうものとしたが、他の変換方式とし
ては、例えば φp(X)−ΩPI Xi なる変換がある。φpは特徴パタンの成分であり、pは
マスクベクトル(成分は0/1で、各成分によりpが異
なる)、Xは入力信号ベクトル、ΩはAND、OR,E
xclusive OR等の論理関数である。コノ変換
方式は入力信号の間に成立つ論理式を推論する場合に好
適である。
In the embodiment, the input signal converter 1 performs random connection threshold processing in order to convert the input signal vector into a pattern with emphasized features, but other conversion methods include, for example, φp(X)-ΩPI There is a transformation called Xi. φp is the component of the feature pattern, p is the mask vector (component is 0/1, p is different for each component), X is the input signal vector, Ω is AND, OR, E
It is a logical function such as xclusive OR. The Kono transformation method is suitable for inferring logical expressions that hold between input signals.

また、もう−らの変換方式として、入力信号ベクトルX
(成分はアナログで、0くa≦x1≦b)を画像の各画
素の輝度を成分にしたものとし、なる変換がある。ここ
で、φは入力信号ベクトルXの各成分を第8図に示す数
直線の各ブロック(1〜Ω)に割付ける変換である。こ
の変換方式は画像の大まかな形状を基にカテゴリ分類を
行なう場合に有効である。
In addition, as another conversion method, input signal vector
(The components are analog, 0 x a≦x1≦b) and the luminance of each pixel of the image is taken as a component, and there is the following conversion. Here, φ is a transformation that assigns each component of the input signal vector X to each block (1 to Ω) of the number line shown in FIG. This conversion method is effective when performing category classification based on the rough shape of an image.

また、カテゴリ判断器群2において入力信号が変換され
たパタンとプロトタイプとの類似度を調べるためにハミ
ング距離を用いたが、基本的には距離の公理を満たせば
何でもよい。すなわち、パタンをa1プロトタイプをb
とすると、が9乗ノルムと呼ばれる一般的な距離である
。パタンの成分が0/1でp−1の場合はハミング距離
に相当する。p−1100にすると、aとbの成分の最
も大きく異なった部分のみに注目した距離となる。また
、pが大きいほどaとbの対応する成lO′)の差の大
きさが影響し、pが小さいほどaとbの対応する成分の
異なる個数(成分の個数)が影響するようになる。
In addition, Hamming distance was used to examine the similarity between the pattern into which the input signal was converted and the prototype in the category determiner group 2, but basically any distance may be used as long as it satisfies the axiom of distance. In other words, the pattern is a1 the prototype is b
Then, is a general distance called the 9th power norm. If the pattern component is 0/1 and p-1, this corresponds to the Hamming distance. When set to p-1100, the distance focuses only on the part where the a and b components differ the most. Also, the larger p is, the more the difference between the corresponding components of a and b (lO') will have an effect, and the smaller p is, the more the different number of corresponding components of a and b (the number of components) will have an effect. .

その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。
In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、入力信号ベクトルを特徴を強調するよ
うに変換して得られたパタンをカテゴリ判断手段に人力
し、プロトタイプ記憶手段に格納されている各プロトタ
イプとの類似度が大きくプロトタイプと同一視できる全
てのプロトタイプのカテゴリを入力信号のカテゴリ値と
して、それらの加算値から入力信号のカテゴリを決定す
るようにしたことにより、超平面による識別方式では困
難であった線型分離不可能なパタンの入力信号について
も容易にパタンを識別することができ、またプロトタイ
プを増加することによって識別能力を高めることができ
る、 また、プロトタイプを併記(羅列)方式としていること
により、ULMで問題であった呈示パタンの順番による
悪影響がなく、安定した信頼性の高い識別が可能となる
According to the present invention, a pattern obtained by converting an input signal vector so as to emphasize its features is manually inputted to the category judgment means, and a pattern that is highly similar to each prototype stored in the prototype storage means and is the same as the prototype is used. By using the categories of all visible prototypes as the category values of the input signal, and determining the category of the input signal from their summed values, it is possible to eliminate patterns that are not linearly separable, which is difficult with the hyperplane identification method. It is also possible to easily identify patterns for input signals, and the identification ability can be improved by increasing the number of prototypes.Also, by using the system of listing prototypes, it is possible to easily identify patterns, which was a problem with ULM. There is no adverse effect due to the order of patterns, and stable and highly reliable identification is possible.

さらに、入力信号をその特徴を強調したパタンに変換し
てから処理するため、種々の入力信号についてカテゴリ
分類を行なうことができる。
Furthermore, since the input signal is processed after being converted into a pattern that emphasizes its characteristics, various input signals can be classified into categories.

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

第1図は本発明の一実施例に係る信号パタン識別装置の
構成図、第2図は同実施例における入力信号変換器の具
体例を説明するための図、第3図は同実施例におけるカ
テゴリ判断器群および加算器の作用を説明するための図
、第4図は同実施例におけるカテゴリ決定の具体例を示
す図、第5図は同実施例におけるプロトタイプ発火頻度
チェック機構およびプロトタイプ忘却機構の作用を説明
するための図、第6図は同実施例におけるプロトタイプ
記憶器およびプロトタイプ適用範囲記憶器の内容変更動
作を説明するための図、第7図は同実施例における適用
範囲変換器の作用を説明するための図、第8図は入力信
号変換器の他の例を説明するための図である。 l・・・入力信号変換器、2・・・カテゴリ判断器群、
3・・・加算器、4・・・カテゴリ決定器、5・・・学
習信号発生器、6・・・カテゴリ所属決定機構、7・・
・プロトタイプ発火頻度チェック機構、8・・・プロト
タイプ忘却機構、9・・・切替器、10・・・プロトタ
イプ発生機構、11・・・適用範囲変換器、12・・・
カテゴリ変換器、13・・・プロトタイプ記憶器、14
・・・プロトタイプ適用範囲記憶器、15・・・プロト
タイプカテゴリ記憶器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 粂腺、ノVグン 第2図 第4図 面1θ1 1  2 3  4  〜−−−−−n−(b−a) 
                     b−a第
8図
FIG. 1 is a block diagram of a signal pattern identification device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a specific example of an input signal converter in the embodiment, and FIG. 3 is a diagram for explaining a specific example of an input signal converter in the embodiment. A diagram for explaining the actions of the category judge group and the adder, FIG. 4 is a diagram showing a specific example of category determination in the same embodiment, and FIG. 5 is a prototype firing frequency check mechanism and prototype forgetting mechanism in the same embodiment. 6 is a diagram for explaining the operation of changing the contents of the prototype storage device and the prototype application range storage device in the same embodiment. FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation, and FIG. 8 is a diagram for explaining another example of the input signal converter. l...input signal converter, 2...category judge group,
3...Adder, 4...Category determiner, 5...Learning signal generator, 6...Category affiliation determining mechanism, 7...
- Prototype firing frequency check mechanism, 8... Prototype forgetting mechanism, 9... Switcher, 10... Prototype generation mechanism, 11... Applicable range converter, 12...
Category converter, 13... Prototype memory, 14
. . . Prototype application range storage, 15 . . . Prototype category storage. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Kumeno, No V Gun Figure 2 Figure 4 1θ1 1 2 3 4 ~------n-(b-a)
b-a Figure 8

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力信号ベクトルをその特徴を強調したパタンに
変換する入力信号変換手段と、 この入力信号変換手段により得られたパタンに対する代
表パタンとしてのプロトタイプを記憶したプロトタイプ
記憶手段と、 各プロトタイプの適用範囲を記憶したプロトタイプ適用
範囲記憶手段と、 各プロトタイプの属するカテゴリを記憶したプロトタイ
プカテゴリ記憶手段と、 前記入力信号変換手段から得られたパタンと前記プロト
タイプ記憶手段に記憶された各プロトタイプとの類似度
を調べ、その類似度から前記プロトタイプ適用範囲記憶
手段に記憶されたプロトタイプ適用範囲に納まるプロト
タイプを知り、それらのプロトタイプが属するカテゴリ
を前記プロトタイプカテゴリ記憶手段から引出して前記
入力信号のカテゴリ値を求めるカテゴリ判断手段と、こ
のカテゴリ判断手段により得られた全てのカテゴリ値を
加算する加算手段と、 この加算手段の出力値から前記入力信号のカテゴリを決
定するカテゴリ決定手段とを備えたことを特徴とする信
号パタン識別装置。
(1) Input signal conversion means for converting an input signal vector into a pattern that emphasizes its features; prototype storage means for storing prototypes as representative patterns for the patterns obtained by the input signal conversion means; and application of each prototype. a prototype application range storage means that stores the range; a prototype category storage means that stores the category to which each prototype belongs; and a degree of similarity between the pattern obtained from the input signal conversion means and each prototype stored in the prototype storage means. , find the prototypes that fall within the prototype application range stored in the prototype application range storage means based on their similarity, and extract the categories to which these prototypes belong from the prototype category storage means to obtain the category value of the input signal. The apparatus is characterized by comprising a determining means, an adding means for adding all the category values obtained by the category determining means, and a category determining means for determining the category of the input signal from the output value of the adding means. Signal pattern identification device.
(2)プロトタイプ記憶手段とプロトタイプ適用範囲記
憶手段およびプロトタイプカテゴリ記憶手段は、カテゴ
リ決定手段により決定されたカテゴリと教師信号とから
学習信号を発生する学習信号発生手段からの学習信号に
基づいて制御されることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の信号パタン識別装置。
(2) The prototype storage means, the prototype scope storage means, and the prototype category storage means are controlled based on a learning signal from the learning signal generation means that generates a learning signal from the category determined by the category determination means and the teacher signal. The signal pattern identification device according to claim 1, characterized in that:
(3)プロトタイプ記憶手段は、カテゴリ判断手段から
のプロトタイプ発火情報に基づいてカテゴリ所属チェッ
ク手段により全てのプロトタイプが発火しなかったこと
が検出されたとき、学習信号発生手段を経由して与えら
れる情報に基づいて発生されるプロトタイプを記憶する
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の信号パタ
ン識別装置。
(3) The prototype storage means receives information provided via the learning signal generation means when the category affiliation check means detects that all prototypes have not fired based on the prototype firing information from the category judgment means. 3. The signal pattern identification device according to claim 2, wherein the signal pattern identification device stores a prototype generated based on.
(4)プロトタイプ適用範囲記憶手段は、学習信号発生
手段からの学習信号に基づいて、記憶しているプロトタ
イプ適用範囲の拡大・縮小が行なわれることを特徴とす
る特許請求の範囲第2項記載の信号パタン識別装置。
(4) The prototype application range storage means expands or contracts the stored prototype application range based on the learning signal from the learning signal generation means. Signal pattern identification device.
(5)プロトタイプカテゴリ記憶手段は、学習信号発生
手段からの学習信号に基づいて、記憶しているプロトタ
イプカテゴリの誤り修正が行なわれることを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の信号パタン識別装置。
(5) The signal pattern identification according to claim 2, wherein the prototype category storage means corrects errors in the stored prototype categories based on the learning signal from the learning signal generation means. Device.
(6)プロトタイプ記憶手段とプロトタイプ適用範囲記
憶手段およびプロトタイプカテゴリ記憶手段は、カテゴ
リ判断手段からのプロトタイプ発火情報に基づいてプロ
トタイプ発火頻度チェック手段により頻度が閾値以下に
なつたと判断されたプロトタイプとそれに対応するプロ
トタイプ適用範囲およびプロトタイプカテゴリの内容が
プロトタイプ忘却手段により取除かれることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の信号パタン識別装置。
(6) The prototype storage means, the prototype application range storage means, and the prototype category storage means store the prototypes whose frequency is determined to be below the threshold value by the prototype firing frequency checking means based on the prototype firing information from the category determining means and the corresponding prototypes. 2. The signal pattern identification device according to claim 1, wherein the contents of the prototype application range and the prototype category are removed by the prototype forgetting means.
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