RU2128363C1 - Рефлекторная нейросеть - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области бионики и вычислительной техники и может быть использовано при построении систем распознавания образов. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности моделирования биоритмической организации коррекции синаптических весов. Рефлекторная нейросеть содержит уровни нейроэлементов, которые образуют многоуровневые рецепторную, проприоцепторную, санкционирующую и эффекторную нейросети, представляющие многоуровневую иерархическую структуру связей, синхронизированную распределенными во времени сигналами на всех иерархических уровнях. 14 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к бионике и вычислительной технике и может быть использовано при построении систем распознавания образов.

Известна нейросеть - "персептрон" (Розенблатт Ф. Принципы нейродинамики. М. : Мир, 1965), содержащая входной слой S-элементов, слои A-нейроэлементов, и выходной слой R-элементов, нейроэлементы в заявляемом техническом решении присутствуют. Недостатком является ограничение точности моделирования, т.к. эта нейросеть не отражает иерархическую структуру мозга.

Причина недостатков - нейросеть не моделирует особенности морфологической структуры мозга.

Известна также нейронная сеть для моделирования механизма зрения (Neural Networks for Machine Vision) PCT/US 86/02556 (26.11.86); IPC: G 06 F 15/68; G 09 K 9/46; G 09 K 9/48; G 09 K 9/62, содержащая блоки: монокулярной предобработки сигналов (MP - Monocular Preprocessed Pixel Signals), системы границ контура (BC - Boundary Contour System), системы деталей контура (FC - Feature Contour System), системы распознавания образов (ORS - Object Recognition System), блок системы распознавания образов присутствует в заявляемой рефлекторной нейросети.

Недостатком является ограничение точности моделирования, т.к. эта нейронная сеть не отражает эффекторных структур мозга.

Причина недостатков - в нейронную сеть для моделирования механизма зрения не включены выходные морфологические структуры реальной нервной системы.

Наиболее близкой к предлагаемой рефлекторной нейросети является "Многослойная нейронная сеть обратного распространения" (Ф. Уоссермен. Нейрокомпьютерная техника. М: Мир, 1992 г., стр. 52-69), содержащая входной "нулевой" слой, слои нейроэлементов и выходной слой, нейроэлементы присутствуют в заявляемом техническом решении.

Недостатком является ограничение точности моделирования, т.к. многослойная нейронная сеть не отражает биоритмические свойства реальной нервной системы.

Причина недостатков - "Многослойная нейронная сеть обратного распространения" не моделирует системоорганизующие сигналы реальной нервной системы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности моделирования структурно-функциональной организации нервной системы при осуществлении рефлекторной деятельности.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности моделирования биоритмической организации коррекции синаптических весов посредством управляющих системоорганизующих сигналов совместно с распределенными во времени сигналами выделения, как приращений в процессе обучения, так и скорректированных синаптических весов в процессе распознавания образов.

Для достижения указанного технического результата в рефлекторной нейросети, содержащей уровни нейроэлементов, отличающейся тем, что в ней нейроэлементы образуют многоуровневые восходящие рецепторную и проприоцепторную нейросети и многоуровневые нисходящие санкционирующую и эффекторную нейросети, представляющие связанную по вертикали иерархическую структуру с восходящими и нисходящими межуровневыми связями, при этом одна группа входов рефлекторной нейросети соединена с входами нейроэлементов первого уровня по вертикали многоуровневой восходящей рецепторной нейросети, нейроэлементы которой связаны с нейроэлементами соответствующих уровней многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети, нейроэлементы многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети связаны с нейроэлементами соответствующих уровней многоуровневой нисходящей санкционирующей нейросети, нейроэлементы многоуровневой восходящей рецепторной нейросети связаны с нейроэлементами многоуровневой нисходящей санкционирующей нейросети с возможностью передачи сигнала коррекции синаптических весов, нейроэлементы многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети связаны с нейроэлементами многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети с возможностью передачи сигнала коррекции синаптических весов, на каждом уровне выходы нейроэлементов многоуровневых восходящей рецепторной и нисходящей санкционирующей нейросетей соединены со входами соответствующих схем сравнения, выходы которых и выходы нейроэлементов многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети соединены со входами элементов И-ИЛИ, выходы которых соединены с выходами рефлекторной нейросети, выходы нейроэлементов многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети и вторая группа входов рефлекторной нейросети соединены со входами нейроэлементов первого уровня по вертикали многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети, в каждой многоуровневой восходящей нейросети выход каждого нейроэлемента предыдущего уровня соединен со входами нейроэлементов следующего иерархического уровня, в каждой многоуровневой нисходящей нейросети вход каждого нейроэлемента предыдущего уровня соединен с выходами нейроэлементов следующего иерархического уровня, в многоуровневых нейросетях соответствующие нейроэлемента предыдущих уровней по вертикали образуют группы нейроэлементов, входы нейроэлементов предназначены для фазовых синхронизированных сигналов.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем: введение многоуровневых рецепторной (Р), проприоцепторной (П), санкционирующей (С), эффекторной (Э)- нейросетей, представляющих по вертикали иерархическую структуру группы нейроэлементов (вертикальные группы) с восходящими и нисходящими межуровневыми связями, позволяет повысить точность моделирования.

Рефлекторная нейросеть состоит из четырех многоуровневых нейросетей:
-2-х- восходящих, включающих Р и П нейросети;
-2-х- нисходящих, включающих Э и С нейросети.

Алгоритм работы восходящей (Р и П) нейросети на основе вертикальной арифметики (ВА) может быть описан суперпозицией функций с помощью множества ступеней преобразования кодов (нейронов), в виде:

где γ_jil - l-разряды двоичных позиционных кодов i-синаптических весов на каждом j-уровне;
Δγ_ji - i-приращения синаптических весов на j-уровне;
α_jl - l-разряды двоичных позиционных кодов пороговых коэффициентов на j-уровне;
Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{в}}{\text{j}}$ - значения выходных сигналов (в виде бинарного кода) нейроэлементов восходящей нейросети на j-уровне (выходные сигналы Р нейросети, либо выходные сигналы Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{j}}$ С нейросети);
X_i - i-значение входных сигналов в виде бинарного кода (сигналы внешнего образа, поступающие на вход Р нейросети, либо сигналы, подаваемые на П нейросеть при обучении X $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{j}}$ ) ;
N_O - размер массива входных сигналов X_i;
N_j - число нейроэлементов на j-том уровне, находящихся в к-той вертикальной группе;
М - сигнал коррекции синаптических весов длится L-циклов со сдвигом до П;
П - сигнал запоминания скорректированных синаптических весов в конце сигнала М;
Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij/}}$ - l-распределенные во времени фазовые сигналы на (j+1) уровне обусловленные i-фазовыми сигналами j-уровня.

Алгоритм работы нисходящей (С, Э) нейросети ВА может быть описан суперпозицией функцией с помощью множества ступеней преобразований кодов (нейронов) в виде:

где Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{j}}$ - значение выходных сигналов нейроэлементов нисходящей нейросети на j-уровне;
Y^вI - выходной сигнал нейроэлемента восходящей нейросети, поступающий на все нейроэлементы нисходящей нейросети, находящихся в том же временном кванте;
Y^вII - выходной сигнал нейроэлемента восходящей нейросети для управления сигналом М симметричным нейроэлементом нисходящей сети, находящимся в том же пространственном и временном кванте;
γ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{j}}$ - значение синаптических весов нисходящей нейросети на j-уровне.

В рефлекторной нейросети осуществляется пространственно-временное квантование.

Рефлекторная нейросеть имеет фазовую систему синхронизации на всех уровнях вертикальной иерархии. Длительность активной фазы на первом уровне равна длительности цикла, длительность активной фазы на втором уровне -1/4 цикла, на третьем уровне -1/16 цикла и соответственно на четвертом уровне -1/64 длительности цикла и т.д.

Для каждой вертикальной группы - К1 (с четырехкратным уровневым квантованием восходящей нейросети) имеем:
- связь каждого рецептора с каждым из четырех нейроэлементов первого уровня равна синаптическому весу 1/2 (максимальный вес равен 1);
- связь каждого нейроэлемента первого уровня К1 с каждым из четырех нейроэлементов второго уровня равна синаптическому весу 1/4.

Для К2, образованного четырьмя вертикальными группами (содержащего N₁= KN_О=4•16=64 нейроэлемента), имеем:
- связь каждого рецептора с каждым из 12 нейроэлементов первого уровня других вертикальных групп в пределах К2 равна синаптическому весу 1/4;
- связь каждого нейроэлемента первого уровня с 48 элементами второго уровня других вертикальных групп в пределах К2 равна синаптическому весу 1/8.

Для К3, образованного вертикальными группами четырех К2 (содержащего N₂= K²N_О=4²•16=256 нейроэлемента), имеем:
- связь каждого нейроэлемента первого уровня с 196 нейроэлементами второго уровня вертикальных групп других К2 в пределах К3 равна синаптическому весу 1/16.

На основании изложенного составляется таблица связей нейроэлементов на всех иерархических уровнях рефлекторной нейросети.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - блок схема рефлекторной нейросети, на фиг. 2 - Р и Э- нейросети, на фиг. 3 - вертикальная группа восходящей Р-нейросети, на фиг. 4 - вертикальная группа нисходящей нейросети, на фиг. 5 - П и С- нейросети, на фиг. 6 - нейроэлемент, на фиг. 7 - узел суммирования синапсов, на фиг. 8 - четырехвходовый преобразователь кодов, на фиг. 9 - шестнадцативходовой преобразователь кодов, на фиг.10 - схема сравнения результатов вычисления Р и С- нейросетей на первом уровне, на фиг. 11 - схема сравнения результатов вычисления Р и С- нейросетей на втором уровне, на фиг. 12 - восьмидесятивходовой преобразователь кодов, на фиг. 13 - блок управления, на фиг. 14 - временная диаграмма работы рефлекторной нейросети.

Рефлекторная нейросеть (фиг. 1) содержит 1₁ - 1₁₆ - входы приема значений сигналов X_i внешнего образа в виде бинарного кода; 2₁ -2₁₆ - входы приема значений сигналов X $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{i}}$ (желаемого образа - эталона); 3₁ - 3₁₆ - выходы выдачи сигналов Y_j в виде бинарного кода; Р-сеть (рецепторная нейросеть); С-сеть (санкционирующая нейросеть); П-сеть - проприоцепторная нейросеть; Э-сеть (эффекторная нейросеть); 19 - схемы сравнения результатов вычисления Р и С- нейросетей на первом и втором уровнях; 20 - узел выделения результатов вычисления Y_j;
Φ ∈ {П, М, Из, ТИ,"O", γ, Δγ, α} - вектор управляющих и информационных сигналов;
Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{0}}{\text{0}}$ - распределенная во времени фаза нулевого уровня (время одного функционального цикла) (фиг. 14);
Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{00}}$ - распределенная во времени l-фаза первого уровня

Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{i1}}$ - распределенная во времени l-фаза второго уровня обусловлена i-ой фазой первого уровня

При этом Р-нейросеть связана с С-нейросетью и П-нейросеть связана с Э-нейросетью для передачи сигнала коррекции синаптических весов М, вырабатываемом на основе выходных сигналов симметричных (находящихся в одном и том же пространственно- временном кванте) нейроэлементов Р и П- нейросетей.

Р-нейросеть (фиг. 2) содержит: 1₁ - 1₁₆ - информационные входы приема значений сигналов рецепторов X_i внешнего образа; 5₁ - 5₄ - группы элементов И для выделения распределенной во времени фазой Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{0}}{\text{0/}}$ входных сигналов X_i; 6₁ - 6₆₄ - нейроэлементы первого уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ ; 7₁ - 7₂₅₆ - нейроэлементы второго уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ .
Э-нейросеть (фиг.2) содержит: 8₁ - 8₂₅₆ - нейроэлементы второго уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ ; 9₁ - 9₆₄ - нейроэлементы первого уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ ; 10₁ -10₁₆ - элементы И-ИЛИ для выделения фазой Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{0}}{\text{0}}$ выходных сигналов; 11 - схема сравнения результатов вычисления Р и С- нейросетей на первом уровне, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами

12 - схема сравнения результатов вычисления Р и С- нейросетей на втором уровне, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами

В Р-нейросети (фиг. 2) жирными линиями выделена вертикальная группа К1 (фиг. 3), включающая: 1₁ - информационный вход приема сигнала X_i; 5₁ - элемент И, синхронизированный распределенным во времени фазовым сигналом Ф₀₀, обеспечивает связь рецептора 1₁ синаптическим весом γ = 1/2 со входами нейроэлементов 6₁ - 6₄ первого уровня, синхронизированных распределенных во времени фазами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ , в свою очередь каждый из этих нейроэлементов связан синаптическим весом γ = 1/4, со входами нейроэлементов 7₁ - 7₄,..., 7₁₃ - 7₁₆- второго уровня, синхронизированных распределенных во времени фазами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ соответственно.

Связи К2 нейроэлементов (1₁) составляют: выходы рецепторов 1₂- 1₄ связаны синаптическими весами γ = 1/4 с входами нейроэлементов 6₁- 6₄ (фиг. 2); выходы нейроэлементов 6₅- 6₁₆ связаны синаптическими весами γ = 1/8 с входами нейроэлементов 7₁- 7₆₄ соответственно (на чертеже не показаны).

Связи К3 нейроэлементов (1₁) составляют: выходы нейроэлементов 6₁₇- 6₆₄ связаны синаптическими весами γ = 1/16 со входами нейроэлементов 7₁-7₂₅₆ соответственно.

Таким образом, нейроэлементы одной вертикальной группы Р-нейросети (фиг. 2), объединенные связями, составляют К1-группу нейроэлементов горизонтальной иерархии. При этом четыре вертикальные группы Р-нейросети, объединенные связями, составляют К2. В свою очередь вертикальные срезы, составляющие четыре К2 и объединенные связями, составляют К3 и т.д.

Вертикальная группа нисходящей нейросети К1 приведена на фиг. 4 (не описан, т.к. вертикальная группа нисходящей нейросети - отражение вертикальной группы восходящей нейросети).

П-нейросеть (фиг. 5) содержит: 2₁ - 2₁₆ - информационные входы приема сигналов X $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{i}}$ (эталона), 13₁ - 13₄ - группа элементов И для выделения распределенной во времени фазой Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{0}}{\text{0}}$ входных сигналов X $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{i}}$ ; 14₁ - 14₆₄ - нейроэлементы первого уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ ; 15₁ - 15₂₅₆ - нейроэлементы второго уровня, синхронизированные фазовыми распределенными во времени сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ .
С-нейросеть (фиг. 5) содержит: 4₁ - 4₁₆ - выходы результатов вычислений; 16₁ - 16₂₅₆ - нейроэлементы второго уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ ; 17₁ - 17₆₄ - нейроэлементы первого уровня, синхронизированные распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ ; 18₁ - 18₁₆ - элементы И-ИЛИ выделены распределенной во времени фазой Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{0}}{\text{0}}$ результатов С-нейросети.

Нейроэлемент (Пат. SU 1831715A3, кл. G 06 G 7/60, Бюл. N 28, 30.07.93) (фиг. 6) содержит: 21 - элемент ИЛИ; 22, 25 - Д триггера; 23 - регистр с параллельно-последовательной записью информации; 24 - сдвигающий регистр, 26 - трехвходовой сумматор; 27 - элемент И-ИЛИ; 28 - элементы И; 29 - блоки синаптических весов; 30 - узел суммирования синапов; 31₁ - 31_N - входы приема значений входных сигналов; 32₁ - 32_N - входы приема значений синапсов (γ); 33₁ - 33_N - входы приема приращений синапсов (Δγ); 34 - выход выдачи результата нейроэлемента; 35₁ - 35_N - входы приема скорректированных синаптических весов (γ).
Узел суммирования синапсов (фиг. 7) содержит 36 - элементы И; 37 - сдвигающий регистр порогового коэффициента; 38 - преобразователь равновесных кодов в позиционные коды, может быть выполнен: 4-входовым (фиг. 8) для нейроэлементов 6₁ - 6₆₄, 14₁ - 14₆₄; 16-входовым (фиг. 9) для нейроэлементов 7₁ - 7₂₅₆, 8₁ - 8₂₅₆, 15₁ - 15₂₅₆, 16₁ - 16₂₅₆; 80-ти входовым (фиг. 12) для нейроэлементов 9₁ - 9₆₄, 17₁ - 17₆₄; 39 - многоразрядный сумматор; 40 - элемент НЕ; 41 - Д-триггер; 42 - регистр с параллельной записью информации.

Четырехвходовой преобразователь кодов (фиг. 8) содержит: 2^l - входы приема равнозначных кодов; 43 - сумматор по модулю два; 44 - элементы И; 45 - элемент ИЛИ; 2^l-2^l+2 - выходы выдачи результата преобразователя в позиционном коде.

16-ти входовой преобразователь кодов (фиг. 9) содержит: 2^l - входы приема равновесных кодов; 46 - четырехвходовые преобразователи кодов в позиционном коде; 47 - полусумматор; 48 - элемент ИЛИ; 2^l-2^l+4 - выходы выдачи результата преобразователя в позиционном коде.

Схема сравнения результатов вычислений Р и С - нейросетей на первом уровне (фиг. 10) содержит: Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.64}}$ - входы приема результатов вычислений нейроэлементов 6₁ - 6₆₄ Р-нейросети; Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{1.64}}$ - входы приема результатов вычислений нейроэлементов 17₁ - 17₆₄- С-нейросети; 49 - элементы И, синхронизированные фазовыми распределенными во времени сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{00}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{00}}$ ; 50 - элементы ИЛИ; 51 - сдвигающий регистр порогового коэффициента; 52 - преобразователи кодов (16-входовой фиг. 9); 53 - многоразрядный сумматор; 54 - элемент НЕ; 55 - регистр с параллельной записью информации; 56 - Д-триггер; 57 - выход выдачи сигнала разрешения на выделение выходного сигнала Э-нейросети.

Схема сравнения результатов вычислений Р и С - нейросетей на втором уровне (фиг. 11) содержит: Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.256}}$ - входы приема результатов вычислений нейроэлементов 7₁ - 7₂₅₆ Р-нейросети; Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{2.256}}$ - входы приема результата вычислений нейроэлемента 16₁ - 16₂₅₆- С-нейросети; 58 - элементы И, синхронизированные фазовыми распределенными во времени сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{11}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{41}}$ ; 59 - элементы ИЛИ; 60 - сдвигающий регистр порогового коэффициента; 61 - преобразователь кодов (16-ти входовой фиг. 9); 62 - многоразрядный сумматор; 63 - элемент НЕ; 64 - регистр с параллельной записью информации; 65 - Д-триггер; 66 - выход выдачи сигнала разрешения на выделение выходного сигнала Э-нейросети.

80-ти входовой преобразователь кодов содержит: 2^l - входы приема равновесных кодов; 67 - 16-ти входовые преобразователи кодов; 68 - регистры с параллельной записью информации; 69 - трехвходовые сумматоры; 70 - многоразрядный сумматор; 2^l - 2^l+6 - выходы выдачи результата преобразователя в позиционном коде.

Блок управления (фиг. 13) содержит: 71 - дешифратор сигналов управления Из И, У"0"; 72, 74 - двоичные счетчики; 73 - дешифратор формирования фаз (Ф_ij); 75 - элементы И-ИЛИ; 76 - Д-триггер; 77 - элемент задержки на длительность импульса П (подкрепление); М' - вход приема внешнего сигнала начала М; ТИ - вход приема тактовых импульсов; М - выход выдачи сигнала М; П - выход выдачи элементом 75 сигналов П с различной длительностью и скважностью между сигналами (настраивается коммутацией в т. a₁-b₁...a_n-b_n).

Рассмотрим работу рефлекторной нейросети. Предварительно сбрасываются в нуль регистры, триггеры рефлекторной нейросети сигналом Y"0". Затем записываются в регистры 23 нейроэлементов (фиг. 5) в соответствии с таблицей связей рефлекторной нейросети начальные значения синапсов γ_o. В регистры 37 нейроэлементов, а также в регистры 51, 60 схем сравнения (фиг. 10, 11) записываются начальные значения порогов

в дополнительном коде. В процессе обучения на входы 1₁-1₁₆ рефлекторной нейросети (фиг. 1, 2) поступают сигналы X_i распознаваемого образа, на входы 2₁-2₁₆ (фиг. 1, 5) поступают сигналы X $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{i}}$ желаемого образа (эталона), на входы 33_i-33_N нейроэлементов (фиг. 6) подаются приращения синаптических весов Δγ.
В основу обучения положена биоритмическая организация коррекции синаптических весов по сигналам мотивации (длится L циклов до поступления сигнала П совместно с распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ выделения приращения синапсов Δγ в каждом нейроэлементе (фиг. 6) Р,П,С,Э - нейросети (фиг. 1, 2, 4). При этом, если выходной сигнал Y_j нейроэлемента (фиг. 6) отличен от нуля, то в каждом из блоков 29 элементами И 20 выдается приращение сигналов Δγ по сигналам М и активному фазовому сигналу Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ , а если выходной сигнал Y_j=0, то приращения не выдаются, т.к. блокируются элементы И 20 этим выходным сигналом. В первом цикле в каждом из блоков 29 в сумматорах 26 осуществляется поразрядное суммирование приращений Δγ со значением синаптических весов γ, поступающих из регистров 23 через открытые элементы И-ИЛИ 27 сигналом с нулевого выхода триггера 22. Результаты сумматора 26 записываются поразрядно через открытые элементы И 28 и регистры 24 в каждом из блоков 29. В конце цикла триггер 22 устанавливается в единичное состояние по импульсу записи знакового разряда И_зн. Во всех последующих (L-1) циклах в сумматорах 26 блоков 29 осуществляется суммирование приращений Δγ со значением синаптических весов γ, поступающих из регистра 24 через открытые элементы И-ИЛИ 27, сигналом единичного выхода триггера 22. В момент поступления сигнала П на вход элемента И 21, выдается последним сигнал перезаписи параллельным кодом информация из регистра 24 в регистр 23 с последующим поразрядным стиранием информации в регистрах 24, т.к. блокируются схемы И 28 сигналом П.

Результаты γ_j+ΣΔγ_i из сумматоров 26 каждого блока 29, поступают на входы элементов И блока 30 (фиг. 6, 7). Сформированные элементами И в блоке 30 равновесные разрядные произведения входных сигналов X_i и синаптических весов γ_j параллельно-поразрядно суммируются в сумматорах 38 и 39 со значением пороговых коэффициентов θ поступающих из выходов регистра 37. Так в первом такте на выходе сумматора 39 (фиг. 7) имеем разрядную сумму

которая записывается параллельным кодом со сдвигом в сторону младших разрядов в регистр 42 (фиг. 7).

Во втором такте в сумматоре 39 формируется вторая разрядная сумма в виде:

В l-том такте на входе сумматора имеем:

При достижении суммы синаптических весов порогового уровня

происходят изменения знака результата вычисления. При этом по импульсу знака И_зн устанавливает триггер 41 в единичное состояние и результат выдается на выход 34 в виде Y_j=1 и наоборот, если

то на выходе 34, имеем Y_j=0.

При обучении по сигналу М совместно с распределенными во времени фазовыми сигналами Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ (фиг. 14) корректируются синаптические веса в нейроэлементах 6₁-6₆₄, 7₁-7₂₅₆ Р-нейросети (фиг. 2) и нейроэлементах 14₁-14₆₄, 15₁-15₂₅₆ П-нейросети (фиг. 5), у которых выходные сигналы Y_j ≠ 0.
По сигналу П фиксируются скорректированные синаптические веса только у тех нейроэлементов у которых выходные сигналы Y_j ≠ 0, а в остальных нейроэлементах синаптические веса остаются неизменными.

Особенностью рефлекторной нейросети является то, что в режиме обучения выходные сигналы Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.64}}$ , Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.256}}$ нейроэлементов 6₁-6₆₄, 7₁-7₂₅₆ Р-нейросети (фиг. 1, 2) и нейроэлементах 14₁-14₆₄, 15₁-15₂₅₆ П-нейросети (фиг. 1, 5) разрешают формирование сигналов М симметричных (находящихся в одном и том же пространственно-временном кванте) нейроэлементов 9₁-9₆₄, 8₁-8₂₅₆ Э-нейросети (фиг. 2) и нейроэлементов 17₁-17₆₄, 16₁-16₂₅₆ С-нейросети (фиг. 5) соответственно. При этом сигналы М вырабатываются только у тех нейроэлементов Э и С- нейросетей, где воспринимаемые сигналы Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{1.64}}$ , Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вII}}{\text{2.256}}$ отличны от нуля.

Одновременно выходные сигналы Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{1.64}}$ , Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{2.256}}$ нейроэлементов 6₁-6₆₄, 7₁-7₂₅₆ Р-нейросети и нейроэлементов 14₁-14₆₄, 15₁-15₂₅₆ П-нейросети подаются по распределенным фазовым сигналам Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ (фиг. 14) на входы нейроэлементов 9₁-9₆₄, 8₁-8₂₅₆ Э-нейросети, нейроэлементов 17₁-17₆₄, 16₁-16₂₅₆ первого и второго уровня соответственно, находящихся в одном и том же временном кванте.

Процедуру обучения необходимо повторить столько раз в каждой фазе Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ пока выходные сигналы Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{1.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вI}}{\text{1.64}}$ нейроэлементов 7₁-7₂₅₆ Р-нейросети будут совпадать с выходными сигналами Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{2.1}}$ -Y $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{н}}{\text{2.256}}$ нейроэлементов 16₁-16₂₅₆ С-нейросети на втором уровне соответственно.

Сравнение результатов нейроэлементов Р и С- нейросетей (фиг. 2) осуществляется схемами 11, 12 по распределенным во времени фазовым сигналам Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{l}}{\text{ij}}$ первом и втором уровнях. Точность сравнения задается записанными в регистры 51, 60 схем сравнения (фиг. 10, 11) порогами на первом и втором уровнях соответственно.

Результаты сравнения в схемах 11, 12 выходных сигналов нейроэлементов Р и С- нейросетей (фиг. 2) служат критерием для разрешения выдачи нейроэлементами Э-нейросети выходных сигналов.

В режиме распознавания образов на входы 1₁-1₁₆ поступают сигналы X_i, а выходные сигналы нейроэлементов Э-нейросети подаются по цепи обратной связи на входы нейроэлементов П-нейросети (фиг. 1, 2). При этом нейроэлементы первого уровня Р, П, С,Э-нейросетей (фиг. 2, 5), находящиеся в активных фазах

(фиг. 14) образуют временной плоскостной срез запоминания пространственно-временного образа в общем виде. Нейроэлементы второго уровня, находящиеся в активных фазах Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{I}}{\text{II}}$ -Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{4}}{\text{4I}}$ , уточняют отдельные детали пространственно-временного представления образа первого уровня и т.д. Т.о. степень точности представления пространственно-временного образа рефлекторной нейросети определяется последним иерархическим уровнем.

Объединение всех уровней иерархии рефлекторной нейросети дает точное представление пространственно-временного образа.

Введение в устройство новых элементов, соединенных соответствующим образом позволяет повысить точность моделирования реальной структурно-функциональной организации нервной системы за счет биоритмической коррекции синаптических весов, синхронизации нейроэлементов на всех уровнях нейросети, а также благодаря уточнения пространственно-временного образа на всех иерархических уровнях рефлекторной нейросети.

Claims (1)

1. Рефлекторная нейросеть, содержащая уровни нейтроэлементов, отличающаяся тем, что в ней нейроэлементы образуют многоуровневые восходящие рецепторную и проприоцепторную нейросети и многоуровневые нисходящие санкционирующую и эффекторную нейросети, представляющие связанную по вертикали иерархическую структуру с восходящими и нисходящими межуровневыми связями, при этом одна группа входов рефлекторной нейросети соединена с входами нейроэлементов первого уровня по вертикали многоуровневой восходящей рецепторной нейросети, нейроэлементы которой связаны с нейтроэлементами соответствующих уровней многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети, нейроэлементы многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети связаны с нейтроэлементами соответствующих уровней многоуровневой нисходящей санкционирующей нейросети, нейроэлементы многоуровневой восходящей рецепторной нейросети связаны с нейроэлементами многоуровневой нисходящей санкционирующей нейросети с возможностью передачи сигнала коррекции синаптических весов, нейроэлементы многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети связаны с нейроэлементами многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети с возможностью передачи сигнала коррекции синаптических весов, на каждом уровне выходы нейроэлементов многоуровневых восходящей рецепторной и нисходящей санкционирующей нейросетей соединены со входами соответствующих схем сравнения, выходы которых и выходы нейроэлементов многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети соединены со входами элементов И-ИЛИ, выходы которых соединены с выходами рефлекторной нейросети, выходы нейроэлементов многоуровневой нисходящей эффекторной нейросети и вторая группа входов рефлекторной нейросети соединены со входами нейроэлементов первого уровня по вертикали многоуровневой восходящей проприоцепторной нейросети, в каждой многоуровневой восходящей нейросети выход каждого нейроэлемента предыдущего уровня соединен со входами нейроэлементов следующего иерархического уровня, в каждой многоуровневой нисходящей нейросети вход каждого нейроэлемента предыдущего уровня соединен с выходами нейроэлементов следующего иерархического уровня, в многоуровневых нейросетях соответствующие нейроэлементы предыдущих уровней по вертикали образуют группы нейроэлементов, входы нейроэлементов предназначены для фазовых синхронизированных сигналов.

Images