Файл: Галушкин, А. И. Синтез многослойных систем распознавания образов.pdf

ной точки зрения в режиме самообучения роль структур­ ных подходов к выбору информативных признаков возрас­ тает по сравнению с режимом обучения, так как, с одной стороны, эта задача, как нам известно, еще не была ранее поставлена, с другой стороны, хотя в принципе и возможна, является трудной задачей обобщения на случай самообу­ чения подходов к выбору информативных признаков, свя­ занных с дивергенцией, средней условной энтропией, а также упрощенными оценками. Достаточно просто мето­ дологически обобщаются на режим самообучения методы выбора информативных признаков, описанные в § 10-4 для режима обучения и систем распознавания с переменной структурой, а также соответствующие методы минимиза­ ции структуры многослойных систем. Минимизация струк­ туры систем распознавания, имеющих при настройке фик­ сированную структуру, должна производиться путем ана­ лиза структуры настроенной СР и полученного в результате настройки значения специальной средней функции риска.

Г л а в а о д и н н а д ц а т а я

О ПРИНЦИПАХ ПОСТРОЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ СР В АНАЛОГОВОМ ИСПОЛНЕНИИ

11-1. Специализированные системы распознавания

Данная глава посвящена вопросам реализации много­ слойных СР. Не останавливаясь на известных недостатках применения универсальных вычислительных машин для реализации СР (большой объем оборудования, не исполь­ зуемый полностью, малые надежность и быстродействие, наличие громоздких устройств ввода информации), рас­ смотрим реализацию СР в виде специализированных си­ стем, ориентированных только на решение задач распозна­ вания образов.

В США разработано около 30 типов специализированных СР: Mark-I, Mark-II, Papa, Kybertron, Artron, Konflex, Albert-1, Adalin, Madalin, Minos-2, Illiak-2, Illiak-3, To­ bermory, GHILD, Astropower, Adapt-1, Adapt-2, DSK, Ziklop-1, Simisor, Auditran, Shubocs, Gaky и др.

Необходимо обратить внимание на аналоговую реали­ зацию специализированных СР. Целиком аналоговые адап­ тивные системы распознавания образов являлись предме­ том внимания многих исследователей. В этих системах как

310

разомкнутая часть, так и блок настройки выполнялись

ваналоговом виде. Это в свою очередь требует реализации так называемого адаптивного элемента с аналоговой па­ мятью, выполняющего в разомкнутой системе функции блока с переменным коэффициентом усиления, который управляется блоком настройки и запоминается при отклю­ чении его. Основным функциональным элементом специа­ лизированных СР является' адаптивный элемент с аналого­ вой памятью [Л. 6 6 ]. Термин «аналоговая память», строго говоря, неверен, хотя и используется для элементов, имею­ щих несколько дискретных уровней памяти. Наличие ана­ логовой памяти наряду со значительным расширением функциональных возможностей подобных систем, связан­ ным с наличием большого числа уровней градаций коэффи­ циента усиления каждого элемента, позволяет значительно уменьшить сложность специализированной СР. Например,

вобучающейся СР CHILD используется запоминающее устройство на 1 080 тетродах «солион» с общим объемом памяти в 1 млрд. бит.

Аналоговые СР, построенные на подобных адаптивных элементах с аналоговой памятью, обладают рядом пре­ имуществ по сравнению с цифровыми. Эти преимущества состоят в следующем.

Аналоговые СР являются устройствами параллельной обработки информации (цифровые — последовательной). Быстродействие специализированных аналоговых СР на два-три порядка как минимум превышает быстродействие цифровых, причем выигрыш во времени пропорционален числу адаптивных элементов, достигающему в сложных СР нескольких десятков тысяч.

Конструкция аналоговых СР значительно проще, так как они, как правило, представляют собой большое число одинаковых по конструкции каналов обработки информа­ ции. При использовании адаптивных элементов с аналого­ вой памятью не требуется выполнения отдельных микроопе­ раций выборки величины веса, умножения и т. д., так как эти элементы совмещают функции хранения и обработки информации.

Аналоговые СР являются гораздо более надежными, чем цифровые. Например, аналоговая СР Madalin (Стэн­ фордский университет), содержащая 102 электрохимиче­ ских адаптивных элемента с аналоговой памятью типа «мимистор», после годичной эксплуатации и выхода из строя 25% элементов лишь незначительно уменьшила ка­

зн

чество своей работы. Ниже сформулированы основные тре­ бования к адаптивным элементам с аналоговой памятью:

1) запоминание аналоговой величины на длительное время;

2) плавное изменение величины, зафиксированной в па­ мяти;

3)неразрушающее считывание записанной информации;

4)возможность построения матричных схем, в которых зафиксированная в памяти величйна изменяется только при одновременном появлении сигнала адаптации и разре­ шающего сигнала;

5)выходной сигнал должен быть пропорционален про­

типы адаптивных элементов с аналоговой памятью и не­ которые их характеристики: магнитные (1, 2, 3, За, 4, 5, 6 ); электрохимические (7, 8 , 9, 10, 11, 19); оптические (12, 13); элемент, использующий явление сверхпроводности (14);

конденсаторы (15, 16); прочие (17, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25).

Электрохимические элементы делятся на три основные группы: концентрационные (7, 8 , 20); твердофазные (9, 10, 11 , 2 1 ); элементы с выращиванием токопроводящих путей

(22, 23).

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы: 1. Магнитные элементы значительно превосходят все остальные типы по длительности хранения, быстродейст­ вию, дешевизне и простоте изготовления. Однако они тре­ буют сложных схем управления и обладают существенной

температурной нестабильностью.

2 . Электрохимические элементы имеют времена считы­

312

Т а б л и ц а 11-1