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発明の名称 閾値論理素子回路
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−4693
公開日 平成6年(1994)1月14日
出願番号 特願平4−165688
出願日 平成4年(1992)6月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 櫻井 彰人
要約 目的
閾値論理素子回路及び神経回路網の構成が容易となるような閾値論理素子回路及び神経回路網の構造を提供する。

構成
外部入力線に対応する結合荷重が素子毎に同一である構造を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】外部入力変数に対して対称でない動作条件を満足する閾値論理素子回路又は神経回路網において、外部入力線との結合を持つ素子のうちその半数以上において、外部入力線から各要素への入力線に対応する結合荷重を、要素間で異ならず同一であるか、正又は負の比率で異なるのみであって、該素子の閾値及び該素子以外の素子の結合荷重及び閾値を該閾値論理素子回路又は神経回路網の動作条件を満足するよう定めたことを特徴とする閾値論理素子回路又は神経回路網【請求項2】外部入力変数に対して対称でない動作条件を満足する閾値論理素子回路又は神経回路網において、外部入力線から各要素への入力線に対応する結合荷重が、外部入力線との結合を持つ素子のうちその半数以上において要素間で異ならず同一であるか、正又は負の比率で異なるのみであるような結合荷重を有し、該素子の閾値及び該素子以外の素子の結合荷重及び閾値を該閾値論理素子回路又は神経回路網の動作条件を満足するよう定めた閾値論理素子回路又は神経回路網と比較し、動作条件として定められた入力値に対応する回路内の各素子の出力値が10%以上異ならないことを特徴とする閾値論理素子回路又は神経回路網
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、閾値論理素子回路及び神経回路網に係わり、特に動作条件を満足する回路の作成が容易となるような閾値論理素子回路及び神経回路網の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】閾値論理素子回路に関しては、従来は、例えば、室賀三郎・茨木俊秀・北橋忠宏著「しきい論理」(産業図書)第175頁〜第220頁にあるように外部入力線に対応する結合荷重は、必要に応じて素子毎に設定する回路構造が採用されてきた。
【0003】このため、与えられた動作条件を満たす閾値論理回路を構成するには、例えば同書同頁に示すように、しばしば試行錯誤的な方法を取らざるをえず、また、整数計画法等の非常に計算時間が必要とされる計算方法を用いらざるをえずえなかった。
【0004】また、神経回路網においても同様に、従来は、例えば、D.E.ラメルハート・J.L.マクレランド・PDPリサーチグループ著「PDPモデル」(産業図書)第8章(第321頁〜第365頁)に示すように、外部入力線に対応する結合荷重は、必要に応じて素子毎に設定する回路構造が採用されてきた。
【0005】このため、与えられた動作条件を満たす神経回路網を構成するには、同書同頁に示すようなデルタルールや最急降下法と呼ばれる学習アルゴリズムにより、結合荷重のある初期値から始めてこれを漸次修正しながら求める方法をとらざるを得なかった。
【0006】しかし、この方法は非常に時間が掛かるという欠点と、与えられた動作条件を満足する結合荷重が計算の結果求められるという保証がないという欠点とがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の回路構造では、与えられた動作条件を満足する結合荷重を求めることが非常に困難であったり、場合によっては求められないという問題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、実現すべき閾値論理素子回路及び神経回路網の結合荷重・閾値の内、外部入力に対応して各素子が有する結合荷重を同一もしくは幾つかの少数のものに制限することにより、与えられた動作条件を満足する閾値論理素子回路及び神経回路網の結合荷重を求めることを容易にしようとするものである。
【0009】
【作用】上記手段により、回路定数の設計時には外部入力線の本数は1本と仮定してもよくなるため、回路の設計パラメータ数が減少し、従って、結合荷重及び閾値を求める手続きが簡単になる。
【0010】
【実施例】以下、第一の実施例として図1に表1の動作条件を満足する閾値論理回路を示す。また、第二の実施例として図4に表1の動作条件を満足する図1とは異なる閾値論理回路を示す。図3には図1のような構造の閾値回路の結合荷重を求める一つの方法を、また、図5には図4のような構造の閾値回路の結合荷重を求める一つの方法を、それぞれ記す。図2は、閾値論理回路及び神経回路網を構成する閾値論理素子及び神経回路素子の説明図である。
【0011】入力線がn本ある閾値論理素子は、入力をx1、x2、…xn、対応する荷重をw1、w2、…wn、閾値をtで表せば、(x1・w1+x2・w2+…+xn・wn)−tが正又は零であれば1を、負であれば、0を出力する素子である。神経回路網に用いられる素子は、最も頻繁に用いられるものは、上記閾値論理素子であるか、又は、関数f(x)をf(x)=1/(1+exp(−x))で定義する時、閾値論理素子と同様の記号を用い、f{(x1・w1+x2・w2+…+xn・wn)−t}で表される値を出力する素子である。なお、exp(x)はeを底とする指数関数である。
【0012】まず、表1の動作条件を満足する閾値論理回路が簡単な手続きによって求まることを示す。
【0013】
【表1】

【0014】また、その手続きを図3に示す。
【0015】表1の動作条件は、表に示す15個の入力データ(各々のデータは4本の入力線からなる)に対しそれぞれ出力すべき値(0又は1)が指定することにより示されている。表中4本の入力線は左から、1、2…のように番号付けられているものとし、図1中の入力線x1、x2、…に対応する。この動作条件を満足する閾値論理回路(図1)が図3に示す手続きにより求まることを示す。
【0016】図3中10に示すwは、疑似乱数を用いて求めることができる。例えば、w1=1.2、w2=0.9、w3=0.3、w4=0.7がそうである。次に20に従いy(1)…y(N)を求める。なお、N=15である。図3中20に示すw・x(i)は荷重w、入力値x(i)をそれぞれベクトルとみなしたベクトル内積を表す。従ってこの場合、w・x(i)=w1・x1(i)+w2・x2(i)+w3・x3(i)+w4・x4(i)となる。但し、x1(i)等は入力x(i)の第1線等の値を表す。これを表にしたものが表2である。
【0017】
【表2】

【0018】w・x(i)の値の上昇順にw・x(i)の値を並べかえ、表にしたものが表3である。
【0019】図3中30に従いq(j)を求める。これは、動作条件に指定された出力すべき値p(i)を上記並べかえに従って、並べかえたものである。
【0020】次に図3中40に従いK及びb(k)を求める。q(j)とq(j+1)とが異なるようなjは、表3から判るように、全部で5個ある。
【0021】
【表3】

【0022】即ちK=5である。b(k)はやはり表3に示す値から表4に示すように求まる。z(k)、r(k)は表3中のb(k)番目のy(j)、q(j)、即ち、y(b(k))、q(b(k))である故、表4に示すように求まる。
【0023】
【表4】

【0024】以下、図3中60、70に従って、素子kの閾値、素子kと出力素子との結合荷重を求める。結果はやはり、表4に示す。出力素子の閾値は0.5とする(図3中80)。これらの値は、図1に示すものと同一である。表5は、動作確認のため素子1から素子5に到る素子への入力値の荷重和から閾値を減じた値を示している。
【0025】
【表5】

【0026】これより計算される出力値(表5の最後の列に示す)は表1に示す動作条件と一致している。
【0027】さて、次に、表1の動作条件を満足する別の閾値論理回路(図4)がやはり簡単な手続きによって求まることを示す。その手続きを図5に示す。図5中10〜50は図3中10〜50と同様であり、表4までの結果が得られる。図5中60により求まる素子h1の閾値は表4から直ちに1.250となる(表6)。
【0028】
【表6】

【0029】次に図5中70に移る。K=5であるから、kとしては、1か2のみである。
【0030】従ってここで考える素子は2個のみである。素子1及び素子2の閾値は、表4からそれぞれ、2.555、3.870と求まる(表6)。図5中80に従い求まる素子1と素子h1、素子2と素子h1、の間の結合荷重は、それぞれ、1.805、1.550となる(表6)。素子h1と出力素子との間の結合荷重は、図5中90に従い、1となる(表6)。
【0031】図6には素子1から素子5に上記の典型的な神経回路素子を用いた場合を記す。表7には、この回路の素子1から素子5、及び出力素子(閾値論理素子)の出力値を、表1に示す動作条件の入力値に対応して示す。
【0032】
【表7】

【0033】図7には、荷重が必ずしも同一ではないが、図6の回路網と比較し、各素子の出力値が10%以内の違いしかない例を掲げる。表7に対応するものを表8に掲げる。
【0034】
【表8】

【0035】
【発明の効果】本発明による構造を有する回路を用いることにより、動作条件を満たす閾値論理素子回路及び神経回路網を構成するに要する時間が低減されるという効果がある。また同一の結合荷重を多く用いるため、特に結合荷重及び閾値をディジタル回路で保持する神経回路網においては、回路内に記憶すべき結合荷重の個数が減少し、必要な回路面積が減少する。




 

 


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