DE1814940A1 - Lernmaschine - Google Patents

Description

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Z/Lo-POS-16343

Patentanwälte

Dipi.-ing.Leinweber
oipi.-ing.Zimmermann

München 2, Rosental 7
Tel. 261939

'16. Dezember 1968

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan

Lernmaschine

Die Erfindung bezieht eioh auf eine Lernmaschine, bei der eine von einer adaptiven Logikschaltung abgegebene Ist-Ausgangsinfonnation mit einer Soll-Ausgangsinformation verglichen wird, um so eine Fehler spannung abzuleiten, so daß Gewichts- oder Bewertungselemente je nach dem Vorzeichen der Fehlerspannung ausgesteuert werden können.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Lernmaschine zu schaffen, die in vollautomatischer digitaler Steuerung betätigbar ist, so daß Eingabestrukturen korrekt klassifiziert werden können.

Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgabe, eine Lernmaschine zu schaffen, die ohne Schwierigkeiten aus integrierten Schaltelementen aufgebaut werden kann.

Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Torteile der Erfindung gehen mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen zeigen:

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Figur 1 ein Block schema einer bei einer nach dem Stand der Technik bekannten Lernmaschine verwendeten adaptiven Logikschal tung;

Figur 2 ein Blookschema einer Lernmaschine, bei der die in Figur 1 dargestellte Schaltung vorgesehen ist;

Figur 3 ein Blockschema zur Darstellung der Grundschaltung der erfindungsgemäßen Lernmaschine;

Figur 4 eine Gewichts- oder Bewertungsauswahlschaltung in der im Rahmen der Erfindung vorgesehenen adaptiven Logikschaltung}

Figur 5a ein Blocksohema einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lernmaschine;

Figur 5b ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der verschiedenen, bei der Ausführungsform der Figur 5a auftretenden Wellenformen;

Figur 6a ein Blockschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 6b Zeitdiagramme zur Erläuterung der verschiedenen, bei der Ausführungsform der Figur 6a auftretenden Wellenformen;

Figur 7a ein Blockschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 7b ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der verschiedenen, bei der Ausführungsform der. Figur 7a auftretenden Wellenformen.

Es sei zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, in der eine bei bekannten Lernmaschinen verwendete adaptive Logikschaltung gezeigt ist, bei der Gewichts- oder Bewertungselemente A, B und C vorgesehen sind, die für gewöhnlich als Potentiometer ausgebildet sind. Den einzelnen Gewichtselementen A, B und C werden Eingangssignale a, b und c zugeführt. Zur Steuerung des Gewichts der einzelnen Gewiohtselemente A, B und C werden an diese Steuerspannungen angelegt. Falls es sich bei den Gewiohteelernenten A, B und C um Potentiometer handelt, so wird an diese hierbei natürlich eine Drehkraft

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■ ■ - 3 -

kraft angelegt. ,

Bei jeder der Eingaben a, b und c handelt es eich um ein Zahlensymbol einer Zahlengruppe "+1" und "0" oder um ein solches einer Zahlengruppe "+1" und "-1". Die Eingaben a, b und c werden mit den Gewichten a·,, &₂ und a, der einzelnen Gewichtselemente A, B und G multipliziert und die Produkte werden aufaddiert. Ist die so erhaltene Summe größer als ein Schwellenwert W_Q, der variabel ist, so liefert die Schaltung eine Ausgabe "+1¹S wohingegen die Schaltung eine Ausgabe ^ir-l" oder "0" liefert, falls die Summe kleiner ist als der Schwellenwert W_Q. Pur eine Gruppe von η Eingaben, die jeweils aus einer Zahlengruppe bestehen, können die Gewichte daher in geeigneter Weise reguliert werden, so daß die Auegaben nach zwei Kategorien klassifiziert werden können, nämlich einer Klasse "+1" und einer Klasse ^M-l".

Figur 2 zeigt den Aufbau einer n&ch dem Stand der !Technik bekannten Lernmaschine, bei der di· in Figur 1 dargestellte logische Schaltung vorgesehen ist. Die Eingaben a, b und c werden in der vorbeschriebenen Weise einer adaptiven Logikschaltanordnung G zugeführt, deren Aufbau der in Figur 1 gezeigte ist. Die Lernmaschine weist außerdem einen Ausgangeanschluß D, eine Korrekturbefehlβschaltung E, ein Entscheidungssystem I und einen Anschluß J auf, an dem ein Soll-Ausgangssignal eingespeist wird. Nach dem Eingang der drei Eingaben und der beiden Ausgaben trifft das Entscheidungesystem I eine Entscheidung dahingehend, ob die in der adaptiven Logiksohaltanordnung gefällte logische Entscheidung korrekt ist oder nicht.

Nach dem Eingehen des Resultats einer von dem Entscheidungssystem I übertragenen Entscheidung leitet die Korrekturbefehleschaltung H der adaptiven Logikschaltanordnung G eine Instruktion zu, wie di· Korrektur erfolgen soll. Das Gewicht jeder einzelnen adaptiven Logikschaltung wird auf der Grundlage der von der Korrekturbefehlsschaltung herrührenden Instruktion geregelt, so daß die logischen Schaltungen eine Veränderung erfahren. Dies wird ale "Selb fltorgani sation¹' bezeichnet, und Lern vorgänge dieser Art wiederholen sich, bis schließlich eine korrekte logisch· Entscheidung erreicht ist.

Diese

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Diese bekannte Lernmaschine ist mit dem Mangel behaftet, daß der Mensch an der Entscheidung und an der Erteilung des Korrekturbefehle teilhaben muß, und bislang ist kein Sy stern bekannt gewerden, das geeignet wäre, eine solche Lernmaschine vollautomatisch und digital zu steuern. Das vorbesohriebene Syβtem hat aber den großen Vorteil, daß es ohne weiteres aus integrierten Schaltelementen aufgebaut werden kann.

Die Erfindung sieht die Schaffung einer vollautomatischen Lernmaschine vor, welche die Funktionen der Entseheidungebefähigung und der Korrekturbefehleerteilung besitzt.

In der Darstellung der Figur 3, in der die Grundschaltung der erfindungsgemäBen Lernmaschine wiedergegeben ist, wird über die entsprechenden Eingangsansehlüsse I₁, I₂, 1,, I_n eine Gruppe ron lingangsinformationen X₁, X₂, X,,...X_n «ugeführt. Diese Eingänge werden mit den entsprechenden Gewichten W₁, W₂, W-,...W_ß der Gewichteelemente Z-,, Z₂, Z,,...Z_n multiplisiert *nd werden hierauf in einer Summiersehaltung 1 summiert, so daß an einem Ausgangsansehluß der Summierschaltung 1 ein Ausgang

ⁿ tv

erscheint. Ein Entsoheidungseiement 2 vergleicht den Ausgang

I. "Λ

der Summierschaltung 1 mit einem von einem Schwellengenerator 3 herrührenden Schwellenwert W₁* An einem Ausgangsansohluß 9 der Entscheidungssohaltung 2 erscheint also ein Ausgang "+1", wenn

wohingegen an dem Ausgangsansehluß 9 ein Ausgang »-1« erseheint,

fX.W.- Έ . <O. _l J J n+1

Hierbei handelt es sich dann um einen Ist-Ausgang E_fi der adaptiven Logik schaltung. Der Ausgang E_H wird einem Komparator 4 «ugeführt, in dem die Größe des Ausgangs E_R mit der Größe eines Soll-Ausgangs Ejj verglichen wird. Stimmen die beiden Ausgänge überein, so er-

soheint

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eoheint eine "0" an einem Auegangsansohluß des Komparator β 4» während im Fall einer Nichtübereinstimmung der beiden Ausgänge am Ausgangsansehluß des Komparators 4 eine Fehlerspannung oder eine "1" erscheint.

Ein Lernimpuls wird beim Anlegen der Fehler spannung "1·· von einem torgesteuerten Impulsgenerator 5 erzeugt, worauf dieser Lernimpult einer Steuerschalteranordnung 6 zugeführt wird. Sie Steuersohalteranordnung 6 weist η Steuerschalter auf, deren Anzahl gleich der Anzahl η der Eingänge ist, so daß die Steuerschalter den einzelnen Eingangsinformationen entsprechen. Hur der dem Eingang "1" entsprechende Steuerschalter wird in den Zustand der Leitfähigkeit überführt, um den Lernimpuls hindurohzulassen. Der durch den im Zustand der Leitfähigkeit befindlichen Steuerschalter hindurchgeleitete Lernimpuls wird den Gewichtsauswahlschaltungen 2,, 2_, 2,,...2_ zur Erhöhung oder Verringerung der Gewichte zugeführt.

In Figur 4 ist eine der erfindungsgemäßen Gewiohtsauswahlschaltungen dargestellt, in der die Gewiohte W₁, W₂, W,,...W über fünf Stufen hinweg variabel sind. Stimmt der Ist-Ausgang nicht mit dem Soll-Ausgang überein, so wird einem Steuerschalter 6, ein Lernimpuls zugeleitet. Der Steuerschalter 6, ist offen und ein Transistor T₁ leitet, wenn der Eingang X₁ gleich "1" ist. Der Lernimpuls passiert daher den Steuerschalter 6., um beispielsweise einem Ringzähler 11 in Sohieberegisterbauweise zugeführt zu werden, der aus fünf Flip-Flop-Schaltungen besteht. Der Lernimpuls bewirkt eine Umkehrung einer Flip-Flop-Schaltung aus einem Zustand "1" in einen Zustand "0" und die Aussteuerung der nächsten Flip-Flop-Schaltung in einen Zustand ¹¹I". Die Stelle der "1" wird also durch den Lernimpuls in Aufeinanderfolge verschoben und der Ringzähler 11 kehrt wieder in seinen Ausgangszustand zurück, nachdem fünf Lernimpulse zugeführt worden sind. Demgemäß wird von sämtlichen Transistoren T_1-1* ^τι_2· ^Tl-3' ^1-4 ^{und T}l-5 ^{nur einer}» ^{der 8}^ Ausgangsanschluß der im Zustand "1" befindlichen Flip-Flop-Schaltung liegt, in den leitenden Zustand gebracht und es wird eine entsprechende Steuerspannung W_± (i - 1, 2, 3, 4, 5) ausgewählt und der Sumaiersohaltung 1 zugeführt. In ähnlicher Weise wird das Gewicht der übrigen Gewichtselemente nur dann verändert, wenn der Ausgang ^Ml" erscheint.

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Die Fehlerspannung wird Null, wenn der durch Vergleich dee Ausgangs der Summierschaltung 1 mit dem Sohwellenwert W_n+1 in dem Entscheidungselement 2 erhaltene Ausgang E_R mit dem Soll-Ausgang übereinstimmt und die Lernimpulserzeugung wird beendet.

In der Darstellung der Figur 4 ist das Gewicht über fünf Stufen hinweg variabel. Die Zuführung von einem bis vier Lernimpulsen würde daher die erwünschte Übereinstimmung zwischen dem Ist-Ausgang E_D und dem Soll-Ausgang E_x. hervorbringen. Wird keine Ober-

K 11

einstimmung erzielt, so steuert ein von einem N-Zähler 7 (Figur 3) abgegebener Oberlaufimpuls einen Ringzähler θ (Figur 3) zum Variieren des Schwellenwertes W -, aus, also zum Variieren des Werts der Soll-Entscheidungsfunktion

£ I.W. - W .

^_-1 J J n+1

um die ÜbereinStimmung zwischen dem Ist-Ausgang E₀ und dem SoIl-

Ausgang E. herbeizuführen. Ein ähnlicher Arbeitsgang kann zum automatischen Verändern des Gewichts wiederholt werden, bis der Ist-Ausgang E_ für jede Eingangeinformation mit dem Soll-Ausgang E_ übereinstimmt. Durch die Wiederholung des Lernvorgangs in der vorbeaohriebenen Weise nähert sich die TTnterscheidungslogik schrittweise einer korrekten Logik und bei Beendigung des Lernprozesses können sämtliche Eingangsstrukturen korrekt klassifiziert werden.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist in der Tatsache zu erblicken, daß die Programmierung in der Weise erfolgen kann, daß ein Soll-Ausgangsgenerator 10 einen Ausgang mit einem von einer Eingangsstruktur abhängigen Vorzeichen erzeugt, so daß der Lehrvorgang vollautomatisch erfolgen kann· Das vorbesohriebene System ist insofern vorteilhaft, als die Steuerung des Gewichts der adaptiven Logik schaltung trotz eines einfachen Aufbaus auf vollelektronischem und digitalen Wege erfolgen kann und das System aus integrierten Schaltelementen aufgebaut sein kann. Das System vermag daher mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten und ist sehr zuverlässig.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren 5a und 5b besehrieben werden. In der Darstellung der Figur 5a werden an den betreffenden Eingangsanschlüssen 21., 2I₂, 21^,...2I_n die Eingänge X₁, X₂, 1,,...I_n zugeführt. Gewiehte-

elementa 909832/1212

elemente 22_χ, 22g, 22₅,...22_n mit den Gewichten W₁, W₃, W₅,...*_n sind jeweils an die Eingangsanschlüsse 2I₁, 2I₃, 21^,...2I_n gelegt. Die Ausgänge dieser Gewichteelemente 22_χ, 22₂, 22^,...22_η werden einer Summierschaltung 23 zugeführt, welche die Summe dieser Ausgänge bildet. Ein von einem Schwellengenerator 24 erzeugter Sohwel-

lenwert W , wird der Summierschaltung 23 zugeleitet. Die Summe n+1

η _{r w}
Σ j j

der Ausgänge der Gewiohtselemente 22_χ, 22₂, 22₅,...22_n wird zusammen mit dem Schwellenwert W , einem Entseheidungselement 25 zuge-

n+i

führt. Das Entscheidungseleaent 25 vergleicht die Größe der Summe

und einen Ausgang "0" falls

mit der Größe des Schwellenwert· W _Ί und liefert einen Ausgang

n+1

X W ^ ^w

ti ^>

Der Ausgang E_ß der Entsoheidungsechaltung 25 wird in einem Komparator 26 mit einem Soll-Ausgang E- verglichen. Stimmen beide Ausgänge nicht miteinander überein, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn der Ausgang der Entscheidungssohaltung 25 "1" ist, der Soll-Ausgang aber "0", so gibt der Komparator 26 eine Fehlerspannung ^H+l" ab. Ist umgekehrt der Ausgang der Entscheidungsschaltung 25 ¹¹O" und der Soll-Ausgang "1", so liefert der Komparator 26 eine Fehlerspannung "-1". Das Fehlersignal ist Null, wenn beide Ausgänge miteinander übereinstimmen. Eine mono stabile Sohaltung 27 wird in den betriebsbereiten Zuetand überführt, wenn ihr das Fehlersignal "+1" oder "-1" zugeleitet wird. Ein Triggerimpuls wird der monostabilen Schaltung 27 über einen Elngangeansohluß 28 zugeführt. Eine Torschaltung 29 liegt an einem Ausgangsansohluß der monostabilen Schaltung 27* Am Ausgangeanschluß der Torsohaltung 29 liegt eine multistabile Schaltung 30, wie beispielsweise ein Ringzähler. Eine Steuerschalteranordnung 3I ist alt einem Auegangsanschluß der multi-

stabilen

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stabilen Schaltung JO verbunden und ein darin vorgesehener Steuerschalter wird beim Zuführen eines Ausgangs der multistabilen Sohaltung 30 in den leitenden Zustand überführt, um ein gewühltes Getter au öffnen. Die Steuerschalteranordnung 31 weist einen Ausgangsan-■ohlua 3I₀ auf, an den die jeweils mit den Eingangaansthlttssen 21-, 21g, 21,,...2I_n verbundenen Anschlüsse 3I₁t 3I₂» 3Ij,...5I_n wahlweise ansohaltbar sind, lin Lernimpulsgenerator 32, dessen Steuersignal der Ausgang der Steuerschalteranordnung 31 und das Fehlersignal des Komparatorβ 26 ist, liefert beim Zuführen eines von einer an den Ausgangsansehluß der monostabilen Schaltung 27 gelegten monostabilen Schaltung 33 abgegebenen Ausgangssignals einen Lernimpuls. Eine Steuersohalteranordnung 34» die der Steuersohalteranordnung 31 ähnlich ist, ist in der Weise betätigbar, daß eines ihrer inneren Tore von dem Ausgang der multistabilen Schaltung 30 gewählt wird, so daß der Ausgang des Impulsgenerators 32 je naoh dem gewählten inneren Tor an einem der AusgangsanSchlüsse 34^» 34₂» 34^»···34_n erscheinen kann. Der Auegang der Steuersohalteranordnung 34 steuert eine Vsrzögerungssohaltung 35 aus, deren Wirkweise darauf absielt, die monostabile Sohaltung 27 für eine vorbastimmte Zeitspanne im Ruhezustand zu halten. Die an den Ausgangsansohlüssen 34,, 34₂> 54?t •**34_n der Steuerschalteranordnung 34 erscheinenden Ausgänge werden den Btiueransohlüesen der einzelnen Gewiohtselemente 22., 22«» 22,, ...22_n sum Verändern ihrer Gewichte zugeführt. Es ist eine UND-Schaltung 36 vorgesehen, welche die logische Summe der den EingangsanSchlüssen 2I₁, 2I₂, 21-,...2I_n zugeführten Eingänge ermittelt. Eine UND-Schaltung 37 ist vorgesehen, um das logische Produkt des Ausgangs der UND-Schaltung 36 und des Ausgangs der monostabilen Schaltung 33 zu ermitteln. Eine Schaltung 38 wie beispielsweise eine multistabile Sohaltung ist unter Ansprechen auf das Zuführen eines Ausgangs der UND-Schaltung 37 betätigbar und dient sum Verändern des von dem Sohwellengenerator 24 gelieferten Schwellenwerts W ,.

n+i

Im Betrieb werden an den Eingangsansohlttssen 21., 2I₂, 2I₅,...2I_n Eingangs strukturen X₁, X_g, X₃,..^ eugeführt und der Ausgang E_R der Entscheidungssohaltung 25 wird in dem Komparator 26 mit dem Soll-Auegang E_D verglichen, worauf dieser ein Fehlersignal "+1" oder «-1« liefert, falls der Ausgang E_ nioht mit dem Seil-Aus-

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gang E. übereinstimmt. Wird dann über den Anschluß 28 ein Triggerimpuls zugeführt, so liefert die monostabile Schaltung 2^ einen Ausgang mit einer Wellenform wie der in Figur 5b dargestellten und dieser Ausgang durohläuft die Torschaltung 29 und steuert die multistabile Schaltung 30 aus. Sie multi stabile Sohaltung 30, bei der es sieh um ein Schieberegister handeln kann, wird somit also duroh den Ausgang der monostabilen Sohaltung 27 in der Weise ausgesteuert, daß die Stelle des stabilen Punktes "1" in Aufeinanderfolge versohoben wird, bis in den Steuerschalteranordnungen 31 und 34 eine mit dem stabilen Punkt "1" verbundene Strombahn aufgebaut ist und diese leitend geworden sind. Ser Lernimpulsgenerator 32 wird duroh die monostabil« Sohaltung 33 ausgesteuert und liefert einen Lernimpuls, um je naoh dem aus dem Komparator 26 herrührenden Fehlersignal das Oewioht zu erhöhen oder zu verringern. Der Lernimpuls wird über die Steuerschalteranordnung 34 und den Ausgangsansehluß 34-, dem Sewiohtselement 22, zur Änderung des Gewichts W₁ zugeführt. Ser Lernprozeß ist beendet, wenn der Ausgang E_ der Entsoheidungssohaltung 25 mit

it

dem Soll-Ausgang E- übereinstimmt, weil der Komparator 26 ein Fehlersignal Null liefert. Falls zwischen diesen beiden Ausgängen noch Nichtübereinstimmung besteht und der Komparator 26 ein Fehlersignal abgibt, so wird die monostabile Schaltung 27 unter Ansprechen auf das Zurüoksetzen der Verzögerungssohaltung 35 oder naoh einer vorbestimmten Verzögerungszeit abermals betätigt und es wiederholt sieh ein Arbeitsgang ähnlich dem obigen. In diesem Fall werden die Ausgangsansohlüsse 3I₂ und 34₂ ^der Steuersohalteranordnungen 31 beziehungsweise 34 gewählt, um das Gewioht W₂ des Oewioht»elements 22₂ zu verändern und so den Lernprozeß mit dem Eingang X₂ zu vollziehen. Ist der Eingang X₂ "O¹¹,- so ist au oh der an dem AusgangaanschluB 31. der Steuersohalteranordnung 31 erscheinende Ausgang "0" und es wird kein Lernimpuls abgegeben. Die monostabil· Sohaltung 27 wird daher duroh den Ausgang der monostabilen Sohaltung 33 ausgesteuert, so daß ein neuer Masohinengang eingeleitet wird. Dieser Betriebsablauf wiederholt sieh, bis der Ist-Ausgang S₁, mit dem Soll-Ausgang S_n

übereinstimmt. Sobald eine Tehlerspannung Fall erhalten wird, ist der Lernprozeß beendet. Di· Lernmaschine ist für die Aufnahme neuer Eingangsstrukturea bereit und wiederholt beim Eingeben dieser Eingangs strukturen

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gangestrukturen des Torbeeohriebenen Arbeitsgang. Das im obigen beschrieben© Lew^yai«» beruht auf einer Absolutkorrekturregel der Fehltxkorrek tür.

Es soll hier auf das Lernen nach der Methode der Fehlerkorrektur näher eingegangen werden. Es sei davon ausgegangen, daß

Gewichtsvektor 1 ■ (W₁, Wg, W,»*»*W_n, ) Vektor der Eingangsstruktur X » (X₁, Xg, X Vektor der -y

erweiterten Struktur Y - (X₁, X₂, X,,..

·■> Miamt man weiterhin an, daß der Gewiohtevektor W auf den Vektor der

A erweiterten Struktur Y fehlerhaft anspricht, so läßt sioh ein neuer, duroh den Lernvorgang korrigierter Qewiohtsvektor W¹ auedrücken durch

W« -f + CT (falls Y in die Kategorie »+1» fällt)

t' - ί - C Y (falls Y in die Kategorie »-1» fällt) worin C eine positive Zahl ist, die als Korrekturinkrement bezeichnet wird. Die sogenannte Methode der Absolutkorrektur von Fehlern * aielt darauf ab, einen solohen Wert des Korrekturinkremente C ausfindig zu machen, der notwendigerweise einen Gewiohtsvektor w ergibt, der auf den Vektor der erweiterten Struktur Y fehlerfrei ansprioht. Da bei festem Inkrement C-I, kann je nach dem Wert von W und Y der Fall eintreten, daß ein Fehler schon bei einem einzigen φ Lernvorgang korrigiert wird, oder auoh der Fall, daß hierbei noch keine Korrektur erfolgt. Die in den Figuren 5 und 7 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung beruhen auf der Methode der Absolutkorrektur von Fehlern, wohingegen die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform auf der Methode eines festen Inkrementβ beruht.

Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung 1st eine adaptive Logik schaltung vorgesehen, deren Aufbau der gleiohe wie bei der in Figur 5 gezeigten ist.

Eingänge X. (j-1, 2, 3,...n) werden von einer Eingangseinheit 41 Gewicht«elementen 42 zugeführt und mit den entsprechenden Gewichten W^ (j - 1, 2, 3»··.η) multipliziert. Die multiplizierten Ausgänge der Gewichteelemente 42 werden in einer Summiersohal-

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- 11 tung 45 summiert» die einen Auegang

liefert. Dieser Auegang wird in einer Enteeheidungieehaltung 44 ait einem Schwellenwert W ₁ verglichen, die ihrerseits über einen Anschluß 45 einen von der relativen Größe des Werte·

und des Schwellenwerte W_n+1 abhängigen Ausgang abgibt. Bin Triggersignal wird über einen Anschluß 46 zugeführt, wenn der Boll-Auegang "0" ist, oder über einen Anschluß 47» wenn der SoIl-Ausgang "1" ist, um so einen ^H0^H-Signalgenerator 48 oder aber einen "1"-Signalgenerator 49 auszusteuern. Bei diesen Generatoren 48 und 49 kann es sieh um mono stabile Schaltungen handeln.

Es soll nun auf den Fall eingegangen werden, daß der Soll-Ausgang E_ "1" ist und der an dem Anschluß 45 erscheinende Ausgang E- "0". Wird über den Ansohluß 47 ein Triggereignal zugeführt, so wird der "1"-Signalgenerator erregt und sein Auegang wird einem Eingangsansehluß einer UND-Schaltung 50 zugeführt. Da der Ausgang der Entseheidungssohaltung 44 ^H0" ist, wird der Ausgang durch einen Inverter 51 hindurchgeleitet und hierauf der UND-Schaltung 50 zugeführt, die dadurch geöffnet wird. Durch den Ausgang der UND-Schaltung 50 werden die Binärzähler 54 und 55 eines Reohteckwellengenerators 53 unmittelbar gestellt. Gleichzeitig wird der Auegang der UND-Schaltung 50 über eine ODER-Schaltung 52 einem Binärzähler 57 des Rechteckwellengenerators 53 zugeführt. Der Binärzähler 57 wird hierdurch gestellt und eine UND-Schaltung 58 wird in einen Öffnungsbereiten Zustand gebracht. Durch die Zuführung eines Impulses von einem Hechteokwellengenerator 59 zu der UND-Schaltung 58 wird die UND-Schaltung 58 geöffnet und der Binärzähler 54 rüokge»teilt. Gleich· zeitig wird auch der Binärzähler 55 rückgestellt und die monostabile Schaltung 56 getriggert. Nach einer gewiesen, vorbestimmten Zeit wird der Binärzähler 57 durch die monostabile Schaltung 56 rliekgestellt und die UND-Schaltung 58 wird hierdurch geschlossen. Bevor der Binärzähler 57 rüokgestellt wird, steuert der von dem Re ohteokwellengenerator 59 ausgesandte und durch die UND-Schaltung 58 hin«

durchhieltet·

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durchgeleitete Impuls «in· Steuerschalteranordnung 60 au«, um liber eine multistabile Schaltung 61 das Gewicht de· Gewiohtselements 42 um einen Schritt su erhöhen, so daß der Ist-Ausgang 1_R »it dem BoIl-Auegang Ejj tiberein stimmt.

Ist der Ist-Ausgang 1_R ¹¹I" und der Soll-Ausgang S^ "0^M, so wird der Ausgang des ¹¹O^M-Signalgene raters 48 einer TTHD-Sohaltnng 62 «!geführt und durch die ODER-Schaltung 52 hindurehgeleitet, um den Binärzähler 57 su stellen. Bas logiaohe Produkt des Ausgang» des Blnärsählers 57 und des Ausgange des Reohteekvellengenerators 59 ergeheint am Ausgangsanschlufl der TTMS-Schaltung 58. Ser Ausgang der UHS-Sohaltung 53 steuert die BlnärsShler 54 «ad 55 ·»·♦ <**· unter Ansprechen auf das Zuführen τοη Tier Impulsen rttckgestellt werden. Gleichseitig wird die monostabile Sohaltung 56 sum ffilokstellen des Binarzähler β 57 und sum Schließen der TTHS-Schaltung ausgesteuert. Me In der uffnungsetellung der TTIS-Sohaltung 58 duroh diese hindurchgeleiteten vier Impulse steuern die Steuerschalteranordnung 60 sum Verringern des Gewichts des Gewiehtselements 42 über die multistabile Sohaltung 61 aus. Ein solcher Arbeitsgang kann für jeden der Eingänge erfolgen, so daß die Untersoheidungslogik der Lernmaschine schrittweise einer korrekten Logik angenähert wird. Bei Beendigung des Lernprozesses können also alle Singangsstrukturen korrekt naoh einer der Kategorien ^M1^M und ^H0^M klassifiziert werden.

Bei der rorbesohriebenen Methode werden alle Gewiohte gleichzeitig um einen festen Betrag erhöht oder erniedrigt* Sie obenbesohriebene Ausführungeform bedient sieh demgemäB des Fehlerkorrekturrerfahrens der festen Inkremente.

Bei einer weiteren, in Figur 7 dargestellten Ausführungβίοι™ der Erfindung werden die über eine Eingab«einheit 71 eingegebenen Eingangeinformationen X. (j - 1, 2, 3,...n) den entsprechenden Gewiohtselementen 72 zugeführt, so daB sie wie bei der Ausführungsform der Figur 6 mit den entsprechenden Gewichten 1 (4-1, 2, 3»...n) multipliziert werden. Sie Produkte X.W. der Eingänge X. und der Gewiohte W^ werden in einer 8ummierschaltung 73 summiert, die einen Ausgang

liefert 909832/1212

liefert. In einem Entsoheidungselement 74 wird der Ausgang der Sunmiersohaltung 73 mit einem von einem Schwellengenerator 75 gelieferten Schwellenwert verglichen, und als Ergebnis dessen erscheint an einem Auegangsanschluß 76 je nach der relativen Größe des Ausgangs der Summierschaltung 73 und des Schwellenwerts ein Ausgang "1" oder "0". Der an dem Ausgangsansohluß 76 erscheinende Ausgang ist "1", wenn der Ausgang

η ν«

f-i Vi

größer als der Schwellenwert ist, und er ist ¹¹O", wenn der Ausgang

η „ _

f.! Vl
kleiner als der Schwellenwert ist.

Es soll zunächst auf den Fall eingegangen werden, daß der an dem Ausgangeanschluß 76 erscheinende Ausgang E_R "1" ist, der Ausgang eines zum Erzeugen eines So11-Ausganges E« vorgesehenen Generators 77 dagegen "0". Der Ausgang "0" des Generators 77 wird durch einen Inverter 78 hindurchgeleitet und hierauf zusammen mit dem Ist-Ausgang E_n, der also "1" ist, einer UND-Schaltung 80 zugeführt.

Xt

Die hierdurch geöffnete UND-Schaltung 80 führt das Fehlersignal einer ODER-Schaltung 82 zu. Der Ausgang der ODER-Schaltung 82 treibt einen torgesteuerten Oszillator 83, der einen Lernimpuls erzeugt. Der Lernimpuls wird einer Steuerschalteranordnung 84 zugeführt, um über eine multistabile Schaltung 85 die Gewichte W, der Gewichtselemente 72 zu verändern.

Ist im umgekehrten Fall der Ist-Ausgang E- "0" und der Soll-Ausgang ¹¹I", so wird der Ausgang "0" des Entsoheidungselements 74 durch einen Inverter 79 hindurehgeleitet, um eine UND-Schaltung 81 zu öffnen, so daß sich das durch die ODER-Schaltung 82 geleitete Fehlersignal im Sinne einer Änderung des Gewichts W. des Gewichtselemente 72 auswirkt.

Naoh dieser Methode werden die Lernimpulse einzeln nacheinander erseugt, bis die Betätigung der Maschin· beendet ist, sobald der Ist-Ausgang E_R mit dem Soll-Ausgang E. übereinstimmt. Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsfora beruht daeit auf der Absolutkorrekturregel des Fehlerkorrekturverf ahrens.

Patentansprüche

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Lernmaschine, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Singangsanachlüeeen,(21₁, 21g, 2I₅, 21^), eine Vielzahl Ton mit den betreffenden Eingangeanechlüseen verbundenen Gewichteelementen (22^, 22₂, 22,, 22 ) mit variablem Gewieht, ein zum Vergleichen der Summe der Ausgänge der Gewiehtselemente (22_χ, 22₂» 22_?, 22_n) mit einem Schwellenwert und aufgrund dessen zum selektiven Abgeben zweier Arten von Auegangesignalen betätigbares Entseheidungaeleeent (25)» einen zum Abgeben eines den Fehler zwischen dem Auegang des Entscheidungselemente (25) und einem So 11-Ausgang repräsentierenden Ausgangs signals betätigbaren Komparator (26), einen unter Ansprechen auf ein von dem von dem Komparator (26) abgegebenen Fehler signal abhängiges Signal zum Erzeugen eines Fehlerkorrekturimpulsee betätigbaren Lernimpulsgenerator (32), eine durch das Fehlersignal und duroh ein Triggersignal aussteuerbare monostabile Schaltung (27) t eine unter Ansprechen auf den Ausgang der monostabilen Schaltung (27) im Sinne nacheinander erfolgender Verschiebungavorgänge betätigbare multistabil· Schaltung (30), eine duroh den Ausgang der multistabilen Schaltung (30) selektiv im Sinne eines nacheinander erfolgenden Zuführens der Lernimpulse zu den Gewiohtselementen (22-, 22„, 22,, 22 ) steuerbare Steuerschalteranordnung (34) und eine in Abhängigkeit von dem Fehlersignal zum Verzögern des Signale in jedem Arbeitegang zum Wiederholen dee Lernvorgange β betätigbare Signalverzögerungsschaltung (35), wobei die Gewichte der Gewienteelemente (22,, 22-, 22,, 22 ) voll-

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elektronisch variierbar sind und wobei der Lernvorgang im Falle eines Ton dem Komparator (26) infolge einer korrekten Entscheidung der adaptiven Logikschaltung abgegebenen Fehleraigaal KuIl beendbar ist.

2. Lernmaschine naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (26) eine aus einem Inverter und einer UND-Schaltung bestehende InverS-Koinzidenzschaltung einbegreift und der Lcrnimpulsgenerator (32) unter Ansprechen auf das Anlegen einer Fehl er spannung von der Inver a-Koinzidenz schaltung zum Erzeugen eines Lernimpulse β betätigbar ist, wobei die in Abhängigkeit von den Eingangs strukturen gewählten Steuer sehalter in der St euer schalteranordnung (34) zum gleichzeitigen Variieren aller dem Eingang -1" entsprechenden Gewicht selemente (22_χ, 22₂, 22,, 22_Q) betätigbar sind und der Lernvorgang

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gang in Fail· eines von dar Imrers-Koiiisiaenssehaltung Infolg· einer korrekten Entscheidung der adapüren iaglkaohaltung abgegebenen fehler eignal β IaIl beendbar ist.

Lernmaschine nash Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der Komparator (Z6) «im au» eine» InTexter (51) und einer UHD-3ehaltung (50) bestehende Ifcrers-Koineidenesehaltung einbegreift und der Ltrniapultgenexater (55) unter Anepreehen auf daa Inlegen einer Fehlerspannung Ton der Ihvers-Koiniidens schaltung sum Srseagen τοη einesi oder n-1 Lernimpuleen bet&tigbar iet, -wobei die Lernsaeehine su einem Arbeiten auf der Basis der Hegel der festen Pehlerkorrekturinkreaente be* t&tigbar ist, wobei die Qewiehte aller des Eingang ^Ml" entspreohen- ύ·η Gkiviehtselesiente dureh den Leraiapul» gleichseitig üb einen festen Betrag Tsränderbar sind, vobei die Intscheidung der adaptiren Logik «ehaltung einer korrekten Entscheidung annäherbar ist und der LernTorgang eis sua sohliefiliohen Herbeiführen einer korrekten Intaoheidung tor adaptiTen. Logiksohaltung viederholbar ist.

Lernmaschine naoh Anspruch I₁ daduroh gekennzeichnet, daß den Gewichten entsprechende Spannungen an die eine der Hauptelektroden τοη Transistor en anlegbar sind, deren for« an die Ausgangsansshlüsss der multistabilen Schaltung gelegt sind, wahrend die asidere Hauptelektrode eines jeden der Transistoren an das sua Zuführen des Eingangs vorgesehen· Tor gelegt iet, wobei daa Gewicht digital wählbar ist.

Lernmaschine nach Anspruch I₉ dadurch gekennseiehnct, daß ein sua Abgeben eines der Eingangsatruktar entsprechenden Sollwerts betätigbarer Zeichengenerator vorgesehen ist, wobei der Lernvorgang vollautomatisch durchführbar 1st.

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