45353

Пандемониум Селфриджа

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Демоны – это относительно автономные сущности выполняющие элементарные функции. На самом нижнем уровне находятся демоны данных или демоны изображения рис. Вычислительные демоны обрабатывая визуальную информацию от демонов данных вырабатывают признаки и передают их демонам понимания. Демоны понимания всего лишь вычисляют взвешенные суммы сигналов поступающих от вычислительных демонов.

Русский

2013-11-16

56 KB

16 чел.

22 Пандемониум Селфриджа

Системы распознавания строятся таким образом, что на первом этапе поступающие на вход изображения обрабатываются с целью выделения наиболее существенных признаков. Эти признаки могут представлять собой определенные участки изображения либо иметь достаточно общий характер, например давать ответ на конкретный вопрос: "Имеется ли на изображении вертикальная черта?".

Система распознавания образов, предложенная Оливером Селфриджем и называемая пандемониумом, состоит из элементов – демонов. Демоны – это относительно автономные сущности, выполняющие элементарные функции. На самом нижнем уровне находятся демоны данных, или демоны изображения (рис. 6.1), которые играют роль светочувствительных элементов

Рисунок 6.1 – Пандемониум Селфриджа

На самом верхнем уровне находится демон решения, который определяет выход всей системы в целом – выдает сообщение, к какой категории относится узнанный образ. Ниже демона решения имеется некоторое число демонов понимания, каждый из которых соответствует одной из узнанных категорий. Например, первый демон понимания соответствует кошке, второй – собаке, третий – человеку и т.д. Вычислительные демоны, обрабатывая визуальную информацию от демонов данных, вырабатывают признаки и передают их демонам понимания.

Идея пондемониума состоит в том, что каждый демон понимания должен определить меру соответствия поступающих на его вход признаков категории образа, представленного этим демоном понимания. Чем лучше это соответствие, тем более сильный сигнал посылается к демону решения, который сравнивает интенсивность сигналов и выбирает наиболее сильный.

Идея, предложенная О. Селфриджем, программируется весьма просто. Демоны понимания всего лишь вычисляют взвешенные суммы сигналов, поступающих от вычислительных демонов. Так, i-й демон понимания вычисляет свой выходной сигнал Di, следующим образом:

где wij – весовые множители, устанавливающие значимость признаков, поступающих для суммирования; dj – выходной сигнал j-го вычислительного демона.

Суммирование ведется по всем вычислительным демонам. Фактически демоны понимания различаются между собой только значениями указаных весовых множителей.

Рассмотрим простой пример. Пусть сущностью первого демона понимания является кошка, второго – собака, третьего – человек. Зададим для них по десятибалльной шкале значения весовых множителей, например:

Демон

понимания

Наличие усов

Наличие

шерсти

Наличие

хвоста

Вес более

50 кг

Кошка

w11 = 10

w12 = 10

w13 = 10

w14 = 0

Собака

w21 = 0

w22 = 10

w23 = 8

w24 = 0

Человек

w31 = 2

w32 = 0

w33 = 0

w34 = 10

Допустим, что на считывающем устройстве пандемониума появляется образ в виде кошки. Вычислительные демоны сформируют следующие признаки: d1 = 1 (что означает – есть усы), d2 = 1 (есть шерсть), d3 = 1 (имеется хвост), d4 = 0 (вес не более 50 кг).

Демоны понимания произведут обработку признаков:

демон кошки – D1 = 10 х 1 + 10 х 1 + 10 х 1 + 0 х 0 = 30;

демон собаки – D2= 0 x l + 10 x 1 + 8 x l + 0 x 0=18;

демон человека – D3 = 2 x 1 + 0 x 1 + 0 x 1 + 10 x 0 = 2.

Таким образом, наибольшее число баллов набрала кошка.

Если на входе появился человек. Вычислительные демоны дадут признаки: d1 = 0 (что означает – нет усов), d2 = 0 (нет шерсти), d3 = 0 (нет хвоста), d4 = 1 (вес более 50 кг).

Демоны понимания произведут обработку поступивших признаков:

демон кошки – D1 = 10 х 0+ 10 x 0+ 10 x 0 + 0 x 1 = 0;

демон собаки – D2 = 0 x 0 + 10 x 0 + 8 x 0 + 0 x 1 = 0;

демон человека – D3 = 2 x 0 + 0 x 0 + 0 x 0 +10 x 1 = 10.

Вывод очевиден – на входе человек.

Пандемониум представляет собой обучающееся устройство, и каждый демон понимания осуществляет настройку своего способа комбинации выходных сигналов вычислительных демонов. Эта подстройка выполняется путем подбора весов wij и определяется обратной связью с окружающей средой, указывающей на правильность или полезность принимаемого решения, т. е. здесь подразумевается присутствие учителя, который сообщает системе правильную классификацию. Конкретные алгоритмы настройки системы могут быть самыми разнообразными и включать в себя математические методы оптимизации.

Когда весовые коэффициенты более-менее подобраны и принимаемое решение близко к оптимальному, то для любого вычислительного демона становится возможным вычислить его ценность для всей системы в целом. Ценность вычислительного демона определяется тем, насколько используется его выход. Мерой такой ценности может быть величина

.

Определение ценности позволяет производить изменения в используемом множестве вычислительных демонов. Например, можно автоматически исключать малоценные демоны и заменять их другими. Таким образом система приобретает самоорганизующийся характер и её настройка не сводится просто к самооптимизации параметров.

Автором системы были предложены два способа получения новых вычислительных демонов. Оба они основаны на том соображении, что целесообразно создавать демоны, имеющие что-то общее с уже существующими, которые доказали свою ценность. Эти методы называются слиянием и делением с мутацией. Слияние заключается в том, что выходные сигналы двух демонов высокой ценности комбинируются между собой.

6.3 Персептрон Розенблатта

Способ распознавания, заложенный в пандемониуме О. Селфрижда, плохо согласуется с представлениями о процессах, происходящих в мозге. Поэтому этот способ характерен для кибернетики "черного ящика". Альтернативным подходом является попытка копирования процессов коры головного мозга, реализованная в другом устройстве распознавания образа – персептроне.

Первоначально персептрон Розенблатта (рис. 6.2) содержал узлы трех типов. Сенсорные, или с-узлы, имитировали светочувствительные клетки сетчатки глаза. Они соответствовали демонам изображения, или демонам данных, пандемониума Селфриджа.

Рисунок 6.2 – Персептрон Розенблатта

Следующий слой состоял из ассоциативных, или а-узлов, которые в общих чертах соответствуют вычислительным демонам пандемониума. В первоначальных вариантах исполнения персептрона соединения, идущие от с-узлов, формировались случайным образом еще в процессе конструирования системы, поэтому они определяли некоторые случайные свойства изображения. Как и в пандемониуме, при обучении персептрона вычислялись данные о ценности каждого а-узла. Входные соединения а-узла, ценность которых в процессе работы оказывалась малой, аннулировались, после чего случайным или псевдослучайным образом устанавливался новый набор соединений.

Выходы а-узлов были соединены с узлами реакции, или р-узлами, соответствующими демонам понимания пандемониума. В отличие от пандемониума р-узел дает только ответ "да" или "нет".

Как а-узлы, так и р-узлы персептрона представляли собой математические нейроны, которые были рассмотрены ранее. Некоторые из соединений между узлами являлись возбуждающими, а некоторые – тормозящими. Веса синапсов, идущих к р-узлам, изменялись в процессе обучения персептрона.

Алгоритм обучения персептрона состоял в следующем. Если реакция р-узла являлась правильной (т.е. он срабатывал, когда образ принадлежал к распознаваемому классу, или не срабатывал, когда образ не принадлежал указанному классу), то веса не изменялись.

Если р-узел не срабатывал, когда распознаваемый образ на самом деле относился к рассматриваемому классу, то веса синапсов, бывших активными, увеличиваются на некоторую величину с. С другой стороны, если р-узел срабатывал на образ, который не принадлежал распознаваемому классу, то веса активных синапсов уменьшались на величину с.

С помощью этих весов вычислялись ценности каждого а-узла, и если ценность была мала, то его синапсы (связи с с-узлами) разрушались и строились новые.

В заключение отметим, что, несмотря на отмеченное сходство идей, персептрон в большей степени, чем пандемониум, соответствует нашим представлениям о структуре и процессах функционирования мозга. Возможно поэтому он оказался более эффективен и получил в наши дни дальнейшее развитие и применение в нейросетевых и нейрокомпьютерных технологиях.


емон решения

Демоны понимания

(суммируют признаки,

соответствуют объектам)

Вычисляемые демоны

(вырабатывают признаки)

Демоны данных

(сетчатка глаза)

Признаки

c-узлы

a-узлы

p-узел


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14871. Қазақ халқының салт-дәстүрлері 108 KB
  Қазақ халқының салтдәстүрлері Той малы Той малы дәстүр. Жүз жылқы той малына кетіпті М.Ж.Көпеев. Келін алуға келген қадірлі құдалар ел дәстүр салты бойынша сән салтанатымен жөн жосығымен келіп түседі. Бұл жолдың кәде жоралары да көп болады. Соның ішінде ең ба
14872. Мәдениет, салт-дәстүрлер 162.5 KB
  Мәдениет салтдәстүрлер Балаға ат қою Бала дүниеге келгеннен кейін атасы мен әжесі немесе ауыл ақсақалы балаға ат қояды. Ат қоюшы адам баланың құлағына: Сенің атың деп үш рет қайталайды. Бесікке салу Шілдехана өткеннен кейін баланың әкешешесі бесік тойын жаса
14873. Қазақтар 141.5 KB
  Қазақтар Қазақтар ұлт Қазақстан Республикасының байырғы және негiзгi халқы. Қдың ҚРдағы саны 83 млн. 1999 әлемде 124 млн. Түркi тiлдерiнiң солт.батыс қыпшақ тiлдерi тобына жататын қазақ тiлiнде сөйлейдi. Ислам дiнiнiң сүнниттiк бағытын қабылдаған. Оған дейiн шаман дiнiнiң негi...
14874. Қазақтың ас беру дәстүрі: әлеуметтік-саяси қызметі (XVIII–XIX ғғ. деректері бойынша) 241 KB
  Қазақтың ас беру дәстүрі: әлеуметтіксаяси қызметі XVIII–XIX ғғ. деректері бойынша КІРІСПЕ Тақырыптың өзектілігі. Қазақ қоғамының әлемдік тарих үрдісінің бір саласы ретінде өзінің өткенінде жүйелі ой елегіне түспеген зерттелмеген зерттелсе де біртекті бағасына ие бол...
14875. ҚАЗАҚ БИI 48 KB
  ҚАЗАҚ БИI Қазақ би өнерiнiң түп тамыры ғасырлар қойнауынан нәр алатыны белгiлi. Бүгiнде бишiлер де би ансамбльдерi де би студиялары да жоқ емес баршылық. Бiрақ кәсiби жеке бишiлерiмiз саусақпен санарлықтай. Менi көптен берi осы мәселе ойландырады. Бiздiң би әлi әлемге таныла
14876. ҚАЗАҚТЫҢ ДӘСТҮРЛІ МӘДЕНИЕТІ 47 KB
  Ақселеу Сейдімбек Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің профессоры филология ғылымдарының докторы ҚАЗАҚТЫҢ ДӘСТҮРЛІ МӘДЕНИЕТІ Адамзат баласы жасаған мәдениет екі түрге бөлінетінін білесіздер. Біріншісі – рухани мәдениет екіншісі – материа...
14877. Қазақтың зергерлік бұйымдары 135 KB
  Қазақтың зергерлік бұйымдары Тұмарша Бойтұмар Бұл – ырымдық зат. Оған кезкелген бұйым ұлутас сүйек т. б. немесе арнайы жасалған қымбат заттар да алынған оларға жазу жазылып бедер суреттер түсірілген. Бойтұмарды алқаға кішкене қорапшаға әмиянға салатын болған. ...
14878. Қазақтың ұлттық киімдері 80.5 KB
  Қазақтың ұлттық киімдері Автор: Мақсұтбек СҮЛЕЙМЕН Рухыңды көтеріп ізгілікке тәрбиелейді Киізден жасалатын киімдер 1. Байпақ. 2. Кебенек. 3. Киіз етік. 4. Киіз қалпақ. 5. Пима. Теріден жасалатын киімдер Сырт киімдер: Аба; Бота ішік; Жарғақ; Тайжақы; Тақыр шалбар; Тон. ...
14879. Қазақтың ұлттық киімдері. А.К. Құрманалиева 43 KB
  Қазақтың ұлттық киімдері А.К. Құрманалиева № 124 арнайы мектептің қазақ тілі пәнінің мұғалімі Сабақтың тақырыбы: Ұлттық киімдер қорытынды сабақ Сабақтың мақсаты: Білімділік мақсаты: Оқушылардың қазақтың ұлттық киімдері туралы алған мағлұматтар