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

17 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

31932. Проектний тепловий розрахунок рекуперативного теплообмінника 585 KB
  Мета розрахунку Основною метою розрахунку теплообмінників є визначення поверхні теплообміну F а також основних розмірів апарата. Отже для визначення теплової поверхні необхідно розрахувати коефіцієнт теплопередачі k а також середній температурний напір 3. Визначення теплового навантаження апарата та масової витрати гарячого теплоносія 4. Визначення кількості трубок в теплообмінному апараті 5.
31933. АНОМАЛИИ ЛИЧНОСТИ 1.54 MB
  БРАТУСЬ АНОМАЛИИ ЛИЧНОСТИ Хакасская областная библиотека москва мысль ББК 88 Б87 РЕДАКЦИИ ФИЛОСОФСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Рецензенты: др психол. О чем же данная книга которую не воображаемый а реальный читатель свой или чужой пока неведомо держит в руках Эта книга об общих проблемах психологии личности о том что такое психическое и личностное здоровье о том по каким внутренним механизмам возможно уклонение от нормы появление аномалий личности о том наконец какие перспективы пути предупреждения и коррекции этих аномалий может...
31934. Методические указания к дипломной работе по разделу «Безопасность жизнедеятельности» 84.5 KB
  Студенту необходимо показать умение анализировать потенциальные опасности эксперимента; оценивать физикохимические горючие и токсичные свойства применяемых и получаемых веществ; определять категории пожаро и взрывоопасности и класс взрывоопасности; владеть методами обеспечения безопасности процесса эксперимента а также методами создания соответствующих санитарногигиенических условий в лабораторных помещениях и методами устранения отравлений профзаболеваний пожаров и взрывов загрязнения окружающей среды. Содержание раздела Безопасность...
31935. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 1.44 MB
  В технологическом разделе рассмотрена система экономии материала. Экономия ресурсов происходит за счет реконструкции цеха, где принято основное технологическое направление, а именно замена технологии производства и вида заготовки. Отверстие будет пробиваться в заготовке (раньше пробивалось после вытяжки) и соответственно иметь меньший диаметр, чем у готовой детали
31936. Методики развития джазовой ритмики у учащихся эстрадных отделений колледжей искусств 1.13 MB
  Для музыкантов по своей сути джазовая ритмика представляет собой комплексную музыкальную способность включающую в себя восприятие понимание исполнение созидание ритмической стороны музыкальных образов эстрадно – джазовой музыки. Но не смотря на эти факты в системе отечественного эстрадно – джазового образования обучению джазовой ритмике не уделяется должного внимания. Как правило в других учебных заведениях компоненты джазовой ритмики преподаются учащимся в рамках отдельных предметов но системного развития данной музыкальной...