JP2756170B2 - Neural network learning circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明はニューラルネットワーク学習回路に関し、
特に、入出力条件に合わせて内部パラメータを適応させ
ていく学習技術を導入したニューラルネットワーク学習
回路に関するものである。The present invention relates to a neural network learning circuit.
In particular, the present invention relates to a neural network learning circuit that introduces a learning technique for adapting internal parameters according to input / output conditions.
従来、入力信号に対して加減算、非線形処理を施すよ
うな処理エレメントを多数用いて構成され、パターン認
識、推論、最適化問題等、人間の知能活動に類似した応
用に使われている、いわゆるニューラルネットワークに
おいては、所望の入出力特性を持たせるために入出力条
件に合わせて内部パラメータを適応させていく過程が必
要である。これは、一般にニューラルネットワークの学
習と呼ばれている。しかしながら、従来のニューラルネ
ットワーク学習は、ディジタル回路やソフトウェアを利
用したシミュレータやエミュレータに対してのみ適して
おり、アナログ回路で実現されたニューラルネットワー
クの学習回路が望まれている。Conventionally, it is composed of many processing elements that perform addition, subtraction, and nonlinear processing on input signals, and is used in applications similar to human intelligence activities, such as pattern recognition, inference, and optimization problems. In a network, a process of adapting internal parameters in accordance with input / output conditions is required to provide desired input / output characteristics. This is generally called neural network learning. However, the conventional neural network learning is suitable only for simulators and emulators using digital circuits and software, and a neural network learning circuit realized by an analog circuit is desired.
ニューラルネットワークは一般に、第3図に示すよう
に、複数のネットワーク入力ポート31、複数または単数
のネットワーク出力ポート32、複数の入力ポートから入
力される信号に対して重み付けを施した後に加算し、そ
の和信号を非線形処理して出力ポートに出力するような
複数の処理エレメント33、この処理エレメント相互を接
続する複数の結線エレメント34から構成される。In general, a neural network weights signals input from a plurality of network input ports 31, a plurality of or a single network output port 32, and a plurality of input ports as shown in FIG. It comprises a plurality of processing elements 33 for nonlinearly processing the sum signal and outputting the processed signals to an output port, and a plurality of connection elements 34 for connecting the processing elements to each other.
第4図に前述の処理エレメント33の概念図を示す。処
理エレメント33は、この図に示す如く、複数の入力ポー
ト330から入力される信号x1〜x5に対して重み付けを
施した後、加算処理を行う加算処理部332と、その和信
号を非線形処理して出力ポートに出力する非線形処理部
332とに分けられる。加算処理部331では入力ポート330
毎に重み付け量を割り当てているので、この重み付け量
に応じて、入力ポート330からの入力信号の結合度が変
わることになる。FIG. 4 shows a conceptual diagram of the processing element 33 described above. Processing element 33, as shown in this figure, the non-linear after performing weighting signal x 1 ~x 5 input from a plurality of input ports 330, an addition unit 332 performs addition processing, the sum signal Non-linear processing unit that processes and outputs to output port
332. In addition processing section 331, input port 330
Since the weighting amount is assigned for each, the degree of coupling of the input signal from the input port 330 changes according to the weighting amount.
非線形処理部332の非線形処理の特性は、第4図中に3
33で示すシグモイド関数で表されることが多い。このシ
グモイド関数は次式で表される。The characteristics of the nonlinear processing of the nonlinear processing unit 332 are shown in FIG.
It is often represented by the sigmoid function shown by 33. This sigmoid function is expressed by the following equation.
Z=1/〔1+exp{k(b−y)}〕 … ただし、k:非線形特性を表す定数、 b:非線形特性のしきい値である。Z = 1 / [1 + exp {k (by)}] where k is a constant representing a nonlinear characteristic, and b is a threshold value of the nonlinear characteristic.
第4図からも分かるよように、入力信号のレベルが極
めて大きいときには、出力信号レベルは、例えば、“1"
に近くなり、また、入力信号のレベルが極めて小さいと
きには、出力信号レベルは、例えば、“0"に近くなる。
また、入力信号のレベルがそれらの中間にあるときは、
単調(k:有限のとき)、または不連続的(k:無限大のと
き)に変化する特性曲線に従って、出力信号レベルが決
まる。As can be seen from FIG. 4, when the level of the input signal is extremely large, the output signal level becomes, for example, "1".
, And when the level of the input signal is extremely small, the output signal level is close to, for example, “0”.
Also, when the level of the input signal is halfway between them,
The output signal level is determined according to a characteristic curve that changes monotonically (when k: finite) or discontinuously (when k: infinity).
ニューラルネットワークはこのような構成のネットワ
ークであることから、入出力パターン間を非線形写像す
る機能を有しており、パターン認識や推論最適化問題等
に応用することができる。Since the neural network is a network having such a configuration, it has a function of nonlinearly mapping between input and output patterns, and can be applied to pattern recognition, inference optimization problems, and the like.
以上のような概念のニューラルネットワークに所望の
入出力特性を持たせようとする場合には、内部のパラメ
ータを変更していく過程が必要である。この過程はニュ
ーラルネットワークの学習と呼ばれており、以下のよう
なプロセスから成る。In order to give a desired input / output characteristic to a neural network having the above concept, a process of changing internal parameters is necessary. This process is called neural network learning, and comprises the following processes.
(1) 予め定めてある入力パターンをニューラルネッ
トワークに入力する。(1) A predetermined input pattern is input to the neural network.
(2) その時の出力パターンと、予め分かっている所
望の出力パターンとの差から誤差量を求める。(2) An error amount is obtained from a difference between the output pattern at that time and a desired output pattern known in advance.
(3) その後、誤差量が減るようにニューラルネット
ワークのパラメータを順次変化させていく。(3) Then, the parameters of the neural network are sequentially changed so as to reduce the error amount.
従来提案されている学習法は、例えば、D.E.Rumelhar
t,J.L.McClelland著の「Parallel Distributed Process
ing:Explorations in the Microstructures of Cogniti
on.Vol.1」、MIT Press(1968)〔以後文献1という〕
の中で提案されているバックプロパゲーション法のよう
に、アルゴリズムとして表現されていた。即ち、ニュー
ラルネットワークに要求される所望の出力とニューラル
ネットワークの実際の出力とから、各内部パラメータの
修正量を算出する手順が複雑な数式の形で表されてい
た。Conventionally proposed learning methods are, for example, DERumelhar
t, JLMcClelland's `` Parallel Distributed Process
ing: Explorations in the Microstructures of Cogniti
on.Vol.1 ", MIT Press (1968) [hereinafter referred to as Reference 1]
It was expressed as an algorithm, as in the backpropagation method proposed in. That is, the procedure for calculating the amount of correction of each internal parameter from the desired output required of the neural network and the actual output of the neural network has been expressed in a complicated mathematical form.
(発明が解決しようとする課題) ところが、このような従来の学習法は、ニューラルネ
ットワークの中でも、ディジタル回路で実現されたもの
や、ソフトウェアを利用したシミュレータまたはエミュ
レータなどには適していたが、アナログ回路で実現され
たニューラルネットワークにはそのままでは適用できな
いという問題があった。そして、アナログ回路で実現さ
れたニューラルネットワークに従来の学習法を適用しよ
うとすると、A/D、D/A変換器が必要であった。(Problems to be Solved by the Invention) However, such a conventional learning method is suitable for a neural network realized by a digital circuit or a simulator or emulator using software, There is a problem that it cannot be directly applied to a neural network realized by a circuit. In order to apply a conventional learning method to a neural network realized by an analog circuit, an A / D and D / A converter were required.
また、アナログ回路で実現されたニューラルネットワ
ークに従来の学習法を利用しようとすると、各内部パラ
メータごとに順次計算を行わねばならず、学習に膨大な
時間を要した。一方、これらの学習を並列に行おうとす
ると、学習のための計算処理部とニューラルネットワー
クの各内部にエレメントとを結ぶ結線の量が膨大にな
り、ハードウェアで実現するのが極めて難しいという問
題があった。In addition, when trying to use a conventional learning method for a neural network realized by an analog circuit, calculations have to be performed sequentially for each internal parameter, which requires an enormous amount of time for learning. On the other hand, if these learnings are to be performed in parallel, the amount of wires connecting the calculation processing unit for learning and the elements inside each of the neural networks becomes enormous, and it is extremely difficult to realize them with hardware. there were.
この発明は上記従来技術の欠点を解消することを課題
とし、その目的とするところは、アナログ回路で実現さ
れたニューラルネットワークに適した学習方法を提供
し、学習を高速なものにするとともに、学習に必要なハ
ードウェアを簡易なものとすることにある。An object of the present invention is to provide a learning method suitable for a neural network realized by an analog circuit so that learning can be performed at high speed. The purpose of the present invention is to simplify hardware necessary for the above.
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成する本発明のニューラルネットワーク
学習回路の原理構成が第1図に示される。第1図に示す
ように、本発明のニューラルネットワーク学習回路は、
複数のネットワーク入力ポート、複数または単数のネッ
トワーク出力ポート、入力される信号に対して重み付け
加算、非線形処理を行う複数の処理エレメント、この処
理エレメント相互を接続する複数の結線エレメントを備
えたニューラルネットワーク1に接続されるものであっ
て、教師信号を発生する教師信号発生手段2と、ニュー
ラルネットワーク1の学習時に、ニューラルネットワー
ク1の出力信号と教師信号とを比較して誤り信号を発生
する誤り信号発生手段3と、学習時に、誤り信号発生手
段3から受信した誤り信号から所定の周波数成分を同期
検波し、その検波信号出力を時間的に順次累積していく
と共に、得られる累積信号と前記所定の周波数成分とを
混合してニューラルネットワーク1に印加することによ
り、ニューラルネットワーク1のパラメータを制御する
パラメータ制御手段4とから構成される。(Means for Solving the Problems) FIG. 1 shows a principle configuration of a neural network learning circuit of the present invention which achieves the above object. As shown in FIG. 1, the neural network learning circuit of the present invention comprises:
A neural network 1 including a plurality of network input ports, a plurality or a single network output port, a plurality of processing elements for performing weighted addition and non-linear processing on an input signal, and a plurality of connection elements for connecting the processing elements to each other And an error signal generating means for generating an error signal by comparing the output signal of the neural network 1 with the teacher signal during learning of the neural network 1. Means 3 for synchronously detecting a predetermined frequency component from the error signal received from the error signal generating means 3 at the time of learning, sequentially accumulating the detected signal output over time, and obtaining the obtained accumulated signal and the predetermined signal. By mixing the frequency component with the neural network 1 and applying it to the neural network 1, the neural network Composed of parameter control means 4 for controlling the parameters of the network 1.
(作用) 本発明のニューラルネットワーク学習回路によれば、
ニューラルネットワークの学習時に、ニューラルネット
ワークの出力信号と教師信号とが誤り検出部において比
較され、誤り信号が発生する。パラメータ制御部ではこ
の誤り信号から所定の周波数成分が同期検波され、その
検波信号出力が時間的に順次累積されて累積信号が作ら
れ、この累積信号と検出波された所定の周波数成分とが
混合されてニューラルネットワークに印加される。この
結果、ハードウェアに基づいたニューラルネットワーク
学習法が提供され、しかも周波数領域での信号処理技術
の採用により学習の高速化、ハードウェアの簡易化が図
られる。(Operation) According to the neural network learning circuit of the present invention,
At the time of learning of the neural network, the output signal of the neural network and the teacher signal are compared in the error detection unit, and an error signal is generated. A predetermined frequency component is synchronously detected from the error signal in the parameter control unit, and the output of the detected signal is sequentially accumulated to form an accumulated signal. The accumulated signal is mixed with the detected frequency component. And applied to the neural network. As a result, a neural network learning method based on hardware is provided, and further, by adopting a signal processing technique in the frequency domain, learning can be speeded up and hardware can be simplified.
(実施例) 以下、この発明を実施例により図面を参照しつつ詳細
に説明する。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples with reference to the drawings.
本発明の一実施例の構成を第2図に示す。21はニュー
ラルネットワークであり、複数のネットワーク入力ポー
ト211、複数または単数のネットワーク出力ポート212、
複数の入力ポートから入力される信号に対して重み付け
を施した後に加算してその和信号を非線形処理して出力
ポートに出力するような複数の処理エレメント213、お
よびこの処理エレメント相互を接続する複数の結線エレ
メント214から構成される。そして、ニューラルネット
ワーク21は、当初設定されている内部パラメータに従っ
て学習用入力パターンを処理し、それに対応した出力パ
ターンをネットワーク出力ポート212から送出する。FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of the present invention. Reference numeral 21 denotes a neural network having a plurality of network input ports 211, a plurality or a single network output port 212,
A plurality of processing elements 213 for adding weighted signals input from a plurality of input ports, adding the weighted signals, nonlinearly processing the sum signal, and outputting the resultant signal to an output port, and a plurality of interconnecting processing elements Are connected. Then, the neural network 21 processes the input pattern for learning according to the initially set internal parameters, and sends out an output pattern corresponding to the processing from the network output port 212.
このような構成のニューラルネットワーク21には、入
力パターン発生器25、誤り検出部23、および複数のパラ
メータ制御部24が接続されている。さらに、誤り検出部
23には、入力パターンに対応した所望出力パターンを発
生する教師パターン発生器22が接続されている。An input pattern generator 25, an error detection unit 23, and a plurality of parameter control units 24 are connected to the neural network 21 having such a configuration. Furthermore, an error detection unit
The teacher pattern generator 22 that generates a desired output pattern corresponding to the input pattern is connected to the reference numeral 23.
誤り検出部23はアナログ回路であり、これにはニュー
ラルネットワーク21の出力パターンと、教師パターン発
生器22からの教師パターンとが入力ポート231から入力
される。誤り検出部23では、入力ポート231からの信号
であるニューラルネットワーク出力パターンと教師パタ
ーンとから、誤差信号S1を発生する。この誤差信号S1
は、例えば2乗和誤差信号であり、第2図には2乗和誤
差信号を発生する場合を示している。従って、第2図の
誤り検出部23には、差動増幅器232、2乗特性回路233、
および加算回路234が設けられており、教師パターンと
出力パターンの差動増幅出力が2乗特性回路233で2乗
され、加算回路234で和がとられて2乗和誤差信号S1が
作られる。この誤差信号S1は出力ポート235から送出さ
れる。The error detection unit 23 is an analog circuit to which an output pattern of the neural network 21 and a teacher pattern from the teacher pattern generator 22 are input from an input port 231. The error detection unit 23, and a neural network output pattern and the teacher pattern is the signal from the input port 231, to generate an error signal S 1. This error signal S 1
Is a square sum error signal, for example, and FIG. 2 shows a case where a square sum error signal is generated. Therefore, the error detector 23 shown in FIG.
And the adding circuit 234 is provided, the differential amplifier outputs of the teacher pattern and the output pattern is squared by a square characteristic circuit 233, the sum is taken by the sum of squares error signals S 1 produced by the addition circuit 234 . This error signal S 1 is transmitted from the output port 235.
パラメータ制御部24は各内部パラメータ(重みW1〜
Wn、及びしきい値θ1からθm)毎に1台設けられてい
る。パラメータ制御部24には2つの機能がある。ひとつ
は、ニューラルネットワーク21の各内部パラメータに対
して制御信号を送ることであり、もうひとつの機能は、
上記誤り検出部23で発生された誤差信号S1に対して同
期検波を行うことである。The parameter control unit 24 controls each internal parameter (weights W 1 to
One is provided for each of W n and threshold values θ 1 to θ m ). The parameter control unit 24 has two functions. One is to send a control signal for each internal parameter of the neural network 21, and the other function is
Is to perform synchronous detection on the error signal S 1 generated by the error detecting section 23.
まず、ひとつ目の機能について説明すると、アナログ
回路で実現された実際のニューラルネットワークでは、
内部パラメータ(重みW1〜Wn、及びしきい値θ1〜
θm)に相当するハードウェアはアナログ掛け算回路で
実現されるので、パラメータの値に対する制御は電気信
号(場合によっては光が介在することもある。)により
行われることになる。この時の制御信号は、時間的に見
て一定の成分と、周期的に微小変化する成分とからなっ
ている。即ち、これを電気的に表現するならば、制御信
号はDC信号(直流信号)S4と微小レベルのRF信号(高
周波信号)S5とからなっている。これらは、合成回路2
415で合成され、出力ポート2417を介してニューラルネ
ットワーク21に印加される。First, to explain the first function, in an actual neural network realized by an analog circuit,
Internal parameters (weights W 1 to W n and thresholds θ 1 to
Since the hardware corresponding to θ m ) is realized by an analog multiplication circuit, the control of the parameter value is performed by an electric signal (in some cases, light is interposed). The control signal at this time is composed of a component that is constant in time and a component that changes minutely periodically. That is, if this is expressed electrically, the control signal is composed of a DC signal (direct current signal) S 4 and a minute level RF signal (high frequency signal) S 5 . These are the synthesis circuit 2
It is synthesized at 415 and applied to the neural network 21 via the output port 2417.
第2図のパラメータ制御部24の内部には、RF信号の発
振器2416が設けられている。ここで、複数のパラメータ
制御部24から発せられるRF信号S5の周波数数(f1〜f
n+m)は互いに異なるように設定されている。ここで、
ニューラルネットワーク21の各パラメータは、互いに異
なる周波数のRF信号S5で制御される。これらの寄与
は、すべてニューラルネットワーク21および誤り検出部
23によって合成され、誤差信号S1に現れることにな
る。An RF signal oscillator 2416 is provided inside the parameter control unit 24 shown in FIG. Here, the number of frequencies (f 1 to f 1) of the RF signal S 5 emitted from the plurality of parameter control units 24
n + m ) are set differently. here,
Each parameter of the neural network 21 is controlled by the RF signal S 5 of different frequencies. These contributions are all derived from the neural network 21 and the error detector.
Synthesized by 23, will appear in the error signal S 1.
次に、パラメータ制御部24のもうひとつの機能である
誤り検出部23で発生された誤差信号S1に対する同期検
波について説明する。複数のパラメータ制御部24の入力
ポート2410は誤り検出部23の出力ポート235に接続され
ている。各パラメータ制御部241〜24n+mが発したRF信号
S5と同じ周波数信号成分を同期検波により検出する。
従って、RF信号発振器2416からは、同一周波数のもうひ
とつのRF信号S6が取り出され、同期検波の局部発振信
号として使われる。第2図には、同期検波回路の例とし
て、掛け算回路2411と低域通過フィルタ2412とからなる
回路が示されている。同期検波により周波数分離が自動
的に行われ、各パラメータ制御部固有の周波数成分のみ
が検出されることになる。学習時には、各内部パラメー
タの値を逐次修正していかなければならないが、ここで
の検波出力S2は、パラメータ値を修正するための修正
信号に相当している。その理由を以下に述べる。Will now be described synchronous detection on the error signals S 1 generated by the error detecting unit 23 which is another function of the parameter control section 24. The input ports 2410 of the plurality of parameter controllers 24 are connected to the output port 235 of the error detector 23. The same frequency signal component and the RF signal S 5 to the parameter control unit 241~24 n + m is emitted is detected by synchronous detection.
Therefore, from the RF signal oscillator 2416, the RF signal S 6 of another of the same frequency is taken out and used as the local oscillation signal of the synchronous detection. FIG. 2 shows a circuit including a multiplying circuit 2411 and a low-pass filter 2412 as an example of the synchronous detection circuit. Frequency separation is automatically performed by synchronous detection, and only frequency components unique to each parameter control unit are detected. During learning, but we must be sequentially modify the values of the internal parameters, the detection output S 2 here corresponds to the correction signal for modifying the parameter values. The reason is described below.
ニューラルネットワークを学習させるときの基本的な
考え方は、例えば前述の文献1の中にも記述されている
ように、ニューラルネットワーク21の内部パラメータ値
に求められる修正量は、そのパラメータの微小変化が誤
差信号S1に寄与する度合いに比例するように設定すれ
ばよい。このことを数式を用いて表現すると、次のよう
になる。即ち、第i番目の内部パラメータ値の修正量を
ci、パラメータの微小変化を∂wi、それに伴う誤差信
号の変化レベルを∂Eiとすると、 ci=−∂Ei/∂wi … となる。The basic concept of learning a neural network is that, as described in, for example, the above-mentioned document 1, the amount of correction required for the internal parameter value of the neural network 21 is such that a small change in the parameter causes an error. may be set to be proportional to the degree of contribution to the signal S 1. This can be expressed as follows using mathematical expressions. That is, the correction amount c i of the i-th internal parameter values, ∂w minimal change parameter i, when the level of change of the error signal associated therewith and ∂E i, c i = -∂E i / ∂w i ...
前述のRF信号S5のレベルは内部パラメータの微小変
化∂wiと見なすことができる。また、上記の同期検波
出力S2のレベルは、誤差信号S1の変化レベル∂Eiと
見なせる。従って、仮に、全部のパラメータ制御部24
(241〜24n+m)から発せられるRF信号S5のレベルを一
致させておくならば、上記の同期検波出力S2のレベル
は個々の内部パラメータ値の修正量ciと見なすことが
可能となる。Level of the RF signal S 5 described above can be regarded as minimal change ∂w i internal parameters. The synchronous level of the detection output S 2 of the can be regarded as the change level ∂E i of the error signal S 1. Therefore, if all the parameter control units 24
If allowed to match the level of the RF signal S 5 emitted from (241~24 n + m), the synchronous detection output S 2 levels above can be considered as the correction amount c i of each internal parameter values Becomes
ところで、前述した内部パラメータの修正は、学習の
継続とともに繰り返される。そのため、ある時点におけ
る内部パラメータ値は、その時点までの修正量を時間的
に累積したものとなる。即ち、パラメータ値Wiは、 Wi=(ci)t1+(ci)t2+…+(ci)tn … または、 と表すことができる。ここで、(ci)tjは、学習を行
うタイミングt=tjでのパラメータ値修正量である。
また、Tは学習を行う前時間長である。Incidentally, the above-described modification of the internal parameters is repeated with the continuation of the learning. Therefore, the internal parameter value at a certain point in time is a temporal accumulation of the correction amount up to that point. That is, the parameter value W i is represented by W i = (c i ) t 1 + (c i ) t 2 +... + (C i ) t n . It can be expressed as. Here, (c i ) t j is the parameter value correction amount at the timing t = t j at which learning is performed.
T is the length of time before learning is performed.
パラメータ制御部24では、このような修正量の時間的
累積を行うために、積分回路2413を用いている。また、
この積分回路2413の出力S3は、前述のWに相当してお
り、制御信号のDC信号成分S4として使われる。積分回
路2413の出力S3は必要に応じてメモリ回路2414に一旦
記憶され、このメモリ回路2414からの出力がDC信号成分
S4として使われる場合もある。In the parameter control unit 24, an integrating circuit 2413 is used in order to temporally accumulate such a correction amount. Also,
The output S 3 of the integration circuit 2413 corresponds to the aforementioned W, and is used as the DC signal component S 4 of the control signal. The output S 3 of the integration circuit 2413 is temporarily stored in the memory circuit 2414 as necessary, in some cases the output from the memory circuit 2414 is used as the DC signal component S 4.
パラメータ制御部24ではすでに述べたように、合成回
路2415によって前述のRF信号S5とDC信号S4を合成し、
その信号を、出力ポート2417を介して、ニューラルネッ
トワーク21の各内部パラメータの制御に利用している。As already mentioned in the parameter control section 24, by the synthesis circuit 2415 synthesizes the RF signal S 5 and the DC signal S 4 described above,
The signal is used for controlling each internal parameter of the neural network 21 via the output port 2417.
パラメータ制御部24は、ニューラルネットワーク21の
内部パラメータ数だけ複数ある。制御信号中のRF信号S
5の周波数は、パラメータ制御部24毎に異なるよう設定
されているので、これら内部パラメータに対する制御
は、互いに独立に行われることになる。There are a plurality of parameter control units 24 corresponding to the number of internal parameters of the neural network 21. RF signal S in control signal
Since the frequency of 5 is set to be different for each parameter control unit 24, the control for these internal parameters is performed independently of each other.
第2図で示した誤り検出部23やパラメータ制御部24
は、今日のLSI技術を用いることによりアナログ回路で
実現することが可能である。その際に必要となる回路要
素は、差動増幅器、掛け算回路、加算回路、低域通過フ
ィルタ、積分回路、メモリ回路等である。当然のことな
がら、誤り検出部23やパラメータ制御部24はディジタル
回路によっても実現することができる。特に、メモリ回
路2414はディジタル回路による実現に適している。The error detector 23 and the parameter controller 24 shown in FIG.
Can be realized by an analog circuit by using today's LSI technology. The circuit elements required at this time are a differential amplifier, a multiplication circuit, an addition circuit, a low-pass filter, an integration circuit, a memory circuit, and the like. As a matter of course, the error detection unit 23 and the parameter control unit 24 can also be realized by digital circuits. In particular, the memory circuit 2414 is suitable for being realized by a digital circuit.
以上のように、第2図の構成は、ニューラルネットワ
ーク21を学習させる時の基本的考え方をハードウェアで
実現したものである。第2図の構成で重要な点は、制御
信号中のRF信号S5の周波数を互いに異なったものと
し、周波数領域での信号処理技術を利用して、パラメー
タ修正信号を周波数別に検出することにより、個々のパ
ラメータを独立に制御していることである。これによ
り、ニューラルネットワーク21の内部パラメータを並列
に制御できるので、学習の高速化が可能となる。また、
パラメータ制御部24では、ニューラルネットワーク21の
内部パラメータに関する情報を、パラメータごとに取り
入れる必要がないので、そのための結線が不用になり、
回路構成を簡単にすることができる。さらに、第2図の
構成では、内部パラメータの修正は、個々のパラメータ
値をもとに決定するのではなく、ニューラルネットワー
ク21の総合的な出力特性だけを基に決定しているので、
学習時に発生する誤差の影響が小さくなる。As described above, the configuration shown in FIG. 2 realizes the basic concept when learning the neural network 21 by hardware. The key point in the configuration of FIG. 2, it is assumed that the frequency of the RF signal S 5 in the control signals different from each other, using a signal processing technique in the frequency domain, by detecting a parameter correction signal for each frequency That is, each parameter is controlled independently. Thereby, the internal parameters of the neural network 21 can be controlled in parallel, so that the learning can be speeded up. Also,
In the parameter control unit 24, since it is not necessary to incorporate information on the internal parameters of the neural network 21 for each parameter, the connection for that becomes unnecessary,
The circuit configuration can be simplified. Further, in the configuration of FIG. 2, the correction of the internal parameters is determined not based on the individual parameter values but based only on the comprehensive output characteristics of the neural network 21.
The effect of errors generated during learning is reduced.
なお、第2図の説明において、誤り検出部23では理解
を容易にするため2乗和誤差信号を発生するとしたが、
当然のことながら他の誤差信号(例えば、絶対値誤差信
号)であってもよい。また、パラメータ制御部24には個
別にRF信号発振器を設けるように表現しているが、必ず
しもその必要はなく、ひとつのRF信号発振器からの高調
波信号を周波数ごとに分けて、その各々を異なるパラメ
ータ制御部に供給する方法もある。In the description of FIG. 2, the error detector 23 generates a square sum error signal for easy understanding.
Of course, another error signal (for example, an absolute value error signal) may be used. In addition, although the parameter control unit 24 is described to be provided with an RF signal oscillator individually, it is not always necessary, and the harmonic signal from one RF signal oscillator is divided for each frequency, and each of them is different. There is also a method of supplying to the parameter control unit.
さらに、パラメータ制御部24からニューラルネットワ
ーク21に対して供給するRF信号S5のレベルは、時間的
に一定である必要はない。例えば、学習の初期にはRF信
号S5のレベルを大きくし、学習の進行とともにそのレ
ベルを小さくしていくと、ニューラルネットワークの学
習においてよく知られている誤差の極小値のことである
ローカルミニマム)Local Minimum)を避けることがで
きたり、学習速度を速くすることが可能となる。即ち、
誤差が“最小”になる条件を捜す過程であるといえる学
習において、ときによっては学習が局部的に誤差の小さ
い極小値において止まってしまう不具合を無くし、学習
速度を向上させることができるのである。Furthermore, the level of the RF signal S 5 supplied to the neural network 21 from the parameter control unit 24, but need not temporally constant. For example, the initial learning to increase the level of the RF signal S 5, the progresses of learning continue to reduce its level, local minimum is that the minimum value of error well known in the learning of the neural network ) Local Minimum) can be avoided and learning speed can be increased. That is,
In learning, which can be said to be a process of searching for a condition in which the error is "minimum", it is possible to improve the learning speed by eliminating the problem that the learning sometimes stops locally at a local minimum value where the error is small.
また、第2図では、ニューラルネットワークとして1
方向に信号の流れ形式のものを例としてあげたが、本発
明の適用は、このような形式のニューラルネットワーク
のみに限定されるものではない。In FIG. 2, the neural network is 1
Although the direction of signal flow has been described as an example, the application of the present invention is not limited to such a type of neural network.
以上説明したように、本発明のニューラルネットワー
ク学習回路によれば、アナログ回路で実現されるニュー
ラルネットワークの学習を高速なものとすることが可能
になると共に、学習回路の簡易化・小型化が図られるこ
とができる。これにより、高速の学習機能付きニューラ
ルネットワークを実現することが容易になり、ニューラ
ルネットワークの応用分野を広げる効果がある。As described above, according to the neural network learning circuit of the present invention, the learning of the neural network realized by the analog circuit can be performed at high speed, and the learning circuit can be simplified and downsized. Can be done. This makes it easy to realize a neural network with a high-speed learning function, and has an effect of expanding the application field of the neural network.
第1図は本発明のニューラルネットワーク学習回路の原
理構成図、 第2図は本発明の一実施例のニューラルネットワーク学
習回路の構成図、 第3図は従来のニューラルネットワークの構成を示す
図、 第4図はニューラルネットワークの処理エレメントの概
念図である。 31……ネットワーク入力ポート、32……ネットワーク出
力ポート、33……処理エレメント、331……加算処理
部、332……非線形処理部、333……シグモイド関数、34
……結線エレメント、21……ニューラルネットワーク、
211……ネットワーク入力ポート、212……ネットワーク
出力ポート、213……処理エレメント、214……結線エレ
メント、22……教師パターン発生器、23……誤り検出
部、231……誤り検出部入力ポート 232……差動増幅器、233……2乗回路、234……加算回
路、235……誤り検出部出力ポート 24……パラメータ制御部、2410……パラメータ制御部入
力ポート、2411……掛け算回路、2412……低域通過フィ
ルタ、2413……積分回路、2414……メモリ回路、2415…
…合成回路、2416……RF信号発振器、2417……パラメー
タ制御部出力ポート、25……入力パターン発生器、FIG. 1 is a diagram showing the principle of a neural network learning circuit according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a neural network learning circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of a processing element of the neural network. 31 network input port, 32 network output port, 33 processing element, 331 addition processing section, 332 nonlinear processing section, 333 sigmoid function, 34
…… Connection elements, 21 …… Neural networks,
211: Network input port, 212: Network output port, 213: Processing element, 214: Connection element, 22: Teacher pattern generator, 23: Error detection unit, 231: Error detection unit input port 232 ... Differential amplifier, 233 ... Squaring circuit, 234 ... Addition circuit, 235 ... Error detection unit output port 24 ... Parameter control unit, 2410 ... Parameter control unit input port, 2411 ... Multiplication circuit, 2412 …… Low-pass filter, 2413 …… Integration circuit, 2414 …… Memory circuit, 2415…
... Synthesis circuit, 2416 ... RF signal oscillator, 2417 ... Parameter control unit output port, 25 ... Input pattern generator,
Claims (1)
は単数のネットワーク出力ポート、入力される信号に対
して重み付け加算、非線形処理を行う複数の処理エレメ
ント、この処理エレメント相互を接続する複数の結線エ
レメントを備えたニューラルネットワーク(1)に接続
される学習回路であって、 教師信号を発生する教師信号発生手段(2)と、 ニューラルネットワーク(1)の学習時に、ニューラル
ネットワーク(1)の出力信号と教師信号とを比較して
誤り信号を発生する誤り信号発生手段(3)と、 学習時に、誤り信号発生手段(3)から受信した誤り信
号から所定の周波数成分を同期検波し、その検波信号出
力を時間的に順次累積していくと共に、得られる累積信
号と前記所定の周波数成分とを混合してニューラルネッ
トワーク(1)に印加することにより、ニューラルネッ
トワーク(1)のパラメータを制御するパラメータ制御
手段(4)と、 を備えることを特徴とするニューラルネットワーク学習
回路。A plurality of network input ports, a plurality of or a single network output port, a plurality of processing elements for performing weighted addition and non-linear processing on an input signal, and a plurality of connection elements for connecting the processing elements to each other. A learning circuit connected to a neural network (1) comprising: a teacher signal generating means (2) for generating a teacher signal; and an output signal of the neural network (1) and a teacher when learning the neural network (1). An error signal generating means (3) for comparing the signal with an error signal to generate an error signal; and at the time of learning, synchronously detecting a predetermined frequency component from the error signal received from the error signal generating means (3), and outputting the detected signal output. While accumulating sequentially in time, the obtained accumulated signal and the predetermined frequency component are mixed to form a neural network. By applying the chromatography click (1), a neural network learning circuit, characterized in that it comprises a parameter control means for controlling the parameters of the neural network (1) (4), a.
Priority Applications (1)
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| JP2051868A JP2756170B2 (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Neural network learning circuit |
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