JP3203675B2 - Learning method of neural network - Google Patents
Learning method of neural networkInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ニューラルネットワー
クの学習方法に関する。詳しくは、ニューラルネットワ
ークを使用して行く中で、入力データとその入力データ
に対応する教師データを蓄積し、その蓄積されたデータ
を用いて、逐次、ニューラルネットワークを学習させる
方法に関する。特に、入力データと教師データを効率良
く蓄積し、その蓄積されたデータにより効率の良い学習
を行う方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neural network learning method. More specifically, the present invention relates to a method of accumulating input data and teacher data corresponding to the input data while using a neural network, and successively learning the neural network using the accumulated data. In particular, the present invention relates to a method for efficiently storing input data and teacher data and performing efficient learning using the stored data.
【0002】[0002]
【従来の技術】ニューラルネットワークは、理論的な解
析が困難な因果関係を結合係数の学習効果により直接的
に実現する回路網として知られている。即ち、ニューラ
ルネットワークは、予め、離散的な複数の入力に対し
て、それぞれの入力に対して最適な出力が得られるよう
に、ニューラルネットワークの結合係数を学習してお
き、任意の入力に対して妥当な出力が直接的に得られる
ようにした回路網である。2. Description of the Related Art A neural network is known as a circuit network that directly realizes a causal relationship that is difficult to theoretically analyze by a learning effect of a coupling coefficient. That is, the neural network learns the coupling coefficient of the neural network in advance so that an optimal output can be obtained for each of a plurality of discrete inputs, and for any input, It is a network that allows a reasonable output to be obtained directly.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ニューラルネ
ットワークを全ての考え得る事象に対応できるように学
習させておくことは困難である。むしろ、学習済のニュ
ーラルネットワークを実際に使用して新たな事象が発生
して適性な出力が得られない場合に、その事象を含む学
習を行うことが通常である。However, it is difficult to train a neural network so that it can deal with all possible events. Rather, when a new event occurs and an appropriate output cannot be obtained by actually using the learned neural network, learning including the event is usually performed.
【0004】ところが、新たにニューラルネットワーク
の学習が必要となった場合には、学習すべき新たな入力
データとそれに対応した教師データだけを用いて学習さ
せることはできない。何故ならば、その新たな学習の結
果、既学習事項がニューラルネットワークから消去され
てしまうからである。従って、新たにニューラルネット
ワークを学習させる場合には、以前の学習に使用した全
ての入力データとその入力データに対応した全ての教師
データを含めて学習させることが必要である。However, when learning of a neural network is newly required, learning cannot be performed using only new input data to be learned and teacher data corresponding thereto. This is because the learned items are deleted from the neural network as a result of the new learning. Therefore, when a new neural network is to be learned, it is necessary to perform learning including all input data used in the previous learning and all teacher data corresponding to the input data.
【0005】このような結果、過去の学習に使用した全
ての入力データと教師データを保存する必要があり、ニ
ューラルネットワークを長く使用するに伴い、記憶装置
の容量が膨大となるという問題がある。又、学習に使用
される入力データと教師データとが膨大となることか
ら、学習時間が長くなるという問題がある。[0005] As a result, it is necessary to save all input data and teacher data used in the past learning, and there is a problem that the capacity of the storage device becomes enormous as the neural network is used for a long time. Further, since input data and teacher data used for learning are enormous, there is a problem that the learning time is long.
【0006】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、一定量の教師データによる
学習を、等価的に範囲の広い多数の教師データによる学
習と同等にすることである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make learning using a fixed amount of teacher data equivalent to learning using a large number of teacher data having an equivalently wide range. It is.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、入力データとそれに対応する教師デー
タとを蓄積したデータベースを更新させつつ、その更新
されたデータベースを用いてニューラルネットワークを
学習させる方法において、任意に選択された2つの入力
データで構成される組の全てに対して、入力データが相
互に類似している程度を表す類似度を演算し、類似度の
最も高い組の2つの入力データを、その2つの入力デー
タに基づいて1つの入力データに縮退させ、さらに、対
応する2つの教師データを、その2つの教師データに基
づいて1つの教師データに縮退させ、縮退によって生じ
た入力データ又は教師データの縮退回数を、縮退させら
れた2つのデータの過去の縮退回数に基づいて演算し
て、その縮退回数を記憶し、結合係数の学習時には、各
教師データを用いた結合係数の補正演算において、各教
師データの各縮退回数に応じて、結合係数の補正量を変
化させることを特徴とするニューラルネットワークの学
習方法である。According to an aspect of the present invention, a database storing input data and teacher data corresponding thereto is updated, and a neural network is constructed using the updated database. In the learning method, a similarity indicating the degree of similarity of the input data is calculated for all of the sets composed of two input data arbitrarily selected, and the set of the set having the highest similarity is calculated. The two input data are reduced to one input data based on the two input data, and the corresponding two teacher data are reduced to one teacher data based on the two teacher data. The number of degenerations of the generated input data or teacher data is calculated based on the number of past degenerations of the two degenerated data, and the number of degenerations is calculated. The learning of the neural network is characterized in that, at the time of learning the coupling coefficient, the correction amount of the coupling coefficient is changed in accordance with each degeneration number of each teacher data in the correction operation of the coupling coefficient using each teacher data. Is the way.
【0008】[0008]
【作用】入力データの中から任意に選択された2つの入
力データの組に関して、その2つの入力データが相互に
類似している程度を示す類似度が演算される。その類似
度の最も高い組において、2つの入力データをその2つ
の入力データに基づいて1つの入力データに縮退させ
る。それと共に、その2つの入力データに対応する2つ
の教師データも、その2つの教師データに基づいて1つ
の教師データに縮退させる。縮退によって生じた入力デ
ータ又は教師データの縮退回数は、縮退させられた2つ
のデータの過去の縮退回数に基づいて演算される。そし
て、その縮退回数は、各入力データ又は各教師データ毎
に記憶される。ニューラルネットワークの結合係数の学
習時には、各教師データを用いた結合係数の補正演算に
おいて、各教師データの各縮退回数に応じて、結合係数
の収束速度が変化される。With respect to a set of two input data arbitrarily selected from the input data, a similarity indicating the degree of similarity between the two input data is calculated. In the set having the highest similarity, two input data are reduced to one input data based on the two input data. At the same time, two teacher data corresponding to the two input data are also reduced to one teacher data based on the two teacher data. The number of times of degeneration of input data or teacher data caused by the degeneration is calculated based on the past number of times of degeneration of two pieces of degenerated data. Then, the number of times of degeneration is stored for each input data or each teacher data. At the time of learning the coupling coefficient of the neural network, the convergence speed of the coupling coefficient is changed according to the number of times of degeneration of each teacher data in the correction operation of the coupling coefficient using each teacher data.
【0009】[0009]
【発明の効果】このようなデータベースの記憶容量の制
御により、蓄積されるデータの量が所定量を越えること
が内容にすることが可能である。しかも、データベース
に蓄積されるデータは類似度が最も高い2つのデータが
1つに縮退されることから、データベースは、データの
記憶量が一定とすれば、最も分散されたデータの集合と
なる。よって、ニューラルネットワークの効果的な学習
が達成される。更に、縮退回数の多い教師データは、そ
の教師データに類似の教師データが、それだけ多くデー
タベースに加えられたことを意味している。即ち、縮退
回数の多い教師データ程、重要な教師データであり、学
習後のニューラルネットワークは、その教師データによ
って教示された特性を強く示す方が望ましい。従って、
本発明によれば、全教師データにより結合係数を学習さ
せる時、各教師データの縮退回数に応じて結合係数の収
束速度を変化させるように学習させていることから、縮
退回数の多い教師データによる学習が縮退回数の少ない
教師データによる学習より効果的に実行されることにな
る。よって、ニューラルネットワークの入出力特性は、
限定された数の教師データによる学習であるにも拘わら
ず、過去の使用において発生された教師データを全て含
むような効果的な特性となる。By controlling the storage capacity of the database as described above, it is possible to make the content that the amount of stored data exceeds a predetermined amount. In addition, since the data stored in the database is reduced to two data having the highest similarity, the database is a set of the most dispersed data if the data storage amount is constant. Therefore, effective learning of the neural network is achieved. Furthermore, teacher data with a large number of degenerations means that teacher data similar to the teacher data has been added to the database as much as possible. In other words, the teacher data having a larger number of times of degeneration is more important teacher data, and it is desirable that the neural network after learning strongly shows the characteristic taught by the teacher data. Therefore,
According to the present invention, when the coupling coefficient is learned from all the teacher data, the learning is performed so that the convergence speed of the coupling coefficient is changed according to the number of degenerations of each teacher data. The learning is executed more effectively than the learning using the teacher data with a small number of degenerations. Therefore, the input / output characteristics of the neural network are
Although the learning is based on a limited number of teacher data, an effective characteristic is obtained that includes all the teacher data generated in past use.
【0010】[0010]
【実施例】1.ニューラルネットワーク 本実施例のニューラルネットワーク10は、図1に示す
ように、入力層LI と出力層LO と中間層LM の3層構
造に構成されている。入力層LI はe個の入力素子を有
し、出力層LO はg個の出力素子を有し、中間層LM は
f個の出力素子を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS 1. Neural Network As shown in FIG. 1, a neural network 10 of this embodiment has a three-layer structure of an input layer LI, an output layer LO, and an intermediate layer LM. The input layer LI has e input elements, the output layer LO has g output elements, and the intermediate layer LM has f output elements.
【0011】多層構造のニューラルネットワークは、一
般的に、次の演算を行う装置として定義される。第i 層
の第j 番目の素子の出力Oi j は、次式で演算される。但
し、i ≧2 である。A multilayer neural network is generally defined as a device that performs the following operations. Output O i j of the j-th element of the i-layer is calculated by the following equation. Here, i ≧ 2.
【0012】[0012]
【数1】 Oi j =f(Ii j) (1)O i j = f (I i j ) (1)
【数2】 (Equation 2)
【数3】 f(x)=1/{1+exp(-x)} (3)[Equation 3] f (x) = 1 / {1 + exp (-x)} (3)
【0013】但し、Vi j は第i 層の第j 番目の演算素子
のバイアス、Wi-1 k, i jは、第i-1層の第k 番目の素子と
第i 層の第j 番目の素子間の結合係数、O1 j は第1 層の
第j 番目の素子の出力値を表す。即ち、第1 層であるか
ら演算を行うことなく、そのまま入力を出力するので、
入力層(第1層)の第j 番目の素子の入力値でもある。[0013] However, V i j bias of the j th processing element of the i-th layer, W i-1 k, i j is the first i-1 layer k-th element and the j of the i-th layer The coupling coefficient between the first element and O 1 j represents the output value of the j-th element in the first layer. That is, since it is the first layer, the input is output as it is without performing any operation,
It is also the input value of the j-th element in the input layer (first layer).
【0014】次に、図1に示す3層構造のニューラルネ
ットワーク10の具体的な演算手順について図2を参照
して説明する。ステップ100において、中間層(第2
層)の第j 番目の素子は、入力層(第1層)の各素子か
らの出力値O1 j (第1層の入力データ)を入力して、
(2)式を層番号と第1層の素子数を用いて具体化した
次式の積和演算を行なう。Next, a specific calculation procedure of the three-layered neural network 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In step 100, the intermediate layer (second
The j-th element of the layer) inputs the output value O 1 j (input data of the first layer) from each element of the input layer (first layer),
The product-sum operation of the following equation, which is obtained by embodying equation (2) using the layer number and the number of elements in the first layer, is performed.
【数4】 (Equation 4)
【0015】次に、ステップ102において、次式によ
り、(4)式の入力値の積和関数値のシグモイド関数に
より、中間層(第2層)の各素子の出力が演算される。
第2層の第j 番目の素子の出力値は次式で演算される。Next, in step 102, the output of each element of the intermediate layer (second layer) is calculated by the following equation using the sigmoid function of the product-sum function value of the input value of equation (4).
The output value of the j-th element in the second layer is calculated by the following equation.
【0016】[0016]
【数5】 O2 j=f(I2 j )=1/{1+exp(-I2 j) } (5) この出力値 O2 j は出力層(第3層)の各素子の入力値
となる。次に、ステップ104において、出力層(第3
層)の各素子の入力値の積和演算が実行される。O 2 j = f (I 2 j ) = 1 / {1 + exp (−I 2 j )} (5) The output value O 2 j is the input of each element of the output layer (third layer). Value. Next, in step 104, the output layer (third
The product-sum operation of the input values of each element of the layer is executed.
【0017】[0017]
【数6】 次に、ステップ106において、(5)式と同様に、
シグモイド関数により、出力層の各素子の出力値O3 jが
演算される。(Equation 6) Next, in step 106, similarly to equation (5),
The output value O 3 j of each element in the output layer is calculated by the sigmoid function.
【0018】[0018]
【数7】 O3 j=f(I3 j)=1/{1+exp(-I3 j)} (7)O 3 j = f (I 3 j ) = 1 / {1 + exp (-I 3 j )} (7)
【0019】2.ニューラルネットワークの学習このニュ
ーラルネットワークは、初期学習として、図3に示す手
順で学習される。結合係数は良く知られたバックプロパ
ーゲーション法により実行される。この学習は、各種の
事象に関する多数の入力データに対して、それぞれの出
力が、それぞれの最適な教師データとなるように、繰り
返し実行される。2. Learning of the Neural Network This neural network is learned by the procedure shown in FIG. 3 as initial learning. The coupling coefficient is performed by a well-known back propagation method. This learning is repeatedly executed for a large number of input data relating to various events so that each output becomes each optimal teacher data.
【0020】図3のステップ200において、次式によ
り出力層の各素子の学習信号が演算される。In step 200 of FIG. 3, a learning signal of each element in the output layer is calculated by the following equation.
【数8】 Y3 j=(Tj-δj)・f'(I3 j) (8) 但し、Tj は任意の出力δjに対する教師データであ
り、外部から付与される。又、f'(x) はジグモイド関数
の導関数である。Y 3 j = (T j −δ j ) · f ′ (I 3 j ) (8) where T j is teacher data for an arbitrary output δ j and is externally provided. Also, f ′ (x) is a derivative of the jigmoid function.
【0021】次に、ステップ202において、中間層の
学習データY が次式で演算される。Next, in step 202, the learning data Y of the hidden layer is calculated by the following equation.
【数9】 (Equation 9)
【0022】次に、ステップ204において、
出力層の各結合係数が補正される。補正量は次式で求め
られる。Next, in step 204,
Each coupling coefficient of the output layer is corrected. The correction amount is obtained by the following equation.
【数10】 Δω2 i, 3 j(t)=P・Y3 j・f(I2 i)+Q・Δω2 i, 3 j(t-1) (10) 但し、Δω2 i, 3 j(t) は、出力層の第j 番目の素子と中
間層の第i 番目の素子との間の結合係数の第t 回目演算
の変化量である。又、Δω2 i, 3 j(t-1) は、その結合係
数の前回の補正量である。P,Q は比例定数である。尚、
P が大きい程、結合係数の補正量が大きいので、学習感
度、あるいは学習速度( 収束速度) が大きくなるが、振
動する可能性が生じ易くなる。又、Q が大きい程、前回
の補正量が反映されるので、結合係数の変化の安定性が
高くなり、結果として収束は速くなる。Δω 2 i, 3 j (t) = P · Y 3 j · f (I 2 i ) + Q · Δω 2 i, 3 j (t−1) (10) where Δω 2 i, 3 j (t) is the amount of change in the t-th calculation of the coupling coefficient between the j-th element of the output layer and the i-th element of the intermediate layer. Δω 2 i, 3 j (t−1) is the previous correction amount of the coupling coefficient. P and Q are proportional constants. still,
As P is larger, the correction amount of the coupling coefficient is larger, so that the learning sensitivity or the learning speed (convergence speed) is increased, but the possibility of oscillation is more likely to occur. Also, the larger the Q, the more the previous correction amount is reflected, so that the stability of the change of the coupling coefficient becomes higher, and consequently the convergence becomes faster.
【0023】補正された結合係数は、上記の補正量を用
いて、The corrected coupling coefficient is calculated by using the above correction amount.
【数11】 W2 i, 3 j+Δω2 i, 3 j(t) →W2 i, 3 j (11) により、求められる。次に、ステップ206へ移行し
て、中間層の各素の結合係数が補正される。その結合係
数の補正量は出力層の場合と同様に、次式で求められ
る。[Expression 11] W 2 i, 3 j + Δω 2 i, 3 j (t) → W 2 i, 3 j (11) Next, the process proceeds to step 206, where the coupling coefficient of each element of the intermediate layer is corrected. The correction amount of the coupling coefficient is obtained by the following equation, as in the case of the output layer.
【0024】[0024]
【数12】 Δω1 i, 2 j(t)=P・Y2 j・f(I1 i)+Q・Δω1 i, 2 j(t-1) (12) よって、結合係数は、Δω 1 i, 2 j (t) = P · Y 2 j · f (I 1 i ) + Q · Δω 1 i, 2 j (t−1) (12) Therefore, the coupling coefficient is
【数13】 W1 i, 2 j + Δω1 i, 2 j(t) →W1 i, 2 j (13) により、補正された結合係数が求められる。## EQU13 ## The corrected coupling coefficient is obtained from W 1 i, 2 j + Δω 1 i, 2 j (t) → W 1 i, 2 j (13).
【0025】次に、ステップ208において、学習対象
の全ての入力データに対して1回の学習が完了したか否
が判定される。全ての入力データに対する学習が終了し
ていない場合には、ステップ210へ移行して、次の入
力データとその入力データに対応する教師データが学習
対象データとして設定される。そして、ステップ200
に戻り、次の入力データに関する学習が実行される。こ
のようにして、全入力データに関して1回の学習が完了
すると、ステップ208の判定結果がYES となり、ステ
ップ212へ移行する。Next, in step 208, it is determined whether or not learning has been completed once for all input data to be learned. If learning has not been completed for all input data, the process proceeds to step 210, where the next input data and teacher data corresponding to the input data are set as learning target data. And step 200
Then, learning on the next input data is executed. In this way, when one learning is completed for all the input data, the determination result of step 208 is YES, and the process proceeds to step 212.
【0026】ステップ212では、ニューラルネットワ
ークの出力値と教師信号との差( 誤差) が十分に小さく
なったか否かが判定される。誤差が十分に小さくなって
いなければ、ステップ214に移行して、全入力データ
に関する第2回目の学習を実行するために、最初の入力
データとそれに対応する教師データとが学習対象データ
として設定される。そして、ステップ200に戻り、上
記した学習演算が繰り返し実行される。このようにし
て、ステップ212において、誤差が所定の値以下とな
るまで、上記の学習演算が繰り返し実行される。この結
果、初期の広範囲の事象に関して初期学習されたニュー
ラルネットワークが完成される。In step 212, it is determined whether or not the difference (error) between the output value of the neural network and the teacher signal has become sufficiently small. If the error is not sufficiently small, the process proceeds to step 214, where the first input data and the corresponding teacher data are set as learning target data in order to execute the second learning on all input data. You. Then, the process returns to step 200, and the learning operation described above is repeatedly executed. In this way, in step 212, the above-described learning operation is repeatedly executed until the error becomes equal to or less than the predetermined value. As a result, a neural network that is initially learned with respect to an initial wide range of events is completed.
【0027】3.データベースの更新 ニューラルネットワークの更新学習に使用されるデータ
は、図5に示すようなデータベースに構成されている。
入力データは、D1,…,Dn であり、対応する教師デー
タは、E1,…,En である。このn個の入力データ及び
教師データは、ニューラルネットワークの初期学習又は
初期学習後のニューラルネットワークを現実に使用した
過程で蓄積されたデータである。この入力データは、次
のように定義される。e個の入力素子のそれぞれに与え
るe個のデータを1組のデータとして考える。そして、
任意の第m番目の1組の入力データをDm で表し、その
組に属する第j番目の入力素子に対する入力データをd
mjで表す。Dm はベクトルを表し、dmjはそのベクトル
の成分である。即ち、Dm は次式で定義される。3. Update of Database The data used for the learning of updating the neural network is configured in a database as shown in FIG.
Input data, D 1, ..., a D n, the corresponding teacher data, E 1, ..., a E n. The n pieces of input data and teacher data are data accumulated in the process of actually using the initial learning of the neural network or the neural network after the initial learning. This input data is defined as follows. The e data given to each of the e input elements is considered as a set of data. And
An arbitrary m-th set of input data is represented by D m , and input data for a j-th input element belonging to the set is represented by d.
Expressed by mj . D m represents a vector, and d mj is a component of the vector. That is, D m is defined by the following equation.
【0028】[0028]
【数14】 Dm =(dm1, dm2, …,dme-1, dme) (14) 又、n組の入力データはD1,D2,…,Dn-1,Dn で表さ
れる。以下、全n組の入力データ群は、入力データ群D
と表記される。Equation 14] D m = (d m1, d m2, ..., d me-1, d me) (14) Further, n sets of input data D 1, D 2, ..., D n-1, D n It is represented by Hereinafter, the input data group of all n sets is the input data group D
Is written.
【0029】同様に、E1,…, En は、次のように定義
される。出力層LO に関して、g個の出力素子のそれぞ
れからの出力に対する教師データを1組のデータとして
考える。そして、任意の第m番目の1組の教師データを
Em で表し、その組に属する第j番目の出力素子に対す
る教師データをemjで表す。Em はベクトルを表し、e
mjはそのベクトルの成分である。即ち、Em は次式で定
義される。[0029] Similarly, E 1, ..., E n is defined as follows. Regarding the output layer LO, the teacher data for the output from each of the g output elements is considered as a set of data. An arbitrary m-th set of teacher data is represented by Em , and teacher data for the j-th output element belonging to the set is represented by em m . E m represents a vector, e
mj is the component of the vector. That is, Em is defined by the following equation.
【0030】[0030]
【数15】 Em =(em1, em2, …,emg-1, emg) (15) 又、n組の教師データはE1,E2,…,En-1,En で表さ
れる。以下、全n組の教師データ群は、教師データ群E
と表記される。又、それぞれのデータに対して、カウン
ト値Cm が与えられている。このカウント値Cm は、後
述するように、データの縮退回数を示す。その初期値は
1である。[Number 15] E m = (e m1, e m2, ..., e mg-1, e mg) (15) In addition, n sets of teacher data is E 1, E 2, ..., E n-1, E n It is represented by Hereinafter, all n sets of teacher data groups are the teacher data groups E
Is written. A count value Cm is given to each data. The count value C m, as described below, shows the degeneration number of data. Its initial value is 1.
【0031】次に、データベースの更新手順について説
明する。図 4はこのデータベースの更新手順を示したフ
ローチャートである。このデータベースの更新は、n個
の入力データ群Dとn個の教師データ群Eを記憶したデ
ータベースに、全体としてn個のデータ容量を増加させ
ることなく、新しく追加される入力データDn+1 とその
入力データに対応した教師データEn+1 を学習データと
して加えることである。Next, the procedure for updating the database will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure for updating the database. This database is updated by adding the newly added input data D n + 1 to the database storing the n input data groups D and the n teacher data groups E without increasing the data capacity of n data as a whole. And teacher data En + 1 corresponding to the input data and the input data as learning data.
【0032】ステップ300において、図6の(a) に示
すように、データベースに記憶された入力データ群(D
1,…,Dn )に、新規入力データDn+1 を加えて、入力
データ群(D1,…,Dn+1 )を考える。同様に、新規教
師データEn+1 を加えた教師データ群(E1,…,
En+1 )が導入される。又、新規データに対するカウン
タ値(縮退回数)Cn+1 は1である。次に、ステップ3
02において、入力データ群(D1,…,Dn+1 )の中か
ら任意の2つのデータから成る入力データ組(D
p,Dq )を生成する。次に、ステップ304において、
入力データDp と入力データDq の類似度Zpqを計算す
る。類似度Zpqは、本実施例では、Dp ベクトルとDq
ベクトル間のユークリッド距離の大きさで求めている。In step 300, as shown in FIG. 6A, the input data group (D
1, ..., D n ) and new input data D n + 1 , to consider an input data group (D 1, ..., D n + 1 ). Likewise, the teacher data group plus new teacher data E n + 1 (E 1, ...,
En + 1 ) is introduced. The counter value (the number of times of degeneration) C n + 1 for new data is 1. Next, step 3
02, an input data set (D) composed of arbitrary two data from the input data group (D 1, ..., D n + 1 ).
p, D q ). Next, in step 304,
The similarity Z pq between the input data D p and the input data D q is calculated. In this embodiment, the similarity Z pq is obtained by comparing the D p vector with the D q
It is determined by the magnitude of the Euclidean distance between the vectors.
【0033】よって、類似度Zpqは次式で定義される。Therefore, the similarity Z pq is defined by the following equation.
【数16】 Zpq=|Dp −Dq | (16) =((dp1−dq1)2 +(dp2−dq2)2 +…+(dpn−dqn)2 )1/2 次に、ステップ306において、全ての2つの入力デー
タの組合わせに関して類似度が演算されたか否かが判定
される。全組に関して類似度が演算されていない場合に
は、ステップ308において、選択される入力データの
インデックスp,q を変化させて、ステップ302へ戻
る。ステップ302からは、同様な処理が繰り返し実行
されて、類似度が演算される。このようにして、図 6の
(b) に示すように、任意の2つの入力データから成る全
てのデータ組の類似度Zpqが演算される。Equation 16] Z pq = | D p -D q | (16) = ((d p1 -d q1) 2 + (d p2 -d q2) 2 + ... + (d pn -d qn) 2) 1 / 2 Next, in step 306, whether the degree of similarity is calculated with respect to the combination of all of the two input data are determined. If the similarity has not been calculated for all the sets, in step 308, the index p, q of the selected input data is changed, and the process returns to step 302. From step 302, similar processing is repeatedly executed to calculate the similarity. Thus, in FIG.
As shown in (b), the similarity Z pq of all data sets consisting of arbitrary two input data is calculated.
【0034】次に、ステップ310において、全データ
組の中から、類似度Zpqが最小値Zabをとるデータ組
(Da , Db )が決定される。次に、ステップ312に
おいて、入力データDa , Db とその入力データに対応
する教師データEa , Eb に関して、カウンタ値(縮退
回数)Ca ,Cb を加重係数として加重平均された合成
入力データDh と加重平均された合成教師データEh が
演算される。Next, in step 310, a data set (D a , D b ) in which the similarity Z pq takes the minimum value Z ab is determined from all the data sets. Next, in step 312, the input data D a , D b and the teacher data E a , E b corresponding to the input data are weighted and averaged using the counter values (the number of degeneration times) C a , C b as weighting coefficients. Input data D h and weighted average synthesized teacher data E h are calculated.
【0035】即ち、合成入力データDh と合成教師デー
タEh は、次式で演算される。That is, the combined input data Dh and the combined teacher data Eh are calculated by the following equations.
【数17】 Dh =(Ca ・Da +Cb ・Db )/(Ca +Cb ) (17) Dh = ( Ca · Da + Cb · Db ) / ( Ca + Cb ) (17)
【数18】 Eh =(Ca ・Ea +Cb ・Eb )/(Ca +Cb ) (18)[Number 18] E h = (C a · E a + C b · E b) / (C a + C b) (18)
【0036】次に、ステップ314において、カウンタ
値Ca とCb が加算されて、合成入力データ及び合成教
師データDh,Eh に対する合成カウンタ値(縮退回数)
Ch が求められる。次に、ステップ316において、図
6の(c) に示すように、入力データ群(D1,…,Dn,D
n+1 )において、入力データ(Da,Db )が削除され、
加重平均により合成された合成入力データDh が追加さ
れる。同様に、教師データ群(E1,…,En,En+1 )に
おいて、教師データ(Ea,Eb )が削除され、加重平均
により合成された合成教師データEh が追加される。
又、その合成入力データ及び合成教師データDh,Eh に
対応するカウンタ値は合成カウンタ値(縮退回数)Ch
とされる。Next, at step 314, the counter values C a and C b are added, and the combined counter value (the number of times of degeneration) for the combined input data and the combined teacher data D h and E h is calculated.
Ch is determined. Next, at step 316,
As shown in FIG. 6 (c), the input data group (D 1, ..., D n, D
n + 1 ), the input data ( Da, Db ) is deleted,
The weighted average synthetically synthetic input data D h is added. Likewise, the teacher data group (E 1, ..., E n , E n + 1) in the teacher data (E a, E b) is deleted, combined synthetic training data E h is added by the weighted average .
Moreover, the combined input data and the synthetic training data D h, the counter value corresponding to the E h synthetic counter value (degenerate times) C h
It is said.
【0037】このようなデータベースの更新の結果、入
力データ数と教師データ数はn個であり、新しい入力デ
ータDn+1 と新しい教師データEn+1 が加わっても、デ
ータベースの大きさは変化しない。即ち、2つの入力デ
ータ(Da,Db )は合成入力データDhに縮退し、2つ
の教師データ(Ea,Eb )は合成教師データEh に縮退
したことになる。そして、カウンタ値(縮退回数)Ch
は、それぞれの入力データDa とDb の現在までの縮退
回数の和となる。例えば、2つの入力データが初めて縮
退する場合には、合成入力データの縮退回数Ch は2と
なる。又、縮退回数Ca が2の入力データと縮退回数C
b が3の入力データが縮退すれば、合成入力データの縮
退回数Ch は5となる。As a result of such updating of the database, the number of input data and the number of teacher data are n. Even if new input data D n + 1 and new teacher data E n + 1 are added, the size of the database is not changed. It does not change. That is, the two input data (D a, D b ) are reduced to the combined input data D h , and the two teacher data (E a, E b ) are reduced to the combined teacher data E h . Then, the counter value (degeneration number) Ch
Is the sum of the degenerate frequency of the current to the respective input data D a and D b. For example, when two input data for the first time degenerate, degenerate number C h a composition input data is 2. Also, the input data whose degeneration frequency C a is 2 and the degeneration frequency C
If b is degenerated input data 3, degenerate number C h a composition input data is 5.
【0038】このようにして、ニューラルネットワーク
の使用の過程において、入力データ及び教師データが新
規に何回発生しても、データベースに蓄積される入力デ
ータと教師データはn組を越えることがない。このデー
タベースに蓄積されたn組の入力データ群Dと教師デー
タ群Eとを用いて、上述した、図3のフローチャートに
従って、ニューラルネットワークの更新学習が実行され
る。ただし、(8)式におけるTjは、ある教師データE
m の第j 成分emjのことである。また、教師データEm
に関する学習の時、(10)式及び(12)式における
係数P は、次式で与えられる。Thus, in the process of using the neural network, no matter how many times input data and teacher data are newly generated, the number of input data and teacher data stored in the database does not exceed n. Using the n sets of input data group D and teacher data group E stored in the database, the update learning of the neural network is executed according to the above-described flowchart of FIG. Here, T j in equation (8) is a certain teacher data E
It means the j-th component e mj of m . Also, the teacher data Em
At the time of learning regarding, the coefficient P in the equations (10) and (12) is given by the following equation.
【数19】 P=α・Cm (19) 但し、αは係数、Cm は教師データEm のカウント値
(縮退回数)である。この係数P が大きい程、その教師
データEm に対する誤差が同一ならば、結合係数の変化
量は大きくなる。即ち、縮退回数の大きい教師データ
程、学習感度、あるいは収束速度が大きいと言える。こ
のように、縮退回数に応じた感度で結合係数を学習させ
ることで、縮退回数の大きな教師データに基づく学習効
果を高めることができる。Equation 19] P = α · C m (19 ) where, alpha is a coefficient, C m is the count value of the teacher data E m (degenerate times). As this factor P is greater, if the error is the same for the teacher data E m, the variation of the coupling coefficient is increased. That is, it can be said that the learning data or the convergence speed is higher as the teacher data has a larger number of times of degeneration. As described above, by learning the coupling coefficient with the sensitivity corresponding to the number of times of degeneration, a learning effect based on teacher data having a large number of times of degeneration can be enhanced.
【0039】このように、n個の入力データ及び教師デ
ータに1つの入力データ及び教師データが付け加えられ
る場合には、入力データにおいて最も類似度の高い2つ
の入力データの組と、その入力データの組に対応した教
師データの組が消去されて、1つの合成入力データ及び
合成教師データに縮退される。したがって、更新された
データベースのn個の入力データは、現段階で最も離散
的な入力データの集合となり、入力データ及び教師デー
タの数をn個に固定した状態で、ニューラルネットワー
クの幅広い入力事象に対する効果的な学習が可能とな
る。As described above, when one input data and teacher data are added to the n input data and teacher data, a set of two input data having the highest similarity in the input data and the input data The set of teacher data corresponding to the set is deleted and reduced to one combined input data and combined teacher data. Therefore, the n pieces of input data of the updated database become the most discrete set of input data at this stage, and the number of input data and the number of teacher data are fixed to n. Effective learning becomes possible.
【0040】しかも、合成入力データ及び合成教師デー
タは、2つのデータを、それぞれのデータに関する縮退
回数で重み付けて加重平均して求めているので、縮退回
数の大きい入力データの成分が合成データの成分に大き
く反映される。即ち、ある入力データの現在の縮退回数
(カウント値)は、現段階までにおいて縮退されてしま
い、結局、その入力データに姿を代えてしまった入力デ
ータの数を表している。従って、縮退回数で重み付けて
加重平均をとることは、過去の縮退された入力データの
特性が全くデータベースから削除されるのではなく、頂
点に立つ合成入力データに反映されていることを意味し
ている。更に、各教師データの縮退回数に応じて学習感
度を変化させていることから、縮退回数の大きい教師デ
ータ程学習効果が高い。従って、n組の入力データと教
師データとを用いてニューラルネットワークを学習させ
ことは、新規に発生する入力データ及び教師データを全
て蓄積した入力データと教師データで、ニューラルネッ
トワークを学習させるのと、ほぼ等価となる。Moreover, the combined input data and the combined teacher data are obtained by weighting and averaging the two data with the number of times of degeneration of each data, so that the components of the input data having a large number of times of degeneration are the components of the combined data. Is greatly reflected in. In other words, the current number of times of degeneration of input data (count value) represents the number of input data that have been degenerated up to the present stage and eventually changed to the input data. Therefore, taking a weighted average by weighting with the number of times of degeneration means that the characteristics of past degenerated input data are not deleted from the database at all, but are reflected in the synthesized input data at the top. I have. Furthermore, since the learning sensitivity is changed according to the number of times of degeneration of each teacher data, the learning effect is higher as the number of times of degeneration is larger. Therefore, learning a neural network using n sets of input data and teacher data is equivalent to learning a neural network with input data and teacher data that have accumulated all newly generated input data and teacher data. They are almost equivalent.
【0041】尚、上記実施例においては、類似度Zpqを
入力データDp と入力データDq 間の距離で定義した
が、他に、クラスタリング手法で用いられている各種の
類似度を用いても良い。又、上記の実施例では、n個の
データ組を記憶できる容量のデータベースから1組のデ
ータを記憶できる空き領域を作成させるようにしてい
る。しかし、更新学習に新規に使用される入力データ及
び教師データの組数が複数の場合には、入力データ間の
類似度の高い組から順に、必要な組数だけ入力データ及
び教師データを縮退させるようにしてもよい。又、上記
実施例では、(10)式及び(12)式の係数P を教師
データの縮退回数に比例させて変化させているが、この
係数Pと縮退回数との関係は任意の関数で設定しても良
い。更に、結合係数の補正量を縮退回数が多い程、大き
くするように補正するれば良いので、(10)式及び
(12)式の係数Q を縮退回数が多い程小さい値にする
ようにしても良い。In the above embodiment, the similarity Z pq is defined by the distance between the input data D p and the input data D q , but the similarity Z pq may be defined by using various similarities used in the clustering method. Is also good. In the above-described embodiment, a free area capable of storing one set of data is created from a database having a capacity capable of storing n data sets. However, when the number of pairs of input data and teacher data newly used for update learning is plural, the necessary number of pairs of input data and teacher data are degenerated in order from the pair having the highest similarity between the input data. You may do so. Further, in the above embodiment, the coefficient P in the equations (10) and (12) is changed in proportion to the number of times of degeneration of the teacher data, but the relationship between this coefficient P and the number of times of degeneration is set by an arbitrary function. You may. Furthermore, since the correction amount of the coupling coefficient may be corrected so as to increase as the number of times of degeneration increases, the coefficient Q in Equations (10) and (12) is set to a smaller value as the number of times of degeneration increases. Is also good.
【図1】本発明の具体的な実施例に係るニューラルネッ
トワークの構成を示した構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a neural network according to a specific embodiment of the present invention.
【図2】同実施例に係るニューラルネットワークの演算
手順を示したフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing a calculation procedure of the neural network according to the embodiment.
【図3】同実施例に係るニューラルネットワークの学習
手順を示したフローチャート。FIG. 3 is a flowchart showing a learning procedure of the neural network according to the embodiment.
【図4】同実施例に係るニューラルネットワークの更新
学習に用いられる入力データ及び教師データを有するデ
ータベースの更新手順を示したフローチャート。FIG. 4 is an exemplary flowchart showing a procedure for updating a database having input data and teacher data used for learning to update the neural network according to the embodiment.
【図5】同実施例に係るニューラルネットワークの更新
学習に用いられるデータベースをデータ構成を示した構
成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a data configuration of a database used for update learning of the neural network according to the embodiment.
【図6】同実施例に係るニューラルネットワークの更新
学習に用いられるデータベースの更新手順の概念を示し
た説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing the concept of a database update procedure used for neural network update learning according to the embodiment;
10…ニューラルネットワーク LI …入力層 LM …中間層 Lo …出力層 10 ... Neural network LI ... Input layer LM ... Intermediate layer Lo ... Output layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−184668(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/00 G06G 7/60 JICSTファイル(JOIS) CSDB(日本国特許庁)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-184668 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/00 G06G 7 / 60 JICST File (JOIS) CSDB (Japan Patent Office)
Claims (1)
とを蓄積したデータベースを更新させつつ、その更新さ
れたデータベースを用いてニューラルネットワークを学
習させる方法において、前記入力データの中から任意に
選択された2つの入力データで構成される組の全てに対
して、その2つの入力データが相互に類似している程度
を表す類似度を演算し、前記類似度の最も高い組の2つ
の入力データを、その2つの入力データに基づいて1つ
の入力データに縮退させ、さらに、その2つの入力デー
タに対応する2つの教師データを、その2つの教師デー
タに基づいて1つの教師データに縮退させ、縮退によっ
て生じた前記入力データ又は前記教師データの縮退回数
を、縮退させられた2つのデータの過去の縮退回数に基
づいて演算し、その縮退回数を前記入力データ又は前記
教師データ毎に記憶し、前記教師データを用いた前記ニ
ューラルネットワークの結合係数の学習時には、各教師
データを用いた前記結合係数の補正演算において、各教
師データの前記各縮退回数に応じて、前記結合係数の補
正量を変化させることを特徴とするニューラルネットワ
ークの学習方法。1. A method for learning a neural network using an updated database while updating a database storing input data and corresponding teacher data, wherein the input data is arbitrarily selected from the input data. For all sets of two input data, a similarity indicating the degree of similarity between the two input data is calculated, and the two sets of input data having the highest similarity are calculated as: The two input data are reduced to one input data, and the two teacher data corresponding to the two input data are reduced to one teacher data based on the two teacher data. The generated number of times of degeneration of the input data or the teacher data is calculated based on the past number of times of degeneration of two pieces of degenerated data. The number of times of degeneration is stored for each of the input data or the teacher data, and at the time of learning the coupling coefficient of the neural network using the teacher data, in the correction operation of the coupling coefficient using each teacher data, A neural network learning method, wherein the correction amount of the coupling coefficient is changed according to each number of times of degeneration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09004191A JP3203675B2 (en) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | Learning method of neural network |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP09004191A JP3203675B2 (en) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | Learning method of neural network |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299445A JPH04299445A (en) | 1992-10-22 |
| JP3203675B2 true JP3203675B2 (en) | 2001-08-27 |
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Family Applications (1)
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-
1991
- 1991-03-27 JP JP09004191A patent/JP3203675B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH04299445A (en) | 1992-10-22 |
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