JP3236635B2 - Learning method of neural network - Google Patents
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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の蓄積方
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, it relates to a method for storing input data and teacher 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
して適正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、記憶容量が少なくて済むニ
ューラルネットワークの効率的な学習を行うことであ
る。The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to perform efficient learning of a neural network which requires a small storage capacity.
【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、入力データと対応する教師デ
ータの組について各組が縮退回数を示すカウンタ値を有
し、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、
類似度の最も高い組の2つの入力データを、それぞれカ
ウンタ値により加重平均して1つの入力データに縮退さ
せ、その2つの入力データに対応する2つの教師データ
を、それぞれカウンタ値により加重平均して1つの教師
データに縮退させ、縮退により新たに生成された入力デ
ータと対応する教師データの組に対応するカウンタ値
を、縮退の元となる2つのカウンタ値の合計として、蓄
積されるデータの量が所定量を越えることがないように
データベースに蓄積されるデータを制御して、ニューラ
ルネットワークを逐次学習させることを特徴とする。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, the input data and the corresponding teacher data
For each data set, each set has a counter value indicating the number of times of degeneration.
Then, for all of the sets composed of two input data arbitrarily selected from the input data, a similarity indicating the degree to which the two input data are similar to each other is calculated,
The two sets of input data with the highest similarity are
Weighted average by the counter value and reduced to one input data
So, the two training data corresponding to the two input data of that, weighted average by degenerated to one teacher <br/> data by respective counter values, the newly generated input data by degeneration
Counter value corresponding to the set of data and the corresponding teacher data
Is defined as the sum of two counter values serving as a source of degeneration, controlling the data stored in the database so that the amount of stored data does not exceed a predetermined amount, and sequentially learning the neural network. Features.
【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。その際、入力データと対応
する教師データの組の各組が有するカウンタ値を基に加
重平均により縮退させるとともに縮退により新たに生成
された入力データと対応する教師データの組に対するカ
ウンタ値を、縮退の元となる2つのカウンタ値の合計と
する。 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. At that time, input data and corresponding
Based on the counter value of each set of
Degenerate by weighted average and newly generated by degeneracy
Of the input data and the corresponding teacher data
Counter value as the sum of the two counter values that
I do.
【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
がないよう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。縮退された入力データ及び縮退された教師デ
ータは、2つのデータを、それぞれのデータに関する縮
退回数を示すカウンタ値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縮退
されたデータの成分に大きく反映される。このような縮
退処理による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。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。By controlling the storage capacity of the database, it is possible to prevent the amount of stored data from exceeding 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. Reduced input data and reduced teacher data
Data is used to reduce the two data
Weighted with the counter value indicating the number of withdrawals and weighted average
Components of the input data with a large number of reductions are reduced.
This is largely reflected in the data components. Such shrinkage
New data using the input data and the teacher data
Learning a neural network can
Input data and training
Train neural networks with guru data
Is almost equivalent to Therefore, effective learning of the neural network is achieved.
【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 Neural Network This neural network performs the initial learning as shown in FIG.
Learning is performed according to the procedure shown in FIG. 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) はシグモイド関数の導
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 ,
Granted from outside. F ′ (x) is a derivative of the sigmoid 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。よっ
て、結合係数は、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. Therefore, the coupling coefficient is
【0023】[0023]
【数11】 W2 i, 3 j+Δω2 i, 3 j(t) →W2 i, 3 j (11) により、補正された結合係数が求められる。次に、ステ
ップ206へ移行して、中間層の各素子の結合係数が補
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。The corrected coupling coefficient is obtained from 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、結合係数の補正量Δ
ωが所定の値以下になったか否かの判定により、結合係
数が収束したか否かが判定される。結合係数が収束して
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、結合係数の補正量Δωが
所定の値以下となり、結合係数が収束するまで、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, the correction amount Δ of the coupling coefficient
Whether or not the coupling coefficient has converged is determined by determining whether or not ω has become equal to or less than a predetermined value. If the coupling coefficients have not converged, 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 the input data. . Then, the process returns to step 200, and the learning operation described above is repeatedly executed. In this way, in step 212, the above learning operation is repeatedly executed until the correction amount Δω of the coupling coefficient becomes equal to or less than the predetermined value and the coupling coefficient converges. 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
ベクトル間の変位ベクトル(Dp −Dq )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
Seeking in the magnitude of the displacement vector between the vectors (D p -D q).
【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Ca ,
Cb を加重係数として加重平均された合成入力データD
h 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, regarding the input data D a , D b and the teacher data E a , E b corresponding to the input data, the counter values C a ,
Composite input data D weighted by using C b as a weighting factor
h and the 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,Dn+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Ch とされる。Next, in step 314, are summed counter value C a and C b is synthesized input data and the synthetic training data D h, synthetic counter value C h for E h is determined. Next, in step 316, the input data (D a, D b ) is deleted from the input data group (D 1, ..., D n, D n + 1 ) as shown in FIG. 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 is a synthesized counter value C h.
【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Cb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 C h 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. Further, if the input data of degenerate times C a is input data degenerated number C b of 2 3 by degeneration, degeneracy 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。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.
【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】又、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。更に換言すれば、上記のように縮退処理による
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。The combined input data and the combined teacher data are obtained by weighting the two data with the number of times of degeneration for each data and obtaining a weighted average. 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. In other words, as described above, the learning of the neural network using the n sets of input data and the teacher data by the degeneration processing requires input data and teacher data in which all newly generated input data and teacher data are accumulated. This is almost equivalent to learning a neural network.
【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、上記実施例では、縮退回数
を導入し、縮退回数を用いた加重平均により合成入力デ
ータ及び合成教師データを生成しているが、縮退回数を
導入せずに、相加平均により合成入力データ及び合成教
師データを生成するようにしても良い。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。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. Further, in the above embodiment, the synthetic input data and the synthetic teacher data are generated by the weighted average using the number of times of degeneracy and the number of times of degeneracy. Alternatively, synthetic teacher data may be generated. 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.
【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 (72)発明者 坂倉 守昭 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田 工機株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−184668(JP,A) 特開 平3−18965(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)Continuation of the front page (72) Inventor Moriaki Sakakura 1-1-1 Asahimachi, Kariya City, Aichi Prefecture Inside Toyota Koki Co., Ltd. (56) References JP-A-4-184668 (JP, A) JP-A-3-18965 ( 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、前記入力データと対応する教師データの組について各組
が縮退回数を示すカウンタ値を有し、 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、それぞ
れ前記カウンタ値により加重平均して1つの入力データ
に縮退させ、その2つの入力データに対応する2つの教
師データを、それぞれ前記カウンタ値により加重平均し
て1つの教師データに縮退させ、 縮退により新たに生成された入力データと対応する教師
データの組に対応するカウンタ値を、縮退の元となる2
つのカウンタ値の合計として、 蓄積されるデータの量が所定量を越えることがないよう
に前記データベースに蓄積されるデータを制御して、ニ
ューラルネットワークを逐次学習させることを特徴とす
る学習方法。1. A method for learning a neural network using an updated database while updating a database in which input data and corresponding teacher data are stored , wherein a set of the input data and the corresponding teacher data is Each group
Has a counter value indicating the number of times of degeneration, and for all sets composed of two input data arbitrarily selected from the input data, the degree to which the two input data are similar to each other calculates the degree of similarity representing a highest set of two input data of the similarity, it
Is then weighted mean by said counter value is degenerated to one input data, the two teaching corresponding to the two input data of that
The teacher data, the weighted average by each of the counter value
Te is degenerated to one teacher data, the teacher and the corresponding newly generated input data by degeneration
The counter value corresponding to the data set is set to 2
A learning method, wherein the neural network is sequentially learned by controlling data stored in the database so that the amount of accumulated data does not exceed a predetermined amount as a sum of two counter values .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08969491A JP3236635B2 (en) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | Learning method of neural network |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299442A JPH04299442A (en) | 1992-10-22 |
| JP3236635B2 true JP3236635B2 (en) | 2001-12-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12511528B2 (en) | 2018-07-04 | 2025-12-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Neural network method and apparatus |
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|---|---|---|---|---|
| JP7587111B2 (en) * | 2020-09-14 | 2024-11-20 | 日新電機株式会社 | Model generation device and model generation method |
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1991
- 1991-03-27 JP JP08969491A patent/JP3236635B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04299442A (en) | 1992-10-22 |
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