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JP3328953B2 - Nonlinear synaptic neuron, device thereof and prediction method using the same - Google Patents
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JP3328953B2 - Nonlinear synaptic neuron, device thereof and prediction method using the same - Google Patents

Nonlinear synaptic neuron, device thereof and prediction method using the same

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JP3328953B2
JP3328953B2 JP13289792A JP13289792A JP3328953B2 JP 3328953 B2 JP3328953 B2 JP 3328953B2 JP 13289792 A JP13289792 A JP 13289792A JP 13289792 A JP13289792 A JP 13289792A JP 3328953 B2 JP3328953 B2 JP 3328953B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非線形シナプスニューロ
ン、特に音声信号、画像信号等の信号予測を効果的に実
行するための非線形シナプスニューロンに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-linear synaptic neuron, and more particularly to a non-linear synaptic neuron for effectively executing signal prediction of voice signals, image signals, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間の脳を真似たネットワークを電気的
な信号処理として用いるニューラルネットワークがパタ
ーン認識、信号処理あるいは知識処理等に利用され、脳
のニューロンに対応したユニットが複数個複雑に接続さ
れ、各ユニットの動作及びユニット間の接続形態を適当
に定めることによってパターン認識機能、知識処理機能
を実行することができる。
2. Description of the Related Art A neural network using a network imitating a human brain as an electric signal processing is used for pattern recognition, signal processing or knowledge processing, and a plurality of units corresponding to brain neurons are connected in a complicated manner. The pattern recognition function and the knowledge processing function can be executed by appropriately determining the operation of each unit and the connection form between the units.

【0003】これらのニューラルネットワークはネット
ワークの構造からパターン伝送型と自動伝送型に分類さ
れ、前者は入力パターンをある出力パターンに変換する
ネットワークを形成し、また後者は入力パターンに最も
近いパターンを出力するネットワークを形成する。
[0003] These neural networks are classified into a pattern transmission type and an automatic transmission type based on the structure of the network. The former forms a network for converting an input pattern into an output pattern, and the latter outputs a pattern closest to the input pattern. To form a network.

【0004】前記パターン伝送型ニューラルネットワー
クでは、各ユニット(ニューロン)を入力層、中間層、
出力層に階層化し、各ユニットは入力層から出力層に向
け接続され、この結果、入力ユニットと出力ユニットと
は独立している。そして、演算機能や画像情報は各ユニ
ット間の接続形態や接続の強さとして記憶され、得られ
た出力と望ましい出力との差を用いて結合の強さが任意
に変化される。このときの結合の強さは結合系数あるい
はシナプスの重みとして所定のパラメータを形成してい
る。
In the pattern transmission type neural network, each unit (neuron) is connected to an input layer, an intermediate layer,
The output layer is hierarchized, and each unit is connected from the input layer to the output layer, so that the input unit and the output unit are independent. Then, the arithmetic function and the image information are stored as the connection form and the connection strength between the units, and the strength of the connection is arbitrarily changed using the difference between the obtained output and the desired output. The strength of the connection at this time forms a predetermined parameter as a connection coefficient or a synaptic weight.

【0005】一方、自動伝送型ニューラルネットワーク
においては、入力ユニットと出力ユニットとは共通であ
り、ネットワーク内の全てのユニットが互いに相互接続
され、前記結合の強さ(シナプスの重み)は似通った入
力パターンを識別するために用いられている。
On the other hand, in an automatic transmission type neural network, an input unit and an output unit are common, all units in the network are interconnected with each other, and the connection strength (synapse weight) is similar to that of the input unit. Used to identify patterns.

【0006】このようなニューラルネットワークによっ
てパターン認識が行われるが、周知のように、このニュ
ーラルネットワークを効果的に作動させるためには、バ
ックプロパゲーション等として知られる学習アルゴリズ
ムが用いられ、前述したパターン認識、音声認識、音声
合成、信号処理あるいは知識処理等の広範囲の信号予測
適用分野でニューラルネットワークを作用させるために
は、このバックプロパゲーション等の学習が極めて効果
的である。
[0006] Pattern recognition is performed by such a neural network. As is well known, in order to effectively operate this neural network, a learning algorithm known as back propagation or the like is used. In order to make a neural network work in a wide range of signal prediction application fields such as recognition, speech recognition, speech synthesis, signal processing, and knowledge processing, learning such as back propagation is extremely effective.

【0007】通常、ニューラルネットワークは、入力
層、中間層そして出力層という階層構造をとり、この中
間層は隠れ層として知られており、パターン伝送型ニュ
ーラルネットワークにおいては、学習過程において入力
データの処理(前向き)と逆に学習のデータを入力した
ときに結果のエラーを減らすように(後ろ向き)シナプ
ス結合の記述を変え、これが収束するまで学習アルゴリ
ズムを繰返す。
Usually, a neural network has a hierarchical structure of an input layer, an intermediate layer, and an output layer, and this intermediate layer is known as a hidden layer. In a pattern transmission type neural network, processing of input data is performed in a learning process. Contrary to (forward), the description of the synaptic connection is changed (rearward) so that the error of the result is reduced when learning data is input, and the learning algorithm is repeated until this converges.

【0008】従って、従来において、バックプロパゲー
ションアルゴリズム等の学習機能が付加されたニューラ
ルネットワークにて各種のパターン認識その他の信号予
測が成果をあげている。
Therefore, conventionally, various kinds of pattern recognition and other signal predictions have been successfully achieved in a neural network to which a learning function such as a back propagation algorithm has been added.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来におけるニューラルネットワークでは、最適予
測作用を行うために、多数回の学習作用を必要とし、こ
のためにパラメータが多い場合には学習自体に多大な時
間が費やされるという問題があった。
However, such a conventional neural network requires a large number of learning operations in order to perform an optimal prediction operation. Therefore, when the number of parameters is large, the learning itself requires a great deal of time. There was a problem that time was wasted.

【0010】即ち、従来の一般的なニューラルネットワ
ークにおいては、入力層と中間層及び中間層と出力層と
の間は全てのシナプス間が結合され、この結果、学習に
必要な演算回数が極端に増大するという問題があった。
That is, in the conventional general neural network, all synapses are connected between the input layer and the intermediate layer and between the intermediate layer and the output layer. As a result, the number of operations required for learning is extremely small. There was a problem of increasing.

【0011】例えば、入力層に5素子、中間層に6素子
そして出力層に7素子のニューラルネットワークを想定
すると、入力層と中間層との間で30個の結合組み合わ
せ数が生じ、同様に中間層と出力層間には42個の結合
組が必要となる。
For example, assuming a neural network having 5 elements in the input layer, 6 elements in the intermediate layer, and 7 elements in the output layer, 30 coupling combinations occur between the input layer and the intermediate layer. Forty-two bonding sets are needed between the layers and the output layer.

【0012】従来のネットワークにおいては、各シナプ
スは線形特性を有しており、この結果、前記全ての組み
合わせを同時に機能させながら学習を行う必要があり、
この結果、前記想定した比較的単純なネットワークにお
いても、その全組み合わせ数が1260個の組み合わせ
数となり、このような多数の結合組に対して所望のパラ
メータを設定するために、多大の演算時間が必要となっ
ていた。
In the conventional network, each synapse has a linear characteristic. As a result, it is necessary to perform learning while simultaneously operating all the combinations.
As a result, even in the relatively simple network assumed above, the total number of combinations is 1260, and a large amount of computation time is required to set desired parameters for such a large number of combined sets. Was needed.

【0013】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、少ない回数の学習によってシナ
プスの結合係数を最適値に設定収斂することができる高
速学習型であり、かつ、極めて高い予測精度の非線形シ
ナプスニューロン、そのデバイス及びそれを用いた予測
方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object a high-speed learning type capable of setting and converging a synapse coupling coefficient to an optimum value by learning a small number of times. It is an object of the present invention to provide a nonlinear synaptic neuron with high prediction accuracy, a device thereof, and a prediction method using the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、本発明に係る非線形シナプスニューロン
及びデバイスは、複数の入力信号のそれぞれに所望の重
み付けを与えるための複数の非線形シナプス手段(回
路)と、各非線形シナプスの出力を加算する加算手段
(器)と、を含み、前記非線形シナプス手段(回路)
は、入力信号xに対して可変重み係数(a0 ,a1 ,a
2 , … ,an )を有する非線形関数{f(x)=a
0 +a1 x+a2 2 +a3 3 … an n }で示
される可変関数手段(回路)、を含むことを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a nonlinear synaptic neuron and device according to the present invention, comprising a plurality of nonlinear synapse neurons for giving a desired weight to each of a plurality of input signals. Means (circuit), and an adding means (unit) for adding outputs of the respective non-linear synapses, wherein the non-linear synapse means (circuit)
Is a variable weighting coefficient (a 0 , a 1 , a
2 ,..., A n )
0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 ... An x n }.

【0015】また、本発明に係る非線形シナプスニュー
ロン及びデバイスは、複数の入力信号のそれぞれに所望
の重み付けを与えるための複数の非線形シナプス手段
(回路)と、各非線形シナプスの出力を加算する加算手
段(器)と、を含み、前記非線形シナプス手段(回路)
は、入力信号レベルに応じて区間分けされ、順次前件部
の一部が重複して並列接続された複数の相補型メンバシ
ップ関数手段(回路)と、各メンバシップ関数手段(回
路)に接続され対応するメンバシップ関数のグレードで
学習の度合が定められる複数の可変重み付け手段(回
路)と、を含むことを特徴とする。
Further, the nonlinear synapse neuron and the device according to the present invention include a plurality of nonlinear synapse means (circuits) for giving a desired weight to each of a plurality of input signals, and an adding means for adding outputs of the respective nonlinear synapses. And a nonlinear synapse means (circuit).
Is connected to a plurality of complementary membership function means (circuits), which are divided into sections according to the input signal level, a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel, and each membership function means (circuit) And a plurality of variable weighting means (circuits) whose degree of learning is determined by the grade of the corresponding membership function.

【0016】更に、本発明に係る非線形シナプスニュー
ロン及びデバイスは、サンプリングされた時系列信号を
受け入れる直列接続された遅延手段(回路)と、前記遅
延された時系列信号のそれぞれに所望の重み付けを与え
るための複数の非線形シナプス手段(回路)と、各非線
形シナプスの出力を加算する加算手段(器)と、を含
み、前記非線形シナプス手段(回路)は、入力信号レベ
ルに応じて区間分けされ、順次前件部の一部が重複して
並列接続された複数の相補型メンバシップ関数手段(回
路)と、各メンバシップ関数手段(回路)に接続され対
応するメンバシップ関数のグレードで学習の度合が定め
られる複数の可変重み付け手段(回路)と、を含むこと
を特徴とする。
Further, the non-linear synaptic neuron and the device according to the present invention provide delay means (circuits) connected in series for receiving a sampled time-series signal, and give a desired weight to each of the delayed time-series signals. A plurality of non-linear synapse means (circuits), and an adding means (unit) for adding outputs of the non-linear synapses, wherein the non-linear synapse means (circuit) is sectioned according to an input signal level, and sequentially A plurality of complementary membership function means (circuits) in which part of the antecedent part is overlapped and connected in parallel, and the degree of learning is determined by the grade of the corresponding membership function connected to each membership function means (circuit). And a plurality of variable weighting means (circuits) to be determined.

【0017】更に、本発明に係る非線形シナプスニュー
ロン及びデバイスは、空間的に異なる座標位置の複数の
信号のそれぞれに所望の重み付けを与えるための複数の
非線形シナプス手段(回路)と、各非線形シナプスの出
力を加算する加算手段(器)と、を含み、前記非線形シ
ナプス手段(回路)は、入力信号レベルに応じて区間分
けされ、順次前件部の一部が重複して並列接続された複
数の相補型メンバシップ関数手段(回路)と、各メンバ
シップ関数手段(回路)に接続され対応するメンバシッ
プ関数のグレードで学習の度合が定められる複数の可変
重み付け手段(回路)と、を含むことを特徴とする。
Further, the nonlinear synapse neuron and the device according to the present invention include a plurality of nonlinear synapse means (circuits) for giving a desired weight to each of a plurality of signals at spatially different coordinate positions, and a nonlinear synapse of each nonlinear synapse. An adding means (unit) for adding an output, wherein the non-linear synapse means (circuit) is divided into sections according to the input signal level, and a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel. Complementary membership function means (circuit), and a plurality of variable weighting means (circuits) connected to each membership function means (circuit) and having a degree of learning determined by the grade of the corresponding membership function. Features.

【0018】[0018]

【作用】従って、本発明によれば、複数の入力信号のそ
れぞれに非線形シナプスで所望の重み付けを与え、各非
線形シナプスの出力を加算し、前記非線形シナプスは、
入力信号xに対して可変重み係数(a0 ,a1 ,a2
… ,an )を有する非線形関数{f(x)=a0
1 x+a2 2 +a3 3 … an n }で示され
る可変関数を有するので、各非線形シナプスの結合係数
は、他のシナプスとは独立して決定され、その学習時に
おいても各シナプスの重み付けは極めてわずかな回数、
例えば入力信号を変化させた数回の学習によって収斂
し、誤差値を少なくして高精度の結合係数を設定するこ
とが可能となる。
Therefore, according to the present invention, a desired weight is given to each of a plurality of input signals by a non-linear synapse, and the outputs of the respective non-linear synapses are added.
Variable weighting factors (a 0 , a 1 , a 2 ,
, A n ), the nonlinear function {f (x) = a 0 +
Since having a variable function shown by a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 ... a n x n}, the coupling coefficient of each nonlinear synapse, the other synapses are determined independently, each even during the learning Synapses are weighted very few times,
For example, convergence is achieved by learning several times when the input signal is changed, and it is possible to set a highly accurate coupling coefficient with a reduced error value.

【0019】また、本発明によれば、複数の入力信号の
それぞれに非線形シナプスで所望の重み付けを与え、各
非線形シナプスの出力を加算し、前記非線形シナプス
は、入力信号がレベルに応じて区間分けされ、順次前件
部の一部が重複して並列接続された複数の相補型メンバ
シップ関数のグレードに応じて可変重み付けを与えたの
で、各非線形シナプスの結合係数は、他のシナプスとは
独立して決定され、その学習時においても各シナプスの
重み付けは極めてわずかな回数、例えば入力信号を変化
させた数回の学習によって収斂し、誤差値を少なくして
高精度の結合係数を設定することが可能となる。
According to the present invention, a desired weight is given to each of a plurality of input signals by a non-linear synapse, and the output of each non-linear synapse is added, and the non-linear synapse is divided into sections according to the level of the input signal. Since a part of the antecedent part is sequentially overlapped and given a variable weight according to the grade of a plurality of complementary membership functions connected in parallel, the coupling coefficient of each nonlinear synapse is independent of other synapses. The weight of each synapse is converged by an extremely small number of times, for example, several times when the input signal is changed, and a high-precision coupling coefficient is set with a reduced error value. Becomes possible.

【0020】更に、本発明によれば、サンプリングされ
た時系列信号を受け入れる所定量の遅延手段を与え、前
記遅延された時系列信号のそれぞれに非線形シナプスで
所望の重み付けを与え、各非線形シナプスの出力を加算
し、前記非線形シナプスは、入力信号がレベルに応じて
区間分けされ、順次前件部の一部が重複して並列接続さ
れた複数の相補型メンバシップ関数のグレードに応じて
可変重み付けを与えたので、各非線形シナプスの結合係
数は、他のシナプスとは独立して決定され、その学習時
においても各シナプスの重み付けは極めてわずかな回
数、例えば入力信号を変化させた数回の学習によって収
斂し、誤差値を少なくして高精度の結合係数を設定する
ことが可能となる。
Further, according to the present invention, a predetermined amount of delay means for receiving a sampled time-series signal is provided, a desired weight is given to each of the delayed time-series signals by a non-linear synapse, and each of the non-linear synapses is weighted. The outputs are added, and the non-linear synapse is variable weighted according to the grade of a plurality of complementary membership functions in which the input signal is sectioned according to the level and a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel. Therefore, the coupling coefficient of each nonlinear synapse is determined independently of the other synapses, and even during the learning, the weight of each synapse is extremely small, for example, several times when the input signal is changed. Converges, and it is possible to set a highly accurate coupling coefficient with a reduced error value.

【0021】更に、本発明によれば、空間的に異なる座
標位置の複数の信号のそれぞれに非線形シナプスで所望
の重み付けを与え、各非線形シナプスの出力を加算し、
前記非線形シナプスは、入力信号がレベルに応じて区間
分けされ、順次前件部の一部が重複して並列接続された
複数の相補型メンバシップ関数のグレードに応じて可変
重み付けを与えたので、各非線形シナプスの結合係数
は、他のシナプスとは独立して決定され、その学習時に
おいても各シナプスの重み付けは極めてわずかな回数、
例えば入力信号を変化させた数回の学習によって収斂
し、誤差値を少なくして高精度の結合係数を設定するこ
とが可能となる。
Further, according to the present invention, a desired weight is given to each of a plurality of signals at spatially different coordinate positions by a nonlinear synapse, and the outputs of the nonlinear synapses are added,
Since the non-linear synapse, the input signal is divided into sections according to the level, and a part of the antecedent part is given a variable weight according to the grade of a plurality of complementary membership functions connected in parallel in a redundant manner, The coupling coefficient of each nonlinear synapse is determined independently of the other synapses, and even during the learning, the weight of each synapse is extremely small,
For example, convergence is achieved by learning several times when the input signal is changed, and it is possible to set a highly accurate coupling coefficient with a reduced error value.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明に係る非線形シナプスニューロ
ン、そのデバイス及びそれを用いた予測方法について実
施例に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a non-linear synaptic neuron according to the present invention, a device thereof, and a prediction method using the same will be described in detail based on embodiments.

【0023】図1には、本発明に係る非線形シナプスニ
ューロンの好適な実施例が概略的な全体図として示さ
れ、このニューロンは4つのシナプス10−1〜10−
4を有し、これらの各シナプスは本発明において非線形
シナプスからなることを特徴とする。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a non-linear synaptic neuron according to the present invention as a schematic overall view, which comprises four synapses 10-1 to 10-.
4, wherein each of these synapses is characterized by comprising a non-linear synapse in the present invention.

【0024】各非線形シナプス10には、その入力端子
11−1〜11−4に入力信号x0,x1 ,x2 ,x3
が供給され、非線形シナプス10において各複数の入力
信号xのそれぞれに所望の重み付けが与えられる。
The input signals x 0 , x 1 , x 2 , x 3 are applied to input terminals 11-1 to 11-4 of each nonlinear synapse 10.
, And a desired weight is given to each of the plurality of input signals x at the nonlinear synapse 10.

【0025】そして、各非線形シナプス10の出力は、
加算手段12に供給され、各出力が加算された後出力端
子19から出力信号yとして出力される。前記各非線形
シナプス10において、その内容は可変関数f0
1 ,f2 ,f3 で示され、この結果、非線形シナプス
ニューロンの入出力関係は次式で与えられる。
The output of each nonlinear synapse 10 is
After being supplied to the adding means 12 and adding the respective outputs, it is outputted from the output terminal 19 as an output signal y. In each of the non-linear synapses 10, the content is represented by a variable function f 0 ,
f 1 , f 2 , and f 3. As a result, the input / output relationship of the nonlinear synaptic neuron is given by the following equation.

【0026】 y=f0 (x0 )+f1 (x1 )+f2 (x2 )+f3 (x3 ) (1)式 従って、本発明において、各シナプスはその入出力関係
が非線形となり、この結果、時系列信号あるいは空間信
号からシステムを同定する場合に、システムの非線形性
が強い場合においても、本発明の非線形シナプスを用い
ることによって高精度の非線形近似を行うことが可能と
なる。
Y = f 0 (x 0 ) + f 1 (x 1 ) + f 2 (x 2 ) + f 3 (x 3 ) (1) Accordingly, in the present invention, each synapse has a nonlinear input / output relationship. As a result, when a system is identified from a time-series signal or a spatial signal, even when the nonlinearity of the system is strong, highly accurate nonlinear approximation can be performed by using the nonlinear synapse of the present invention.

【0027】従って、本実施例において、各非線形シナ
プス10の可変関数f(x)を学習によって定めれば入
力信号xに対して極めて高精度に予測信号yを得ること
ができる。
Therefore, in this embodiment, if the variable function f (x) of each nonlinear synapse 10 is determined by learning, a prediction signal y can be obtained with extremely high accuracy for the input signal x.

【0028】本実施例において、前記シナプス10の可
変関数f(x)は以下の(2)式に示される多次多項式
によって表わされる。
In this embodiment, the variable function f (x) of the synapse 10 is represented by the following polynomial equation (2).

【0029】 f(x)=a0 +a1 x+a2 2 +a3 3 + … an n (2)式 従って、上記(2)式の係数an の値を学習によって定
めれば、入力信号に最適な非線形シナプスを設定するこ
とができる。
F (x) = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 +... An xn (2) Therefore, if the value of the coefficient an in the above equation (2) is determined by learning, An optimal non-linear synapse can be set for an input signal.

【0030】以下に、前述したいずれかの非線形シナプ
ス10の構造を更に詳細に説明する。
Hereinafter, the structure of any of the above-described nonlinear synapses 10 will be described in more detail.

【0031】前記(2)式は4次可変関数として考える
と以下の(3)式にて表わされる。 f(x)=a0 +a1 x+a2 2 +a3 3 +a4 4 =a0 +x[a1 +x{a2 +x(a3 +a4 x)}] (3)式 そして、この(3)式は、図2の縦属接続された積和回
路にて構成することができる。
When the above equation (2) is considered as a fourth-order variable function, it is expressed by the following equation (3). f (x) = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4 = a 0 + x [a 1 + x {a 2 + x (a 3 + a 4 x)}] (3) Equation And this ( Equation 3) can be configured with the cascade-connected product-sum circuits of FIG.

【0032】即ち、図2に示した非線形シナプス10は
4個の縦属接続された積和回路13−1〜13−4を含
み、各積和回路13はそれぞれ乗算器14及び加算器1
5からなる。積和回路13−1において、乗算器14−
1は入力信号xと前段の積和回路13−2から得られた
出力f-1(x)が供給されており、この両信号の乗算出
力が加算器15−1において係数a0 と加算されてい
る。
That is, the non-linear synapse 10 shown in FIG. 2 includes four cascade-connected product-sum circuits 13-1 to 13-4, and each of the product-sum circuits 13 is a multiplier 14 and an adder 1 respectively.
Consists of five. In the product-sum circuit 13-1, the multiplier 14-
1 the input signal x and the preceding product-sum circuit 13-2 outputs f -1 obtained from (x) and is supplied, the product output of the two signals is summed with the coefficient a 0 in the adder 15-1 ing.

【0033】同様に、順次各積和回路13は前段出力f
-n(x)と入力信号xとの積算値に各係数an を加算す
る構成からなる。
Similarly, each product-sum circuit 13 sequentially outputs the output f
It consists configured for adding the respective coefficients a n to the integrated value of the input signal x -n (x).

【0034】従って、この図2に示した非線形シナプス
回路により、前述した(3)式が実現されていることが
理解される。
Therefore, it is understood that the above-mentioned equation (3) is realized by the nonlinear synapse circuit shown in FIG.

【0035】勿論、このような非線形シナプス10の回
路は、IC回路から構成してもよく、またこれをソフト
ウェアで実現してもよい。
Of course, such a circuit of the non-linear synapse 10 may be constituted by an IC circuit, or may be realized by software.

【0036】以上のようにして、本発明において非線形
シナプス10を構成すると、図1における各シナプス1
0はそれぞれ独立して構成され、もはや従来のニューラ
ルネットワークのように、全ての入力信号に対して線形
シナプス群をネットワーク状に組み合わせる必要がなく
なり、これによって前述した各シナプス10の結合係数
n を学習することが極めて容易となる。
As described above, when the nonlinear synapse 10 is constructed in the present invention, each synapse 1 shown in FIG.
0 is configured independently, no longer as in the conventional neural network, it is not necessary to combine the linear synapse group for all input signals to the network structure, whereby the coupling coefficient a n of each synapse 10 described above It is very easy to learn.

【0037】図2から明らかなように、各縦属接続され
た積和回路13はその下流側、即ち積和回路13−1の
係数a0 が定数成分の決定に係わり、順次高次シナプス
係数an が信号の高次成分を表わすこととなる。この結
果、本実施例においては、順次定数成分から高次成分に
向かって各シナプス係数を学習によって定めることが好
適であり、これによって少ない回数により簡単に各係数
を最適値に決定することができる。
As is apparent from FIG. 2, the cascade-connected product-sum circuit 13 has its downstream side, that is, the coefficient a 0 of the product-sum circuit 13-1 is involved in the determination of the constant component. a n is to represent the high-order components of the signal. As a result, in the present embodiment, it is preferable to determine each synapse coefficient by learning sequentially from the constant component to the higher-order component, whereby each coefficient can be easily determined to the optimum value with a small number of times. .

【0038】a0 〜a4 の5個の係数を定めるには、図
3に示すような(x1 ,y1 ),(x2 ,y2 ),…,
(x5 ,y5 ),(x6 ,y6 ),…と5個以上のデー
タが必要である。これは、(3)式において、a0 〜a
4 の全ての係数を決定するのに、(x,f(x) )に関す
る5個のデータを(3)式に代入し、a0 〜a4 に関す
る5元連立方程式を解くことに類似している。5個未満
の(x,f(x) )のデータでは全てのa0 〜a4 が決定
できないのである。
In order to determine the five coefficients a 0 to a 4 , (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ),.
(X 5 , y 5 ), (x 6 , y 6 ),... And five or more data are required. This is because, in equation (3), a 0 to a
To determine all the coefficients of 4, by substituting the five data relating (x, f (x)) in equation (3), similar to solving the 5-way simultaneous equations regarding a 0 ~a 4 I have. With less than five (x, f (x) ) data, all a 0 to a 4 cannot be determined.

【0039】以下に、(x1 ,y1 ),(x2
2 ),…,(x6 ,y6 )の6個のデータを用いた学
習によってa0 〜a4 を決定する手順について述べる。
In the following, (x 1 , y 1 ), (x 2 ,
y 2), ..., describes a procedure for determining the a 0 ~a 4 by learning using six data (x 6, y 6).

【0040】(1)まず、係数a1 〜a4 を0に設定す
る。
(1) First, the coefficients a1 to a4 are set to 0.

【0041】(2)ε2 (t)  ̄≧1/6Σ(yi (t) ^
−yi 2 (i=1〜6)を計算する。
(2) ε 2 (t)  ̄ ≧ 1 / 6Σ (y i (t) ^
−y i ) 2 (i = 1 to 6) is calculated.

【0042】(3)δε2 (t)  ̄/δan (t) ≧0なら
ばan (t+1) =an (t) −G,δε2 (t)  ̄/δa
n (t) <0ならばan (t+1) =an (t) +Gとする。但
し、ここでGは定数。
[0042] (3) δε 2 (t) ¯ / δa n (t) ≧ 0 if a n (t + 1) = a n (t) -G, δε 2 (t) ¯ / δa
n (t) <0 If a n (t + 1) = a a n (t) + G. Here, G is a constant.

【0043】(4)an (t+1) におけるε2 (t+1)  ̄が
ε2 (t) より小さければ(例えば図4の曲線上のBの
ように)、このan (t+1) をan (t) として上記(2)
に戻る。もし、ε2 (t+1)  ̄がε2 (t)  ̄より大きけれ
ば(例えば図4の曲線上のCのように)、上記(3)
におけるGを半分にして(3)を実行する。このときε
2 (t+1)  ̄はDとなる。このようにして得たan (t+1)
における二乗平均誤差ε2 (t+1)  ̄がε2 (t)  ̄よりも
小さくなるまで何度もGを半減する。かくして、ε2 (t
+1)  ̄が、図4中のEのようにAよりも低くなるまで続
ける。以下(3)に戻る。
[0043] (4) (as on the curve of example FIG. 4 B) a n (t + 1) in the ε 2 (t + 1) ¯ is epsilon 2 (t) is smaller than, the a n (t +1) as a n (t)
Return to If ε 2 (t + 1)  ̄ is larger than ε 2 (t) ((for example, like C on the curve in FIG. 4), the above (3)
(3) is performed by halving G at Then ε
2 (t + 1)  ̄ is D. A n (t + 1) thus obtained
G is reduced by half until the root mean square error ε 2 (t + 1)  ̄ becomes smaller than ε 2 (t) に お け る. Thus, ε 2 (t
+1) continues until  ̄ becomes lower than A as shown by E in FIG. Returning to (3) below.

【0044】(5)上記(3),(4)を繰り返し、|
ε2 (t+1)  ̄−ε2 (t)  ̄|がある値より小さくなった
ら、そのan (t) の学習は一時停止し、次はan+1 (t)
について(2)〜(5)と同様の学習を行なう。
(5) By repeating the above (3) and (4), |
ε 2 (t + 1) ¯ -ε 2 (t) ¯ | When there is less than the value, the learning of the a n (t) is suspended, following a n + 1 (t)
Learning similar to (2) to (5) is performed.

【0045】(6)a0 〜a4 の値を一通り学習で定め
ると、1回の学習が終了したとみなす。
(6) Once the values of a 0 to a 4 are determined by learning, it is regarded that one learning is completed.

【0046】(7)ε2 (t)  ̄がある値以下になるま
で、上記(2)〜(6)を繰り返す。
(7) The above (2) to (6) are repeated until ε 2 (t)  ̄ becomes a certain value or less.

【0047】実験によれば、前記所望のシナプス係数a
0 〜an を求めるために、数回の学習で十分に高精度の
学習が可能であった。また、3次多項式を満たす5個の
データ(x1 ,y1 ),(x2 ,y2 ),…,(x5
5 )を用いて、上記の方法でa0 〜a4 を求めたとこ
ろ、当然のことながらa4 =0となった。
According to experiments, the desired synaptic coefficient a
To determine the 0 ~a n, it was possible sufficiently high precision learning several learning. Also, five data (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ),..., (X 5 ,
using y 5), was determined with a 0 ~a 4 in the manner described above, became a 4 = 0 of course.

【0048】以上のようにして、非線形シナプスの各結
合係数を多次多項式モデルで同定すれば所望の入力信号
に対して高精度の予測値を得ることができる。
As described above, if each coupling coefficient of a nonlinear synapse is identified by a multi-order polynomial model, a highly accurate predicted value can be obtained for a desired input signal.

【0049】なお、本実施例において、図2中の積和回
路13に用いられている乗算器14−1や加算器15−
1は高精度である必要はない。すなわち、非線形性の高
い乗算器や加算器であっても、これを含めた形で、学習
により、次数(an の数)や係数a0 〜an を定め、ε
2  ̄を小さくすることができる。このことは、デバイス
を構成する際に極めて都合がよい。
In this embodiment, the multiplier 14-1 and the adder 15- used in the product-sum circuit 13 in FIG.
1 need not be highly accurate. That is, even a non-linear highly multipliers and adders, in a form including this, by learning, set the order (number of a n) and the coefficient a 0 ~a n, ε
2  ̄ can be reduced. This is very convenient when configuring the device.

【0050】本発明において、このような入力信号とし
ては、時系列信号あるいは空間的な信号として取り扱う
ことができ、以下に時系列信号を入力信号として処理す
る場合の本発明の他の実施例を説明する。
In the present invention, such an input signal can be handled as a time-series signal or a spatial signal. Hereinafter, another embodiment of the present invention in which a time-series signal is processed as an input signal will be described. explain.

【0051】本実施例において、本発明の非線形シナプ
スニューロンは遅延素子との組み合わせによってダイナ
ミカルシステムの同定が行われる。
In this embodiment, the dynamic synaptic neuron of the present invention is identified as a dynamic system by a combination with a delay element.

【0052】図5にはこのような非線形シナプスニュー
ロンの好適な実施例が全体的な概略図として示されてい
る。
FIG. 5 shows a preferred embodiment of such a non-linear synaptic neuron as an overall schematic diagram.

【0053】図5においてサンプリングされた時系列信
号yn は入力端子21から直列接続された実施例におい
ては4個の遅延回路20−1〜20−4に入力される。
[0053] series signal y n when sampled in FIG. 5 in the embodiment from the input terminal 21 are connected in series are inputted to the four delay circuits 20-1 to 20-4.

【0054】従って、前記入力信号yn は順次各遅延回
路20を通って1サンプリング周期ごとに順次非線形シ
ナプス10−1〜10−4に供給されることとなる。従
って、本実施例によれば、4個の時系列信号がサンプリ
ングされて入力されたとき、全ての非線形シナプス10
が機能することとなる。
[0054] Thus, the input signal y n is and is supplied sequentially to the nonlinear synapse 10-1 to 10-4 through successively each of the delay circuits 20 for each sampling period. Therefore, according to the present embodiment, when four time-series signals are sampled and input, all the nonlinear synapses 10 are sampled.
Will work.

【0055】いま、4個の時系列信号Xが以下の(4)
式で与えられたとき、 X=(x0 ,x1 ,x2 ,x3 ) (4)式 各非線形シナプス10への入力信号x0 〜x3 の集合を
入力ベクトルXi と呼ぶ。この入力ベクトルXi =(x
0 ,x1 ,x2 ,x3 )は時系列信号Xを初期値から順
に遅延素子20を通して各非線形シナプス10の入力端
子に供給される。
Now, four time-series signals X are represented by the following (4)
When given in equation, referred to as X = (x 0, x 1 , x 2, x 3) (4) type input vector X i the set of input signal x 0 ~x 3 to each nonlinear synapse 10. This input vector X i = (x
0 , x 1 , x 2 , x 3 ) is supplied to the input terminal of each nonlinear synapse 10 through the delay element 20 in order from the initial value of the time-series signal X.

【0056】従って、図6の入力ベクトルと動作モード
との関係を用いて本実施例における学習動作と予測動作
とを説明する。
Therefore, the learning operation and the prediction operation in the present embodiment will be described using the relationship between the input vector and the operation mode in FIG.

【0057】符号101で示される状態では、入力ベク
トルはX0 からX2 までが入力された状態で、この3ス
テップでは、各遅延回路20に対して、4個の遅延回路
20全てを動作することができず、実際のモードにおい
ては予備動作として取り扱われる。即ち、本実施例にお
いては各非線形シナプス10の結合係数を求めるための
学習動作は図6において入力ベクトルX3 からXn-1
での複数回において行われ、この時にはいずれも4個の
入力信号x0 〜x3 が各遅延回路20から非線形シナプ
ス10に供給されている。
[0057] In the state shown by reference numeral 101, the input vector is in a state where the X 0 to X 2 is entered, in this three-step, with respect to each of the delay circuits 20, operates all four delay circuits 20 Cannot be performed, and is treated as a preliminary operation in the actual mode. That is, the learning operation for obtaining the coupling coefficient of each nonlinear synapse 10 in this embodiment is carried out in a plurality of times from the input vector X 3 in FIG. 6 to X n-1, both the four input signals at this time x 0 to x 3 are supplied from each delay circuit 20 to the nonlinear synapse 10.

【0058】従って、前述した図2で示したように、こ
れらの各入力信号に応じて各シナプス10の結合係数a
を求めることができる。この状態は図6において符号1
02で示されている。
Accordingly, as shown in FIG. 2 described above, the coupling coefficient a of each synapse 10 depends on each of these input signals.
Can be requested. This state is denoted by reference numeral 1 in FIG.
02 is indicated.

【0059】本実施例においては、符号102で示され
るX3 からXn-1 までの各入力ベクトルに対して順次学
習が進められ、k番目の入力ベクトルXk に対して、本
実施例の学習は以下に示す(5)式の評価関数が極小に
なるように行われる。
[0059] In this embodiment, sequential learning is advanced for each input vector from X 3, indicated at 102 to the X n-1, for k-th input vector X k, the present embodiment The learning is performed so that the evaluation function of the following equation (5) is minimized.

【0060】 ε2 k =(yk+1 ^−yk+1 2 (5)式 (5)式において、yk+1 は時刻k+1における時系列
信号であり、またyk+ 1 ^は時系列信号が入力された時
の予測値を示す。
Ε 2 k = (y k + 1 ^ −y k + 1 ) 2 Equation (5) In equation (5), y k + 1 is a time-series signal at time k + 1, and y k + 1 } is This shows a predicted value when a time-series signal is input.

【0061】本実施例において、十分に使用可能な誤差
εk を得るまでの収斂学習回数は数回で十分であった。
従って、本発明によれば、従来のニューラルネットワー
クに比してその学習回数が著しく減少していることが理
解される。
In this embodiment, the number of times of convergence learning until a sufficiently usable error ε k is obtained is sufficient.
Therefore, according to the present invention, it is understood that the number of times of learning is significantly reduced as compared with the conventional neural network.

【0062】図6の符号103は前述した学習によって
各非線形シナプス10の結合係数が決定された後に、入
力ベクトルXn が入力端子21に供給されたときの1サ
ンプリング時刻先の予測動作を示しており、入力ベクト
ルXn は各非線形シナプス10によって所望の重み付が
与えられ、その加算値がxn+1 ^として求められてい
る。
Reference numeral 103 in FIG. 6 indicates a prediction operation one sampling time ahead when the input vector X n is supplied to the input terminal 21 after the coupling coefficient of each nonlinear synapse 10 is determined by the learning described above. The input vector X n is given a desired weight by each of the non-linear synapses 10, and the added value is obtained as x n + 1 }.

【0063】従って、入力ベクトルXn を順次時系列信
号のサンプリング入力信号とすることによって常に1時
刻先の予測値を正確に得ることが可能となる。
Therefore, by using the input vector X n as a sampling input signal of a time series signal in sequence, it is possible to always accurately obtain a prediction value one time ahead.

【0064】また、1サンプリング時刻より更に先の予
測を行うためには、図6の符号104で示されるよう
に、入力ベクトルXn に対してその出力であるy
n+1 ^,yn+ 2 ^,yn+3 ^…を順次入力端子21へ戻
し、本発明に係る非線形ニューロンを繰り返し動作させ
ることにより、所望の将来予測値を得ることが可能とな
る。
[0064] In order to further make a prediction earlier than one sampling time, as shown by reference numeral 104 in FIG. 6, which is the output for the input vector X n y
n + 1 ^, y n + 2 ^, y n + 3 ^ ... sequentially returned to the input terminal 21, by operating repeatedly nonlinear neuron according to the present invention, it becomes possible to obtain a desired future predicted value.

【0065】前述した本実施例に係る非線形シナプスニ
ューロンにて実際の時系列信号の同定を行った例を以下
に説明する。
An example in which an actual time-series signal is identified by the nonlinear synaptic neuron according to the present embodiment will be described below.

【0066】いま、1つの非線形シナプスについての学
習シミュレーションを行うために、以下の(6)式で示
す時系列信号を考える。
Now, in order to perform a learning simulation on one nonlinear synapse, consider a time-series signal represented by the following equation (6).

【0067】 f(x)=2−2x2 +x4 (6)式 すなわち、上記(6)式は、前述した(2)式の各係数
aが以下の値である多次多項式からなることが理解され
る。
F (x) = 2-2x 2 + x 4 (6) That is, the above equation (6) may be composed of a multi-order polynomial in which each coefficient a of the above equation (2) has the following value. Understood.

【0068】 a0 = 2 a1 = 0 a2 =−2 a3 = 0 a4 = 1 a5 = 0 図7には、前記多次多項式が実線で示され、この時系列
信号を本実施例における非線形シナプスニューロンにて
同定した結果を以下に示す。
A 0 = 2 a 1 = 0 a 2 = −2 a 3 = 0 a 4 = 1 a 5 = 0 In FIG. 7, the above-described polynomial polynomial is shown by a solid line. The results identified in the non-linear synaptic neurons in the examples are shown below.

【0069】図7には、前記実線で示される(6)式の
多次多項式に標準変量G=0.01、学習回数200回
で本実施例を用いて学習したときの同定された関数が破
線で示されている。なお、この標準変量Gは、各学習時
における係数aの標準的な変化幅を示す。図7から明ら
かなように、この関数は元の実線で示された時系列信号
とほとんど重なってしまい、前述した条件における本実
施例の同定が極めて高精度で行われていることが理解さ
れる。
FIG. 7 shows the functions identified when learning is performed using the present embodiment with the standard variable G = 0.01 and the number of learning times of 200 in the polynomial of the equation (6) shown by the solid line. Indicated by broken lines. The standard variable G indicates a standard variation width of the coefficient a at each learning. As is apparent from FIG. 7, this function almost overlaps with the time-series signal shown by the original solid line, and it is understood that the identification of the present embodiment under the above-described conditions is performed with extremely high accuracy. .

【0070】なお、前記学習に用いられたデータは8個
のサンプリングデータであり、以下にその座標値を示
す。
The data used for the learning is eight pieces of sampling data, and their coordinate values are shown below.

【0071】 (−1.0,1.0) (−0.8,1.1296) (−0.5,1.5625) (−0.1,1.9801) ( 0.0,2.0) ( 0.2,1.9216) ( 0.4,1.7456) ( 1.0,1.0) 図8は本実施例における学習過程をエラー√(ε2  ̄)
の学習とともに誤差が修正されている様子を示し、平均
二乗誤差の平方根が学習回数とともに急速に減少してお
り、誤差1%となるのに116回の学習で十分なことを
示す。
(-1.0, 1.0) (-0.8, 1.1296) (-0.5, 1.5625) (-0.1, 1.9801) (0.0, 2. 0) (0.2, 1.9216) (0.4, 1.7456) (1.0, 1.0) FIG. 8 shows the learning process in this embodiment as an error {(ε 2 }).
Shows that the error is corrected along with the learning, and the square root of the mean square error decreases rapidly with the number of times of learning, indicating that 116 times of learning is sufficient to achieve an error of 1%.

【0072】また、図9には、本実施例で用いた多次多
項式の係数a0 〜a5 の学習による収束状態を示してお
り、実験で用いた200回の学習によってほぼ各係数が
収束していることが理解される。
FIG. 9 shows a convergence state by learning the coefficients a 0 to a 5 of the multi-order polynomial used in this embodiment, and almost each coefficient is converged by learning 200 times used in the experiment. It is understood that.

【0073】ここで、G=0.01,0.1,1.0の
いずれの場合も、各係数の収束状態は同様であったが、
その学習時間はもちろんGの大きい順に高速化してい
た。
Here, the convergence state of each coefficient was the same in any case of G = 0.01, 0.1, 1.0,
The learning time was, of course, faster in the order of G.

【0074】図10〜12は、本実施例を用いて更に他
の時系列係数をシステム同定した場合の例を示す。
FIGS. 10 to 12 show an example in which another time-series coefficient is system-identified using this embodiment.

【0075】この実験では、以下の(7)式に示される
非整数指数の多次多項式をシステム同定することもでき
ることを示す。
This experiment shows that the system identification of the non-integer exponential polynomial shown in the following equation (7) is possible.

【0076】 f(x)=2−2x2.5 +x3.5 (7)式 図10の実線は、本実施例で取り扱う入力信号を示し、
このように非整数指数を有する入力信号に対しても、本
実施例によれば、整数指数をもった非線形関数のシナプ
ス手段によって破線で示されるように極めて近似したシ
ステム同定が可能なことが理解される。
F (x) = 2-2 × 2.5 + x 3.5 (7) The solid line in FIG. 10 indicates an input signal handled in this embodiment.
According to the present embodiment, even for an input signal having a non-integer exponent as described above, it is understood that a system approximation as indicated by a broken line can be performed by synapse means of a nonlinear function having an integer exponent. Is done.

【0077】この第2の実験によれば、5個のサンプリ
ングデータを用い、1000回学習して前述した破線の
システム同定結果が得られている。
According to the second experiment, learning is performed 1000 times using five sampling data to obtain the above-described system identification result indicated by the broken line.

【0078】図11は平均二乗誤差の平方根が学習によ
っていかなる減少挙動を示すかを示し、急峻な誤差減少
が示されている。
FIG. 11 shows how the square root of the mean square error shows a decreasing behavior by learning, and shows a steep error decrease.

【0079】更に、図12は、本実施例において学習し
たときの非線形シナプスの非線形関数係数a0 〜a5
どのように収斂するかを示しており、1000回の学習
によってほぼ各係数が所定値に収斂している様子が理解
される。
Further, FIG. 12 shows how the nonlinear function coefficients a 0 to a 5 of the nonlinear synapse converge when learning in this embodiment. It is understood that the values converge.

【0080】以上説明した各実施例においては、非線形
シナプスの重み付けは多次多項式によって定められてい
たが、このような非線形シナプスは本発明において、フ
ァジィルールを用いて表現することも可能である。
In each of the embodiments described above, the weight of the non-linear synapse is determined by the polynomial polynomial. However, such a non-linear synapse can be expressed using a fuzzy rule in the present invention.

【0081】図13には本発明のファジィ理論を用いた
好適な実施例が示され、前述した図1のニューロン構造
の非線形シナプス10をメンバシップ関数手段と重み付
け手段とによって構成した実施例が示されている。図に
おいて、非線形シナプス10−4のみが例示されている
が、他の非線形シナプス10−1,10−2,10−3
も同様に複数のメンバシップ関数手段とこれに対応して
設けられた複数の重み付け手段とから構成されている。
FIG. 13 shows a preferred embodiment using the fuzzy logic of the present invention, and shows an embodiment in which the above-described nonlinear synapse 10 of the neuron structure of FIG. 1 is constituted by membership function means and weighting means. Have been. In the figure, only the non-linear synapse 10-4 is illustrated, but other non-linear synapses 10-1, 10-2, and 10-3.
Is also composed of a plurality of membership function means and a plurality of weighting means provided corresponding thereto.

【0082】図13において各非線形シナプス10はラ
ベルの数を5個とした非線形シナプスf(x)の構造か
らなり、並列接続された5個のメンバシップ関数回路3
0−1〜30−5に入力信号xが供給される。これらの
各メンバシップ関数回路30は、図14中のμ1〜μ5
みられるように順次前件部の一部が重複して並列接続さ
れ、更に隣接する2個のメンバシップ関数が互いに相補
型に構成されている。
In FIG. 13, each nonlinear synapse 10 has a structure of a nonlinear synapse f (x) with five labels, and has five membership function circuits 3 connected in parallel.
The input signal x is supplied to 0-1 to 30-5. Each of these membership function circuit 30 is connected in parallel partially overlapped sequentially antecedent as seen in μ 15 in FIG. 14, mutually two membership functions to further adjacent It is configured to be complementary.

【0083】従って、入力信号xはその値にかかわら
ず、5個のメンバシップ関数回路30のうち2個のメン
バシップ関数によってのみそのグレードが定められ、更
に両グレードの総計値は常に「1」となるような相補型
に設定されている。
Therefore, regardless of the value, the grade of the input signal x is determined only by two of the five membership function circuits 30, and the total value of both grades is always "1". The complementary type is set as follows.

【0084】従って、このメンバシップ関数のグレード
により各メンバシップ関数回路30に接続されている重
み付け回路31−1〜31−5の重みは対応するメンバ
シップ関数のグレードでその学習の度合いが定められる
こととなる。
Accordingly, the weight of the weighting circuits 31-1 to 31-5 connected to each membership function circuit 30 is determined by the grade of the membership function and the degree of learning is determined by the grade of the corresponding membership function. It will be.

【0085】実施例において、重み付け回路31の出力
は加算器32を経て前述した加算器12に供給される
が、本発明においては、必ずしも非線形シナプス10内
の加算器32は設ける必要がない。即ち、重み付け回路
31の各出力を直接加算器12へ供給しても同様の効果
が得られるからである。
In the embodiment, the output of the weighting circuit 31 is supplied to the above-mentioned adder 12 via the adder 32. However, in the present invention, it is not always necessary to provide the adder 32 in the nonlinear synapse 10. That is, the same effect can be obtained even if each output of the weighting circuit 31 is directly supplied to the adder 12.

【0086】図13の構造において、入力xに対する各
グレードμに重みwを乗じた値の総和が非線形シナプス
10の入出力関係を示す。
In the structure shown in FIG. 13, the sum of values obtained by multiplying each grade μ with respect to the input x by the weight w indicates the input / output relationship of the nonlinear synapse 10.

【0087】従って、この非線形シナプスf(x)の入
出力関係は、以下の(8)式にて示される。
Therefore, the input / output relationship of the nonlinear synapse f (x) is expressed by the following equation (8).

【0088】 f(x)=Σwj μj (x) (j=0〜4) (8)式 (8)式から、各重みwはこれに対応するメンバシップ
関数のグレードμに依存することが理解される。
F (x) = Σw j μ j (x) (j = 0 to 4) (8) From Expression (8), each weight w depends on the grade μ of the corresponding membership function. Is understood.

【0089】前述したメンバシップ関数μと入力信号x
との関係が図14に示されている。図14において、入
力信号xは最小値xminとxmaxとの間を変動し、時刻t
に従った時系列信号を形成している。
The aforementioned membership function μ and input signal x
14 is shown in FIG. In FIG. 14, the input signal x fluctuates between the minimum values x min and x max and the time t
To form a time-series signal.

【0090】信号レベルxを実施例においてはx〜x
で区切られた4区間に分け、図においてx01,x12
23,x34に区分けする。
In the embodiment, the signal level x is defined as x 0 to x
Divided into separated four intervals in 4, x 01, x 12 in FIG,
be divided into x 23, x 34.

【0091】そして、メンバシップ関数回路30のメン
バシップ関数は前記区間ごとに隣接するメンバシップ関
数が互いに相補型にそのグレード総計を常に「1」とす
るようにメンバシップ関数が設定される。この結果、メ
ンバシップ関数μ1 は実線で示されるように区間x01
対してのみ与えられる。そして、メンバシップ関数μ2
は区間x01とx12において、同様にメンバシップ関数μ
3 は区間x12とx23、メンバシップ関数μ4 は区間x23
とx34について表れ、メンバシップ関数μ5 は区間x34
についてのみ与えられている。
The membership functions of the membership function circuit 30 are set such that the adjacent membership functions are complementary to each other and the grade total is always "1" for each section. As a result, the membership function μ 1 is given only for the section x 01 as shown by the solid line. And the membership function μ 2
In the section x 01 and x 12 are similarly membership function μ
3 is the interval x 12 and x 23 , the membership function μ 4 is the interval x 23
A sign for x 34, the membership function mu 5 the section x 34
Only given about.

【0092】従って、いずれの信号レベル値においても
2個のメンバシップ関数のみが相補的に機能してそれら
のグレード総計は常に「1」となり、例えば時刻t1
おいては、メンバシップ関数μ2 とμ3 とが働く。
Therefore, at any signal level value, only the two membership functions function complementarily and their total grade is always “1”. For example, at time t 1 , the membership functions μ 2 and μ 3 works.

【0093】そして、この時刻定t1 においては、他の
3個のメンバシップ関数μ1 ,μ4,μ5 は全て「0」
であるため、これらのメンバシップ関数のグレードにて
度合いが定まる重み付けは機能しないことが明らかであ
る。従って、時刻t1 においては、メンバシップ関数μ
2 ,μ3 のグレードに応じて重み付けw2 とw3 とが学
習し、その他のw1 ,w4 ,w5 の学習は行われない、
これは、区間x12の全てにおいて同様であり、区間x12
ではそれぞれのメンバシップ関数にて定まるグレードμ
2 ,μ3 の度合いに応じた重みw2 ,w3 のみの学習が
行われることとなる。他の区間においても、同様の作用
が得られる。
At the time constant t 1 , the other three membership functions μ 1 , μ 4 and μ 5 are all “0”.
Thus, it is clear that the weighting determined by the grade of these membership functions does not work. Therefore, at time t 1 , the membership function μ
2, the weighting w 2 and w 3 are learned in accordance with the mu 3 grades, learning other w 1, w 4, w 5 is not performed,
This is similar in all the sections x 12, section x 12
Then grade μ determined by each membership function
The learning of only the weights w 2 and w 3 according to the degrees of 2 and μ 3 is performed. Similar effects can be obtained in other sections.

【0094】本発明において互いに隣接するメンバシッ
プ関数をその前件部において重複させ、相補型に用いる
ことにより、前述したように全てのレベルにおいてグレ
ードの総数は「1」となり、この結果、重み付け加算を
した後のデータをそのまま非線形シナプス10の出力と
して用いることができるという利点がある。即ち、仮に
これらのグレード統計値が「1」でない場合には、加算
後に割り算その他のディファジフィケーションを行う必
要があり、回路あるいは処理システムを著しく複雑にす
るが、本発明においては前記相補型メンバシップ関数を
用いることによってこのような不都合を確実に防止する
ことができる。
In the present invention, the membership functions adjacent to each other are overlapped in the antecedent part and are used in a complementary manner, so that the total number of grades becomes "1" at all levels as described above. There is an advantage that the data after the above can be used as an output of the nonlinear synapse 10 as it is. That is, if these grade statistics are not "1", it is necessary to perform division or other defuzzification after addition, which significantly complicates a circuit or a processing system. Such inconvenience can be reliably prevented by using the membership function.

【0095】図15には、前記時刻t1 における非線形
シナプス10−3の重み付け係数を求める手順が示され
ている。
[0095] Figure 15 is a procedure for determining the weighting coefficient of the nonlinear synapses 10-3 at the time t 1 is shown.

【0096】時刻t1 における入力信号値はx(t1
で示され、このときの励起されるメンバシップ関数はμ
2 とμ3 であり、これら各メンバシップ関数μ2 ,μ3
のそれぞれのグレードはμ2 (t1 )及びμ3 (t1
で示される。従って、これらのグレードに合わせて、そ
れぞれ重みw2 ,w3 の比率が定まり、その平均がw
(t1 )として求められる。
The input signal value at time t 1 is x (t 1 )
And the membership function excited at this time is μ
2 and μ 3. These membership functions μ 2 , μ 3
Are grades μ 2 (t 1 ) and μ 3 (t 1 )
Indicated by Therefore, the ratio of the weights w 2 and w 3 is determined according to these grades, and the average is w
(T 1 ).

【0097】(9)式は前記相補型メンバシップ関数か
ら平均的に求められた重みw(t1)を示す。
Equation (9) shows the weight w (t 1 ) obtained on average from the complementary membership function.

【0098】 w(t1 )={w2 ×μ2 (t1 )+w3 ×μ3 (t1 )}/{μ2 (t1 ) +μ3 (t1 )} =w2 ×μ2 (t1 )+w3 ×μ3 (t1 ) (9)式 (9)式から明らかなように相補型メンバシップ関数を
用いることによって本発明によれば、分母が常に「1」
となり後段において割り算器等のディファジフィケーシ
ョンを必要とすることがない。
W (t 1 ) = {w 2 × μ 2 (t 1 ) + w 3 × μ 3 (t 1 )} / {μ 2 (t 1 ) + μ 3 (t 1 )} = w 2 × μ 2 (T 1 ) + w 3 × μ 3 (t 1 ) (9) According to the present invention by using the complementary membership function as is apparent from the equation (9), the denominator is always “1”.
Thus, there is no need for defuzzification such as a divider in the subsequent stage.

【0099】以上のようにして、本発明によれば、ファ
ジィ推論を用いて非線形シナプスの重み付けを決定する
ことができ、前述した多次多項式と同様に各非線形シナ
プスはそれぞれ独立しているので、これらの重み付けを
定めるための学習回数は極めて僅かでよく、簡単に最適
なシナプスの重み付け決定を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the weight of a nonlinear synapse can be determined using fuzzy inference, and each nonlinear synapse is independent as in the above-described polynomial polynomial. The number of times of learning for determining these weights is extremely small, and optimal synapse weight determination can be easily performed.

【0100】図16には3次のダイナミカルシステムで
作られたカオス的信号が示され、この時系列信号は以下
の(10)式で示される。
FIG. 16 shows a chaotic signal produced by a third-order dynamic system, and this time-series signal is represented by the following equation (10).

【0101】 yn+1 =f(yn )+ayn-1 +byn-2 (10)式 すなわち、 yn+1 =f(yn )+pn +qnn+1 =aynn+1 =bpn =byn-1 なる関係を有する。[0102] y n + 1 = f (y n) + ay n-1 + by n-2 (10) Equation i.e., y n + 1 = f ( y n) + p n + q n p n + 1 = ay n q n +1 = having a bp n = by n-1 the relationship.

【0102】図16において、時系列信号は0〜49の
50個のデータで示され、縦軸のXの値は±3.0の間
をカオス的に変動する。
In FIG. 16, the time-series signal is represented by 50 data of 0 to 49, and the value of X on the vertical axis fluctuates chaotically between ± 3.0.

【0103】従って、本発明においては、このような従
来予測不能な時系列信号に対して非線形シナプスを用い
てわずかな回数の学習により予測可能であることを示
す。
Therefore, in the present invention, it is shown that such a conventionally unpredictable time-series signal can be predicted by learning a small number of times using a non-linear synapse.

【0104】本実施例を用いた実験においては、図16
のカオス的な信号を1〜5次の各モデルで同定した。
In an experiment using this embodiment, FIG.
Was identified in each of the first to fifth order models.

【0105】図17はこの1〜5次までの5個の本発明
に係る非線形シナプスニューロンが示されている。
FIG. 17 shows the five non-linear synaptic neurons according to the present invention of the first to fifth orders.

【0106】そして、図18にはこれらの5個のニュー
ロンによって図16におけるカオス的信号を同定したと
きの平均二乗誤差が示されている。
FIG. 18 shows the mean square error when the chaotic signal in FIG. 16 is identified by these five neurons.

【0107】図18から明らかなように、図16のダイ
ナミカルシステムは3次の時系列信号であるが、ニュー
ロンで同定する時の各次数のマッピング関数は折れ線近
似となるので、3次ニューロンモデルよりも4次及び5
次ニューロンモデルの方が高次シナプスで補正できるた
めに、良好な結果が得られていることが理解される。図
19〜23には前述した5次ニューロンモデルによって
3次の時系列信号をシステム同定するときの各次のマッ
ピング関数が示されている。各図において、実線は図1
6のカオス的信号を作るのに用いた3次ダイナミカルシ
ステムの各次数におけるマッピング関数を示し、破線は
5次ニューロンモデルで同定した場合の各次のマッピン
グ関数を示す。
As is apparent from FIG. 18, the dynamical system of FIG. 16 is a tertiary time-series signal. However, since the mapping function of each order at the time of identification by a neuron is a polygonal line approximation, the dynamic system of FIG. Also 4th and 5th
It can be understood that better results are obtained because the secondary neuron model can correct at higher synapses. FIGS. 19 to 23 show the mapping functions of the respective orders when the third-order time-series signals are system-identified by the above-described fifth-order neuron model. In each figure, the solid line represents FIG.
The mapping function at each order of the third-order dynamical system used to create the chaotic signal of No. 6 is shown, and the broken line shows the mapping function of each order when identified by the fifth-order neuron model.

【0108】図19〜23により明らかなように、本実
験例によれば、3次のダイナミカルシステムを5次ニュ
ーロンモデルで同定しているので、3次までの折れ線近
似誤差が4次及び5次の非線形シナプスで補正可能であ
ることを示す。
As is clear from FIGS. 19 to 23, according to the present experimental example, since the third-order dynamical system is identified by the fifth-order neuron model, the line-to-line approximation error up to the third order is reduced to the fourth and fifth order. It is shown that correction is possible with the non-linear synapse.

【0109】図24には5次ニューロンモデルにおける
予測動作が示され、前述したごとく重み付け学習された
5次ニューロンモデルを用いて、順次入力信号で学習を
し、係数を更新しながら、将来発生する時系列信号の予
測を行っている。
FIG. 24 shows the prediction operation in the fifth-order neuron model. The fifth-order neuron model, which has been weighted and learned as described above, is sequentially trained with the input signal, and the coefficients are generated in the future while updating the coefficients. Predicting time-series signals.

【0110】この予測は、現在の入力信号より1時刻先
でもあるいは所定の任意の将来時刻における予測でもよ
い。
This prediction may be one time ahead of the present input signal or at a predetermined arbitrary future time.

【0111】図24に示した予測値(破線)は、図16
のカオス的信号を再掲した実線で示す真の値に対する1
時刻先の予測値を示す。従って、図24から、本実施例
によれば、従来予測不能であったカオス的信号に対して
も十分追従する予測作用を行えることが理解される。
The predicted values (dashed lines) shown in FIG.
1 for the true value shown by the solid line
Shows the predicted value ahead of time. Therefore, it can be understood from FIG. 24 that, according to the present embodiment, a prediction action that sufficiently follows chaotic signals that could not be predicted conventionally can be performed.

【0112】図25は前述したように重み付け学習をし
てシステム同定した本実施例における5次のニューロン
モデルに出力から入力へのフィードバックを施し、固定
的に与えられた5個の時系列信号からその後に発生する
予測値を順次予測した状態を示すものであり、前記図2
4と同様に実線が真の値、そして破線がフィードバック
から得られた将来の予測値を示す。
FIG. 25 shows the fifth-order neuron model in this embodiment, which has been identified by performing weighting learning as described above, by applying feedback from the output to the input to obtain a signal from five fixed time-series signals. FIG. 2 shows a state in which predicted values that occur thereafter are sequentially predicted.
Similar to 4, the solid line indicates the true value, and the dashed line indicates the predicted future value obtained from the feedback.

【0113】この図25における予測は現在与えられて
いる5個の時系列信号のみから将来に渡る予測作用を行
うものであり、図24と異なり、先の予測ほど誤差を含
むことは当然である。
The prediction in FIG. 25 performs a prediction operation for the future from only the currently given five time-series signals. Unlike FIG. 24, the prediction in FIG. .

【0114】しかしながら、このような将来予測に対し
ても、図25からは少なくとも5〜10同時刻先の予測
に対しては極めて一致度の高い予測作用が得られている
ことが理解される。
However, it is understood from FIG. 25 that a prediction action with a very high degree of coincidence is obtained with respect to such predictions at least 5 to 10 times ahead.

【0115】図26から図29にはそれぞれ本実施例を
用いた時の学習時におけるゲイン定数αを変化させたと
きの学習回数と平均二乗誤差との関係を示す。
FIGS. 26 to 29 show the relationship between the number of times of learning and the mean square error when the gain constant α is changed at the time of learning using this embodiment.

【0116】実施例においては、αを以下の4種類にし
て実験したところ、 α=0.02 α=0.2 α=0.56 α=0.57 α=0.2の時に極めて良好なシステム同定が行われて
いることが理解される。
In the embodiment, when the following four types of α were used for the experiment, α = 0.02 α = 0.2 α = 0.56 α = 0.57 When α = 0.2, extremely good results were obtained. It is understood that system identification has been performed.

【0117】即ち、ゲイン定数αを0.2に設定したと
き最も早く学習が完了し、図27から明らかなように、
10回程度の学習回数で十分に高精度の同定が行われ、
従来と比し100〜1000分の1程度の極めて僅かな
回数で本発明における非線形シナプスニューロンがシス
テム同定できることを示す。
That is, learning is completed earliest when the gain constant α is set to 0.2, and as is apparent from FIG.
Sufficiently accurate identification is performed with about 10 learning times,
It is shown that the nonlinear synaptic neuron of the present invention can be identified by a very small number of times, about 100 to 1000 times as compared with the related art.

【0118】また、ファジィ推論によって定められた非
線形シナプス10は前述した多次多項式による非線形シ
ナプスと同様に、入力される複数の時系列信号から順
次、次の時刻あるいは将来の所定時間先の時刻における
値を順次予測することができ、入力時系列信号を順次更
新することによって常に所定量先の予測値を得ることが
できる。
The nonlinear synapse 10 determined by fuzzy inference is similar to the nonlinear synapse based on the above-mentioned polynomial polynomial, and sequentially from a plurality of input time-series signals at the next time or at a predetermined time ahead in the future. The value can be predicted sequentially, and a predicted value ahead of a predetermined amount can always be obtained by sequentially updating the input time-series signal.

【0119】また、一定数の入力信号をシステム同定済
のニューロンモデルに供給すれば、順次先の時刻を予測
することができる。即ち、入力信号は一定時刻において
固定しているが、次の時刻の予測値を出力した時にこれ
を入力端子にフィードバックし、次々にこのフィードバ
ックされた予測値を用いながら、更に先の将来における
予測値を順次更新することができる。
If a certain number of input signals are supplied to the neuron model whose system has been identified, the time ahead can be predicted sequentially. That is, the input signal is fixed at a certain time, but when a predicted value at the next time is output, this is fed back to the input terminal, and the predicted value in the future is further used while using the fed back predicted value one after another. The values can be updated sequentially.

【0120】ファジィ推論による非線形シナプスを用い
た場合においても、実験によれば5〜10回の学習によ
って十分な高精度でシステムを同定することができ、従
来の線形シナプスによる同定と異なり、極めて短時間で
学習を完了することができる利点がある。
Even when a non-linear synapse based on fuzzy inference is used, an experiment can identify a system with sufficiently high accuracy by learning five to ten times. There is an advantage that learning can be completed in time.

【0121】また、本発明による非線形シナプスニュー
ロンはその入力信号として時系列信号ばかりでなく、空
間信号も処理可能であり、この与えられた空間の外の予
測値を得る場合にも用いることができる。
The non-linear synaptic neuron according to the present invention can process not only a time-series signal but also a spatial signal as its input signal, and can also be used to obtain a predicted value outside the given space. .

【0122】図30にはこのような空間的な信号の一例
が示されており、x軸方向に等間隔で分布したx1〜x5
そして、x7が既知である。この場合、本発明に係る非
線形シナプスニューロンに(x1,x2,x3,x4にお
けるyの値(y1,y2,y3,y4)を入力し、出力yが
7となるように前記各非線形シナプス10のf(x)
を学習で求める。勿論、通常の既知データとしては、前
述した4個のデータyのみではなく、y1〜y50の多数
のデータを4個ずつシリアルに入力して前記学習を行う
ことが好適である。
FIG. 30 shows an example of such a spatial signal, wherein x 1 to x 5 distributed at equal intervals in the x-axis direction.
Then, x 7 are known. In this case, the nonlinear synaptic neuron according to the present invention is (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ) .
Kicking the value of y (y 1, y 2, y 3, y 4) enter the output y of the respective nonlinear synapses 10 so that y 7 f (x)
Find by learning. Of course, as it is generally known data, it is preferable to perform the learning by entering not only four data y as described above, the serial multiple data y 1 ~y 50 by four.

【0123】このようにして、システム同定が行われ、
次に(x2 ,x3 ,x4 ,x5 )のyの値(y2
3 ,y4 ,y5 )を入力すると本発明に係る非線形ニ
ューロンからは座標x8 に対応する値y8 を予想するこ
とが可能である。
In this way, system identification is performed,
Next, the value of y of (x 2 , x 3 , x 4 , x 5 ) (y 2 ,
When y 3 , y 4 , y 5 ) are input, the value y 8 corresponding to the coordinate x 8 can be predicted from the nonlinear neuron according to the present invention.

【0124】このようにして、本発明によれば、時系列
信号ばかりでなく、空間的な信号を用いて未知の座標を
外挿することができる。
As described above, according to the present invention, unknown coordinates can be extrapolated using not only a time-series signal but also a spatial signal.

【0125】[0125]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非線形シナプスの重みを多次多項式あるいはファジィ推
論にて求め、これらのシナプスは互いに干渉することな
く互いに独立した構成から成るので極めて簡単に少ない
学習回数で所望の重み付けあるいは結合係数を得ること
が可能となり、特に、本発明の多次多項式及び本発明に
おける相補型メンバシップ関数を用いた非線形シナプス
によれば、簡単な構造によって極めて確度の高い予測を
行えるという利点がある。
As described above, according to the present invention,
The weights of the non-linear synapses are determined by polynomial polynomials or fuzzy inference, and since these synapses are independent of each other without interfering with each other, it is very easy to obtain the desired weights or coupling coefficients with a small number of learnings. In particular, according to the non-linear synapse using the multi-order polynomial of the present invention and the complementary membership function of the present invention, there is an advantage that extremely accurate prediction can be performed with a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る非線形シナプスニューロンの全体
的な構成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a nonlinear synaptic neuron according to the present invention.

【図2】本発明における非線形シナプスを多次多項式で
構成した実施例を示すブロック回路図である。
FIG. 2 is a block circuit diagram showing an embodiment in which a non-linear synapse according to the present invention is constituted by a multi-order polynomial.

【図3】多次多項式からなる非線形シナプスの重み付け
係数を求めるための平均二乗誤差を最小にする説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram for minimizing a mean square error for obtaining a weighting coefficient of a non-linear synapse composed of a multi-order polynomial.

【図4】多次多項式からなる非線形シナプスの重み付け
係数と平均二乗誤差の関係を示すグラフの上でan (t)
からan (t+1) を求める説明図である。
FIG. 4 shows a n (t) on a graph showing a relationship between a weighting coefficient of a non-linear synapse composed of a polynomial polynomial and a mean square error.
FIG. 9 is an explanatory diagram for obtaining a n (t + 1) from FIG.

【図5】本発明において、時系列信号を複数の遅延回路
を介して非線形シナプスに並列的に入力するニューロン
の好適な実施例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a preferred embodiment of a neuron that inputs a time-series signal to a non-linear synapse in parallel via a plurality of delay circuits in the present invention.

【図6】本発明における重み付け学習動作及び予測動作
を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a weight learning operation and a prediction operation according to the present invention.

【図7】本発明に係る非線形シナプスニューロンを用い
てシステム同定したときの入力信号とシステム同定した
結果とを示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an input signal when a system is identified using the nonlinear synaptic neuron according to the present invention and a result of the system identification.

【図8】本実施例を用いてシステム同定したときの平均
二乗誤差の収束状態を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a convergence state of a mean square error when a system is identified using this embodiment.

【図9】同じく本実施例を用いてシステム同定したとき
の多次多項式の各係数の収束状態を示す説明図である
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a convergence state of each coefficient of a multi-order polynomial when a system is identified using the embodiment.

【図10】本実施例を用いて非整数指数を有する入力信
号をシステム同定したときの入力信号とシステム同定結
果を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an input signal and a system identification result when an input signal having a non-integer exponent is system-identified using this embodiment.

【図11】この実施例でのシステム同定時の平均二乗誤
差の収束状態を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a convergence state of a mean square error at the time of system identification in this embodiment.

【図12】本実施例を用いたシステム同定における多次
多項式の各係数の収束状態を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a convergence state of each coefficient of a multi-order polynomial in system identification using the present embodiment.

【図13】本発明に係る非線形シナプスニューロンにフ
ァジィ推論を用いた場合の好適な実施例を示す説明図で
ある。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a preferred embodiment when fuzzy inference is used for the nonlinear synaptic neuron according to the present invention.

【図14】図13に示した実施例の相補型メンバシップ
関数を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a complementary membership function of the embodiment shown in FIG.

【図15】図13に示した実施例における相補型メンバ
シップ関数と重み付け係数との関係を示す説明図であ
る。
15 is an explanatory diagram showing a relationship between a complementary membership function and a weighting coefficient in the embodiment shown in FIG.

【図16】本発明に係る非線形シナプスニューロンでシ
ステム同定を行うためのカオス的信号を示す説明図であ
る。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing chaotic signals for performing system identification by the nonlinear synaptic neuron according to the present invention.

【図17】本発明の非線形シナプスニューロンを用いて
図16のカオス的信号をシステム同定するための1次〜
5次のニューロンモデルを示す説明図である。
FIG. 17 shows a first order to a system identification of the chaotic signal in FIG. 16 using the nonlinear synaptic neuron of the present invention.
It is explanatory drawing which shows a 5th-order neuron model.

【図18】図17に示した各次ニューロンモデルによる
システム同定時の平均二乗誤差を示す説明図である。
18 is an explanatory diagram showing a mean square error at the time of system identification by each of the neuron models shown in FIG. 17;

【図19】前記システム同定時における1次のマッピン
グ関数を示す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a first-order mapping function at the time of system identification.

【図20】システム同定時における2次のマッピング関
数を示す説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a second-order mapping function at the time of system identification.

【図21】システム同定時における3次のマッピング関
数を示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a third-order mapping function at the time of system identification.

【図22】システム同定時における4次のマッピング関
数を示す説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a fourth-order mapping function at the time of system identification.

【図23】システム同定時における5次のマッピング関
数を示す説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a fifth-order mapping function at the time of system identification.

【図24】システム同定された本実施例における非線形
シナプスニューロンに順次時系列信号を供給して1時刻
先を予測する時の真の信号と予測信号との関係を示す説
明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a relationship between a true signal and a predicted signal when a time series signal is sequentially supplied to the non-linear synaptic neuron in the embodiment identified by the system to predict one time ahead.

【図25】本実施例におけるニューロンモデルを用いて
特定時刻における時系列信号を用いて順次予測値をフィ
ードバックしながら将来の予測を行う時の真の信号と予
測信号との関係を示す説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a relationship between a true signal and a predicted signal when performing future prediction while sequentially feeding back predicted values using a time-series signal at a specific time using a neuron model in the present embodiment. is there.

【図26】学習時のゲイン定数αを0.02とした時の
学習回数と誤差との関係を示す説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of times of learning and the error when the gain constant α at the time of learning is 0.02.

【図27】学習時のゲイン定数αを0.2とした時の学
習回数と誤差との関係を示す説明図である。
FIG. 27 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of times of learning and the error when the gain constant α during learning is 0.2.

【図28】学習時のゲイン定数αを0.56とした時の
学習回数と誤差との関係を示す説明図である。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of times of learning and the error when the gain constant α during learning is set to 0.56.

【図29】学習時のゲイン定数αを0.57とした時の
学習回数と誤差との関係を示す説明図である。
FIG. 29 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of times of learning and the error when the gain constant α during learning is set to 0.57.

【図30】本発明を空間信号に用いた場合の外挿予測作
用を示す説明図である。
FIG. 30 is an explanatory diagram showing an extrapolation prediction operation when the present invention is used for a spatial signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 非線形シナプス 11 入力端子 12 加算器 13 積和回路 14 乗算器 15 加算器 19 出力端子 20 遅延回路 30 メンバシップ関数回路 31 重み付け回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nonlinear synapse 11 Input terminal 12 Adder 13 Product-sum circuit 14 Multiplier 15 Adder 19 Output terminal 20 Delay circuit 30 Membership function circuit 31 Weighting circuit

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−125257(JP,A) 特開 平2−201586(JP,A) 特開 平5−128086(JP,A) 特開 平2−93708(JP,A) 特開 平3−218558(JP,A) 特開 平3−268055(JP,A) 特開 平2−162459(JP,A) 特開 平3−95664(JP,A) 特開 平6−35707(JP,A) 村井伸浩・他,「ニューラルネットワ ーク予測モデルによる時系列の非線形性 の抽出」,電子情報通信学会技術研究報 告,日本,社団法人電子情報通信学会・ 発行,1992年 3月18日,Vol.91, No.529(NC91−98〜131),pp. 237−244 和多田淳三・他,「ファジィ時系列モ デルとその予測問題への応用」、日本経 営工学会誌,日本,1983年,Vol. 34,No.3,pp.108−186,(JS T資料番号:F0241B) Gupta,M.M.;Qi, J.,”Synaptic and s omatic learning an d adaptation in fu zzy neural system s”,Proc.of 1991 IEEE International Joi nt Conference on N eural Networks,1991 年,Vol.1,pp.875−880,(I NSPEC Accession Nu mber:4254100,ISBN:0− 7803−0227−3) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/08 G06G 7/60 G06F 9/44 G05B 13/00 - 13/04 JSTファイル(JOIS) CSDB(日本国特許庁)Continuation of the front page (56) References JP-A-3-125257 (JP, A) JP-A-2-201586 (JP, A) JP-A-5-128086 (JP, A) JP-A-2-93708 (JP) JP-A-3-218558 (JP, A) JP-A-3-268055 (JP, A) JP-A-2-162459 (JP, A) JP-A-3-95664 (JP, A) 6-35707 (JP, A) Nobuhiro Murai, et al., “Extraction of Nonlinearity of Time Series Using Neural Network Prediction Model”, IEICE Technical Report, Japan, IEICE, Japan, March 18, 1992, Vol. 91, No. 529 (NC91-98-131), pp. 237-244 Junzo Watada et al., "Fuzzy Time Series Model and Its Application to Prediction Problems", Journal of Japan Society for Business Engineering, Japan, 1983, Vol. 34, No. . 3, pp. 108-186, (JST Material No .: F0241B) Gupta, M .; M. Qi, J .; , "Synaptic and somatic learning and adaptation in fuzzy neural systems", Proc. of 1991 IEEE International Joint Conference on Neural Networks, 1991, Vol. 1, pp. 875-880, (INSPEC Accession Number: 4254100, ISBN: 0-7803-0227-3) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/08 G06G 7 / 60 G06F 9/44 G05B 13/00-13/04 JST file (JOIS) CSDB (Japan Patent Office)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 サンプリングされた時系列信号を受け入
れる直列接続された遅延手段と、 前記遅延された時系列信号のそれぞれに所望の重み付け
を与えるための複数の非線形シナプス手段と、 各非線形シナプスの出力を加算する加算手段と、 を含み、 前記非線形シナプス手段は、 入力信号レベルに応じて区間分けされ、順次前件部の一
部が重複して並列接続された複数の相補型メンバシップ
関数手段と、 各メンバシップ関数手段に接続され対応するメンバシッ
プ関数のグレードで学習の度合が定められる複数の可変
重み付け手段と、 を含むことを特徴とする非線形シナプスニューロン。
1. A serially connected delay means for receiving a sampled time series signal; a plurality of nonlinear synapse means for giving a desired weight to each of the delayed time series signals; and an output of each nonlinear synapse. A non-linear synapse means, wherein a plurality of complementary membership function means are divided according to an input signal level, and a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel. A plurality of variable weighting means connected to each membership function means, the degree of learning being determined by a grade of the corresponding membership function, and a plurality of variable weighting means.
【請求項2】 サンプリングされた時系列信号を受け入
れる直列接続された遅延回路と、 前記遅延された時系列信号のそれぞれに所望の重み付け
を与えるための複数の非線形シナプス回路と、 各非線形シナプスの出力を加算する加算器と、 を含み、 前記非線形シナプス回路は、 入力信号レベルに応じて区間分けされ、順次前件部の一
部が重複して並列接続された複数の相補型メンバシップ
関数回路列と、 各メンバシップ関数回路に接続され対応するメンバシッ
プ関数のグレードで学習の度合が定められる複数の可変
重み付け回路と、 を含むことを特徴とする非線形シナプスニューロンデバ
イス。
2. A delay circuit connected in series for receiving a sampled time series signal, a plurality of nonlinear synapse circuits for giving a desired weight to each of the delayed time series signals, and an output of each nonlinear synapse. A non-linear synapse circuit, wherein the non-linear synapse circuit is divided into sections according to an input signal level, and a plurality of complementary membership function circuit rows in which a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel. And a plurality of variable weighting circuits connected to each membership function circuit, the degree of learning being determined by the grade of the corresponding membership function, and a non-linear synaptic neuron device.
【請求項3】 サンプリングされた時系列信号を受け入
れ所定量の遅延を与え、 前記遅延された時系列信号のそれぞれに非線形シナプス
で所望の重み付けを与え、複数の 非線形シナプスの出力を加算してサンプリング時
刻先における所望の時刻の時系列信号の値を予測する予
測方法であって、 前記非線形シナプスは、 前記サンプリングされた時系列信号に基づいて、当該入
力信号がレベルに応じて区間分けされ、順次前件部の一
部が重複して並列接続された複数の相補型メンバシップ
関数のグレードに応じて可変重み付けを与えたことを特
徴とする非線形シナプスニューロンを用いた予測方法。
3. A sampled time-series signal is received and given a predetermined amount of delay, a desired weight is given to each of the delayed time-series signals by a non-linear synapse, and the outputs of a plurality of non-linear synapses are added to perform sampling. Time
Predicting the value of a time-series signal at a desired time
In the measurement method, the non-linear synapse is divided into a plurality of sections in which the input signal is sectioned according to a level based on the sampled time-series signal, and a part of the antecedent part is sequentially overlapped and connected in parallel. A predictive method using a non-linear synaptic neuron, wherein variable weighting is given according to the grade of the complementary membership function of the above.
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Gupta,M.M.;Qi,J.,"Synaptic and somatic learning and adaptation in fuzzy neural systems",Proc.of 1991 IEEE International Joint Conference on Neural Networks,1991年,Vol.1,pp.875−880,(INSPEC Accession Number:4254100,ISBN:0−7803−0227−3)
和多田淳三・他,「ファジィ時系列モデルとその予測問題への応用」、日本経営工学会誌,日本,1983年,Vol.34,No.3,pp.108−186,(JST資料番号:F0241B)
村井伸浩・他,「ニューラルネットワーク予測モデルによる時系列の非線形性の抽出」,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会・発行,1992年 3月18日,Vol.91,No.529(NC91−98〜131),pp.237−244

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