JP3467914B2 - Hierarchical pattern classifier - Google Patents
Hierarchical pattern classifierInfo
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- JP3467914B2 JP3467914B2 JP15897095A JP15897095A JP3467914B2 JP 3467914 B2 JP3467914 B2 JP 3467914B2 JP 15897095 A JP15897095 A JP 15897095A JP 15897095 A JP15897095 A JP 15897095A JP 3467914 B2 JP3467914 B2 JP 3467914B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、与えられた記憶すべき
事項間相互の類似性に基づきそれらの事項間の階層構造
を生成して記憶し、その階層構造を利用して系統的かつ
効率的かつ柔軟に目的に応じて記憶事項を検索すること
を可能にした記憶装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generates and stores a hierarchical structure between items to be stored based on the similarities between the items to be stored, and systematically and efficiently uses the hierarchical structure. The present invention relates to a storage device capable of dynamically and flexibly retrieving stored items according to a purpose.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、記憶装置としては、明示的に指定
された番地の記憶や内容が完全に検索キーと一致する記
憶を高速かつ正確に検索する装置だけではなく、検索キ
ーが記憶事項と完全に一致しない場合でも記憶事項の内
容に応じて連想的に柔軟な検索ができる装置や、記憶事
項を与えるとそれらの事項間相互の類似性に基づいてそ
れら事項間の階層構造を自動的に生成して記憶し、その
階層構造をユーザに表示することとその階層構造を利用
して系統的かつ効率的に目的に応じて検索することがで
きる装置が求められている。2. Description of the Related Art In recent years, as a storage device, not only a device that searches a memory of an explicitly designated address or a memory whose contents completely match a search key at high speed and accurately, but also a search key is a storage item. Even if they do not completely match, a device that allows associative and flexible retrieval according to the contents of the stored items, and if the stored items are given, the hierarchical structure between the items is automatically set based on the mutual similarity between the items. There is a demand for an apparatus that can generate and store the hierarchical structure, display the hierarchical structure to a user, and systematically and efficiently search for the purpose by utilizing the hierarchical structure.
【0003】以下に、従来の階層型概念継承連想記憶装
置(平原、岡、金道:”階層的に相関を持つパターンを
記憶するカスケード連想記憶モデル”、信学技法、NC94
-58、1994)について説明する。図6は従来の階層型概
念継承連想記憶装置を示すものである。図6において、
61はその内部に保持される概念形成連想記憶重みWij
(i=1〜D,j=1〜D)によって動作が規定され、外部入
力信号Sをトリガーとして時刻tにおける概念形成連想
記憶信号X(t)を更新し、X(t-1)とX(t)が等しくなったと
き安定概念形成連想記憶信号X(=X(t-1)=X(t))を出力
する概念形成連想記憶部であり、62はその内部に保持
される概念継承連想記憶重みW1ij(i=1〜D,j=1〜D)
によって動作が規定され、外部入力信号Sと概念形成連
想記憶部61が出力する安定概念形成連想記憶信号Xを
トリガーとして概念継承連想記憶信号X1(t)を更新し、X
1(t-1)とX1(t)が等しくなったとき安定概念継承連想記
憶信号X1(=X1(t-1)=X1(t))を出力する概念継承連想記
憶部であり、63は概念形成連想記憶部61が出力する
安定概念形成連想記憶信号Xと概念継承連想記憶部62
が出力する安定概念継承連想記憶信号X1から出力信号R
を生成する出力信号生成部である。The following is a conventional hierarchical concept inheritance associative memory device (Hirahara, Oka, Kindo: "Cascade associative memory model for storing patterns having a hierarchical correlation", a communication technique, NC94.
-58, 1994). FIG. 6 shows a conventional hierarchical concept inheritance associative memory device. In FIG.
61 is the concept formation associative memory weight Wij held therein.
The operation is defined by (i = 1 to D, j = 1 to D), the concept formation associative memory signal X (t) at time t is updated by using the external input signal S as a trigger, and X (t-1) and X (t-1) Reference numeral 62 denotes a concept formation associative memory unit that outputs a stable concept formation associative memory signal X (= X (t-1) = X (t)) when (t) becomes equal. Associative memory weight W1ij (i = 1 to D, j = 1 to D)
The operation is specified by the external input signal S and the stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative memory unit 61 is used as a trigger to update the concept inheritance associative memory signal X1 (t).
When 1 (t-1) and X1 (t) are equal, it is a concept inheritance associative memory unit that outputs a stable concept inheritance associative memory signal X1 (= X1 (t-1) = X1 (t)), and 63 is Stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative storage unit 61 and concept succession associative storage unit 62
Output from the stable concept inherited associative memory signal X1
Is an output signal generation unit for generating.
【0004】ここでは、外部入力信号Sの次元の数をD
とし、外部入力信号Sの各要素Si(i=1〜D)の値は±1と
する。また、簡単のためカスケードのレベルの数を2と
して説明する。Here, the number of dimensions of the external input signal S is D
The value of each element Si (i = 1 to D) of the external input signal S is ± 1. Further, for simplicity, the number of cascade levels will be described as two.
【0005】まず、学習を行うためのP1×P2個の学習パ
ターンSuv(u=1〜P1、v=1〜P2)の生成方法について述
べる。学習パターンSuv(u=1〜P1、v=1〜P2)の生成に
先立ち、P1個の親パターンSu(u=1〜P1)を生成する。
親パターンSu(u=1〜P1)の各要素Sui(i=1〜D)は以
下の確率Pr1(Sui)で±1の値をとる。First, a method of generating P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2) for performing learning will be described. Prior to generation of the learning pattern S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2), P1 parent patterns S u (u = 1 to P1) are generated.
Each element S u i (i = 1 to D) of the parent pattern S u (u = 1 to P1) takes a value of ± 1 with the following probability Pr1 (S u i).
【0006】[0006]
【数1】 [Equation 1]
【0007】ここで、a(-1<a<1)は親パターンの偏りで
ある。ここで、xの平均をE[x]で表すことにすると、親
パターンの偏りはa=E[Sui]で定義される。また、δ[x]
はx=0のとき値1をとり、それ以外の場合は値0をと
る。Here, a (-1 <a <1) is the bias of the parent pattern. Here, if the average of x is represented by E [x], the bias of the parent pattern is defined by a = E [S u i]. Also, δ [x]
Takes a value of 1 when x = 0, and takes a value of 0 otherwise.
【0008】次に、各親パターンSuに対し、P2個の学習
パターンSuv(v=1〜P2)を生成する。学習パターンSuv
の各要素Suvi(i=1〜D)は以下の確率Pr2(Suvi)で±1
の値をとる。Next, P2 learning patterns S uv (v = 1 to P2) are generated for each parent pattern S u . Learning pattern S uv
Each element S uv i (i = 1 to D) of is ± 1 with the following probability Pr2 (S uv i)
Takes the value of.
【0009】[0009]
【数2】 [Equation 2]
【0010】ここで、b(0<b<1)は親パターンと学習パタ
ーンとの間の相関の強さを示す相関パラメータである。Here, b (0 <b <1) is a correlation parameter indicating the strength of the correlation between the parent pattern and the learning pattern.
【0011】この様にして生成された学習パターンを用
いて、従来の階層型概念継承連想記憶装置について、学
習モードにおける動作を説明する。The operation in the learning mode of the conventional hierarchical concept inheritance associative memory device will be described by using the learning pattern thus generated.
【0012】学習モードでは、概念形成連想記憶装置6
1は、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)
を受け、その内部に保持される概念形成連想記憶重みWi
j(i=1〜D,j=1〜D)をIn the learning mode, the concept formation associative memory device 6
1 is P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2)
Received, the concept formation associative memory weight Wi
j (i = 1 to D, j = 1 to D)
【0013】[0013]
【数3】 [Equation 3]
【0014】のように更新する。ここで、d1(Wij)は定
数でも概念形成連想記憶重みWijの関数でもよく、0か
ら1までの値をとるものとする。例えば、d1(Wij)はUpdate as follows. Here, d1 (Wij) may be a constant or a function of the concept-forming associative memory weight Wij, and takes a value from 0 to 1. For example, d1 (Wij) is
【0015】[0015]
【数4】 [Equation 4]
【0016】と書くことができる。d2(Wij)も同様に定
数でも概念形成連想記憶重みWijの関数でもよく、例え
ば、Can be written as Similarly, d2 (Wij) may be a constant or a function of the concept formation associative memory weight Wij, for example,
【0017】[0017]
【数5】 [Equation 5]
【0018】と書くことができる。これらの更新式に従
ってP1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)を
学習させる。この学習により、学習パターンSuv(u=1〜
P1,v=1〜P2)が親パターンSu(u=1〜P1)と相関を持っ
て作られた構造を持つパターンである場合、その親パタ
ーンSu(u=1〜P1)にほぼ等しいパターンS'u(u=1〜P
1)が概念形成連想記憶部61に記憶される。以降、概
念形成連想記憶部61に記憶されているパターンS'u(u
=1〜P1)を概念と呼ぶことにする。このことから、概念
S'u(u=1〜P1)に近い学習パターンSuv(v=1〜P2)が外
部入力信号Sとして概念形成連想記憶部61に入力され
た場合、概念形成連想記憶部61は概念形成連想記憶信
号X(t)を更新しつづけ、X(t-1)とX(t)が等しくなったと
き安定概念形成連想記憶信号X(=X(t-1)=X(t))を出力
する。このとき、安定概念連想記憶信号Xはある概念S'u
となる。簡単のため、以降は親パターンSuと概念S'uは
等しい(Sui=S'ui ,u=1〜P1,i=1〜D)として、概念をS
u(u=1〜P1)で表すことにする。Can be written as According to these update formulas, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2) are learned. By this learning, the learning pattern S uv (u = 1 ~
P1, v = 1~P2) be a pattern having a structure made with a correlation with the parent pattern S u (u = 1~P1), almost to its parent pattern S u (u = 1~P1) equal pattern S 'u (u = 1~P
1) is stored in the concept formation associated storage unit 61. After that, the pattern S ′ u (u
= 1 ~ P1) is called a concept. From this, the concept
When the learning pattern S uv (v = 1 to P2) close to S ′ u (u = 1 to P1) is input to the concept formation associative storage unit 61 as the external input signal S, the concept formation associative storage unit 61 determines the concept formation. The associative memory signal X (t) is continuously updated, and when X (t-1) and X (t) become equal, the stable concept formation associative memory signal X (= X (t-1) = X (t)) Output. At this time, the stable concept associative memory signal X is a certain concept S ' u
Becomes For simplicity, hereinafter, the parent pattern S u and the concept S ′ u are equal (S u i = S ′ u i, u = 1 to P1, i = 1 to D), and the concept S
It is represented by u (u = 1 to P1).
【0019】つぎに、概念継承連想記憶部62は、学習
パターンSuvとその学習パターンSuvを概念形成連想記憶
部61に入力したときの安定概念連想記憶信号Xである
概念S uとを受けて、その内部に保持される概念継承連想
記憶重みW1ij(i=1〜D,j=1〜D)をNext, the concept inheritance associative storage unit 62
Pattern SuvAnd its learning pattern SuvThe concept formation associative memory
It is the stable concept associative memory signal X when input to the unit 61.
Concept S uAnd the concept inheritance association held inside
Memory weight W1ij (i = 1 to D, j = 1 to D)
【0020】[0020]
【数6】 [Equation 6]
【0021】のように更新する。この概念継承連想記憶
重みW1ijの更新式から、概念継承連想記憶部62はS'uv
i(=SuviSui, i=1〜D)を要素に持った継承パターンS'
uvを記憶していることがわかる。概念Suと学習パターン
Suvとの相関は非常に強いため、継承パターンS'uvの多
くの要素が1をとることになり、継承パターンS'uvはス
パースなパターンとなる。Update as follows. From this update formula of the concept inheritance associative memory weight W1ij, the concept inheritance associative memory unit 62 determines S ′ uv.
Inheritance pattern S'having i (= S uv iS u i, i = 1 to D) as an element
You can see that you remember uv . Concept S u and learning patterns
For correlation with S uv is very strong, inheritance pattern S 'many elements of uv is to take 1, inheritance pattern S' uv becomes sparse pattern.
【0022】このように設定された重みを持つ階層型概
念継承連想記憶装置の想起モードにおける動作を以下に
示す。The operation in the recall mode of the hierarchical concept inheritance associative memory device having the weight thus set will be described below.
【0023】想起モード時には外部入力信号Sが概念形
成連想記憶部61に入力される。この入力をトリガーと
し、概念形成連想記憶部61ではその内部に保持する概
念形成連想記憶重みWijに従って概念形成連想記憶信号X
(t)を以下の式に従って更新する。In the recall mode, the external input signal S is input to the concept formation associative storage unit 61. This input is used as a trigger, and the concept formation associative storage unit 61 stores the concept formation associative storage signal X according to the concept formation associative storage weight Wij held therein.
Update (t) according to the following formula.
【0024】[0024]
【数7】 [Equation 7]
【0025】[0025]
【数8】 [Equation 8]
【0026】[0026]
【数9】 [Equation 9]
【0027】[0027]
【数10】 [Equation 10]
【0028】ここで、Xi(t)は時刻tにおける概念形成
連想記憶信号X(t)のi番目の要素を示し、Ui(t)は時刻
tにおける概念形成ポテンシャル信号U(t)のi番目の要
素を示す。ここで、概念形成連想記憶信号X(t)が安定化
したとき(X(t-1)=X(t))、概念形成連想記憶部61は
安定概念形成連想記憶信号X(=X(t-1)=X(t))を出力す
る。この安定概念形成連想記憶信号Xは外部入力信号Sに
最も類似した概念Suとなる。Here, Xi (t) represents the i-th element of the concept formation associative memory signal X (t) at time t, and Ui (t) is the i-th concept formation potential signal U (t) at time t. Indicates the element of. Here, when the concept forming associative memory signal X (t) is stabilized (X (t-1) = X (t)), the concept forming associative memory unit 61 determines that the stable concept forming associative memory signal X (= X (t -1) = X (t)) is output. The stable concept forming associative memory signal X becomes the concept S u most similar to the external input signal S.
【0029】概念形成連想記憶部61が安定化すると、
安定概念形成連想記憶信号Xと外部入力信号Sとが概念継
承連想記憶部62に入力される。ここで、安定概念形成
連想記憶信号Xが概念Suとなったことを仮定する。これ
らの入力をトリガーとし、概念継承連想記憶部62では
その内部に保持する概念継承連想記憶重みW1ijに従っ
て、概念継承連想記憶信号X1(t)を以下の式に従って更
新する。When the concept formation associative storage unit 61 is stabilized,
The stable concept formation associative memory signal X and the external input signal S are input to the concept succession associative memory unit 62. Here, it is assumed that the stable concept forming associative memory signal X becomes the concept S u . Using these inputs as triggers, the concept inheritance associative memory unit 62 updates the concept succession associative memory signal X1 (t) according to the following formula in accordance with the concept inheritance associative memory weight W1ij held therein.
【0030】[0030]
【数11】 [Equation 11]
【0031】[0031]
【数12】 [Equation 12]
【0032】[0032]
【数13】 [Equation 13]
【0033】ここで、U1i(t)は時刻tにおける概念継承
ポテンシャル信号U1(t)のi番目の要素を示す。この動
作により概念継承連想記憶信号X1(t)が安定化したと
き、概念継承連想記憶部62は安定概念継承連想記憶信
号X1(=X1(t-1)=X1(t))を出力する。すなわち、外部入
力信号Sに類似した学習パターンSuvに対応する継承パタ
ーンS'uvが概念継承連想記憶部62に想起されることに
なる。Here, U1i (t) indicates the i-th element of the concept inheritance potential signal U1 (t) at time t. When the concept inherited associative memory signal X1 (t) is stabilized by this operation, the concept inherited associative memory unit 62 outputs the stable concept inherited associative memory signal X1 (= X1 (t-1) = X1 (t)). That is, the succession pattern S ′ uv corresponding to the learning pattern S uv similar to the external input signal S is recalled in the concept succession associative storage unit 62.
【0034】このように、概念継承連想記憶部62はス
パースなパターンである継承パターンS'uvを記憶してい
る。記憶するパターンがスパースである場合、記憶容量
が飛躍的に増大することが知られており、よって、概念
継承連想記憶部62は非常に大きな記憶容量を持ってい
ることになる。As described above, the concept inheritance associative storage unit 62 stores the inheritance pattern S'uv which is a sparse pattern. It is known that the storage capacity increases dramatically when the stored pattern is sparse, and therefore the concept inheritance associative storage unit 62 has a very large storage capacity.
【0035】概念形成連想記憶部61が安定概念形成連
想記憶信号Xを出力し、概念継承連想記憶部62が安定
概念継承連想記憶信号X1すると、出力信号生成部63は
以下の式に基づいて、出力信号Rを計算する。When the concept formation associative memory unit 61 outputs the stable concept formation associative memory signal X and the concept inheritance associative memory unit 62 outputs the stable concept succession associative memory signal X1, the output signal generation unit 63 produces the following formula: Calculate the output signal R.
【0036】[0036]
【数14】 [Equation 14]
【0037】ここで、Riは出力信号Rのi番目の要素を
示す。このように、出力信号生成部63は外部入力信号
Sに類似した学習パターンSuvを想起することができる。Here, Ri represents the i-th element of the output signal R. In this way, the output signal generation unit 63 uses the external input signal
A learning pattern S uv similar to S can be recalled.
【0038】[0038]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の階層型概念継承連想記憶装置では、継承パターンが
概念継承連想記憶部62に一様に重ね合わされた形で記
憶されるため、記憶事項間の関係、すなわち、階層構造
を取り出すことができず、入力パターンがどのカテゴリ
ーに属するのかといったパターンの分類に関する情報を
得ることができないため、ユーザーに記憶事項間の関係
を提供することができないという課題と、系統的かつ効
率的で目的に応じた検索をするための充分な機能を持っ
ていないという課題を有していた。However, in the above-mentioned conventional hierarchical concept inheritance associative storage device, since the inheritance patterns are stored in the concept succession associative storage unit 62 in a uniformly overlapped form, the storage items are stored in the same manner. Since the relationship, that is, the hierarchical structure cannot be extracted and the information about the classification of the pattern such as which category the input pattern belongs to cannot be obtained, the problem that the relationship between the memorized items cannot be provided to the user. However, it has a problem that it does not have a sufficient function to search systematically, efficiently, and according to the purpose.
【0039】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、与えられた記憶すべき記憶事項間相互の類似性に基
づきそれらの間の階層構造を生成して記憶し、その階層
構造を利用して系統的かつ効率的かつ柔軟に目的に応じ
て記憶事項を検索することができる階層型パターン分類
装置と簡略階層型パターン分類装置と優先順位付き簡略
階層型パターン分類装置を提供することを目的とする。The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems. Based on the similarities between given memory items to be stored, a hierarchical structure between them is generated and stored, and the hierarchical structure is used. An object of the present invention is to provide a hierarchical pattern classification device, a simplified hierarchical pattern classification device, and a prioritized simplified hierarchical pattern classification device that can systematically, efficiently, and flexibly search for memory items according to the purpose. To do.
【0040】[0040]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の階層型パターン分類装置は、外部入力信号を
受けて安定概念形成連想記憶信号を出力する概念形成連
想記憶部と、安定概念形成連想記憶信号を分類するカテ
ゴリー検出部と、カテゴリー検出部からの出力信号を受
けることにより動作可能となり、外部入力信号と安定概
念形成連想記憶信号とを受けて安定概念継承連想記憶信
号を出力する複数の概念継承連想記憶部と、安定概念継
承連想記憶信号を分類する複数のサブカテゴリー検出部
と、安定概念形成連想記憶信号と安定概念継承連想記憶
信号を受けて出力信号を生成する出力信号生成部とから
なる構成を有している。To achieve this object, a hierarchical pattern classifying apparatus of the present invention includes a concept formation associative storage unit which receives an external input signal and outputs a stable concept formation associative storage signal, and a stable concept formation associative storage unit. It becomes operable by receiving a category detection unit for classifying the formed associative memory signal and an output signal from the category detection unit, and outputs a stable concept inherited associative memory signal in response to an external input signal and a stable concept formation associative memory signal. A plurality of concept inheritance associative memory units, a plurality of subcategory detection units for classifying stable concept inheritance associative memory signals, and an output signal generation for receiving stable concept formation associative memory signals and stable concept inheritance associative memory signals to generate output signals And a part.
【0041】[0041]
【作用】この構成によって、本発明の階層型パターン分
類装置は、同じカテゴリーに属す継承パターン(実施例
1参照)は同じ概念継承連想記憶部に記憶されるため、
記憶事項間の関係を明示的に取り出すことができ、入力
パターンがどのカテゴリーに属するのかといったパター
ンの分類に関する情報を得ることができる。すなわち、
与えられた記憶すべき事項(学習パターン)間相互の類
似性に基づき、それらの事項間の階層構造を生成して記
憶し、その階層構造を利用して系統的かつ柔軟に記憶事
項を検索することができる。さらに、生成した階層構造
を表示することで、ユーザーは記憶事項間の関係を容易
に理解できる。With this configuration, in the hierarchical pattern classifying apparatus of the present invention, inheritance patterns belonging to the same category (see the first embodiment) are stored in the same concept inheritance associative storage unit.
It is possible to explicitly take out the relationship between the memory items, and obtain information on the classification of the pattern such as which category the input pattern belongs to. That is,
Based on the similarities between the given items (learning patterns) to be stored, a hierarchical structure is generated and stored between these items, and the stored items are systematically and flexibly searched using the hierarchical structure. be able to. Further, by displaying the generated hierarchical structure, the user can easily understand the relationship between the memory items.
【0042】[0042]
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例(階層型パタ
ーン分類装置)について図面を参照しながら説明する。(Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment (hierarchical pattern classification device) of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0043】図1において、11はその内部に保持され
る概念形成連想記憶重みWij(i=1〜D,j=1〜D,Dは次
元)によって動作が規定され、外部入力信号Sをトリガ
ーとして概念形成連想記憶信号X(t)を更新し、X(t-1)と
X(t)が等しくなったとき安定概念形成連想記憶信号X(=
X(t-1)=X(t))を出力する概念形成連想記憶部であり、
12は概念形成連想記憶部11が出力する安定概念形成
連想記憶信号Xとその内部に保持されるカテゴリー検出
重みCij(i=1〜N,j=1〜D)との重みづけ総和を活性値
として持つN個のセルi(i=1〜N)から構成され、少
なくとも一つ以上のセルが1を出力するカテゴリー検出
部であり、13i(i=1〜N)はカテゴリー検出部12
のセルiが1を出力している場合のみ動作可能となり、
その内部に保持される概念継承連想記憶重みWijk(j=1
〜D,k=1〜D)によって動作が規定され、外部入力信号
Sと概念形成連想記憶部11が出力する安定概念形成連
想記憶信号Xをトリガーとして概念継承連想記憶信号Xi
(t)を更新し、Xi(t-1)とXi(t)が等しくなったとき安定
概念継承連想記憶信号Xi(=Xi(t-1)=Xi(t))を出力する
概念継承連想記憶部であり、14i(i=1〜N)は概念
継承連想記憶部13iが出力する安定概念継承連想記憶
信号Xiとその内部に保持されるサブカテゴリー検出重み
Cijk(j=1〜Ni,k=1〜D)との重みづけ総和を活性値
として持つNi個のセルi(i=1〜Ni)から構成さ
れ、少なくとも1つ以上のセルが1を出力するサブカテ
ゴリー検出部であり、15は概念形成連想記憶部11が
出力する安定概念形成連想記憶信号Xと概念継承連想記
憶部13iが出力する安定概念継承連想記憶信号Xiを受
けて出力信号Rを生成する出力信号生成部である。In FIG. 1, 11 is an operation defined by a concept forming associative memory weight Wij (i = 1 to D, j = 1 to D, D is a dimension) held therein, and triggers an external input signal S. The concept formation associative memory signal X (t) is updated as
When X (t) becomes equal, stable concept formation associative memory signal X (=
X (t-1) = X (t)) is a concept formation associative memory unit,
An active value 12 is a weighted sum of the stable concept formation associated memory signal X output from the concept formation associated memory unit 11 and the category detection weights Cij (i = 1 to N, j = 1 to D) held therein. Is a category detection unit configured to output 1 from at least one cell, and 13i (i = 1 to N) is a category detection unit 12.
Can be operated only when cell i of 1 outputs 1.
Concept inheritance associative memory weight Wijk (j = 1
~ D, k = 1 ~ D), the operation is defined by external input signal
S and the concept inheritance associative memory signal Xi triggered by the stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative memory unit 11.
(t) is updated, and when the Xi (t-1) and Xi (t) become equal, the stable concept inheritance associative memory signal Xi (= Xi (t-1) = Xi (t)) is output. The storage unit 14i (i = 1 to N) is a stable concept succession associative memory signal Xi output by the concept succession associative memory unit 13i and a subcategory detection weight held therein.
It consists of Ni cells i (i = 1 to Ni) that have the weighted sum of Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) as an active value, and at least one cell outputs 1 The sub-category detection unit 15 receives the stable concept formation associative storage signal X output from the concept formation associative storage unit 11 and the stable concept succession associative storage signal Xi output from the concept succession associated storage unit 13i. It is an output signal generation unit for generating.
【0044】なお、本実施例では簡単のため階層型パタ
ーン分類装置の階層数を2として説明しているが、この
制限は本質的な問題ではなく、3以上の階層数を持つ階
層型パターン分類装置にも容易に拡張することができ
る。また、外部入力信号Sの次元の数をDとし、外部入
力信号Sの各要素Si(i=1〜D)の値は±1とする。In the present embodiment, the number of layers of the hierarchical pattern classification device is described as 2 for simplicity, but this limitation is not an essential problem, and the hierarchical pattern classification having three or more layers. It can be easily extended to the device. The number of dimensions of the external input signal S is D, and the value of each element Si (i = 1 to D) of the external input signal S is ± 1.
【0045】まず、学習を行うためのP1×P2個の学習パ
ターンSuv(u=1〜P1、v=1〜P2)の生成方法について述
べる。学習パターンSuv(u=1〜P1、v=1〜P2)の生成に
先立ち、P1個の親パターンSu(u=1〜P1)を生成する。
親パターンSu(u=1〜P1)の各要素Sui(i=1〜D)は以
下の確率Pr1(Sui)で±1の値をとる。First, a method of generating P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2) for performing learning will be described. Prior to generation of the learning pattern S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2), P1 parent patterns S u (u = 1 to P1) are generated.
Each element S u i (i = 1 to D) of the parent pattern S u (u = 1 to P1) takes a value of ± 1 with the following probability Pr1 (S u i).
【0046】[0046]
【数15】 [Equation 15]
【0047】ここで、a(-1<a<1)は親パターンの偏りで
あり、E[Sui]=a(Eは平均値)で定義される。また、δ
[x]はx=0のとき値1をとり、それ以外の場合は値0をと
る。Here, a (-1 <a <1) is the bias of the parent pattern and is defined by E [S u i] = a (E is an average value). Also, δ
[x] takes a value of 1 when x = 0, and takes a value of 0 otherwise.
【0048】次に、各親パターンSuに対し、P2個の学習
パターンSuv(v=1〜P2)を生成する。学習パターンSuv
の各要素Suvi(i=1〜D)は以下の確率Pr2(Suvi)で±1
の値をとる。Next, P2 learning patterns S uv (v = 1 to P2) are generated for each parent pattern S u . Learning pattern S uv
Each element S uv i (i = 1 to D) of is ± 1 with the following probability Pr2 (S uv i)
Takes the value of.
【0049】[0049]
【数16】 [Equation 16]
【0050】ここで、b(0<b<1)は親パターンと学習パタ
ーンとの間の相関パラメータである。この様にして生成
された学習パターンを用いて、図1の階層型パターン分
類装置について、学習モードにおける動作を説明する。Here, b (0 <b <1) is a correlation parameter between the parent pattern and the learning pattern. The operation in the learning mode of the hierarchical pattern classification device in FIG. 1 will be described using the learning pattern generated in this way.
【0051】学習モードでは、概念形成連想記憶装置1
1は、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)
を受け、その内部に保持される概念形成連想記憶重みWi
j(i=1〜D,j=1〜D)をIn the learning mode, the concept formation associative memory device 1
1 is P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2)
Received, the concept formation associative memory weight Wi
j (i = 1 to D, j = 1 to D)
【0052】[0052]
【数17】 [Equation 17]
【0053】のように更新する。ここで、d1(Wij)は定
数でも概念形成連想記憶重みWijの関数でもよく、0か
ら1までの値をとるものとする。例えば、d1(Wij)はUpdate as follows. Here, d1 (Wij) may be a constant or a function of the concept-forming associative memory weight Wij, and takes a value from 0 to 1. For example, d1 (Wij) is
【0054】[0054]
【数18】 [Equation 18]
【0055】と書くことができる。d2(Wij)も同様に定
数でも概念形成連想記憶重みWijの関数でもよく、例え
ば、Can be written as Similarly, d2 (Wij) may be a constant or a function of the concept formation associative memory weight Wij, for example,
【0056】[0056]
【数19】 [Formula 19]
【0057】と書くことができる。これらの更新式に従
ってP1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)を
学習させる。この学習により、学習パターンSuv(u=1〜
P1,v=1〜P2)が親パターンSu(u=1〜P1)と相関を持っ
て作られた構造を持つパターンである場合、その親パタ
ーンSu(u=1〜P1)にほぼ等しいパターンS'u(u=1〜P
1)が概念形成連想記憶部11に記憶される。以降、概
念形成連想記憶部11に記憶されているパターンS'u(u
=1〜P1)を概念と呼ぶことにする。これにより、概念S'
u(u=1〜P1)に近い学習パターンSuvが外部入力信号Sと
して概念形成連想記憶部11に入力された場合、概念形
成連想記憶部11は概念形成連想記憶信号X(t)を更新し
つづけ、X(t-1)とX(t)が等しくなったとき安定概念形成
連想記憶信号X(=X(t-1)=X(t))を出力する。このとき
の安定概念連想記憶信号Xは概念S'uとなる。簡単のた
め、以降は親パターンSuと概念S'uは等しい(Sui=S'ui
,u=1〜P1,i=1〜D)として、概念をSu(u=1〜P1)で表
すことにする。Can be written as According to these update formulas, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2) are learned. By this learning, the learning pattern S uv (u = 1 ~
P1, v = 1~P2) be a pattern having a structure made with a correlation with the parent pattern S u (u = 1~P1), almost to its parent pattern S u (u = 1~P1) equal pattern S 'u (u = 1~P
1) is stored in the concept formation associative storage unit 11. Thereafter, the pattern S ′ u (u
= 1 ~ P1) is called a concept. This gives the concept S '
When the learning pattern S uv close to u (u = 1 to P1) is input to the concept formation associative storage unit 11 as the external input signal S, the concept formation associative storage unit 11 updates the concept formation associative storage signal X (t). The stable concept formation associative memory signal X (= X (t-1) = X (t)) is output when X (t-1) becomes equal to X (t). The stable concept associative memory signal X at this time becomes the concept S'u . For simplicity, the parent pattern S u and the concept S'u are equal (S u i = S ' u i
, u = 1 to P1, i = 1 to D), and the concept is represented by S u (u = 1 to P1).
【0058】概念形成連想記憶部11の学習が終わる
と、カテゴリー検出部12の学習が始まる。When the learning of the concept formation associative storage unit 11 is finished, the learning of the category detection unit 12 is started.
【0059】まず、カテゴリー検出部12のカテゴリー
検出重みCij(i=1〜N,j=1〜D)は充分小さな乱数に初
期設定される。また、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1
〜P1,v=1〜P2)の平均パターンに充分小さな乱数を加え
ることでカテゴリー検出部12のカテゴリー検出重みCi
j(i=1〜N,j=1〜D)を初期設定することにより、学習
速度および学習結果の向上が実現できる。つぎに、学習
パターンSuvが概念形成連想記憶部11に入力され、概
念形成連想記憶部11は安定概念形成連想記憶信号X、
すなわち、概念Suを出力する。カテゴリー検出部12は
この概念Suを学習することになる。この場合、カテゴリ
ー検出部12では重みづけ総和が計算され、カテゴリー
検出部12のセルiの活性値uiはFirst, the category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 to D) of the category detection unit 12 is initialized to a sufficiently small random number. In addition, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1
~ P1, v = 1 ~ P2) by adding a sufficiently small random number to the average pattern of the category detection unit 12 of the category detection weight Ci
By initializing j (i = 1 to N, j = 1 to D), the learning speed and learning result can be improved. Next, the learning pattern S uv is input to the concept formation association memory unit 11, and the concept formation association memory unit 11 outputs the stable concept formation association memory signal X,
That is, the concept S u is output. The category detection unit 12 will learn this concept S u . In this case, the category detector 12 calculates the weighted sum, and the activity value u i of the cell i of the category detector 12 is
【0060】[0060]
【数20】 [Equation 20]
【0061】となる。ここで、hiはカテゴリー検出部1
2のセルiの可変の閾値である。この活性値に基づい
て、カテゴリー検出部12のセルiの出力値oiはIt becomes Where hi is the category detector 1
It is a variable threshold value of cell i of 2. Based on this activation value, the output value oi of the cell i of the category detection unit 12 is
【0062】[0062]
【数21】 [Equation 21]
【0063】となる。ここで、c(0<c≦1)は定数であ
る。このことから、カテゴリー検出部12では最大活性
値をもつセルおよび最大活性値と同等の活性値を持つセ
ルが1を出力することがわかる。セルの出力値が決まる
と、カテゴリー検出部12のカテゴリー検出重みCij(i
=1〜N,j=1〜D)は以下の重み更新式に従って更新され
る。It becomes Here, c (0 <c ≦ 1) is a constant. From this, it can be seen that in the category detection unit 12, the cell having the maximum active value and the cell having the active value equivalent to the maximum active value output 1. When the output value of the cell is determined, the category detection weight Cij (i
= 1 to N, j = 1 to D) is updated according to the following weight update formula.
【0064】[0064]
【数22】 [Equation 22]
【0065】ここで、Aは充分小さな正の実数とする。
このことから、カテゴリー検出部12では1を出力した
セルに結合する重みのみが更新されることがわかる。ま
た、カテゴリー検出部12のセルの閾値は以下の式に基
づいて更新される。Here, A is a sufficiently small positive real number.
From this, it can be seen that the category detection unit 12 updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. Further, the cell threshold of the category detection unit 12 is updated based on the following formula.
【0066】[0066]
【数23】 [Equation 23]
【0067】ここで、A1は1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を、全ての学習パターンSuv(u=1
〜P1,v=1〜P2)に対して充分繰り返し行うことで、カテ
ゴリー検出部12の学習が終了する。Here, A1 is a sufficiently small positive real number of 1 or less. All learning patterns S uv (u = 1
~ P1, v = 1 to P2) is sufficiently repeated to complete the learning of the category detection unit 12.
【0068】カテゴリー検出部12の学習が終了する
と、概念継承連想記憶部13i(i=1〜N)の学習が行
われる。When the learning of the category detector 12 is completed, the concept inheritance associative memory 13i (i = 1 to N) is learned.
【0069】学習パターンSuvを学習することを考え
る。まず、学習パターンSuvが概念形成連想記憶部11
に入力され、概念形成連想記憶部11は安定概念形成連
想記憶信号X、すなわち、概念Suを出力する。カテゴリ
ー検出部12はこの概念Suを学習しており、カテゴリー
検出部12のセルiが1を出力したものと仮定する。こ
のとき、カテゴリー検出部12のセルiに結合する概念
継承連想記憶部13iが動作可能の状態となる。この場
合、概念継承連想記憶部13iは、学習パターンSu vと
その学習パターンSuvを概念形成連想記憶部11に入力
したときの安定概念連想記憶信号Xである概念Suとを受
けて、その内部に保持される概念継承連想記憶重みWijk
(j=1〜D,k=1〜D)をConsider learning the learning pattern S uv . First, the learning pattern S uv is the concept formation associative storage unit 11
, And the concept formation associative memory unit 11 outputs the stable concept formation associative memory signal X, that is, the concept S u . It is assumed that the category detection unit 12 has learned this concept S u and that the cell i of the category detection unit 12 outputs 1. At this time, the concept inheritance associative storage unit 13i connected to the cell i of the category detection unit 12 becomes operable. In this case, the concept inheritance associative memory unit 13i receives the learning pattern S u v and the concept S u which is the stable concept associative memory signal X when the learning pattern S uv is input to the concept formation associative memory unit 11, Concept inheritance associative memory weight Wijk held in it
(J = 1 to D, k = 1 to D)
【0070】[0070]
【数24】 [Equation 24]
【0071】のように更新する。この概念継承連想記憶
重みWijkの更新式から、概念継承連想記憶部13iはS'
uvj(=SuvjSuj, j=1〜D)を要素に持った継承パターン
S'uvを記憶していることがわかる。概念Sujと学習パタ
ーンSuvjとの相関は非常に強いため、継承パターンS'uv
の多くの要素が1をとることになり、継承パターンS'uv
はスパースなパターンとなる。この様な学習を、全ての
学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)に対して行うこと
で、概念継承連想記憶部13iの学習が終了する。Update as follows. From this update formula of the concept inheritance associative memory weight Wijk, the concept inheritance associative memory unit 13i determines S ′.
Inheritance pattern with uv j (= S uv jS u j, j = 1 to D) as elements
You can see that you remember S'uv . The correlation between the concept S u j and the learning pattern S uv j is so strong that the inheritance pattern S'uv
Many elements of S will take 1 and inheritance pattern S'uv
Becomes a sparse pattern. By performing such learning for all learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the learning of the concept inheritance associative storage unit 13i ends.
【0072】このように、学習パターンSuvに類似した
外部入力信号Sが階層型パターン分類装置に入力された
場合、概念形成連想記憶部11は安定概念形成連想記憶
信号Xとして概念Suを出力し、概念継承連想記憶部13
iは安定概念継承連想記憶信号Xiとして継承パターンS'
uvを出力する。In this way, when the external input signal S similar to the learning pattern S uv is input to the hierarchical pattern classifier, the concept formation associative memory unit 11 outputs the concept S u as the stable concept formation associative memory signal X. The concept inheritance associative storage unit 13
i is the inheritance pattern S'as the stable concept inherited associative memory signal Xi.
Output uv .
【0073】次に、サブカテゴリー検出部14iの学習
について説明する。この学習は概念継承連想記憶部13
iの学習と同時に進行させることができるが、以下では
概念継承連想記憶部13iの学習が終了したものとして
説明する。Next, learning of the subcategory detecting section 14i will be described. This learning is performed by the concept inheritance association memory unit 13.
Although the learning can be performed simultaneously with the learning of i, the following description will be made assuming that the learning of the concept inheritance associative storage unit 13i is completed.
【0074】まず、サブカテゴリー検出部14iのサブ
カテゴリー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)は充分
小さな乱数に初期設定される。ここで、学習パターンS
uvを学習することについて考える。まず、学習パターン
Suvが概念形成連想記憶部11に入力され、概念形成連
想記憶部11は安定概念形成連想記憶信号X、すなわ
ち、概念Suを出力する。カテゴリー検出部12はこの概
念Suを学習しており、カテゴリー検出部12のセルiが
1を出力したものと仮定する。このとき、カテゴリー検
出部12のセルiに結合する概念継承連想記憶部13i
が動作可能の状態となり、概念継承連想記憶部13iは
安定概念継承連想記憶信号Xiとして継承パターンS'uvを
出力する。サブカテゴリー検出部14iはこの継承パタ
ーンS'uvを学習することになる。この場合、サブカテゴ
リー検出部14iでは重みづけ総和が計算され、サブカ
テゴリー検出部14iのセルjの活性値uijはFirst, the subcategory detection weight Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) of the subcategory detection unit 14i is initialized to a sufficiently small random number. Here, the learning pattern S
Think about learning uv . First, the learning pattern
S uv is input to the concept formation associated memory unit 11, and the concept formation associated memory unit 11 outputs the stable concept formation associated memory signal X, that is, the concept S u . It is assumed that the category detection unit 12 has learned this concept S u and that the cell i of the category detection unit 12 outputs 1. At this time, the concept inheritance associative storage unit 13i connected to the cell i of the category detection unit 12
Becomes an operable state, and the concept inheritance associative memory unit 13i outputs a succession pattern S ′ uv as a stable concept succession associative memory signal Xi. The subcategory detection unit 14i learns this inheritance pattern S'uv . In this case, the subcategory detection unit 14i calculates the weighted sum, and the activity value u ij of the cell j of the subcategory detection unit 14i is
【0075】[0075]
【数25】 [Equation 25]
【0076】となる。ここで、hijはサブカテゴリー検
出部14iのセルjの可変の閾値である。この活性値に
基づいて、サブカテゴリー検出部14iのセルjの出力
値oijはIt becomes Here, hij is a variable threshold value of the cell j of the subcategory detection unit 14i. Based on this active value, the output value oij of the cell j of the subcategory detection unit 14i is
【0077】[0077]
【数26】 [Equation 26]
【0078】となる。ここで、ci(0<ci≦1)は定数で
ある。このことから、サブカテゴリー検出部14iでは
最大活性値のci倍以上の活性値をもつセルが1を出力す
ることがわかる。セルの出力値が決まると、サブカテゴ
リー検出部14iのサブカテゴリー検出重みCijk(j=1
〜Ni,k=1〜D)は以下の重み更新式に従って更新され
る。It becomes Here, ci (0 <ci ≦ 1) is a constant. From this, it can be seen that in the subcategory detection unit 14i, a cell having an activity value of ci times or more the maximum activity value outputs 1. When the cell output value is determined, the subcategory detection weight Cijk (j = 1
~ Ni, k = 1 to D) are updated according to the following weight update formula.
【0079】[0079]
【数27】 [Equation 27]
【0080】ここで、Aiは充分小さな正の定数とする。
このことから、サブカテゴリー検出部14iでは1を出
力したセルに結合する重みのみが更新されることがわか
る。また、サブカテゴリー検出部14iのセルの閾値は
以下の式に基づいて更新される。Here, Ai is a sufficiently small positive constant.
From this, it can be seen that the sub-category detection unit 14i updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. In addition, the cell threshold of the subcategory detection unit 14i is updated based on the following formula.
【0081】[0081]
【数28】 [Equation 28]
【0082】ここで、A2iは1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を全ての学習パターンSuv(u=1〜
P1,v=1〜P2)に対して充分繰り返し行うことで、サブカ
テゴリー検出部14iの学習が終了する。Here, A2i is a sufficiently small positive real number of 1 or less. All learning patterns S uv (u = 1 ~
The learning of the subcategory detection unit 14i is completed by sufficiently repeating P1, v = 1 to P2).
【0083】このように設定された重みを持つ階層型パ
ターン分類装置の想起モードにおける動作を以下に示
す。The operation in the recall mode of the hierarchical pattern classifying apparatus having the weight thus set will be described below.
【0084】想起モード時には外部入力信号Sが概念形
成連想記憶部11に入力される。この入力をトリガーと
し、概念形成連想記憶部11ではその内部に保持する概
念形成連想記憶重みWijに従って概念形成連想記憶信号X
(t)を以下の式に従って更新する。In the recall mode, the external input signal S is input to the concept formation associative storage unit 11. This input is used as a trigger, and the concept formation associative storage unit 11 stores the concept formation associative storage signal X according to the concept formation associative storage weight Wij held therein.
Update (t) according to the following formula.
【0085】[0085]
【数29】 [Equation 29]
【0086】[0086]
【数30】 [Equation 30]
【0087】[0087]
【数31】 [Equation 31]
【0088】[0088]
【数32】 [Equation 32]
【0089】ここで、Xi(t)は時刻tにおける概念形成
連想記憶信号X(t)のi番目の要素を示し、Ui(t)は時刻
tにおける概念形成ポテンシャル信号U(t)のi番目の要
素を示す。ここで、概念形成連想記憶信号X(t)が安定化
したとき、概念形成連想記憶部11は安定概念形成連想
記憶信号X(=X(t-1)=X(t))を出力する。この安定概念
形成連想記憶信号Xは外部入力信号Sに最も類似した概念
Su(u=1〜P1)となることが期待できる。以降、外部入
力信号Sが概念形成連想記憶部11に入力されたときの
安定概念形成連想記憶信号Xが概念Suとなることを仮定
する。Here, Xi (t) represents the i-th element of the concept formation associative memory signal X (t) at time t, and Ui (t) is the i-th element of the concept formation potential signal U (t) at time t. Indicates the element of. Here, when the concept formation associated memory signal X (t) is stabilized, the concept formation associated memory unit 11 outputs the stable concept formation associated memory signal X (= X (t-1) = X (t)). This stable concept formation associative memory signal X is the concept most similar to the external input signal S.
It can be expected that S u (u = 1 to P1). Hereinafter, it is assumed that the stable concept formation associative memory signal X when the external input signal S is input to the concept formation associative memory unit 11 becomes the concept S u .
【0090】次に、概念形成連想記憶部11が出力する
安定概念形成連想記憶信号X、すなわち、概念Suがカテ
ゴリー検出部12に入力され、(数20)および(数2
1)からカテゴリー検出部12のセルの出力値が計算さ
れる。ここで、カテゴリー検出部12のセルiが1を出
力したと仮定する。Next, the stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative storage unit 11, that is, the concept S u, is input to the category detection unit 12, and (Equation 20) and (Equation 2)
The output value of the cell of the category detection unit 12 is calculated from 1). Here, it is assumed that the cell i of the category detection unit 12 outputs 1.
【0091】このとき、カテゴリー検出部12のセルi
に結合する概念継承連想記憶部13iが動作可能の状態
となり、外部入力信号Sと概念形成連想記憶部11が出
力する安定概念形成連想記憶信号X、すなわち、概念Su
が概念継承連想記憶部13iに入力される。これらの入
力をトリガーとし、概念継承連想記憶部13iではその
内部に保持する概念継承連想記憶重みWijkに従って、概
念継承連想記憶信号Xi(t)を以下の式に従って更新す
る。At this time, the cell i of the category detection unit 12
The concept inheritance associative memory unit 13i connected to the active state becomes operable, and the external input signal S and the stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative memory unit 11, ie, the concept S u
Is input to the concept inheritance associative storage unit 13i. With these inputs as triggers, the concept inheritance associative memory unit 13i updates the concept succession associative memory signal Xi (t) according to the following formula in accordance with the concept inheritance associative memory weight Wijk held therein.
【0092】[0092]
【数33】 [Expression 33]
【0093】[0093]
【数34】 [Equation 34]
【0094】[0094]
【数35】 [Equation 35]
【0095】ここで、Uij(t)は時刻tにおける概念継承
ポテンシャル信号Uij(t)のj番目の要素を示す。この動
作により概念継承連想記憶信号Xi(t)が安定化したと
き、概念継承連想記憶部13iは安定概念継承連想記憶
信号Xi(=Xi(t-1)=Xi(t))を出力する。すなわち、外部
入力信号Sに類似した学習パターンSuvに対応する継承パ
ターンS'uvが概念継承連想記憶部13iに想起されるこ
とになる。Here, Uij (t) indicates the j-th element of the concept inheritance potential signal Uij (t) at time t. When the concept inherited associative memory signal Xi (t) is stabilized by this operation, the concept inherited associative memory unit 13i outputs the stable concept inherited associative memory signal Xi (= Xi (t-1) = Xi (t)). That is, the succession pattern S ′ uv corresponding to the learning pattern S uv similar to the external input signal S is recalled in the concept succession associative storage unit 13i.
【0096】このように、概念継承連想記憶部13iは
スパースなパターンである継承パターンS'uvを記憶して
いる。記憶するパターンがスパースである場合、記憶容
量が飛躍的に増大することが知られており、よって、概
念継承連想記憶部13iは非常に大きな記憶容量を持っ
ていることになる。[0096] Thus, the concept inherited associative memory unit 13i stores a inheritance pattern S 'uv a sparse pattern. It is known that the storage capacity increases dramatically when the stored pattern is sparse, and therefore the concept inheritance associative storage unit 13i has a very large storage capacity.
【0097】次に、概念継承連想記憶部13iが出力す
る安定概念継承連想記憶信号Xi、すなわち、概念S'uvが
サブカテゴリー検出部14iに入力され、(数25)お
よび(数26)からサブカテゴリー検出部14iのセル
の出力値が計算され、サブカテゴリー検出部14iの1
つのセルが1を出力する。[0097] Next, stable concept inherited associative memory signal Xi to output concept inherited associative memory unit 13i, that is, the concept S 'uv is input to the sub-category detection unit 14i, the sub from (Equation 25) and (Expression 26) The output value of the cell of the category detection unit 14i is calculated, and 1 of the subcategory detection unit 14i is calculated.
One cell outputs 1.
【0098】このことから、外部入力信号Sがカテゴリ
ー検出部12、すなわち、第1階層レベルでどのカテゴ
リーに属し、また、サブカテゴリー検出部13i、すな
わち、第2階層レベルでどのサブカテゴリーに属するの
かを判断することができる。From this fact, which category the external input signal S belongs to in the category detecting section 12, that is, the first hierarchical level, and which subcategory detecting section 13i, that is, the subcategory in the second hierarchical level, belong to. Can be judged.
【0099】また、出力信号生成部15は概念形成連想
記憶部11が出力する安定概念形成連想記憶信号X、す
なわち、概念Suと、概念継承連想記憶部13iが出力す
る安定概念継承連想記憶信号Xi、すなわち、継承パター
ンS'uvを受けることにより、出力信号Rを以下の式に基
づいて計算する。Further, the output signal generation unit 15 outputs the stable concept formation associative storage signal X output from the concept formation associative storage unit 11, that is, the concept S u, and the stable concept succession associative storage signal output from the concept succession associative storage unit 13i. By receiving Xi, that is, the inheritance pattern S ′ uv , the output signal R is calculated based on the following equation.
【0100】[0100]
【数36】 [Equation 36]
【0101】ここで、Riは出力信号Rのi番目の要素を
示す。このように、出力信号生成部15では、外部入力
信号Sに最も類似した学習パターンSuvが生成される。Here, Ri represents the i-th element of the output signal R. In this way, the output signal generator 15 generates the learning pattern S uv most similar to the external input signal S.
【0102】また、カテゴリー検出部12の機能を拡張
することにより学習や検索の高速化およびメモリーの削
減が実現できる。例えば、カテゴリー検出部12の各セ
ルiに、セルiに出力1を与える学習パターンサブ集合
iを記憶させる。この学習パターンサブ集合iの要素数
が0である場合、カテゴリー検出部12のセルiに関係
する概念継承連想記憶部13iおよびサブカテゴリー検
出部14iを削除することによって実現される。Further, by expanding the function of the category detection unit 12, it is possible to speed up learning and retrieval and reduce memory. For example, the learning pattern sub-set i that gives the output 1 to the cell i is stored in each cell i of the category detection unit 12. When the number of elements of this learning pattern sub-set i is 0, it is realized by deleting the concept inheritance associative storage unit 13i and the sub-category detection unit 14i related to the cell i of the category detection unit 12.
【0103】さらに、D次元の学習パターンSuvがT個
の部分学習パターンSuvj(j=1〜T)(部分学習パターン
Suvjの次元をDjとする。)に分割できる場合、カテゴ
リー検出部12の機能を拡張することにより、概念継承
連想記憶部13iが記憶する継承パターンS'uvの次元を
削減することができる。例えば、カテゴリー検出部12
の各セルiに、セルiに出力1を与える学習パターンサ
ブ集合iを記憶させる。この学習パターンサブ集合iに
含まれる全ての学習パターンのある部分学習パターンが
学習パターンサブ集合iに含まれる全ての学習パターン
と等しい場合、その部分学習パターンを各学習パターン
から削除し(すなわち、その部分学習パターンに対応す
る部分継承パターンを削除する)、カテゴリー検出部1
2以降の概念継承連想記憶部13iおよびサブカテゴリ
ー検出部14iに学習させることにより継承パターンの
次元削減が実現できる。Furthermore, the D-dimensional learning pattern S uv has T partial learning patterns S uv j (j = 1 to T) (partial learning pattern
Let the dimension of S uv j be D j. ), The dimension of the inheritance pattern S ′ uv stored in the concept inheritance associative storage unit 13i can be reduced by expanding the function of the category detection unit 12. For example, the category detection unit 12
The learning pattern sub-set i that gives the output 1 to the cell i is stored in each cell i of. If a partial learning pattern of all learning patterns included in this learning pattern sub-set i is equal to all learning patterns included in the learning pattern sub-set i, the partial learning pattern is deleted from each learning pattern (that is, Delete the partial inheritance pattern corresponding to the partial learning pattern), category detection unit 1
The dimension reduction of the inheritance pattern can be realized by making the concept inheritance associative storage unit 13i and the subcategory detection unit 14i on and after the second learn.
【0104】同様にサブカテゴリー検出部14iの機能
を上述したように拡張すれば、さらに、継承パターンの
次元削減が可能となる。Similarly, if the function of the subcategory detecting unit 14i is expanded as described above, the dimension of the inheritance pattern can be further reduced.
【0105】なお、本実施例では簡単のため階層型パタ
ーン分類装置の階層数を2として説明したが、この制限
は本質的な問題ではなく、3以上の階層数を持つ階層型
パターン分類装置にも容易に拡張することができる。階
層数が3の場合の階層型パターン分類装置の略図(出力
生成部を除く)を図2に示す。図2において、21は概
念形成連想記憶部11とカテゴリー検出部12とをひと
まとめにしたモジュールAであり、22i(i=1〜
N)は継承パターン用概念形成連想記憶部(その動作は
概念形成連想記憶部11と同じであり、概念形成連想記
憶部11は学習パターンそのものを学習するのに対し、
継承パターン用概念形成連想記憶部は学習パターンの継
承パターンを学習する)とカテゴリー検出部(その動作
はカテゴリー検出部12と同じであり、継承パターン用
概念形成連想記憶部の出力する安定パターンを学習す
る)とをひとまとめにしたモジュールBであり、23i
j(j=1〜Ni)は概念継承連想記憶部12iとサブ
カテゴリー検出部12iとをひとまとめにしたモジュー
ルCである。図2では簡単のため、モジュールA21か
らモジュールB22iへの入力線を1本としているが、
実際にはモジュールA21内部の概念形成連想記憶部が
出力する安定概念形成連想記憶信号とカテゴリー検出部
のセルからの出力信号の2種類の信号がモジュールB2
2iに入ることになる。同様に、モジュールB22iか
らモジュールC23ijへの入力線を1本としている
が、実際にはモジュールB22i内部の継承パターン用
概念形成連想記憶部が出力する安定概念形成連想記憶信
号とカテゴリー検出部のセルからの出力信号の2種類の
信号がモジュールC23ijに入ることになる。このよ
うに3以上の階層数を持つ階層型パターン分類装置に容
易に拡張することができる。In the present embodiment, the number of layers of the hierarchical pattern classifying device has been described as 2 for the sake of simplicity. However, this limitation is not an essential problem, and a hierarchical pattern classifying device having three or more hierarchical layers can be used. Can also be easily extended. FIG. 2 shows a schematic diagram (excluding the output generation unit) of the hierarchical pattern classification device when the number of layers is three. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a module A in which the concept formation associative storage unit 11 and the category detection unit 12 are integrated, and 22i (i = 1 to 1).
N) is a concept formation associative storage unit for succession patterns (the operation is the same as the concept formation associative storage unit 11, and the concept formation associative storage unit 11 learns the learning pattern itself,
The inheritance pattern concept formation associative storage unit learns the inheritance pattern of the learning pattern) and the category detection unit (the operation is the same as that of the category detection unit 12 and learns the stable pattern output from the inheritance pattern concept formation associative storage unit). 23i is a module B in which
j (j = 1 to Ni) is a module C in which the concept inheritance associative storage unit 12i and the subcategory detection unit 12i are integrated. In FIG. 2, for simplicity, the number of input lines from the module A21 to the module B22i is one.
Actually, two kinds of signals, that is, a stable concept formation associative memory signal output from the concept formation associative storage unit inside the module A21 and an output signal from the cell of the category detection unit are module B2.
It will enter 2i. Similarly, although there is one input line from the module B22i to the module C23ij, in reality, from the stable concept formation associative storage signal output from the inheritance pattern concept formation associative storage unit inside the module B22i and the cell of the category detection unit. Two types of signals of the output signals of the above will enter the module C23ij. In this way, it is possible to easily expand to a hierarchical pattern classification device having three or more hierarchical layers.
【0106】以上のように本実施例によれば、同じカテ
ゴリーに属す継承パターン(実施例1参照)は同じ概念
継承記憶部に記憶されるため、記憶事項間の関係を明示
的に取り出すことができ、入力パターンがどのカテゴリ
ーに属するのかといったパターンの分類に関する情報を
得ることができる。すなわち、与えられた記憶すべき事
項(学習パターン)間相互の類似性に基づき、それらの
事項間の階層構造を生成して記憶し、その階層構造を利
用して系統的かつ効率的かつ柔軟に記憶事項を検索する
ことができる。さらに、生成した階層構造を表示するこ
とで、ユーザーは記憶事項間の関係を容易に理解でき
る。As described above, according to this embodiment, since the inheritance patterns belonging to the same category (see Embodiment 1) are stored in the same concept inheritance storage unit, it is possible to explicitly take out the relationship between the stored items. Therefore, it is possible to obtain information about the classification of patterns such as which category the input pattern belongs to. That is, based on the mutual similarity between given items (learning patterns) to be stored, a hierarchical structure between those items is generated and stored, and the hierarchical structure is used to systematically, efficiently and flexibly. You can search the memory. Further, by displaying the generated hierarchical structure, the user can easily understand the relationship between the memory items.
【0107】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
(簡略階層型パターン分類装置)について図面を参照し
ながら説明する。(Embodiment 2) A second embodiment (simple hierarchical pattern classification apparatus) of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0108】図3において、31は外部入力信号S(各
要素をSi(i=1〜D)で表す)とその内部に保持される
カテゴリー検出重みCij(i=1〜N,j=1〜D)との重みづ
け総和を活性値として持つN個のセルi(i=1〜N)か
ら構成され、少なくとも1つ以上のセルが1を出力する
カテゴリー検出部であり、31i(i=1〜N)はカテゴ
リー検出部31のセルiが1を出力している場合のみ動
作可能となり、外部入力信号Sとその内部に保持される
サブカテゴリー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)と
の重みづけ総和を活性値として持つNi個のセルから構
成され、少なくとも1つ以上のセルが1を出力するサブ
カテゴリー検出部であり、32はカテゴリー検出部31
のカテゴリー検出重みCij(i=1〜N,j=1〜D)に充分小
さな乱数を与えることにより初期化し、また、学習後の
カテゴリー検出部31のカテゴリー検出重みCij(i=1〜
N,j=1〜D)を考慮してサブカテゴリー検出部31i
(i=1〜N)のサブカテゴリー検出重みCijk(j=1〜N
i,k=1〜D)を初期設定する初期重み設定部であり、3
3はサブカテゴリー検出部31i(i=1〜N)のサブカ
テゴリー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)を受けて
出力信号Rを生成する出力信号生成部である。In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an external input signal S (each element is represented by Si (i = 1 to D)) and a category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 to 1) held therein. D is a category detection unit that is composed of N cells i (i = 1 to N) having a weighted sum with D) as an active value, and at least one cell outputs 1 and 31i (i = 1 Up to N) can be operated only when the cell i of the category detection unit 31 outputs 1, and the external category input signal S and the sub category detection weight Cijk (j = 1 to Ni, k = 1) held therein. To D) is a sub-category detection unit that is composed of Ni cells that have a weighted sum total as an active value, and at least one cell outputs 1 and 32 is a category detection unit 31.
Is initialized by giving a sufficiently small random number to the category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 to D) of the category detection weight Cij (i = 1 to
N, j = 1 to D) in consideration of the subcategory detection unit 31i
(I = 1 to N) sub-category detection weight Cijk (j = 1 to N)
i, k = 1 to D) is an initial weight setting unit for initializing 3
An output signal generation unit 3 receives the subcategory detection weights Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) of the subcategory detection unit 31i (i = 1 to N) and generates an output signal R.
【0109】なお、本実施例では簡単のため簡略階層型
パターン分類装置の階層数を2として説明しているが、
この制限は本質的な問題ではなく、3以上の階層数を持
つ簡略階層型パターン分類装置にも容易に拡張すること
ができる(後述)。In this embodiment, the number of layers of the simplified hierarchical pattern classifier is set to 2 for the sake of simplicity.
This limitation is not an essential problem and can be easily extended to a simplified hierarchical pattern classification device having three or more hierarchical layers (described later).
【0110】以上のように構成された2階層の簡略階層
型パターン分類装置について、学習における動作を説明
する。学習モードでは、カテゴリー検出部31の学習か
ら始まることになる。The learning operation of the two-layer simple hierarchical pattern classifying apparatus configured as described above will be described. In the learning mode, learning of the category detection unit 31 starts.
【0111】まず、カテゴリー検出部31のカテゴリー
検出重みCij(i=1〜N,j=1〜D)は初期重み設定部32
によって充分小さな乱数に初期設定される。また、P1×
P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)の平均パタ
ーンに充分小さな乱数を加えることでカテゴリー検出部
31のカテゴリー検出重みCij(i=1〜N,j=1〜D)を初
期設定することにより、学習速度および学習結果の向上
が実現できる。つぎに、P1×P2個の学習パターンSuv(u
=1〜P1,v=1〜P2)がカテゴリー検出部31に順に入力さ
れ、逐次的に学習が行われる。学習パターンSuvがカテ
ゴリー検出部31に入力された場合を考える。この場
合、カテゴリー検出部31では重みづけ総和が計算さ
れ、カテゴリー検出部31のセルiの活性値uiはFirst, the category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 to D) of the category detection unit 31 is set to the initial weight setting unit 32.
Is initialized to a sufficiently small random number. Also, P1 ×
By adding a sufficiently small random number to the average pattern of the P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 of the category detection unit 31. It is possible to improve the learning speed and the learning result by initializing (~ D). Next, P1 × P2 learning patterns S uv (u
= 1 to P1, v = 1 to P2) are sequentially input to the category detection unit 31, and learning is sequentially performed. Consider a case where the learning pattern S uv is input to the category detection unit 31. In this case, the category detector 31 calculates the weighted sum, and the activity value ui of the cell i of the category detector 31 is
【0112】[0112]
【数37】 [Equation 37]
【0113】となる。ここで、hiはカテゴリー検出部3
1のセルiの可変の閾値である。この活性値に基づい
て、カテゴリー検出部31のセルiの出力値oiはIt becomes: Where hi is the category detection unit 3
This is a variable threshold value for cell i of 1. Based on this active value, the output value oi of the cell i of the category detection unit 31 is
【0114】[0114]
【数38】 [Equation 38]
【0115】となる。cは1以下の正の定数とする。こ
のことから、カテゴリー検出部31では最大活性値をも
つセルおよびそれと同等の活性値を持つセルが1を出力
することがわかる。セルの出力値が決まると、カテゴリ
ー検出部31のカテゴリー検出重みCij(i=1〜N,j=1〜
D)は以下の重み更新式に従って更新される。It becomes: c is a positive constant of 1 or less. From this, it can be seen that in the category detection unit 31, the cell having the maximum active value and the cell having the active value equivalent to that output 1. When the output value of the cell is determined, the category detection weight Cij (i = 1 to N, j = 1 to
D) is updated according to the following weight update formula.
【0116】[0116]
【数39】 [Formula 39]
【0117】ここで、Aは充分小さな正の実数とする。
このことから、カテゴリー検出部31では1を出力した
セルに結合する重みのみが更新されることがわかる。ま
た、カテゴリー検出部31のセルの閾値は以下の式に基
づいて更新される。Here, A is a sufficiently small positive real number.
From this, it can be seen that the category detection unit 31 updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. Further, the cell threshold of the category detection unit 31 is updated based on the following formula.
【0118】[0118]
【数40】 [Formula 40]
【0119】ここで、A1は1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を、P1×P2個の学習パターンSuv
(u=1〜P1,v=1〜P2)に対して、充分繰り返し行うこと
で、カテゴリー検出部31の学習が終了する。Here, A1 is a sufficiently small positive real number of 1 or less. This kind of learning is performed with P1 × P2 learning patterns S uv
By sufficiently repeating (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the learning of the category detection unit 31 ends.
【0120】カテゴリー検出部31の学習が終了する
と、サブカテゴリー検出部31i(i=1〜N)の学習が
行われる。When the learning of the category detecting unit 31 is completed, the sub-category detecting unit 31i (i = 1 to N) is learned.
【0121】まず、サブカテゴリー検出部31iのサブ
カテゴリー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)は初期
重み設定部32によって以下のように初期設定される。First, the subcategory detection weights Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) of the subcategory detection unit 31i are initialized by the initial weight setting unit 32 as follows.
【0122】[0122]
【数41】 [Formula 41]
【0123】ここで、αは充分小さな乱数である。これ
により、サブカテゴリー検出部31iの持つサブカテゴ
リー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)はカテゴリー
検出部31の持つカテゴリー検出重みCij(j=1〜D)を
中心として分布することになる。Here, α is a sufficiently small random number. As a result, the sub-category detection weights Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) of the sub-category detection unit 31i are distributed around the category detection weights Cij (j = 1 to D) of the category detection unit 31. Will be done.
【0124】サブカテゴリー検出部31iのサブカテゴ
リー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)の初期設定が
終わると、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜
P2)の学習が行われる。ここで、学習パターンSuvの学
習について考える。この場合、まず、学習パターンSuv
はカテゴリー検出部31に入力される。カテゴリー検出
部31では(数37)および(数38)に基づいて、セ
ルの出力値を計算する。ここで、学習パターンSuvがカ
テゴリー検出部31に入力されたとき、1を出力したセ
ルをセルiとする。これにより、サブカテゴリー検出部
31iが動作可能となり、サブカテゴリー検出部31i
が学習パターンSuvを学習する。この場合、サブカテゴ
リー検出部31iでは重みづけ総和が計算され、サブカ
テゴリー検出部31iのセルjの活性値uijはWhen the initial setting of the subcategory detection weights Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) of the subcategory detection unit 31i is completed, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 ~
P2) is learned. Now, let us consider the learning of the learning pattern S uv . In this case, first, the learning pattern S uv
Is input to the category detection unit 31. The category detection unit 31 calculates the output value of the cell based on (Equation 37) and (Equation 38). Here, a cell that outputs 1 when the learning pattern S uv is input to the category detection unit 31 is set as a cell i. As a result, the subcategory detection unit 31i becomes operable, and the subcategory detection unit 31i
Learns the learning pattern S uv . In this case, the subcategory detection unit 31i calculates the weighted sum, and the activity value uij of the cell j of the subcategory detection unit 31i is
【0125】[0125]
【数42】 [Equation 42]
【0126】となる。ここで、hijはサブカテゴリー検
出部31iのセルjの可変の閾値である。この活性値に
基づいて、サブカテゴリー検出部31iのセルjの出力
値oijは[0126] Here, hij is a variable threshold value of the cell j of the subcategory detection unit 31i. Based on this activation value, the output value oij of the cell j of the subcategory detection unit 31i is
【0127】[0127]
【数43】 [Equation 43]
【0128】となる。ciは1以下の正の定数とする。こ
のことから、サブカテゴリー検出部31iでは最大活性
値のci倍以上の活性値をもつセルが1を出力することが
わかる。セルの出力値が決まると、サブカテゴリー検出
部31iのサブカテゴリー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=
1〜D)は以下の重み更新式に従って更新される。It becomes: ci is a positive constant of 1 or less. From this, it can be seen that in the subcategory detection unit 31i, a cell having an activity value of ci times or more the maximum activity value outputs 1. When the output value of the cell is determined, the subcategory detection weight Cijk (j = 1 to Ni, k = of the subcategory detection unit 31i
1 to D) are updated according to the following weight update formula.
【0129】[0129]
【数44】 [Equation 44]
【0130】ここで、Aiは充分小さな正の定数とする。
このことから、サブカテゴリー検出部31iでは1を出
力したセルに結合する重みのみが更新されることがわか
る。また、サブカテゴリー検出部31iのセルの閾値は
以下の式に基づいて更新される。Here, Ai is a sufficiently small positive constant.
From this, it can be seen that the sub-category detection unit 31i updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. Further, the cell threshold of the subcategory detection unit 31i is updated based on the following formula.
【0131】[0131]
【数45】 [Equation 45]
【0132】ここで、A2iは1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を、P1×P2個の学習パターンSuv
(u=1〜P1,v=1〜P2)に対して、充分繰り返し行うこと
で、サブカテゴリー検出部31iの学習が終了する。Here, A2i is a sufficiently small positive real number of 1 or less. This kind of learning is performed with P1 × P2 learning patterns S uv
By sufficiently repeating (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the learning of the subcategory detection unit 31i ends.
【0133】このように設定された重みを持つ簡略階層
型パターン分類装置の想起モードにおける動作を以下に
示す。The operation in the recall mode of the simplified hierarchical pattern classification device having the weight set in this way will be described below.
【0134】想起モード時には外部入力信号Sがカテゴ
リー検出部31に入力され、(数37)および(数3
8)からカテゴリー検出部31のセルの出力値が計算さ
れる。ここで、カテゴリー検出部31のセルiが1を出
力したと仮定する。In the recollection mode, the external input signal S is input to the category detection unit 31, and (Equation 37) and (Equation 3)
The output value of the cell of the category detection unit 31 is calculated from 8). Here, it is assumed that the cell i of the category detection unit 31 outputs 1.
【0135】この場合、サブカテゴリー検出部31iが
動作可能となり、外部入力信号Sがサブカテゴリー検出
部31iに入力される。サブカテゴリー検出部31iで
は、(数42)および(数43)からサブカテゴリー検
出部31iのセルの出力値が計算され、サブカテゴリー
検出部31iの1つのセルが1を出力する。In this case, the subcategory detecting unit 31i becomes operable, and the external input signal S is input to the subcategory detecting unit 31i. In the subcategory detection unit 31i, the output value of the cell of the subcategory detection unit 31i is calculated from (Equation 42) and (Equation 43), and one cell of the subcategory detection unit 31i outputs 1.
【0136】このことから、外部入力信号Sがカテゴリ
ー検出部31、すなわち、第1階層レベルでどのカテゴ
リーに属し、また、サブカテゴリー検出部31i、すな
わち、第2階層レベルでどのサブカテゴリーに属するの
かを判断することができる。From this fact, which category the external input signal S belongs to in the category detecting section 31, that is, the first hierarchical level, and which subcategory detecting section 31i, that is, the subcategory in the second hierarchical level, belong to. Can be judged.
【0137】また、外部入力信号Sが入力されたとき
に、サブカテゴリー検出部31iのセルjが1を出力し
たとすると、出力信号生成部33は出力信号RIf the cell j of the subcategory detecting section 31i outputs 1 when the external input signal S is input, the output signal generating section 33 outputs the output signal R
【0138】[0138]
【数46】 [Equation 46]
【0139】を出力する。この様に、簡略階層型パター
ン分類装置は外部入力信号Sに類似した学習パターンSuv
を想起することもできる。Is output. In this way, the simplified hierarchical pattern classifier has a learning pattern S uv similar to the external input signal S.
Can also be recalled.
【0140】また、カテゴリー検出部31の機能を拡張
することにより学習や検索の高速化およびメモリーの削
減が実現できる。例えば、カテゴリー検出部31の各セ
ルiに、セルiに出力1を与える学習パターンサブ集合
iを記憶させる。この学習パターンサブ集合iの要素数
が0である場合、カテゴリー検出部31のセルiに関係
するサブカテゴリー検出部31iを削除することによっ
て実現される。Further, by expanding the function of the category detection unit 31, it is possible to speed up learning and retrieval and reduce memory. For example, the learning pattern sub-set i that gives the output 1 to the cell i is stored in each cell i of the category detection unit 31. When the number of elements of this learning pattern sub-set i is 0, it is realized by deleting the sub-category detecting unit 31i related to the cell i of the category detecting unit 31.
【0141】さらに、D次元の学習パターンSuvがT個
の部分学習パターンSuvj(j=1〜T)(部分学習パターン
Suvjの次元をDjとする。)に分割できる場合、カテゴ
リー検出部31の機能を拡張することにより、学習パタ
ーンSuvの次元を削減することができる。例えば、カテ
ゴリー検出部31の各セルiに、セルiに出力1を与え
る学習パターンサブ集合iを記憶させる。この学習パタ
ーンサブ集合iに含まれる全ての学習パターンのある部
分学習パターンが学習パターンサブ集合iに含まれる全
ての学習パターンと等しい場合、その部分学習パターン
を各学習パターンから削除し、その部分学習パターンを
カテゴリー検出部31以降のサブカテゴリー検出部31
iに学習させることにより学習パターンの次元削減が実
現できる。Further, the D-dimensional learning pattern S uv has T partial learning patterns S uv j (j = 1 to T) (partial learning pattern
Let the dimension of S uv j be D j. ), The dimension of the learning pattern S uv can be reduced by expanding the function of the category detection unit 31. For example, the learning pattern sub-set i that gives the output 1 to the cell i is stored in each cell i of the category detection unit 31. When a partial learning pattern of all learning patterns included in this learning pattern sub-set i is equal to all learning patterns included in the learning pattern sub-set i, the partial learning pattern is deleted from each learning pattern, and the partial learning pattern is deleted. The pattern is detected by the sub-category detection unit 31 after the category detection unit 31
It is possible to reduce the dimension of the learning pattern by making i learn.
【0142】同様にサブカテゴリー検出部12iの機能
を上述したように拡張すれば、さらに、学習パターンの
次元削減が可能となる。Similarly, if the function of the subcategory detecting unit 12i is expanded as described above, the dimension of the learning pattern can be further reduced.
【0143】なお、本実施例では簡単のため簡略階層型
パターン分類装置の階層数を2として説明したが、この
制限は本質的な問題ではなく、3以上の階層数を持つ簡
略階層型パターン分類装置にも容易に拡張することがで
きる。階層数が3の場合の簡略階層型パターン分類装置
の略図(出力生成部と初期重み設定部を除く)を図4に
示す。図4において、41はカテゴリー検出部31と同
じであり、41i(i=1〜N)はサブカテゴリー検出
部31iと同じであり、41ij(j=1〜Ni)はサ
ブカテゴリー検出部31iと同じ機能を持つサブ2カテ
ゴリー検出部である。このように3以上の階層数を持つ
簡略階層型パターン分類装置に容易に拡張することがで
きる。In this embodiment, the number of layers of the simplified hierarchical pattern classification device is set to 2 for simplicity. However, this limitation is not an essential problem, and the simplified hierarchical pattern classification having three or more hierarchical numbers. It can be easily extended to the device. FIG. 4 shows a simplified diagram (excluding the output generation unit and the initial weight setting unit) of the simplified hierarchical pattern classification device when the number of layers is three. In FIG. 4, 41 is the same as the category detection unit 31, 41i (i = 1 to N) is the same as the subcategory detection unit 31i, and 41ij (j = 1 to Ni) is the same as the subcategory detection unit 31i. It is a sub-2 category detection unit having a function. In this way, it is possible to easily extend to a simplified hierarchical pattern classification device having three or more hierarchical layers.
【0144】以上のように本実施例によれば、与えられ
た記憶事項(学習パターン)間相互の類似性に基づきそ
れらの記憶事項間の階層構造を生成して記憶し、その階
層構造を利用して系統的かつ効率的かつ柔軟に目的に応
じて記憶事項を検索することができる。また、生成した
階層構造を表示することで、ユーザーは記憶事項間の関
係を容易に理解できる。さらに、実施例1の階層型パタ
ーン分類装置よりも、階層構造の生成及び学習パターン
の検索を高速に実現することができ、さらに少ないメモ
リーでインプリメントできる。As described above, according to the present embodiment, the hierarchical structure between the stored items (learning patterns) is generated and stored based on the similarities between the stored items (learning patterns), and the hierarchical structure is used. Then, the memory items can be searched systematically, efficiently and flexibly according to the purpose. Also, by displaying the generated hierarchical structure, the user can easily understand the relationship between the stored items. Further, compared to the hierarchical pattern classifying apparatus of the first embodiment, the hierarchical structure can be generated and the learning pattern can be searched at a higher speed, and the memory can be implemented with a smaller memory.
【0145】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
(優先順位付き簡略階層型パターン分類装置)について
図面を参照しながら説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention (prioritized simplified hierarchical pattern classification apparatus) will be described below with reference to the drawings.
【0146】図5において、51はカテゴリー検出部用
優先順位信号pi(i=1〜T)及びサブカテゴリー検出部用
優先順位信号pij(i=1〜N,j=1〜T)を制御する優先順
位制御部であり、52はT個の属性信号Si(i=1〜T)か
ら構成される外部入力信号Sとその内部に保持されるカ
テゴリー検出重みCijk(i=1〜N,j=1〜T,k=1〜Dj)と
の重みづけ総和を活性値として持つN個のセルi(i=1
〜N)から構成され、少なくとも1つ以上のセルが1を
出力するカテゴリー検出部であり、52i(i=1〜N)
はカテゴリー検出部52のセルiが1を出力している場
合のみ動作可能となり、外部入力信号Sとその内部に保
持されるサブカテゴリー検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1
〜T,l=1〜Dk)との重みづけ総和を活性値として持つN
i個のセルから構成され、少なくとも1つ以上のセルが
1を出力するサブカテゴリー検出部であり、53はカテ
ゴリー検出部52のカテゴリー検出重みCijk(i=1〜N,
j=1〜T,k=1〜Dj)に充分小さな乱数を与えることによ
り初期化し、また、学習後のカテゴリー検出部52のカ
テゴリー検出重みCijk(i=1〜N,j=1〜T,k=1〜Dj)を
考慮してサブカテゴリー検出部52i(i=1〜N)のサ
ブカテゴリー検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜
Dk)を初期設定する初期重み設定部であり、54はサ
ブカテゴリー検出部52i(i=1〜N)のサブカテゴリ
ー検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜Dk)を受け
て出力信号Rを生成する出力信号生成部である。In FIG. 5, reference numeral 51 controls the category detection section priority signal pi (i = 1 to T) and the subcategory detection section priority signal pij (i = 1 to N, j = 1 to T). A priority control unit 52 includes an external input signal S composed of T attribute signals Si (i = 1 to T) and category detection weights Cijk (i = 1 to N, j =) held therein. 1 to T, k = 1 to Dj) N number of cells i (i = 1, i) having a weighted sum as an active value
˜N), and at least one or more cells output 1 as a category detection unit, 52i (i = 1 to N)
Becomes operable only when the cell i of the category detection unit 52 outputs 1, and the external category signal S and the sub category detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1) held therein.
Up to T, l = 1 to Dk) N with active weighted sum
The sub-category detection unit is composed of i cells and at least one cell outputs 1 and 53 is a category detection weight Cijk (i = 1 to N, of the category detection unit 52).
(j = 1 to T, k = 1 to Dj) is initialized by giving a sufficiently small random number, and the category detection weights Cijk (i = 1 to N, j = 1 to T, of the category detection unit 52 after learning). Considering k = 1 to Dj), the subcategory detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to
Dk) is an initial weight setting unit for initializing the sub category detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to 54) of the sub category detection unit 52i (i = 1 to N). Dk) is an output signal generation unit that generates an output signal R.
【0147】なお、本実施例では簡単のため優先順位付
き簡略階層型パターン分類装置の階層数を2として説明
しているが、この制限は本質的な問題ではなく、3以上
の階層数を持つ優先順位付き簡略階層型パターン分類装
置にも容易に拡張することができる(実施例2参照)。
また、外部入力信号SはT個の属性信号Si(i=1〜T)か
ら構成されることを仮定し、各学習パターンSuvも同様
にT個の属性信号Suvi(i=1〜T)から構成される(つま
り部分学習パターンに分割可能である)ことを仮定す
る。さらに、属性信号Siの次元をDiで表す。これによ
り、外部入力信号Sの次元DはΣDiと表すことができ
る。In the present embodiment, the number of layers of the prioritized simplified hierarchical pattern classification device is described as 2 for simplification, but this limitation is not an essential problem and the number of layers is 3 or more. It can be easily extended to a simplified hierarchical pattern classification device with priorities (see Example 2).
It is also assumed that the external input signal S is composed of T attribute signals Si (i = 1 to T), and each learning pattern S uv is similarly T attribute signals S uv i (i = 1 to T). T) (that is, can be divided into partial learning patterns). Further, the dimension of the attribute signal Si is represented by Di. Accordingly, the dimension D of the external input signal S can be expressed as ΣDi.
【0148】以上のように構成された2階層の優先順位
付き簡略階層型パターン分類装置について、その動作を
説明する。The operation of the two-layered prioritized simplified hierarchical pattern classification apparatus configured as described above will be described.
【0149】まず、優先順位制御部51はユーザーから
のカテゴリー検出部用優先順位信号pi(i=1〜T)(pi≧
0)を記憶し、カテゴリー検出部用優先順位信号pi(i=1
〜T)はFirst, the priority control section 51 receives the category detection section priority signal pi (i = 1 to T) from the user (pi ≧
0) is stored, and the priority signal pi for category detection unit pi (i = 1
~ T) is
【0150】[0150]
【数47】 [Equation 47]
【0151】に従って更新される。つぎに、学習モード
における動作を説明する。学習モードでは、カテゴリー
検出部52の学習から始まることになる。It is updated according to. Next, the operation in the learning mode will be described. In the learning mode, the learning of the category detection unit 52 starts.
【0152】まず、カテゴリー検出部52のカテゴリー
検出重みCijk(i=1〜N,j=1〜T,k=1〜Dj)は初期重み
設定部53によって充分小さな乱数に初期設定される。
また、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)
の平均パターンに充分小さな乱数を加えることでカテゴ
リー検出部52のカテゴリー検出重みCijk(i=1〜N,j=
1〜T,k=1〜Dj)を初期設定することにより、学習速度
および学習結果の向上が実現できる。つぎに、P1×P2個
の学習パターンSuv(u=1〜P1,v=1〜P2)がカテゴリー検
出部52に順に入力され、逐次的に学習が行われる。学
習パターンSuvがカテゴリー検出部52に入力された場
合を考える。この場合、カテゴリー検出部52では重み
づけ総和が計算され、カテゴリー検出部52のセルiの
活性値uiはFirst, the category detection weight Cijk (i = 1 to N, j = 1 to T, k = 1 to Dj) of the category detection unit 52 is initialized to a sufficiently small random number by the initial weight setting unit 53.
Also, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2)
The category detection weight Cijk (i = 1 to N, j = of the category detection unit 52 by adding a sufficiently small random number to the average pattern of
By initializing 1 to T, k = 1 to Dj), the learning speed and the learning result can be improved. Next, P1 × P2 learning patterns S uv (u = 1 to P1, v = 1 to P2) are sequentially input to the category detection unit 52, and learning is sequentially performed. Consider a case where the learning pattern S uv is input to the category detection unit 52. In this case, the category detector 52 calculates the weighted sum, and the activity value ui of the cell i of the category detector 52 is
【0153】[0153]
【数48】 [Equation 48]
【0154】となる。ここで、hiはカテゴリー検出部5
2のセルiの可変の閾値である。この活性値に基づい
て、カテゴリー検出部52のセルiの出力値oiはIt becomes: Where hi is the category detection unit 5
It is a variable threshold value of cell i of 2. Based on this activation value, the output value oi of the cell i of the category detection unit 52 is
【0155】[0155]
【数49】 [Equation 49]
【0156】となる。ここで、cは1以下の正の定数と
する。このことから、カテゴリー検出部52では最大活
性値をもつセルおよびそれと同等の活性値を持つセルが
1を出力することがわかる。セルの出力値が決まると、
カテゴリー検出部52のカテゴリー検出重みCijk(i=1
〜N,j=1〜T,k=1〜Dj)は以下の重み更新式に従って更
新される。[0156] Here, c is a positive constant of 1 or less. From this, it can be seen that in the category detection unit 52, the cell having the maximum active value and the cell having the active value equivalent to that output 1. When the output value of the cell is determined,
Category detection weight of the category detection unit 52 Cijk (i = 1
~ N, j = 1 to T, k = 1 to Dj) are updated according to the following weight update formulas.
【0157】[0157]
【数50】 [Equation 50]
【0158】ここで、Aは充分小さな正の実数とする。
このことから、カテゴリー検出部52では1を出力した
セルに結合する重みのみが更新されることがわかる。さ
らに、カテゴリー検出部用優先順位信号pj(j=1〜T)が
大きい属性信号Suvjほど優先されて学習されることが分
かる。また、カテゴリー検出部52のセルの閾値は以下
の式に基づいて更新される。Here, A is a sufficiently small positive real number.
From this, it can be seen that the category detection unit 52 updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. Further, it can be seen that the attribute signal S uv j having a larger category detection unit priority signal p j (j = 1 to T) is preferentially learned. Further, the cell threshold of the category detection unit 52 is updated based on the following formula.
【0159】[0159]
【数51】 [Equation 51]
【0160】ここで、A1は1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を、P1×P2個の学習パターンSuv
(u=1〜P1,v=1〜P2)に対して、充分繰り返し行うこと
で、カテゴリー検出部52の学習が終了する。Here, A1 is a sufficiently small positive real number of 1 or less. This kind of learning is performed with P1 × P2 learning patterns S uv
By sufficiently repeating (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the learning of the category detection unit 52 ends.
【0161】カテゴリー検出部52の学習が終了する
と、優先順位制御部51は以下のようにサブカテゴリー
検出部用優先順位信号pij(i=1〜N,j=1〜T)を設定す
る。サブカテゴリー検出部52iのサブカテゴリー検出
部用優先順位信号pij(j=1〜T)を設定することを考え
る。カテゴリー検出部用優先順位信号pjがpj<1の場合、When the learning of the category detector 52 is completed, the priority controller 51 sets the subcategory detector priority signal pij (i = 1 to N, j = 1 to T) as follows. Consider setting the priority signal pij (j = 1 to T) for the subcategory detecting unit of the subcategory detecting unit 52i. If the priority signal pj for category detection section is pj <1,
【0162】[0162]
【数52】 [Equation 52]
【0163】と設定する。また、カテゴリー検出部用優
先順位信号pjがpj=1の場合、優先順位制御部51はカテ
ゴリー検出部52のセルiに出力1を与える学習パター
ンの集合SETiを作り、集合SETiに含まれる全ての学習パ
ターンSuvの属性信号Suvjが等しければ、Set as follows. If the priority signal pj for the category detection unit is pj = 1, the priority control unit 51 creates a set SETi of learning patterns that gives an output 1 to the cell i of the category detection unit 52, and all the sets included in the set SETi. If the attribute signals S uv j of the learning pattern S uv are equal,
【0164】[0164]
【数53】 [Equation 53]
【0165】そうでなければ、Otherwise,
【0166】[0166]
【数54】 [Equation 54]
【0167】と設定する。つぎに、以下の式に従って、
サブカテゴリー検出部用優先順位信号pij(j=1〜T)が
正規化される。Is set. Next, according to the following formula,
The subcategory detection unit priority signal pij (j = 1 to T) is normalized.
【0168】[0168]
【数55】 [Equation 55]
【0169】この様にして、サブカテゴリー検出部用優
先順位信号pij(i=1〜N,j=1〜T)の設定が終了した後
に、サブカテゴリー検出部52i(i=1〜N)の学習が
行われる。After the sub-category detecting unit priority signal pij (i = 1 to N, j = 1 to T) is set in this way, the sub-category detecting unit 52i (i = 1 to N) is set. Learning is done.
【0170】まず、サブカテゴリー検出部52iのサブ
カテゴリー検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜D
k)は初期重み設定部53によって以下のように初期設
定される。First, the subcategory detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to D of the subcategory detection unit 52i).
k) is initialized by the initial weight setting unit 53 as follows.
【0171】[0171]
【数56】 [Equation 56]
【0172】ここで、αは充分小さな乱数である。これ
により、サブカテゴリー検出部52iのサブカテゴリー
検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜Dk)はカテゴ
リー検出部52のカテゴリー検出重みCijk(i=1〜N,k=
1〜T,l=1〜Dk)を中心として分布することになる。Here, α is a sufficiently small random number. Accordingly, the subcategory detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to Dk) of the subcategory detection unit 52i is the category detection weight Cijk (i = 1 to N, of the category detection unit 52). k =
The distribution is centered on 1 to T, l = 1 to Dk).
【0173】サブカテゴリー検出部52iのサブカテゴ
リー検出重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜Dk)の初
期設定が終わると、P1×P2個の学習パターンSuv(u=1〜
P1,v=1〜P2)の学習が行われる。ここで、学習パターン
Suvの学習について考える。この場合、まず、学習パタ
ーンSuvはカテゴリー検出部52に入力される。カテゴ
リー検出部52では(数48)および(数49)に基づ
いて、セルの出力値を計算する。ここで、学習パターン
Suvがカテゴリー検出部52に入力されたとき、1を出
力したセルをセルiとする。これにより、サブカテゴリ
ー検出部52iが動作可能となり、サブカテゴリー検出
部52iのみが学習パターンSuvを学習する。この場
合、サブカテゴリー検出部52iでは重みづけ総和が計
算され、サブカテゴリー検出部52iのセルjの活性値
uijはWhen the initial setting of the subcategory detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to Dk) of the subcategory detection unit 52i is completed, P1 × P2 learning patterns S uv ( u = 1 ~
Learning of P1, v = 1 to P2) is performed. Where the learning pattern
Think about learning S uv . In this case, first, the learning pattern S uv is input to the category detection unit 52. The category detection unit 52 calculates the output value of the cell based on (Equation 48) and (Equation 49). Where the learning pattern
A cell that outputs 1 when S uv is input to the category detection unit 52 is set as a cell i. As a result, the sub-category detection unit 52i becomes operable, and only the sub-category detection unit 52i learns the learning pattern S uv . In this case, the weighted sum is calculated in the subcategory detecting unit 52i, and the activation value of the cell j of the subcategory detecting unit 52i is calculated.
uij
【0174】[0174]
【数57】 [Equation 57]
【0175】となる。ここで、hijはサブカテゴリー検
出部52iのセルjの可変の閾値である。この活性値に
基づいて、サブカテゴリー検出部52iのセルjの出力
値oijはIt becomes: Here, hij is a variable threshold value of the cell j of the subcategory detection unit 52i. Based on this active value, the output value oij of the cell j of the subcategory detection unit 52i is
【0176】[0176]
【数58】 [Equation 58]
【0177】となる。ciは1以下の正の定数とする。こ
のことから、サブカテゴリー検出部52iでは最大活性
値をもつセルおよび最大活性値と同等な活性値を持つセ
ルが1を出力することがわかる。セルの出力値が決まる
と、サブカテゴリー検出部52iのサブカテゴリー検出
重みCijkl(j=1〜Ni,k=1〜T,l=1〜Dk)は以下の重み
更新式に従って更新される。It becomes: ci is a positive constant of 1 or less. From this, it is understood that in the subcategory detection unit 52i, 1 is output to the cell having the maximum active value and the cell having the active value equivalent to the maximum active value. When the output value of the cell is determined, the subcategory detection weight Cijkl (j = 1 to Ni, k = 1 to T, l = 1 to Dk) of the subcategory detection unit 52i is updated according to the following weight update formula.
【0178】[0178]
【数59】 [Equation 59]
【0179】ここで、Aiは充分小さな正の定数とする。
このことから、サブカテゴリー検出部52iでは1を出
力したセルに結合する重みのみが更新されることがわか
る。さらに、サブカテゴリー検出部用優先順位信号pik
(k=1〜T)が大きい属性信号Suvkほど優先されて学習さ
れることが分かる。また、サブカテゴリー検出部52i
のセルの閾値は以下の式に基づいて更新される。Here, Ai is a sufficiently small positive constant.
From this, it can be seen that the sub-category detection unit 52i updates only the weight that is combined with the cell that outputs 1. Furthermore, the priority signal pik for the sub-category detector
It can be seen that the attribute signal S uv k having a larger (k = 1 to T) is prioritized for learning. Also, the subcategory detection unit 52i
The cell threshold of is updated based on the following formula.
【0180】[0180]
【数60】 [Equation 60]
【0181】ここで、A2iは1以下の充分小さな正の実数
とする。この様な学習を、P1×P2個の学習パターンSuv
(u=1〜P1,v=1〜P2)に対して、充分繰り返し行うこと
で、サブカテゴリー検出部52iの学習が終了する。Here, A2i is a sufficiently small positive real number of 1 or less. This kind of learning is performed with P1 × P2 learning patterns S uv
By sufficiently repeating (u = 1 to P1, v = 1 to P2), the learning of the subcategory detection unit 52i ends.
【0182】このように設定された重みを持つ優先順位
付き簡略階層型パターン分類装置の想起モードにおける
動作を以下に示す。The operation in the recall mode of the priority-ordered simplified hierarchical pattern classification device having the weight thus set will be described below.
【0183】想起モード時には外部入力信号Sがカテゴ
リー検出部52に入力され、(数48)および(数4
9)からカテゴリー検出部52のセルの出力値が計算さ
れる。ここで、カテゴリー検出部52のセルiが1を出
力したと仮定する。In the recall mode, the external input signal S is input to the category detection unit 52, and (Equation 48) and (Equation 4)
The output value of the cell of the category detection unit 52 is calculated from 9). Here, it is assumed that the cell i of the category detection unit 52 outputs 1.
【0184】この場合、サブカテゴリー検出部52iが
動作可能となり、外部入力信号Sがサブカテゴリー検出
部52iに入力される。サブカテゴリー検出部52iで
は、(数57)および(数58)からサブカテゴリー検
出部52iのセルの出力値が計算され、サブカテゴリー
検出部52iの1つのセルが1を出力する。In this case, the subcategory detecting section 52i becomes operable, and the external input signal S is input to the subcategory detecting section 52i. In the subcategory detection unit 52i, the output value of the cell of the subcategory detection unit 52i is calculated from (Equation 57) and (Equation 58), and one cell of the subcategory detection unit 52i outputs 1.
【0185】このことから、外部入力信号Sがカテゴリ
ー検出部52、すなわち、第1階層レベルでどのカテゴ
リーに属し、また、サブカテゴリー検出部52i、すな
わち、第2階層レベルでどのサブカテゴリーに属するの
かを判断することができる。From this fact, which category the external input signal S belongs to in the category detecting section 52, that is, the first hierarchical level, and which subcategory detecting section 52i, that is, which subcategory in the second hierarchical level, belongs. Can be judged.
【0186】また、外部入力信号Sが入力されたとき
に、サブカテゴリー検出部52iのセルjが1を出力し
たとすると、出力信号生成部54は出力信号RWhen the cell j of the subcategory detecting section 52i outputs 1 when the external input signal S is input, the output signal generating section 54 outputs the output signal R
【0187】[0187]
【数61】 [Equation 61]
【0188】を出力する。この様に、優先順位付き簡略
階層型パターン分類装置は外部入力信号Sに類似した学
習パターンSuvを想起することもできる。Is output. In this way, the prioritized simplified hierarchical pattern classifier can also recall a learning pattern S uv similar to the external input signal S.
【0189】また、カテゴリー検出部52の機能を拡張
することにより学習や検索の高速化およびメモリーの削
減が実現できる。例えば、カテゴリー検出部52の各セ
ルiに、セルiに出力1を与える学習パターンサブ集合
iを記憶させる。この学習パターンサブ集合iの要素数
が0である場合、カテゴリー検出部52のセルiに関係
するサブカテゴリー検出部52iを削除することによっ
て実現できる。Further, by expanding the function of the category detection unit 52, learning and retrieval can be speeded up and memory can be reduced. For example, the learning pattern sub-set i that gives the output 1 to the cell i is stored in each cell i of the category detection unit 52. When the number of elements of this learning pattern sub-set i is 0, it can be realized by deleting the sub-category detecting unit 52i related to the cell i of the category detecting unit 52.
【0190】さらに、カテゴリー検出部用優先順位信号
pj(j=1〜T)やサブカテゴリー検出部用優先順位信号pi
k(i=1〜N,k=1〜T)から、以下に示すように、学習パ
ターンSuvの次元を削減することができ、学習や検索の
高速化およびメモリーの削減が実現できる。Furthermore, a priority signal for category detection section
pj (j = 1 to T) and priority signal pi for subcategory detector
From k (i = 1 to N, k = 1 to T), the dimension of the learning pattern S uv can be reduced as described below, and learning and search can be speeded up and memory can be reduced.
【0191】カテゴリー検出部用優先順位信号pjが0で
ある場合、外部入力信号Sの属性信号Sjはカテゴリー検
出部52の学習モードおよび想起モードの動作に影響を
与えないことが(数48)からわかる。同様に、サブカ
テゴリー検出部52i(i=1〜N)のサブカテゴリー検
出部用優先順位信号pikが0である場合、外部入力信号S
の属性信号Skはサブカテゴリー検出部52iの学習モー
ドおよび想起モードの動作に影響を与えないことが(数
57)からわかる。When the category detection section priority signal pj is 0, the attribute signal Sj of the external input signal S does not affect the operation of the category detection section 52 in the learning mode and the recall mode (Equation 48). Recognize. Similarly, when the subcategory detection unit priority signal pik of the subcategory detection unit 52i (i = 1 to N) is 0, the external input signal S
It can be seen from (Equation 57) that the attribute signal Sk of does not affect the operation of the subcategory detection unit 52i in the learning mode and the recall mode.
【0192】このことから、カテゴリー検出部用優先順
位信号pjが0である場合、外部入力信号Sの属性信号Sj
に結合するカテゴリー検出部52のカテゴリー検出重み
Cijk(i=1〜N,k=1〜Dj)を取り除くことができ、カテ
ゴリー検出部52の学習や検索の高速化およびメモリー
の削減が実現できる。同様に、サブカテゴリー検出部5
2i(i=1〜N)のサブカテゴリー検出部用優先順位信
号pikが0である場合、外部入力信号Sの属性信号Skに結
合するサブカテゴリー検出部52iのサブカテゴリー検
出重みCijkl(j=1〜Ni,l=1〜Dk)を取り除くことが
でき、サブカテゴリー検出部52iの学習や検索の高速
化およびメモリーの削減が実現できる。From this, when the category detection section priority signal pj is 0, the attribute signal Sj of the external input signal S
Detection weight of the category detection unit 52 to be combined with
Cijk (i = 1 to N, k = 1 to Dj) can be removed, and learning of the category detection unit 52, speedup of search, and reduction of memory can be realized. Similarly, the subcategory detection unit 5
When the priority signal pik for the sub-category detecting unit of 2i (i = 1 to N) is 0, the sub-category detecting weight Cijkl (j = 1 of the sub-category detecting unit 52i that is combined with the attribute signal Sk of the external input signal S). .About.Ni, l = 1 to Dk) can be removed, and learning of the subcategory detection unit 52i and search can be speeded up and memory can be reduced.
【0193】以上のように本実施例によれば、与えられ
た記憶事項(学習パターン)間相互の類似性およびユー
ザーからの優先順位信号に基づきそれらの記憶事項間の
階層構造を生成して記憶し、その階層構造を利用して系
統的かつ効率的かつ柔軟に目的に応じて記憶事項を検索
することができる。また、生成した階層構造を表示する
ことで、ユーザーは記憶事項間の関係を容易に理解でき
る。さらに、実施例1の階層型パターン分類装置より
も、階層構造の生成及び学習パターンの検索を高速に実
現することができ、少ないメモリーでインプリメントで
きる。As described above, according to this embodiment, a hierarchical structure is generated and stored between the stored items (learning patterns) based on the similarities between the given stored items (learning patterns) and the priority signal from the user. However, by utilizing the hierarchical structure, it is possible to systematically, efficiently, and flexibly search the memory items according to the purpose. Also, by displaying the generated hierarchical structure, the user can easily understand the relationship between the stored items. Further, compared with the hierarchical pattern classification device of the first embodiment, the hierarchical structure can be generated and the learning pattern can be searched at a higher speed, and the device can be implemented with less memory.
【0194】[0194]
【発明の効果】以上のように本発明は、の内部に保持さ
れる概念形成連想記憶重みWij(i=1〜D,j=1〜D)によ
って動作が規定され、外部入力信号Sをトリガーとして
概念形成連想記憶信号X(t)を更新し、X(t-1)とX(t)が等
しくなったとき安定概念形成連想記憶信号X(=X(t-1)=X
(t))を出力する概念形成連想記憶部11と、概念形成
連想記憶部11が出力する安定概念形成連想記憶信号X
とその内部に保持されるカテゴリー検出重みCij(i=1〜
N,j=1〜D)との重みづけ総和を活性値として持つN個
のセルi(i=1〜N)から構成され、少なくとも一つ以
上のセルが1を出力するカテゴリー検出部12と、カテ
ゴリー検出部12のセルiが1を出力している場合のみ
動作可能となり、その内部に保持される概念継承連想記
憶重みWijk(j=1〜D,k=1〜D)によって動作が規定さ
れ、外部入力信号Sと概念形成連想記憶部11が出力す
る安定概念形成連想記憶信号Xをトリガーとして概念継
承連想記憶信号Xi(t)を更新し、Xi(t-1)とXi(t)が等し
くなったとき安定概念継承連想記憶信号Xi(=Xi(t-1)=X
i(t))を出力する概念継承連想記憶部13i(i=1〜
N)と、概念継承連想記憶部13iが出力する安定概念
継承連想記憶信号Xiとその内部に保持されるサブカテゴ
リー検出重みCijk(j=1〜Ni,k=1〜D)との重みづけ
総和を活性値として持つNi個のセルi(i=1〜Ni)
から構成され、少なくとも1つ以上のセルが1を出力す
るサブカテゴリー検出部14i(i=1〜N)と、概念形
成連想記憶部11が出力する安定概念形成連想記憶信号
Xと概念継承連想記憶部13iが出力する安定概念継承
連想記憶信号Xiを受けて出力信号Rを生成する出力信号
生成部15とを設けることにより、同じカテゴリーに属
す継承パターンは同じ概念継承記憶部に記憶されるた
め、記憶事項間の関係を明示的に取り出すことができ、
入力パターンがどのカテゴリーに属するのかといったパ
ターンの分類に関する情報を得ることができる。すなわ
ち、与えられた記憶すべき事項(学習パターン)間相互
の類似性に基づき、それらの事項間の階層構造を生成し
て記憶し、その階層構造を利用して系統的かつ柔軟に記
憶事項を検索することができる。また、生成した階層構
造を表示することで、ユーザーは記憶事項間の関係を容
易に理解できる。As described above, according to the present invention, the operation is defined by the concept-forming associative memory weight Wij (i = 1 to D, j = 1 to D) held inside, and the external input signal S is triggered. The concept formation associative memory signal X (t) is updated as, and when X (t-1) and X (t) become equal, the stable concept formation associative memory signal X (= X (t-1) = X
(t)), and the stable concept formation associative storage signal X output by the concept formation associative storage unit 11.
And the category detection weights Cij (i = 1 ~
N, j = 1 to D) and a category detection unit 12 that is composed of N cells i (i = 1 to N) having a weighted sum as an active value, and at least one cell outputs 1 , The operation is enabled only when the cell i of the category detection unit 12 outputs 1, and the operation is defined by the concept inheritance associative memory weight Wijk (j = 1 to D, k = 1 to D) held therein. Then, the concept inherited associative memory signal Xi (t) is updated by using the stable externally formed signal S and the stable concept formation associative memory signal X output from the concept formation associative memory unit 11 as a trigger, and Xi (t-1) and Xi (t) are updated. When are equal, the stable concept inherited associative memory signal Xi (= Xi (t-1) = X
concept inheritance associative storage unit 13i (i = 1 to
N) and the stable concept inheritance associative memory signal Xi output by the concept inheritance associative memory unit 13i and the subcategory detection weights Cijk (j = 1 to Ni, k = 1 to D) held therein. Ni cells i having i as an activation value (i = 1 to Ni)
A sub-category detection unit 14i (i = 1 to N) in which at least one cell outputs 1 and a stable concept formation associated memory signal output by the concept formation associated memory unit 11.
By providing X and the output signal generation unit 15 that receives the stable concept inheritance associative memory signal Xi output from the concept inheritance associative memory unit 13i and generates the output signal R, inheritance patterns belonging to the same category are the same concept inheritance memory unit. Since it is stored in
It is possible to obtain information regarding the classification of patterns such as which category the input pattern belongs to. That is, based on the similarities between given items to be stored (learning patterns), a hierarchical structure is generated and stored between these items, and the hierarchical items are used to systematically and flexibly store the stored items. You can search. Also, by displaying the generated hierarchical structure, the user can easily understand the relationship between the stored items.
【図1】本発明の第1の実施例における階層型パターン
分類装置(2階層)のブロック結線図FIG. 1 is a block connection diagram of a hierarchical pattern classification device (two layers) according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例における階層型パターン
分類装置(3階層)のブロック結線図FIG. 2 is a block connection diagram of a hierarchical pattern classification device (three layers) according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例における簡略階層型パタ
ーン分類装置(2階層)のブロック結線図FIG. 3 is a block connection diagram of a simplified hierarchical pattern classification device (two layers) according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施例における簡略階層型パタ
ーン分類装置(3階層)のブロック結線図FIG. 4 is a block connection diagram of a simplified hierarchical pattern classification device (three layers) according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施例における優先順位付き簡
略階層型パターン分類装置のブロック結線図FIG. 5 is a block connection diagram of a prioritized simplified hierarchical pattern classification device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】従来の階層型概念継承連想記憶装置のブロック
結線図FIG. 6 is a block connection diagram of a conventional hierarchical concept inheritance associative memory device.
11 概念形成連想記憶部 12 カテゴリー検出部 13i 概念継承連想記憶部 14i サブカテゴリー検出部 15 出力信号生成部 21 モジュールA 22i モジュールB 23ij モジュールC 31 カテゴリー検出部 31i サブカテゴリー検出部 32 初期重み設定部 33 出力信号生成部 41 カテゴリー検出部 42i サブカテゴリー検出部 43ij サブ2カテゴリー検出部 51 優先順位制御部 52 カテゴリー検出部 52i サブカテゴリー検出部 53 初期重み設定部 54 出力信号生成部 61 概念形成連想記憶部 62 概念継承連想記憶部 63 出力信号生成部 11 Concept formation associative memory 12 Category detection section 13i Concept inheritance associative memory 14i Subcategory detection unit 15 Output signal generator 21 Module A 22i module B 23ij module C 31 Category detection section 31i Subcategory detection unit 32 initial weight setting section 33 Output signal generator 41 Category Detector 42i Subcategory detection unit 43ij Sub 2 category detector 51 Priority control unit 52 Category detection section 52i Subcategory detection unit 53 initial weight setting section 54 Output signal generator 61 Concept formation associative memory 62 Concept Succession Associative Memory 63 Output signal generator
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−12396(JP,A) 特開 平4−31979(JP,A) 特開 平8−115386(JP,A) 伊藤彰義・他,「階層的印刷漢字認識 システムにおける字種を複数クラスタに 登録する辞書構成法」,電子情報通信学 会論文誌,日本,社団法人電子情報通信 学会,1995年 6月25日,Vol.J78 −D−II,No.6,pp.896−905 小島良宏・他,「構造化ニューラルネ ットワーク(NARA)によるマルチフ ォント漢字認識」,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,1991年 9月20日,Vol. 91,No.231(NC91−30〜47),p p.9−16 平原誠・他,「階層的に相関を持つパ ターンを記憶するカスケード連想記憶モ デル」,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, 1994年12月16日,Vol.94,No. 417(NC94−51〜59),pp.57−64 M.V.TSODYKS,”Hier archical associati ve memory in neura l networks with lo w activity level”M odern Physics Lett ers B,1990年 2月,Vol. 4, No.4,pp.259−256,JS T資料番号:T0431A、ISSN:0217 −9849 J.P.Sutton, et.a l.,”Hierarchical m odel of memory and memory loss”Journ al of Physics A,1988 年12月,Vol.21, No.23,p p.4443−4454,JST資料番号:D 0390B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06N 1/00 - 7/08 G06G 7/60 G06F 17/30 JSTファイル(JOIS) CSDB(日本国特許庁)Continuation of the front page (56) References JP-A-6-12396 (JP, A) JP-A-4-31979 (JP, A) JP-A-8-115386 (JP, A) Akiyoshi Ito, et al., "Hierarchical Dictionary Construction Method for Registering Character Types in Multiple Clusters in Printed Kanji Recognition System ", IEICE Transactions, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, June 25, 1995, Vol. J78-D-II, No. 6, pp. 896-905 Yoshihiro Kojima et al., "Multi-font kanji recognition by structured neural network (NARA)", IEICE technical report, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, September 20, 1991, Vol. 91, No. 231 (NC91-30 to 47), pp. 9-16 Makoto Hirahara, et al., "Cascade associative memory model for storing patterns with hierarchical correlation", IEICE Technical Report, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, December 16, 1994. Sun, Vol. 94, No. 417 (NC94-51 to 59), pp. 57-64 M.I. V. TSODYKS, "Hier archical associative ve memory in neural network network with lo w activity level" Moden Physics Letters B, February 1990, No. Vol. 4, pp. 259-256, JST Material No .: T0431A, ISSN: 0217-9849 J. P. Sutton, et. a. , "Hierarchical model of memory and memory loss", Journal of Physics A, December 1988, Vol. 21, No. 23, pp. 4443-4454, JST Material No .: D 0390B (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06N 1/00-7/08 G06G 7/60 G06F 17/30 JST file (JOIS) CSDB (Japan (National Patent Office)
Claims (5)
によって動作が規定され、外部入力信号をトリガーとし
て概念形成連想記憶信号を更新し、安定した前記概念形
成連想記憶信号を安定概念形成連想記憶信号として出力
する概念形成連想記憶部と、前記安定概念形成連想記憶
信号と内部に保持されるカテゴリー検出重みとの重みづ
け総和を活性値として持つN個(Nは1以上の整数)の
セルから構成され、少なくとも1つ以上のセルが1を出
力するカテゴリー検出部とを有する第1の階層と、内部
に保持される概念継承連想記憶重みによって動作が規定
され、外部入力信号と前記安定概念形成連想記憶信号を
トリガーとして概念継承連想記憶信号を更新し、安定し
た前記概念継承連想記憶信号を安定概念継承連想記憶信
号として出力するN個の概念継承連想記憶部と、各概念
継承連想記憶部が出力する前記安定概念継承連想記憶信
号と内部に保持されるサブカテゴリー検出重みとの重み
づけ総和を活性値として持つNi個(Niは1以上の整
数)のセルから構成され、少なくとも1つ以上のセルが
1を出力するN個のサブカテゴリー検出部とを有する第
2の階層と、前記安定概念形成連想記憶信号と前記安定
概念継承連想記憶信号を受けて出力信号を生成する出力
信号生成部とを具備する階層型パターン分類装置。1. An operation is defined by a concept-forming associative memory weight held inside, a concept-forming associative memory signal is updated by using an external input signal as a trigger, and a stable concept-forming associative memory signal is stabilized. From the N (N is an integer of 1 or more) cells having an active value of the concept formation associative memory unit that outputs as a signal, and the weighted sum of the stable concept formation associative memory signal and the category detection weight held inside An operation is defined by a first hierarchy having a category detection unit configured to output 1 from at least one cell, and an operation is defined by a concept inheritance associative memory weight internally held, and an external input signal and the stable concept formation. The concept inherited associative memory signal is updated by using the associative memory signal as a trigger, and the stable concept inherited associative memory signal is output as a stable concept inherited associative memory signal N N number of concept inheritance associative memory units, and Ni having Ni as the active value (Ni is the sum of weighted sums of the stable concept inheritance associative memory signals output from each concept inheritance associative memory unit and the internally stored subcategory detection weights). A second hierarchy having N sub-category detectors each having at least one or more cells outputting 1 and at least one or more cells, the stable concept forming associative memory signal, and the stable concept inheritance. An output signal generation unit that receives an associative memory signal and generates an output signal.
請求項1記載の階層型パターン分類装置。2. The hierarchical pattern classification device according to claim 1, wherein the number of layers is three or more.
上Ni以下の整数)はセルiに出力1を与える学習パタ
ーンを学習パターンサブ集合iとして記憶し、学習パタ
ーンサブ集合iの要素数が0の場合、カテゴリー検出部
のセルiに関係する概念継承連想記憶部とサブカテゴリ
ー検出部を削除することを特徴とする請求項1又は2に
記載の階層型パターン分類装置。3. Each cell i (i is an integer of 1 or more and Ni or less) of the category detection unit stores a learning pattern which gives an output 1 to the cell i as a learning pattern sub-set i, and the number of elements of the learning pattern sub-set i 3. If the value is 0, the hierarchical pattern classifying apparatus according to claim 1 or 2, wherein the concept inheritance associative storage unit and the subcategory detection unit related to the cell i of the category detection unit are deleted.
上Ni以下の整数)はセルiに出力1を与える学習パタ
ーンを学習パターンサブ集合iとして記憶し、学習パタ
ーンサブ集合i中の全学習パターンに共通な部分学習パ
ターンを検出し、学習パターンサブ集合i中の全学習パ
ターンから前記部分学習パターンを削除することを特徴
とする請求項1ないし3のいずれかに記載の階層型パタ
ーン分類装置。4. Each cell i (i is an integer of 1 or more and Ni or less) of the category detection unit stores a learning pattern that gives an output 1 to the cell i as a learning pattern sub-set i, and all the learning patterns in the learning pattern sub-set i are stored. 4. The hierarchical pattern classification according to claim 1, wherein a partial learning pattern common to the learning patterns is detected, and the partial learning patterns are deleted from all the learning patterns in the learning pattern sub-set i. apparatus.
1以上Ni以下の整数)はセルiに出力1を与える学習
パターンを学習パターンサブ集合iとして記憶し、学習
パターンサブ集合i中の全学習パターンに共通な部分学
習パターンを検出し、学習パターンサブ集合i中の全学
習パターンから前記部分学習パターンを削除することを
特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の階層型
パターン分類装置。5. Each cell i (i is an integer of 1 or more and Ni or less) of the subcategory detection unit stores a learning pattern that gives an output 1 to the cell i as a learning pattern subset i, and 5. The hierarchical pattern according to claim 1, wherein a partial learning pattern common to all the learning patterns is detected and the partial learning pattern is deleted from all the learning patterns in the learning pattern sub-set i. Classifier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15897095A JP3467914B2 (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Hierarchical pattern classifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15897095A JP3467914B2 (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Hierarchical pattern classifier |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003144484A Division JP3578166B2 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Simple hierarchical pattern classification device and simplified hierarchical pattern classification device with priority |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH096746A JPH096746A (en) | 1997-01-10 |
| JP3467914B2 true JP3467914B2 (en) | 2003-11-17 |
Family
ID=15683359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15897095A Expired - Fee Related JP3467914B2 (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Hierarchical pattern classifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3467914B2 (en) |
-
1995
- 1995-06-26 JP JP15897095A patent/JP3467914B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| J.P.Sutton, et.al.,"Hierarchical model of memory and memory loss"Journal of Physics A,1988年12月,Vol.21, No.23,pp.4443−4454,JST資料番号:D0390B |
| M.V.TSODYKS,"Hierarchical associative memory in neural networks with low activity level"Modern Physics Letters B,1990年 2月,Vol.4, No.4,pp.259−256,JST資料番号:T0431A、ISSN:0217−9849 |
| 伊藤彰義・他,「階層的印刷漢字認識システムにおける字種を複数クラスタに登録する辞書構成法」,電子情報通信学会論文誌,日本,社団法人電子情報通信学会,1995年 6月25日,Vol.J78−D−II,No.6,pp.896−905 |
| 小島良宏・他,「構造化ニューラルネットワーク(NARA)によるマルチフォント漢字認識」,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,1991年 9月20日,Vol.91,No.231(NC91−30〜47),pp.9−16 |
| 平原誠・他,「階層的に相関を持つパターンを記憶するカスケード連想記憶モデル」,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,1994年12月16日,Vol.94,No.417(NC94−51〜59),pp.57−64 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH096746A (en) | 1997-01-10 |
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