JP6828065B2 - Systems and methods for recursive cortical networks - Google Patents
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Description
[0001]本発明は、一般に人工知能の分野に関し、より詳細には人工知能の分野における再帰的皮質ネットワークのための新しく有用なシステムおよび方法に関する。 [0001] The present invention relates generally to the field of artificial intelligence, and more specifically to new and useful systems and methods for recursive cortical networks in the field of artificial intelligence.
[0002]コンピュータビジョン、画像処理、および機械学習の進歩にも拘わらず、視覚的対象物の認識においては、コンピュータが人間の能力と比較して劣る課題が未だ残っている。画像からオブジェクトを認識することは、シーン内で画像を認識することを必要とするだけでなく、様々な位置で、異なる設定で、わずかな変化を伴ってオブジェクトを認識することも必要とする。例えば、椅子を認識するためには、椅子が椅子であるとする生来の性質を理解する必要がある。これは人間にとっては簡単な作業である。コンピュータは、さまざまな種類の椅子や、椅子が存在し得るシチュエーションに対処するのに苦労する。シーン内の複数のオブジェクトを検出するという問題を考えると、この問題はさらに困難となる。畳み込みニューラルネットワーク、HMAXモデル、低速特徴分析(SFA)、および階層的時間記憶(HTM)などのオブジェクト認識のためのモデルが存在するが、これらのアプローチは理想的な認識性能に近い結果を達成することができない。オブジェクト検出は、より広くはパターン検出の問題である。パターン検出は、音声認識、自然言語処理、その他の分野などの画像処理以外の他の分野および媒体において問題である。さらに、パターン認識の逆は生成である。パターン生成も同様の問題を有し、既存の手法は同様に満足のいく結果を生み出すことができない。したがって、人工知能の分野において、改善されたオブジェクト認識(または「推論」)および生成を伴う新しい有用なシステムおよび方法を作り出すことが必要とされている。本発明は、再帰的皮質ネットワークと呼ばれ、そのようなシステムおよび方法を提供する。 Despite advances in computer vision, image processing, and machine learning, there are still challenges in recognizing visual objects that computers are inferior to human capabilities. Recognizing an object from an image not only requires recognizing the image in the scene, but also requires recognizing the object at various positions, with different settings, and with slight changes. For example, in order to recognize a chair, it is necessary to understand the innate nature of the chair as a chair. This is an easy task for humans. Computers struggle to deal with different types of chairs and situations where chairs can exist. This problem is even more difficult given the problem of detecting multiple objects in the scene. There are models for object recognition such as convolutional neural networks, HMAX models, slow feature analysis (SFA), and hierarchical time memory (HTM), but these approaches achieve results close to ideal recognition performance. Can't. Object detection is more broadly a matter of pattern detection. Pattern detection is a problem in other areas and media other than image processing, such as speech recognition, natural language processing, and other areas. Furthermore, the reverse of pattern recognition is generation. Pattern generation has similar problems, and existing methods cannot produce satisfactory results as well. Therefore, in the field of artificial intelligence, there is a need to create new useful systems and methods with improved object recognition (or "inference") and generation. The present invention is referred to as a recursive cortical network and provides such a system and method.
[0017]本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、本発明をこれらの好ましい実施形態に限定することを意図するものではなく、むしろ当業者が本発明を製造および使用することを可能にすることを意図する。 The following description of preferred embodiments of the invention is not intended to limit the invention to these preferred embodiments, but rather allows one of ordinary skill in the art to manufacture and use the invention. Intended to be.
l。再帰的皮質ネットワークのシステム
[0018]図1Aおよび図1Bに示すように、好ましい実施形態のシステムは、複数のサブネットワーク100でなる再帰的皮質ネットワーク10を具える。サブネットワークは、好適には、少なくとも親特徴ノード(parent feature node)110と、プールノード120と、親固有の子特徴ノード130(parent-specific child feature node、略してPSCFノード)と、少なくとも1つの制約ノード140を具える。システムは、ネットワーク内の情報の不変性(invariance)、選択性(selectivity)、および共有(sharing)を改善するように機能する。ネットワークはある意味で、入来するメッセージ/信号に加算、乗算、累乗、または他の関数を実行する分散処理要素のネットワークである。ネットワークを介してノードアクティベーションを伝播することによって、パターンを推論および/または生成することができる。ニューラルネットワークまたはベイジアンネットワークとしてモデル化することができるネットワークは、さまざまな実装例を通じて有効化および実現することができる。第1の実装例では、システムは電子的に結合された特徴ノード要素のネットワークとして実施される。特徴ノード要素は、特定の機能を実行するようにプロセッサ内に配置または構成された論理ゲートであり得る。第2の実装例では、システムは、プロセッサ上で動作するようにプログラムまたは構成されたネットワークモデルとして実施される。ネットワークモデルは、ネットワークのノード間の動作および通信を符号化した電子的に格納されたソフトウェアであることが好ましい。ネットワーク10は、多種多様な用途に使用することができ、画像、映像、音声、自然言語テキスト、分析データ、広く分散されたセンサデータ、または他の適切な形態のデータなどを入力とする多種多様なデータタイプを使用することができる。さらに、ネットワーク10は、第1の動作モード:生成モードと、第2のモード:推論モードとを含む異なる動作モード用に構成することができる。ネットワーク10は、図1Aに示すように、様々な親子関係にある相互接続されたサブネットワークの階層的に編成されたネットワークであることが好ましい。ネットワークは、あるいは、図1Bに示すようなサブネットワークの集合の単一層または単一のサブネットワークであり得る。本明細書に記載されるネットワーク10の得られる形態は、独特な形態のニューラルネットワーク、すなわち皮質ネットワークを実装するのに用いられる繰り返しサブネットワークパターンによって、部分的には再帰的皮質ネットワーク(RCN)と呼ぶことができる。
l. System of Recursive Cortical Network [0018] As shown in FIGS. 1A and 1B, a system of preferred embodiments comprises a recursive
[0019]好ましい実施形態の階層ネットワーク10は、様々な層内にサブネットワークを構築するように機能する。図2に示すように、サブネットワーク100の様々なインスタンスおよびインスタンス化が、ネットワーク10の階層において再帰的に構築、接続、および使用される。階層ネットワーク10のアーキテクチャは、アルゴリズム的に、または少なくとも部分的なユーザ選択および構成を通じて構築することができる。階層ネットワーク10は、ニューラルネットワークにおける特徴ノードとプールノードの交互の層として説明することができる。サブネットワークは、特徴入力ノードと特徴出力ノードとを有し、これらの特徴ノードは、サブネットワークをブリッジまたは接続するために使用される。図2に示されるように、特徴ノードは、プールにわたって空間的または時間的に異なるサブネットワーク間で制約を橋渡しする制約ノードを使用することによって様々な不変パターンに制約することができる。階層ネットワークの各ノードは、親ノード接続と子ノード接続を有することが好ましい。一般に、親ノード接続は、生成における入力と推論における出力であることが好ましい。逆に、子ノード接続は、生成における出力と推論における入力である。単層(または非階層)のサブネットワーク100の変形例では、サブネットワーク100は姉妹(siblings)として配置される。以下に記載されるようなサブネットワーク100は、様々な形態の制約ノードを介して相互作用を有し得る。
The
[0020]サブネットワーク100は、ネットワーク内の様々な異なる構成でセットアップすることができる。構成の多くは、サブネットワーク内、サブネットワーク間、またはネットワーク間のでさえもノード選択を定義する制約ノードによって決定される。さらに、サブネットワークは、個別のまたは共有の子特徴を持つように設定することができる。サブネットワークはさらに階層的に配置され得る。換言すれば、第1のサブネットワークは第2のサブネットワークの親であり得る。同様に、第2のサブネットワークはさらに第3のサブネットワークの親であり得る。サブネットワークの層は、共有の親特徴ノードおよび子特徴ノードを介して接続されることが好ましい。好ましくは、最上層のサブネットワークの子特徴ノードは、下位のサブネットワークの親特徴ノードである。逆に、サブネットワーク100の親特徴ノードは、より上位のサブネットワーク100の子特徴ノードとして参加することができる。最上位のサブネットワークの親特徴ノードは、好ましくはシステムへの入力である。最下位/最底位のサブネットワークの子特徴は、好ましくはシステムの出力である。複数のサブネットワーク100を接続すると、ネットワーク内のいくつかのノードでマルチペアレントインタラクションを導入することができる。これらの相互作用は、ノード内の異なる確率モデルを使用してモデル化することができる。
The
[0021]サブネットワーク100を階層的に接続すると、サブネットワークの再利用を通じてコンパクトで圧縮された表現(representation)を促進するように機能する。1つのサブネットワークの親特徴ノードは、複数の親サブネットワークにおける子特徴ノードとして参加できる。同様の利点は、子サブネットワークの不変の表現を複数の親サブネットワーク100で再利用できることである。これが適用可能である場所の一例は、ネットワーク10が視覚オブジェクトを表す場合である。下位のサブネットワーク100がオブジェクトの一部に対応することができ、上位のサブネットワーク(すなわち上層サブネットワーク)がそれらの部分がオブジェクトを形成するためにどのように集まるかを表すことができる。例えば、下位レベルのサブネットワークは、牛の画像のボディーパーツの表現に対応することができる。各ボディーパーツは不変に表現され、並進、縮尺変更、歪みなどの位置の変換に対して寛容度がある。上位レベルのサブネットワークが、各ボディーパーツが牛を表すためにどのように集まるかを指定する。牛の下位レベルのボディーパーツのいくつかは、ヤギを表すために上位レベルで再利用することができる。例えば、これら両方の動物の足は同様に動くので、これらのパーツは潜在的に再使用される可能性がある。これは、牛の足のために学習された不変の表現が、自動的にヤギの表現に再利用されることを意味する。
When the
[0022]このシステムは、推論(inference)または生成(generation)に使用することができる。推論は、パターン検出、分類、予測、システム制御、意思決定、およびデータから情報を推論することを含む他の用途を含み得る。生成は、静止画、映像グラフィック、音声媒体、テキストコンテンツの生成、動作または応答の選択、または上位レベル入力に基づいて合成される任意の適切な媒体を含み得る。好ましい実装例では、ネットワーク10を推論または生成のために選択的に使用することができ、いくつかの変形例では、両方の動作モードを同時に実現することができる。ネットワーク10が推論用途に使用される場合、ネットワーク10の動作は、好適にはデータ特徴へと縮小、変換、または抽出されたサンプルデータから開始される。データ特徴は、好適には属性の仕様およびその値である。特徴ベクトルは、好適にはデータサンプルのインスタンスの特徴のセットである。例えば、ネットワークを画像データの推論に適用する場合、画像は複数の画像ブロックへと細分化され、複数のブロック内の画素パターンが特徴として使用される。入力されたデータ特徴は、好適にはネットワーク10の対応する子特徴ノードに送信され、供給され、あるいは向けられる。換言すれば、データ特徴は、サブネットワーク100の最下層の子特徴ノードに向けられる。推論動作では、ノードは、情報に基づいて動作し、最上位サブネットワーク100の親特徴から出力が得られるまで、ネットワーク10の階層を通してノード選択/処理を伝播することが好ましい。階層内の上位(上位の親の層)へと下位(最後の子特徴)への情報の伝播の組み合わせもある。推論中に階層を下方に展開することで、ネットワークは、想像/生成機能を使用して入力データに対する推論の結論を入力子特徴と比較することによって精度を高めることができる。推論において、出力は好適には推論情報である。例えば、推論が画像のオブジェクト検出に使用される場合、出力は検出されたオブジェクトの同定(identification)であり得る。ネットワーク10が生成用途に使用される場合、ネットワーク10の動作は好適に、最上層のサブネットワーク100の親特徴ノードに向けられ、供給され、または配信される一般的な生成リクエストから開始される。生成動作では、ノードは好適に、情報に基づいて動作し、出力が最下層のサブネットワーク100の子特徴ノードから得られるまで、ネットワーク10の階層の下方にノード選択/処理を伝播する。より明確には、最上層のサブネットワーク100は同時に複数のサンプルを生成する。これらの最上層サブネットワーク100の出力サンプルは、どの下位層サブネットワーク100がアクティブであるかを決定する。次に、これらの下位層サブネットワーク100から同時にサンプルが生成される。この出力は、さらに下位層のアクティブなサブネットワーク100を決定する。このパターンが、最終的にサンプルがサブネットワーク100の最下層から生成されるまで、ネットワーク10の各層を通って続く。生成において、出力は好ましくはシミュレートされた出力である。例えば、ネットワーク10が画像の生成に使用され、入力がオブジェクトの名前であった場合、好ましくは出力はそのオブジェクト名を表す画像である。より好ましくは、生成および推論はハイブリッドまたは混合された入力アプローチを含む。生成動作はさらに、前のインスタンスから部分的に完成した、ノイズのある、歪んだ、またはそうでなくとも生成プロセスへの一般的なガイドとして機能する、子特徴ノードへの入力に依存する。一の変形例では、生成は、システムが画像の半分について画像入力を取得することを含むことが好ましい。この半分の画像入力が子特徴に入力される。次いでネットワーク10は他の半分のための可能性を生成するように促される。いくつかの変形例では、ネットワーク10は、接続が1つの層をスキップするように接続されたサブネットワークを含んでもよい。層をスキップしたサブネットワーク100の出力は、好適には他のサブネットワークが対応する層に供給されるときにアクティブなサブネットワーク100の選択に関与することになる。
The system can be used for inference or generation. Inference can include other uses, including pattern detection, classification, prediction, system control, decision making, and inferring information from data. The generation may include still images, video graphics, audio media, text content generation, action or response selection, or any suitable medium that is synthesized based on higher level inputs. In a preferred implementation, the
[0023]図3に示すように、サブネットワーク100は、親特徴と子特徴との間のノード選択動作を提供するように機能する。サブネットワーク100は、ネットワーク10の基本構成要素である。サブネットワーク100は、生成の場合、好適には、より低いレベルの特徴アクティビティ(例えば、画像の視覚的特徴)がより高いレベルの特徴アクティビティ(オブジェクト名など)から決定されるように、より高いレベルの特徴からより低いレベルの特徴のセットへマッピングまたはネットワーク化される。推論の場合、サブネットワークは、好適には、より高いレベルの特徴アクティビティ(例えばオブジェクト名)がより低いレベルの特徴のアクティビティ(例えば画像の視覚的特徴)によって決定されるように、より低いレベルの特徴からより高いレベルの特徴にマッピングまたはネットワーク化される。サブネットワーク100の一般的なアーキテクチャは、親特徴ノード110である単一の最上レベルのノードを含むことが好ましい。親特徴ノード110(PF1)は、少なくとも2つのプールノード120(P1およびP2)への接続を含むことが好ましい。各プールノード120は、複数のPSCFノード130(X1、X2、X3、X4、X5、X6)への接続を含むことが好ましい。制約ノード140(C1、C2、C3)がさらにサブネットワーク100内にあってもよい。制約ノード140は、他のPSCFノード130に接続することが好ましい。制約ノード140は、少なくとも2つのPSCFノード130間の制限、規則、および限定を定義する。PSCFノード130は、子特徴ノード150(CF1、CF2、CF3、CR4、CF5、CF6)に接続することが好ましい。ネットワーク10内のサブネットワーク100のインスタンスは、他のサブネットワークと共通性を共有しても、しなくてもよい。各ノードの機能的動作は、接続の数および構成、接続の重み付け、および/または他の任意の態様において異なってもよい。いくつかのエッジケースでは、サブネットワークのノード選択オプションは1つだけではない場合がある。1つの例示的なエッジケースでは、親特徴のアクティベーションが子特徴のアクティベーションをもたらすように、サブネットワークを選択オプションなしで定義することができる。例えば、親特徴ノードが1つのプールに接続し、その1つのプールが1つのPSCFノードに接続してもよい。
As shown in FIG. 3, the sub-network 100 functions to provide a node selection operation between the parent feature and the child feature. The
[0024]ネットワークのノードは、ノードのアクティベーション、選択、オン/オフ、または他の適切な状態を決定する確率的インタラクションで動作、実行、または相互作用するように構成されることが好ましい。親ノードによってアクティベートされると、ノードは、ノードの選択関数に従って、接続されている子ノードのアクティベーションをトリガすることが好ましい。ノードは、好ましくは、ベイジアンネットワークにおけるようにバイナリ確率変数または多項確率変数を表すが、他の適切なノードモデルが代わりに使用されてもよい。特徴ノードは、複数の親と複数の子を持つことができるバイナリ確立変数ノードであることが好ましい。親特徴ノード110および子特徴ノード150は特徴ノードと見なされる。複数の親が関与する場合(すなわち、1の親接続/入力接続を介して複数のノードが接続されている)、親接続間の相互作用は、接続の上位位置として扱われることが好ましい。例えば、子特徴ノードは、いずれかの親ノードがONであるときにONとなる(すなわち、選択され、アクティベートされるなど)ことが好ましい。Noisy−ORやNoisy−Maxゲートなどの正準モデルを使用して、ノード内で複数の親の相互作用を確率的にモデル化することができる。特徴ノードの子接続は、特徴とプールとの間の確率的関係をエンコードすることが好ましい。好ましい実施形態では、1の特徴がアクティブであればその特徴のすべてのプールがアクティブとなるが、そのようなアクティベーションは確率表または任意の適切なメカニズムに従って修正することができる。以下の表に示すように、ノードからプールノードへの各リンクは、種類P(プール|特徴)の確率テーブルをエンコードする。
Nodes in the network are preferably configured to operate, perform, or interact with stochastic interactions that determine node activation, selection, on / off, or other appropriate state. When activated by the parent node, the node preferably triggers the activation of the connected child node according to the node's choice function. Nodes preferably represent binary or multinomial random variables, as in Bayesian networks, but other suitable node models may be used instead. The feature node is preferably a binary establishment variable node that can have multiple parents and multiple children. The
[0025]特徴がオンのときにプールノードがオンの場合、pとqはゼロになる。しかしながら、pとqの他の値が代わりに使用されてもよい。プールノード120は、バイナリノードとして扱われることが好ましい。プールノード120は、上記の確率テーブルを表す1つの親接続を有することが好ましい。プールノード120は、子ノードへの複数の接続を有することができる。一例では、子ノード接続は、瞬時(instant-by-instant)の接続を表す。瞬時接続は、関連する確率でプール要素に対してOR選択関数を実行することが好ましい。換言すれば、瞬時接続は、多項確率変数接続を表す。例えば、特定のプールにNpmのプール要素があるとする。値1...、Npmをとる二項確率変数Mを考える。プールノード120からの出発リンクは確率分布P(M|プール)を表す。順番に考えると、P(M|プール)は、特定のプール要素がシーケンスの開始要素として選択される確率を定義する。終点に到達するまで、またはネットワークの動作が解決するまで、そのプール要素の時間選択関数(すなわち、遷移関数)に従うことによって、後続のプール要素が時系列で生成される。プール要素(PSCFノード130の可能なアクティベートセットとしてもモデル化される)は、好ましくは、バイナリ確率変数として作用するように構成され、そのうちの少なくとも1つが、分布P(M|プール)に従ってプールが選択されるときに選択される。プール要素は、子特徴の関数の組み合わせを表す。例えば、プール要素1が子特徴1と子特徴2であるとする。制約ノードは、観測値が1にインスタンス化されているバイナリノードとして扱われるのが好ましい。これらの制約ノードで使用される確率テーブルは、制約ノードに接続する親ノード間で強制される種類の制約を実装する。制約は多くの場合ANDまたはOR制約であるが、任意の適切な選択関数であってもよい。これらの制約ノードはさらに、対の接続よりも大きい接続を有するノードであり得る。
If the feature is on and the pool node is on, then p and q are zero. However, other values of p and q may be used instead. The
[0026]親特徴ノード110は、上位の特徴ノードとして機能する。生成動作モードでは、親特徴ノード110はサブネットワーク100の入力となる。推論動作モードでは、親特徴ノード110はサブネットワーク100の出力となる。親特徴ノード110は、アクティベート時に選択関数を執行するように構成される。選択関数は、ノード選択のAND、OR、NOT、XOR演算のためのブール選択関数などの論理関数であることが好ましい。例えば、P1とP2がPF1のプールノードであり、PF1がAND選択関数として構成されている場合、PF1のアクティベーションにより、P1とP2のプールがアクティベートされる。この選択関数は、演算子がXORであり、1つの接続されたノードのみが選択可能である場合など、異なるオプション間の選択を決定するためのランダム化された選択メカニズムを含み得る。さらに、ランダム化された選択は、親特徴ノード110とプールノード120との間の接続のノード接続重み付けに従って偏りまたは重み付けされてもよい。選択関数は、代替として、確率選択関数または接続オプションを選択する際に用いられる任意の適切な関数であり得る。
The
[0027]プールノード120は、子特徴の集合から選択するためのノードとして機能する。1のプールノード120に関連付けられた子特徴は好ましくは、関係を共有し、相関を有し、または互いのバリエーション(variations)である。例えば、1のプールは、ピクセルパターンの位置が異なる複数のバリエーションのためのものであり得る。換言すれば、PSCFノード130は好ましくは、特徴のバリエーションの不変の表現(invariant representation)である。図3において、P1は垂直線の3つの異なる変形(translations)に対する1の不変表現であり、P2は水平線の3つの異なる変形(translations)に対する1の不変表現である。本明細書では、プールという用語は、特定のプールノード120に対するPSCFノードの可能なセットを指すために使用されることがある。可能なPSCFノード130のセットは、好ましくは、プールノード120への接続を有する任意のPSCFノード130である。プールは制約があってもよい。例えば、プールの要素は{a、bとc、d、e}のセットであり得、ここで、a、b、c、d、eは子特徴である。親特徴ノード110と同様に、プールノード120は、アクティベート時に選択関数を実行するように構成される。この選択関数は、任意の適切な関数とすることができるが、親特徴ノード110について上述したように論理演算子であることが好ましい。選択関数は、同様に、ランダム化、偏りおよび/または重み付けすることができる。プールノード120の選択関数は、対応するPSCFノード130を選択、トリガ、アクティベート、または他の方法でシグナリングすることが好ましい。さらに、選択関数は、アクティベートされた制約ノードに基づいて制限または無効にされてもよい。アクティベートされた制約ノードは、(制約ノードを介して接続されている)PSCFノード130の選択に基づいてプール内でどのノードが選択されるかを定義してもよい。同様に、それはプールノード120のための可能なPSCFノード130のセットを決定し、および/またはプールノード120の重み付けまたはプリファレンスを決定することができる。サブネットワーク内のプールノード120を、必要に応じて制約ノードが他のプールに適用され得るように順次評価することができる。
The
[0028]PSCFノード130は、不変特徴オプションのオプションとして機能する。1つのPSCFノード130は1つの子特徴にマッピングし、1つのPSCFノード130は親プールノード120を1つのみ有する。PSCFノード130は、制約ノード140とさらに接続または結合されてもよい。制約ノード140は、複数のPSCFノード130間の関係を定義することが好ましい。制約ノード140は、異なるプール、異なる時間、および/または異なるサブネットワーク100の他のPSCFノード130に接続することが好ましい。PSCFノード130は、サブネットワーク間で共有されないことが好ましい。しかしながら、子特徴ノード150(下位のサブネットワークの親ノードであり得る)は、複数のサブネットワークへの接続を共有してもよい。
The
[0029]制約ノード140は、サブネットワーク100において許容されるパターンの種類を制限するように機能する。制約ノード140は、少なくとも2つのPSCFノード130に接続することが好ましい。あるいは、2より多いPSCFノード130が1の制約ノードを介して接続されてもよい。制約ノード140はさらに、任意の適切な種類のノード間にあってもよい。制約ノード140は、プールノード120同士の間にあってもよい。制約ノードは、さらに2種類のノード間にあってもよい。例えば、制約ノードが、PSCFノード130とプールノード120とを接続することができる。ここでは、好ましい実装例として制約ノードがPSCFノード同士を接続する例が示されているが、制約ノードは、ネットワーク10内の(任意の種類の)ノードの任意のセット間で制約を課すのに使用することができる。制約ノードは、プールノード間、プールノードとPSCFノード間、または図14に示されるようなネットワークの任意の適切なノード間にあり得る。PSCFノード130は、同じプールではないことが好ましく、場合によっては同じサブネットワークにない。制約ノード140は好ましくは、同じ層のPSCFノード130同士を接続するが、代わりに異なる層のサブネットワーク100同士を接続してもよい。さらに、任意の適切なPSCFノード130に、1つの制約ノード140が接続されてもよいし、任意の適切な数の制約ノード140が接続されてもよい。制約ノードは、他のプール、他のサブネットワーク100、および/または異なる時間のノードの選択内で制限、ルール、および制約を実施することができる。ネットワーク10は、制約ノード140を介して接続されているPSCFノード130が好ましくは同時に評価されないように、好ましくは順序付けられた方法で評価される。第1のPSCFノード130がアクティベートまたは選択されると、当該第1のPSCFノード130に接続されている制約ノード140がアクティベートされる。続いて、制約ノード140の制限が、接続されたPSCFノード上でアクティベート/執行される。制約ノード140は、他のノードと同様に、PSCFノードをどのようにアクティベートするかを決定する選択関数を有し得る。制約ノード140は好ましくは、プールノード120がPSCFノードをどのように選択できるかに影響を与える。一例では、制約ノード140の選択関数は、接続されているPSCFノードの1つがアクティブである場合にその選択を実施するようなAND論理演算子である。別の変形例では、制約ノード140の選択関数は、プール内の可能なPSCFノードを変更するようなOR論理演算子であり得る。任意の適切な選択関数を使用することができる。いくつかの制約ノード140は、1つのノードのアクティベーションが第2のノードの選択に対応するという基本的または単純な制約を有してもよい。選択ロジックはノード間の直接対応(direct correspondence)であるため、これらはノードなしの直接接続として表すことができる。制約ノード140の好ましい変形例は、横方向制約ノード142、外部制約ノード144、および時間制約ノード146を含み得る。
The
[0030]横方向制約ノード142は、サブネットワーク100のプールノード120間の相互作用に基づいて、サブネットワークのパターンの種類を制限するように機能する。横方向制約ノード142は好ましくは、第1のプールノード120のPSCFノード130と、第2のプールノード120内の少なくとも1つの第2のPSCFノード130との間の執行ルールまたはノード接続であり、これらの第1および第2のプールノードは共通の親ノード110を共有する。横方向制約は、生成されるさまざまな構成がコーナーの水平方向の変形(translations)に対応するように用いられる。この場合、親特徴はコーナーのさまざまな変形を表すものと見なすことができる。つまり、親特徴は、コーナーの変形に対して不変のコーナーの表現を持つ。
The
[0031]図4に示されるように、サブネットワークの例示的な実装形態は、2つのプールノード120(P1およびP2)と、各プールノード120に対して3つずつの6つのPSCFノード130(X1、X2、X3、X4、X5、X6)と、一対のPSCFノード130に接続された3つの横方向制約ノード142(C1、C2、およびC3)と、個別に1つのPSCFノード130に接続された6つの子特徴ノード150(CF1、CF2、CF3、CF4、CF5、CF6)とを具える。親ノードの選択関数は、P1およびP2が両方同時に選択されるようなAND演算子である。親特徴を選択すると、親特徴ノードに接続されているプールP1およびP2が自動的に選択される。P1、P2は両方とも、特定の瞬間(time instant)についてXOR論理演算子として構成されている。XOR演算子として、一度に1つの子孫(すなわち接続されたPSCFノード130)のみが選択される。各プールノードP1およびP2がそのPSCFノードの1つをランダムに選択するモードでは、横方向制約ノード142およびそれらの接続は、同じ親の異なるプールの子特徴選択間に課される制約をエンコードする。この実装例では、C1とC2はAND演算子である。そのため、X1がアクティベートされると、C1の接続によりX4が強制アクティベートされる。同様に、X2がアクティベートされると、C2の接続がX5のアクティベートを強制する。C3はXORとして実装することができる。X3がアクティベートされると、X3、X4、およびX5のうちの1つしか選択できないため、X3、X5、およびX6の間のC3の接続が、P2によるX5とX6の選択を阻止する。これらは、単なる例示的な接続および選択関数としてのみ役立つ。各ノードは任意の適切な関数および接続アーキテクチャを有することができる。本例において、横方向制約ノード142がなかった場合、各プールは互いに独立して子特徴を選択することができ、親特徴は、P1から1つの特徴と、独立してP2から別の特徴とを選択することによって生成され得る組み合わせのすべてに対応する9つの異なるパターンの不変表現に対応する。いくつかのサブネットワークでは、制約ノード140は使用されなくてもよい。
As shown in FIG. 4, exemplary implementations of the subnetwork are two pool nodes 120 (P1 and P2) and three six PSCF nodes 130 (three for each pool node 120). X1, X2, X3, X4, X5, X6), three lateral constraint nodes 142 (C1, C2, and C3) connected to a pair of
[0032]外部制約ノード144は、異なるサブネットワーク100にまたがって不変パターンを強制するように機能する。1のプールノード120のどのPSCFノード130が他のプールのPSCFノードと一緒にできるかの制約を課すことによって、横方向制約ノード142が異なるプール内の表現を互いに確実に矛盾なくする方法と同様に、外部制約ノード144は、階層全体の互換性を維持することができる。外部制約ノード144は、接続、規則、または2つの異なるサブネットワーク100間に選択の相互作用を生成できる他の制約メカニズムを作成することが好ましい。外部制約ノード144は、少なくとも2つのPSCFノード130を接続するのが好ましい。他の制約ノードと同様に、アクティベートされたときに選択関数が実行される。図5に示すように、階層ネットワーク10は、少なくとも2つの下位層サブネットワーク100への入力を提供する少なくとも1つの上位層サブネットワーク100を用いて構成することができる。ネットワークからサンプルを生成するとき、最上層サブネットワーク100の生成された特徴は、下位層サブネットワーク100から同時にサンプルを生成するための入力として使用される。外部制約がないと、プール1およびプール2によって生成されたサンプルは、プール3およびプール4によって生成されたサンプルとの調整がなされない。しかし、図5に太線で示される外部制約ノードは、下位層のサブネットワーク100のプール間の調整を実施するためのメカニズムを提供する。図5に示すように、PSCFノード130は、それらに強制される1より多い種類の制約ノードを有することができる。横方向制約ノード142は、同じネットワークの異なるプール内のPSCFノード130間の調整を課し、外部制約ノード144は、異なるサブネットワーク100内のPSCFノード130間の調整を課す。制約ノード140は、競合が生じないように設定されることが好ましい(例えば、一方の制約がノードをアクティベートし、他方がアクティベートすべきでないと指定している場合)。制約ノード140のランク付け、または制約ノード140を実施する順序に関するヒューリスティックス、または他の適切な規則を使用して、制約ノード140間の競合および競争を解消することができる。
The
[0033]時間制約ノード146は、他の時間帯に動作するネットワーク10とサブネットワーク100との間の関係を実施するように機能する。基本レベルでは、プールの各要素(例えば、共有の親プールノード120を有するPSCFノード130)は、それらが発生する時間の順序を特定する関係を持つことができる。時間制約ノード146は、好ましくは単純な直接接続制約であり、ここで1つのノードのアクティベーション/選択により、第2のインスタンスにおいて指定ノードの選択が実施される。時間制約146は厳密な順序付けを有しなくてもよい。時間制約ノード146は、第1の瞬間に発生したプール要素またはプール要素の集合を考えた場合に、第2の瞬間に発生し得る1組の可能なプール要素を指定することができる。別の説明では、制約ノード140はマルコフ連鎖における仕様に似た機能を果たし得る。図6の例示的な時間制約に示されるように、時間tにPSCFノード「a」をアクティベートすると時間t+1にPSCFノード「b」に進み、時間tにおけるPSCFノード「b」はt+iにおけるPSCFノード「c」に進む。最初のプールの場合、この例では2つのタイムスライスの表現を使用して「a」から「b」、「c」へのシーケンスを表す。2番目のプールの場合、時間制約ノードは「d」から「e」、「f」へのシーケンスを定義する。時間制約ノード146の選択関数は、他のノードと同様に任意に複雑にすることができる。例えば、ノードaが時刻tにアクティブであるとき、時刻t+iにノードbまたはcがアクティブになることができる。高次の時間的関係をさらに用いることができる。時間制約ノード146は好適に、時間的に後の瞬間へと進む関係を定義するが、時間制約ノードは、複数のインスタンス間の関係を定義してもよい。例えば、時間制約ノードは、1つのPSCFノードから3つの異なる瞬間のネットワークへの制約を定義することができる。加えて、いくつかの変形例における時間制約ノード146は、以前の瞬間への遡及的な制約さえも定義し得る。例えば、現時点で1つのパターンの検出を推論することが、以前の時点におけるパターンを検出するためのキューを強化し得る。ここで、ネットワーク10の1つのインスタンスは、異なる時間インスタンスにおけるこのネットワーク10の動作または使用であることが好ましい。時間制約ノード146は、映像、音声、またはコンピュータグラフィックスなどの時間ベースのメディアへの生成または推論アプリケーションに特に有用であり得る。ここでは時間制約ノードが時間ベースのアプリケーションに特有のものであるが、課題の分野または使用事例に応じて他の次元に沿ってネットワーク10の異なるインスタンス間で同様の制約ノード140を定義することができる。
The time-constrained
[0034]図7に示すように、ネットワーク10は、推論または認識の使用例シナリオ用に構成することができる。ネットワーク10が推論用に構成される場合、ノード選択の伝播はデータ特徴(すなわち、最も低位の子特徴)から階層を上向きに流れ、本質的にネットワーク10を似ているが逆の態様で動作させる。上位レベルの特徴から詳細な特徴へと移行する代わりに、詳細な特徴を用いて上位層の一般的な機能を推測する。適用において、推論は、画像特徴(画像特性またはサブ画像構成要素)を取り、それらの特徴に基づいて情報を抽出するために使用され得る。推論構成ネットワーク10は、好ましくは、ノードの事後分布(すなわち、エビデンスが与えられたパラメータの確率)および子ノードに供給されたエビデンスを使用して、アクティベーション、選択、およびオン/オフ状態を階層の上位に伝播させる。これは、ローカルメッセージ伝達を使用して関心のあるノードにおける事後分布の近似値を導出するために利用可能な、確率伝搬アルゴリズムの変形例として特徴付けることができる。ネットワーク内のすべてのノードは二値として扱われることが好ましいので、ノードの事後は、エビデンス(子ノード)が与えられた場合にノードがONかOFFになる確率をノードが特定するメカニズムである。ノードは、ノード間の図示する接続チャネルを介してメッセージを渡すように構成されていることが好ましい。これらの接続は、メッセージ用の双方向コンジットであり得る。上流に流れるメッセージは、尤度メッセージと下流の確率メッセージである。図7に示されるように、サブネットワークは入力画像に基づいてメッセージを伝播する。本例のメッセージは、メッセージの発信元に対応するノードがオンであるとして、エビデンスの尤度を表している。したがって、ノードCF2は、ノードCF1と比較して尤度が高く、これはCF2の表現が入力エビデンスとより一致するためである。あるプールの尤度は、各プール要素の尤度にわたる最大値である。ネットワークに後続の時間インスタンスに対応する一連の入力があると、ネットワークは時間内にメッセージを伝搬し、時間的推論を行うことができる。その場合、異なるノードの評価は、一連のエビデンスが与えられた場合の確率の表現となる。
As shown in FIG. 7, the
[0035]図8に示されるように、ネットワーク10は、オーバーラップ、オーバーレイ、あるいは共有された子特徴ノードを有する少なくとも2つのサブネットワーク100をさらに含むことができ、これらは複数親の相互作用を導入するように機能する。2つのサブネットワークの共有の子特徴は好適に、同じ子特徴ノードへの子接続を有する2つの異なるサブネットワークの2つのPSCFノードを含む。推論中に、そのようなネットワークアーキテクチャは説明的な効果を生成することができる。例えば、2つのサブネットワークによって共有される特徴ノード「b」を、当該ノードに提示されたエビデンスについて2つのサブネットワークが競合できるように、Noisy−ORメカニズムモデルで用いることができる。競合は、確率伝搬メカニズムまたは同様のメッセージ伝搬メカニズムを介して有効になる。サブネットワークは、個別に構成されることが好ましく、各サブネットワークは、プール要素、制約接続、およびPSCFノードの別々の表現を有する。2つの異なるサブネットワークの一部として2つの異なる親特徴に参加する子特徴は、パターンの生成時と推論時に異なるアクティベート値を持つことができる。図9に示されるように、再帰的に使用されるとき、再帰的皮質ネットワークとして特徴付けることができるネットワークは、任意に大きく複雑なネットワーク10を形成することができる。
As shown in FIG. 8, the
2.ニューラルネットワークを作成する方法
[0036]図10に示すように、好ましい実施形態のニューラルネットワーク作成方法S10は、ネットワーク階層において複数のサブネットワークを再帰的に構築するステップS100であって、第1層サブネットワークの子特徴ノードを、第2層サブネットワークの親特徴ノードと結合するステップS110を含むステップと;サブネットワーク内で、少なくとも2つのプールノードに接続された親特徴ノードの選択関数を設定するステップS120と;サブネットワーク内で、少なくとも2つの親特有の子特徴ノード(略してPSCFノード)に接続されたプールノードの選択関数を設定するステップS130と;制約ノードを介して少なくとも一対のPSCFノードをリンクさせるステップS140と;サブネットワークのノード接続およびサブネットワークのノードの選択関数と矛盾しない方法で、ネットワーク選択をネットワーク層の階層の下方に伝播するステップS150とを含む。この方法は好適に、ニューラルネットワークを構成し、作成し、製造し、または使用可能なシステムに変換するように機能する。方法S10によって作成されたネットワークはさらに、下位レベルと上位レベルとの間の協調接続(coordinated connections)と、制約ノードによる選択性と、特徴のまばらな分散表現を介した共有学習とを用いることによって、不変性を増進するように機能する。完成したネットワークは、好ましくは上述のシステムと実質的に同様であるが、この方法S10に任意の適切な変形例または代替例を組み込むことができる。生成に使用される場合、出力特徴ノードは、複数の特徴を生成パターンへと組み立てるために接続されることが好ましい。一実装例では、複数の子特徴ノードの出力が生成画像へと組み立てられる。別の実装例では、複数の子特徴ノードの出力が音声信号へと組み立てられる。推論に使用される場合、子特徴ノードはデータ入力を受け取る。この実装例において、画像処理技術から導出された計算された画像特徴が子特徴ノードに供給される。同様に、入力データは、音声、データ信号、または任意の適切なデータ特徴であり得る。
2. 2. Method of Creating a Neural Network [0036] As shown in FIG. 10, a method of creating a neural network S10 of a preferred embodiment is a step S100 of recursively constructing a plurality of sub-networks in a network hierarchy, and is a first layer sub. A step including step S110 to join a child feature node of the network with a parent feature node of the second tier subnetwork; and a step of setting a selection function for the parent feature node connected to at least two pool nodes in the subnetwork. With S120; with step S130 setting the selection function of pool nodes connected to at least two parent-specific child feature nodes (PSCF nodes for short) in the subnetwork; at least a pair of PSCF nodes via constraint nodes. It includes step S140 to link; and step S150 to propagate the network selection down the hierarchy of the network layer in a manner consistent with the node connection of the subnetwork and the node selection function of the subnetwork. This method preferably functions to construct, create, manufacture, or transform a neural network into a usable system. The network created by method S10 further uses coordinated connections between lower and upper levels, selectivity by constraint nodes, and shared learning through a sparsely distributed representation of features. , Acts to enhance immutability. The completed network is preferably substantially similar to the system described above, but any suitable modifications or alternatives can be incorporated into this method S10. When used for generation, output feature nodes are preferably connected to assemble multiple features into a generation pattern. In one implementation example, the output of multiple child feature nodes is assembled into a generated image. In another implementation, the output of multiple child feature nodes is assembled into a voice signal. When used for inference, the child feature node receives data input. In this implementation example, the calculated image features derived from the image processing technique are supplied to the child feature nodes. Similarly, the input data can be voice, data signals, or any suitable data feature.
[0037]ネットワーク階層内の複数のサブネットワークを再帰的に構築するステップを含むブロックS100は、階層化ネットワーク内のサブネットワークパターンを再利用するように機能する。サブネットワークは、好ましくは、特徴ノード、すなわち親特徴ノードと子特徴ノードとを介して互いにインターフェースする。親特徴ノードは、ネットワーク階層の最上位にあることが好ましく、親特徴ノードから最終的に子特徴ノードへと接続が分岐する。サブネットワークは、いくつかの可能な子特徴ノードを有することが好ましい。これは、ネットワークの葉であるノード、または別の方法で説明すると、下位のレベル/層のノードのセットである。ここで、ノードは、人工ニューロン、人工ニューロデス、処理要素、処理ユニット、または人工ニューラルネットワークのノードの任意の適切な説明として記述することができる。ノードは、アクティベートするためにノードが信号を受信するための親接続と、アクティベートするために接続されたノードにノードが信号を送信するための子接続とを含む動作要素であることが好ましい。アクティベーションは、選択、ノードの設定状態(例えば、オンまたはオフ状態)、または任意の適切な出力としてさらに説明することができる。アクティベーション信号は好ましくは2値であるが、任意の適切な数の状態を有してもよい。サブネットワークは、親ノード、プールノード、PSCFノード、任意で制約ノード、および子特徴を含むことが好ましいが、そのようなノード分類および種類は適切に調整されてもよい。例えば、PSCFノードは、プロセッサ内の物理的論理ブロックに構成するときに子特徴ノードと機能的に結合されてもよい。サブネットワークは、個別に構成されることが好ましく、各サブネットワークは、プール要素、制約接続、およびPSCFノードの別々の表現を有する。言い換えれば、各サブネットワークは各サブネットワークと同一ではないことが多いが、代わりに、カスタマイズされた接続、ノード数、制約、および他の個別に設定された構成を含む。しかしながら、サブネットワークのアーキテクチャパターンは、サブネットワーク内で一貫していることが好ましい。ノードおよび接続の設定は、トレーニングデータ、ライブデータ、または履歴データのいずれかを介して自動化されるのが好ましい。ノードの設定はさらに、ユーザ入力を介した調整およびカスタマイズで半自動化することができる。ネットワークの設定は固定であっても、連続的または定期的に更新されてもよい。サブネットワークの任意の適切な数の層を用いることができる。さらに、複数のサブネットワークを再帰的に設計することは、第2の時間インスタンスについて少なくとも第2のネットワークを設計すること、オーバーラップ、オーバーレイ、または共有の子特徴ノードでサブネットワークを設計することを含み得る。 Block S100, which includes the step of recursively constructing a plurality of subnetworks in the network hierarchy, functions to reuse the subnetprint patterns in the layered network. Subnetworks preferably interface with each other via feature nodes, i.e., parent feature nodes and child feature nodes. The parent feature node is preferably at the top of the network hierarchy, and the connection branches from the parent feature node to the child feature node in the end. Subnetworks preferably have several possible child feature nodes. This is a set of nodes that are the leaves of the network, or, in other words, lower level / layer nodes. Here, a node can be described as any suitable description of a node in an artificial neuron, artificial neurodes, processing element, processing unit, or artificial neural network. The node is preferably an operating element that includes a parent connection for the node to receive a signal for activation and a child connection for the node to send a signal to the node connected for activation. Activation can be further described as selection, node configuration state (eg, on or off state), or any suitable output. The activation signal is preferably binary, but may have any suitable number of states. Subnetworks preferably include parent nodes, pool nodes, PSCF nodes, optionally constraint nodes, and child features, but such node classifications and types may be adjusted appropriately. For example, PSCF nodes may be functionally coupled with child feature nodes when configured into physical logical blocks within the processor. Subnetworks are preferably configured individually, with each subnet having a separate representation of pool elements, constraint connections, and PSCF nodes. In other words, each subnet network is often not the same as each subnet network, but instead includes customized connections, number of nodes, constraints, and other individually configured configurations. However, it is preferable that the subnetwork architectural pattern is consistent within the subnetwork. Node and connection settings are preferably automated via training data, live data, or historical data. Node configuration can also be semi-automated with adjustments and customizations via user input. The network settings may be fixed or updated continuously or periodically. Any suitable number of layers of the subnetwork can be used. In addition, recursively designing multiple subnetworks means designing at least a second network for the second time instance, and designing subnetworks with overlapping, overlaying, or shared child feature nodes. Can include.
[0038]第1層サブネットワークの子特徴ノードを第2層サブネットワークの親特徴ノードの子特徴ノードと結合するステップを含むブロックS110は、親特徴ノードおよび子特徴ノードを介してサブネットワークを接続するように機能する。サブネットワークは、多層に編成されるのが好ましい。同じ層のサブネットワークは、好ましくは、同じ親サブネットワーク、または少なくとも親サブネットワークと同じ層内のサブネットワークに接続された親ノードを有する。サブネットワークの階層は、オープンな親特徴ノードポートを有する最高レベルで始まり、オープンな子特徴ノードポートを有する最低レベルまで下方に伸展することが好ましい。サブネットワークは、1の「子」サブネットワークが1の「親」サブネットワークから下がっている別々の層に分離することができる。しかし、一変形例では、サブネットワークは、任意の層のサブネットワークとして相互作用するように構成され得る。これはまた、選択関数が1の親ノード、1のプールノード、1のPSCFノード、および1の子ノードが存在する識別関数である単純なネットワークを有する中間の特別な場合のサブネットワークを有することによっても達成できる。親ノードがアクティブになると、子ノードがアクティブになる。任意の適切な数の層と、単一層内に任意の数のサブネットワークを構成することができる。一変形例では、図8および図9に示すように、第1のサブネットワークの少なくとも1つの子特徴ノードを、同じ層内の第2のサブネットワークと共有することができる。さらに、この方法は、ノード内のノードの事後分布モデルを設定するステップを含むことができ、それは推論または検出の使用例のための確率伝播を可能にするように機能する。事後分布は、エビデンス(例えば、子ノード)が与えられると、ノードがアクティベートされる(すなわち、ONになる)確率を提供することが好ましい。 [0038] The block S110 including the step of connecting the child feature node of the first layer subnetwork with the child feature node of the parent feature node of the second layer subnetwork connects the subnetwork through the parent feature node and the child feature node. It works to do. Subnetworks are preferably organized in multiple layers. Subnetworks of the same tier preferably have the same parent subnetwork, or at least a parent node connected to a subnetwork in the same tier as the parent subnetwork. The subnet hierarchy preferably starts at the highest level with open parent feature node ports and extends downward to the lowest level with open child feature node ports. Subnetworks can be separated into separate layers in which one "child" subnetline is descending from one "parent" subnetworks. However, in one variant, the subnetworks can be configured to interact as subnetworks of any layer. It also has an intermediate special case subnetwork with a simple network where the choice function is an identification function with 1 parent node, 1 pool node, 1 PSCF node, and 1 child node. Can also be achieved by. When the parent node becomes active, the child node becomes active. Any suitable number of layers and any number of subnetworks can be configured within a single layer. In one variant, as shown in FIGS. 8 and 9, at least one child feature node of the first subnetworks can be shared with the second subnetworks in the same layer. In addition, this method can include setting up a posterior distribution model of the nodes within the node, which serves to allow belief propagation for inference or detection use cases. The posterior distribution preferably provides the probability that a node will be activated (ie, turned on) given evidence (eg, a child node).
[0039]サブネットワーク内のプールノードに接続された親特徴ノードの選択関数を設定するステップを含むブロックS120は、親特徴のプールのアクティベートを定義および構成するように機能する。好ましくは、親特徴ノードの選択関数は、接続されているすべてのプールノードを選択するAND関数である。あるいは、選択関数は、XOR関数(1つのプールのみを選択)、OR関数(少なくとも1つのプールノードをランダムに選択)、または任意の適切な論理演算子関数であり得る。追加的または代替的に、確率論的モデリングを、ブール論理関数、確率的選択関数、または他の適切な選択関数に組み込むことができる。異なるプールノードが、強化された/優先的な重み付け、または優先順位を下げた/低減した重み付けを受け取ることができる。確率論的モデリングと連携してランダム選択メカニズムを使用してプールノードを選択してもよい。選択関数は、デジタル媒体に符号化された動作命令であり得る。あるいは、動作命令は物理プロセッサゲートアーキテクチャへと符号化されてもよい。 Block S120, which includes a step of setting a selection function for a parent feature node connected to a pool node in the subnetwork, functions to define and configure activation of the pool of parent features. Preferably, the parent feature node selection function is an AND function that selects all connected pool nodes. Alternatively, the selection function can be an XOR function (selecting only one pool), an OR function (randomly selecting at least one pool node), or any suitable logical operator function. In addition or alternatives, stochastic modeling can be incorporated into Boolean logic functions, stochastic choice functions, or other suitable choice functions. Different pool nodes can receive enhanced / priority weighting or deprecated / reduced weighting. Pool nodes may be selected using a random selection mechanism in conjunction with stochastic modeling. The choice function can be an operation instruction encoded in a digital medium. Alternatively, the operating instructions may be encoded into a physical processor gate architecture.
[0040]ブロックS130は、サブネットワーク設定内に、少なくとも2つのPSCFノードに接続されたプールノードの選択関数を含み、親ノードの関連する、関係する、またはそうでなければ子特徴に関連する特徴ノードのアクティベーションを定義および構成する機能を果たす。選択関数は、好ましくは、親特徴ノードによるアクティベーションにトリガされるように構成される。好ましくは、プールノードの選択関数は、子PSCFノードのうちの1つを選択するXOR関数である。選択関数は、上述のように任意の適切な代替関数であり得る。選択関数の動作に基づいて、1または複数のPSCFノードを選択することができる。PSCFノードのプールが、一群の特徴の不変パターンを設定するために使用される。サブネットワークの層に応じて、不変パターンは任意の適切な抽象化レベルを有することができる。例えば、下位層内のPSCFノードのプールが、一次元に沿った長方形のピクセルパターンの異なる変形に対応してもよい。例示的な上位層は、異なる種類の動物の脚に対応するPSCFノードのプールを含んでもよい。このPSCFノードは、任意の適切な不変パターン収集に対応し得る。 Block S130 includes, within the subnetwork configuration, a selection function for pool nodes connected to at least two PSCF nodes, and features related, related, or otherwise related to child features of the parent node. Serves the function of defining and configuring node activation. The choice function is preferably configured to be triggered by activation by the parent feature node. Preferably, the pool node selection function is an XOR function that selects one of the child PSCF nodes. The choice function can be any suitable alternative function as described above. One or more PSCF nodes can be selected based on the behavior of the selection function. A pool of PSCF nodes is used to set the invariant pattern of a group of features. Depending on the layer of the subnet, the immutable pattern can have any suitable level of abstraction. For example, a pool of PSCF nodes in the lower layer may accommodate different deformations of a rectangular pixel pattern along a dimension. An exemplary upper layer may include a pool of PSCF nodes corresponding to the legs of different types of animals. This PSCF node can accommodate any suitable invariant pattern collection.
[0041]ブロックS140は、制約ノードを介して少なくとも一対のノードをリンクさせるステップを含み、ネットワークの孤立部分間の相互作用を定義するように機能する。制約ノードは、少なくとも2つのPSCFノード間にあることが好ましいが、代わりに任意のノードセット間にあってもよい。PSCFノードを制約ノードを介してリンクさせると、好ましくは、1つのノードの選択が他のプールの選択関数の挙動に影響を及ぼし、変更できるようになる。上述のように、3つの好ましいタイプの制約ノードは、横方向制約、外部制約、および時間的制約を含む。これらの制約は、空間的および/または時間的形式のデータに対する好ましい制約の形態である。代替のネットワークまたはサブネットワークが他のデータ次元を占める場合、他の形式の制約を追加的または代替的に用いることができる。制約ノードは、他の種類のノードについて説明したように、選択関数をさらに含むことができる。選択関数も同様に設定することができる。制約ノードに対して任意の適切な数の入力および出力接続を構成することができる。基本的な実装例では、制約ノードは、接続されたPSCFノードが制約ノードを選択またはアクティベートしたときに、接続されたPSCFノードの選択を実施するAND論理関数である。制約ノードは、どのPSCFノードが制約ノードをアクティベートするのに用いられるかを定義する、定義済み入力接続を含むことができる。代替的に、制約ノードは混合モードでPSCFノードのすべての接続を使用してもよく、その場合はアクティベートまたは選択を示す第1の信号が制約ノードをトリガして、残りの接続されたPSCFノードに選択制約を執行する(プールノードはまだPSCFノードを選択していない)。 Block S140 includes the step of linking at least a pair of nodes through constraint nodes and functions to define the interaction between isolated parts of the network. The constraint nodes are preferably between at least two PSCF nodes, but may instead be between any set of nodes. Linking PSCF nodes through constraint nodes preferably allows the selection of one node to affect and change the behavior of the selection function of the other pool. As mentioned above, the three preferred types of constraint nodes include lateral constraints, external constraints, and temporal constraints. These constraints are the preferred form of constraints on data in spatial and / or temporal form. If the alternative network or subnetworks occupy another data dimension, other forms of constraints can be used additionally or alternatives. Constraint nodes can further include a choice function, as described for other types of nodes. The choice function can be set in the same way. You can configure any suitable number of input and output connections to the constraint node. In a basic implementation, the constraint node is an AND logical function that performs the selection of the connected PSCF node when the connected PSCF node selects or activates the constraint node. The constraint node can include a predefined input connection that defines which PSCF node is used to activate the constraint node. Alternatively, the constraint node may use all connections of the PSCF node in mixed mode, in which case the first signal indicating activation or selection triggers the constraint node and the remaining connected PSCF nodes. Enforce selection constraints on (the pool node has not yet selected the PSCF node).
[0042]一変形例では、ブロックS140は、第1のプールの第1のノードを第2のプールの第2のノードにリンクするステップを含み、ここで第1のプールと第2のプールは同じサブネットワーク内の同じ親特徴ノードを共有する。姉妹プール要素間のそのような制約は、横方向制約として定義されることが好ましい。横方向制約ノードは、少なくとも2つのPSCFノード間にあることが好ましいが、代わりに任意の組のノード間にあってもよい。別の変形例では、ブロックS140は、第1のサブネットワークの第1のノードを第2のサブネットワークの第2のノードにリンクさせるステップを含み、ここで第1のサブネットワークと第2のサブネットワークは異なるサブネットワークである。異なるサブネットワーク間のそのような制約ノードは、外部制約ノードとして定義される。第1および第2のサブネットワークは、ネットワーク内の同じ階層にあることが好ましいが、異なる層にあってもよい。同様に、外部制約ノードは、少なくとも2つのPSCFノード間にあることが好ましいが、代わりに任意のノードの組の間にあってもよい。 In one variant, block S140 includes the step of linking the first node of the first pool to the second node of the second pool, where the first pool and the second pool are Share the same parent feature node in the same subnetwork. Such constraints between sister pool elements are preferably defined as lateral constraints. The lateral constraint nodes are preferably between at least two PSCF nodes, but may instead be between any set of nodes. In another variant, block S140 comprises linking the first node of the first subnet network to the second node of the second subnet network, where the first subnet network and the second subnet are linked. The network is a different subnetwork. Such constraint nodes between different subnetworks are defined as external constraint nodes. The first and second subnetworks are preferably in the same tier within the network, but may be in different tiers. Similarly, the external constraint node is preferably between at least two PSCF nodes, but may instead be between any set of nodes.
[0043]別の変形例では、ブロックS140は、第1のネットワークの第1のノードを第2のネットワークの第2のノードにリンクするステップを含み、ここで第1のネットワークは第1のインスタンス(例えば時間t)ついて指定され、第2のネットワークは第2のインスタンス(例えば時間t+1)について指定される。このような異なる時刻間の制約ノードは時間制約ノードである。第1および第2のインスタンスは、同等のネットワークだが2つの異なる期間における評価である。時間制約ノードは、少なくとも2つのPSCFノード間にあることが好ましいが、代わりに任意のノードセット間にあってもよい。第1および第2のインスタンスは、あるいは、連続的なネットワーク評価に指定(assign)された2つの異なるネットワークの評価であってもよい。さらなる別の変形例では、第1および第2のインスタンスは子特徴を通して定義されてもよい(ここで、1の特徴セットは1の期間についてであり、特徴の第2のセットは異なる期間についてである)。この変形例では、時間的制約はまた、横方向または外部制約とみなすことができる。さらに、基礎となるネットワークアーキテクチャが使用されている特有の使用例に応じて、他の形態または種類の制約ノードを使用することができる。 In another variant, block S140 includes the step of linking the first node of the first network to the second node of the second network, where the first network is the first instance. (Eg time t) is specified and the second network is specified for the second instance (eg time t + 1). Such a constraint node between different times is a time constraint node. The first and second instances are equivalent networks but evaluations in two different time periods. The time-constrained nodes are preferably between at least two PSCF nodes, but may instead be between any set of nodes. The first and second instances may also be evaluations of two different networks assigned for continuous network evaluation. In yet another variant, the first and second instances may be defined through child features (where one feature set is for one period and the second set of features is for different periods. is there). In this variant, the time constraint can also be considered a lateral or external constraint. In addition, other forms or types of constraint nodes can be used, depending on the specific use case in which the underlying network architecture is used.
[0044]ブロックS150は、サブネットワークのノード接続およびサブネットワークのノードの選択関数と矛盾しない方法でネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップを含み、入力によってネットワークをアクティベートするように機能する。ネットワークは、パターン生成および/またはパターン推論に用いることができる。パターン生成は、好ましくは、上位層のまたはぼんやりしたパターン入力を使用し、新規または潜在的なオブジェクトまたは解釈を変換、投影、または合成する。パターン推論は、好ましくは、オブジェクト、イベント、またはメタコンセプトの物理的エビデンスを表すデータを、ネットワークを介した伝播を通じて明らかにされるパターン解釈に変換する。生成モードおよび推定モードは、パターン出力の生成または推論を改善、増強、または促進するための他のモードを追加的に少なくとも部分的に用いてもよい。同様に、ネットワーク内のノードの確率モデルを強化するのに、1の動作モードを使用することができる。好ましくは、任意の適切なヒューリスティック、アルゴリズム、またはアプローチに従って確率モデルを更新する訓練エンジンを用いて、訓練データが、システムを通して反復的または連続的に伝播される。ノード選択の伝播は、以下の方法で説明されているように実施されることが好ましいが、代わりに任意の適切な手法を使用してもよい。 Block S150 comprises propagating node selection through the network hierarchy in a manner consistent with the node connection of the subnetwork and the selection function of the nodes of the subnetwork, and functions to activate the network by input. The network can be used for pattern generation and / or pattern inference. Pattern generation preferably uses upper layer or vague pattern inputs to transform, project, or synthesize new or potential objects or interpretations. Pattern inference preferably transforms data that represents physical evidence of an object, event, or metaconcept into a pattern interpretation that is revealed through propagation over the network. The generation mode and estimation mode may additionally, at least partially, use other modes for improving, enhancing, or facilitating the generation or inference of pattern output. Similarly, one mode of operation can be used to enhance the stochastic model of nodes in the network. Preferably, the training data is propagated iteratively or continuously through the system using a training engine that updates the probabilistic model according to any suitable heuristic, algorithm, or approach. Propagation of node selection is preferably performed as described in the following method, but any suitable technique may be used instead.
[0045]図11に示されるように、方法S10の例示的な実装例は、それぞれの選択関数を用いて設定された3つのサブネットワークおよびノードの階層である。親ノードには、各接続が同時に選択されるように、実線の接続矢印で表されるAND関係関数が設定されている。親特徴を選択すると、親特徴ノードに接続されているプールノードが自動的に選択される。プールノードは、破線の接続矢印で表されるXOR関係関数で設定されている。特定の時点では、1つの子孫(descendant)しか選択できない。さらに、この関数はランダム選択プロセスを用いて、PSCFノードのうちの1つを選択する。PSCFノードのうちの1つが選択されたときに他のプール内の対応するノードが選択されるように、3つの横方向制約ノードはAND関数を使用する。 As shown in FIG. 11, an exemplary implementation of method S10 is a hierarchy of three subnetworks and nodes set using their respective choice functions. The parent node is set with an AND-related function represented by a solid connection arrow so that each connection is selected at the same time. When you select a parent feature, the pool node connected to the parent feature node is automatically selected. The pool node is set by the XOR relational function represented by the dashed connecting arrow. At a particular point in time, only one descendant can be selected. In addition, this function uses a random selection process to select one of the PSCF nodes. The three lateral constraint nodes use the AND function so that when one of the PSCF nodes is selected, the corresponding node in the other pool is selected.
3.ネットワークからパターンを生成する方法
[0046]図12に示すように、好ましい実施形態におけるネットワークからパターンを生成する方法S20は、親特徴入力ノードと少なくとも2つの子特徴出力ノードを有する再帰的サブネットワークのネットワークを提供するステップS210と;ネットワークのサブネットワークのノード接続と矛盾しない(consistent)方法で、ネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップS220と、親特徴ノードにおいて、当該親特徴ノードの関数と一致するプールノードを選択するステップS230と;プールノードにおいて、サブネットワークの子特徴に対応する少なくとも第1のPSCFノードを選択するステップS240と;少なくとも第1のPSCFノードの選択に応答して、少なくとも第2のPSCFノードに選択制約を執行するステップS250と;ネットワークの最終的な子特徴を生成出力へとコンパイルするステップS260とを含む。この方法S20は、ネットワークパターンに基づいてパターンを合成、模倣(simulate)、または生成するように機能する。ネットワークは、上述のようにニューラルネットワークまたはベイジアンネットワークであり、演算デバイス上で動作可能であることが好ましい。方法S20は、最上層の親特徴ノードの上位の入力を、子特徴ノードの出力から組み立て可能な、または組み合わせ可能な詳細なデータ特徴へと変換することが好ましい。この方法は、ネットワークの単一インスタンスについて実行されることが好ましいが、方法S20は、複数のインスタンスに対して定期的または連続的に動作するようにさらに拡張されてもよい。同様に、この方法は、1のネットワークがさらなるネットワークと協調して動作することができるように、任意の適切な調整を含むことができる。パターン生成は、コンピュータグラフィックス、音声合成、物理モデリング、データシミュレーション、自然言語処理/翻訳などの様々な媒体および分野に適用することができる。一実装例では、方法S20は、コンテキスト情報に基づいて画像を生成するために使用され得る。他の実施形態では、方法S20を使用して合成物(synthesis)を生成することができる。パターン生成は、予測ベースのアプリケーションで使用されるように修正することができる。予測は、生成されたコンテンツが将来の時間へと投影されている特別なケースと見なすことができる。そのような実装例は、金融トレンド予測またはデータ分析を含み得る。
3. 3. Method of Generating Patterns from a Network As shown in FIG. 12, method S20 of generating patterns from a network in a preferred embodiment is a recursive subnetwork having a parent feature input node and at least two child feature output nodes. Step S210 to provide the network; and step S220 to propagate the node selection through the network hierarchy in a consistent manner with the node connections of the sub-networks of the network, and in the parent feature node, match the function of the parent feature node. With step S230 selecting the pool node; with step S240 selecting at least the first PSCF node corresponding to the child characteristics of the subnetwork in the pool node; at least the second in response to the selection of the first PSCF node. Includes step S250 to enforce selection constraints on the PSCF node of the network; and step S260 to compile the final child features of the network into generated output. The method S20 functions to synthesize, simulate, or generate patterns based on network patterns. The network is preferably a neural network or a Bayesian network as described above, and can operate on an arithmetic device. Method S20 preferably transforms the high-level inputs of the top-level parent feature node into detailed data features that can be assembled or combined from the outputs of the child feature nodes. This method is preferably performed on a single instance of the network, but method S20 may be further extended to operate periodically or continuously for multiple instances. Similarly, this method can include any suitable adjustments so that one network can operate in concert with additional networks. Pattern generation can be applied to various media and disciplines such as computer graphics, speech synthesis, physical modeling, data simulation, and natural language processing / translation. In one implementation example, method S20 can be used to generate an image based on contextual information. In other embodiments, method S20 can be used to produce a synthesis. Pattern generation can be modified for use in predictive-based applications. Predictions can be seen as a special case where the generated content is projected into future time. Such implementation examples may include financial trend forecasting or data analysis.
[0047]ブロックS210は、再帰的サブネットワークのネットワークに親特徴入力ノードと少なくとも2つの子特徴出力ノードとを提供するステップを含み、強制された制約を有する再帰的皮質ネットワークを実装するように機能する。このネットワークは、好適には、上述のような、または方法S10で作成されたようなネットワークである。任意の複雑さの基本ネットワークは、1つの最上層サブネットワークと2つの下位層のサブネットワークとを有する少なくとも2つの層を有することが好ましい。再帰的サブネットワークのネットワークは、階層内に複数の層を有する、より複雑なものであることが好ましい。各サブネットワークは任意の適切な数の子特徴ノードを有することができ、それを任意の数の子孫/子サブネットワークが下位層の入力として使用することができる。例えば、第1層のサブネットワークは、それぞれ2、3、4、5、および6つの接続された子ノードを有する5つのプールを有することができる。全部で20の子ノードを有して、第2の層は、それらのそれぞれの親特徴ノードへの入力としてそれらの子特徴ノードを使用する20の異なるサブネットワークを有することができる。 Block S210 includes a step of providing a parent feature input node and at least two child feature output nodes in the network of the recursive subnetworks, and functions to implement a recursive cortical network with enforced constraints. To do. This network is preferably a network as described above or as created by method S10. The base network of any complexity preferably has at least two layers with one top layer subnetting and two lower layer subnetworks. The network of recursive subnetworks is preferably more complex with multiple layers within the hierarchy. Each subnetwork can have any suitable number of child feature nodes, which can be used by any number of progeny / child subnetworks as lower layer inputs. For example, a first-tier subnetworks can have five pools, each with 2, 3, 4, 5, and 6 connected child nodes. Having a total of 20 child nodes, the second layer can have 20 different subnetworks that use those child feature nodes as inputs to their respective parent feature nodes.
[0048]ブロックS220は、ネットワークのサブネットワークのノード接続と矛盾しない方法でネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップを含み、選択、アクティベート、オンまたはオフ、あるいはネットワーク内のノードの状態を設定するように機能する。ノード選択を伝播するステップは、ターゲットノードの適切なアクティベートを導出するトリガまたはアクティベータとして作用する電気信号を送信するステップを含むことができる。ノード選択を伝播するステップは、あるいは、メッセージまたは通信を別のノードに送信するステップを含むことができる。通信/メッセージングを調整するためにプロトコルが整っていてもよい。ノード選択の伝播は、好ましくは、ノードのアクティベーションへの系統的または体系的なアプローチを含む。最初に、パターンの親特徴入力が受け取られる。親特徴は、高位の特徴、分類、またはパターン生成の基礎となる他の入力であることが好ましい。入力は、ネットワークの最上層のサブネットワークに供給されることが好ましい。次に、ネットワークを介した伝播が進行され:最上位層のサブネットワークが処理され;次にサブネットワークの次の層が処理され;そして、処理が継続されて、ネットワークの各階層が漸進的に(すなわち、順次的にまたは連続的に)処理される。別の変形例では、少なくとも部分的な子特徴入力が、最下位の子特徴ノードで受け取られる。この変形例は、供給された子特徴ノード入力の一部内でネットワークが生成を実行するステップを含む。この変形例は、生成のためのコンテキストとフレームワークを提供するように機能するシード子特徴入力(例えば、子特徴ノードの少なくとも部分的な選択)を受け取るステップを含む。例えば、画像の半分が供給されたら、ネットワーク内の伝播を用いて、画像の残りの半分についての子特徴を生成/作成/想像する。単一の層(例えば、姉妹サブネットワークの集合)がある特別な場合には、ノード選択の伝播は、構成に応じて、サブネットワークにわたって並行して、および/または順番に行われることが好ましい。さらに、単一層内のサブネットワークの処理の順序付けがあり得る。いくつかの例では、外部制約が2つのサブネットワーク間の関係を定義しており、1つのサブネットワークが最初に処理され、次に別の1つのサブネットワークが外部制約を考慮して処理される。この順序は事前に定義あるいは構成されていてもよい。代替的に、処理は、制約の執行を決定する処理を完了するための、異なるサブネットワークと最初のサブネットワークとの間の競合条件であってもよい。あるいは、それらは任意の適切な方法で同時に処理または運用されてもよい。同様に、サブネットワーク内のノードの処理に順番があってもよい。サブネットワーク内のプールも同様に順序付けされることが好ましい。いくつかの例では、横方向制約が、2つのプールのPSCFノード間の関係を定義し、一方のプールが最初に処理され、次に他方のプールが横方向制約を考慮して処理される。この順序は事前に定義または構成されていてもよい。あるいは、処理は、処理を完了して他のプールに対する制約の執行を決定するための、異なるプールと最初のプールとの間の競合条件であってもよい。あるいは、それらは任意の適切な方法で同時に処理または管理されてもよい。各サブネットワーク内で、ブロックS230、S240、およびS250が実施されることが好ましい。ノードの選択は、好ましくは親特徴ノードから始まり、次いでプールノードがアクティベートされ、そしてPSCFノードが選択される。PSCFノードの選択は、制約ノードの執行された選択制約によって少なくとも部分的に影響を受けるか決定されてもよい。 Block S220 includes a step of propagating node selection through the network hierarchy in a manner consistent with the node connections of the network's subnetworks, to set selection, activation, on or off, or the state of the nodes in the network. Works for. The step of propagating the node selection can include sending an electrical signal that acts as a trigger or activator to derive the proper activation of the target node. The step of propagating a node selection can also include the step of sending a message or communication to another node. Protocols may be in place to coordinate communications / messaging. Propagation of node selection preferably involves a systematic or systematic approach to node activation. First, the pattern's parent feature input is received. The parent feature is preferably another input on which to base the higher feature, classification, or pattern generation. The input is preferably supplied to the top subnetwork of the network. Propagation over the network then proceeds: the top layer subnetwork is processed; then the next layer of the subnetwork is processed; and processing continues, progressively at each layer of the network. Processed (ie, sequentially or continuously). In another variant, at least a partial child feature input is received at the lowest child feature node. This variant includes a step in which the network performs generation within some of the supplied child feature node inputs. This variant includes the step of receiving a seed child feature input (eg, at least a partial selection of child feature nodes) that serves to provide a context and framework for generation. For example, once half of the image is fed, propagation within the network is used to generate / create / imagine child features for the other half of the image. In special cases where there is a single layer (eg, a set of sister subnetworks), the propagation of node selection is preferably done in parallel and / or in sequence across the subnetworks, depending on the configuration. In addition, there can be an order of processing of subnetworks within a single layer. In some examples, the external constraint defines the relationship between the two subnetworks, one subnetwork is processed first, then another subnetwork is processed with the external constraint in mind. .. This order may be predefined or configured. Alternatively, the process may be a race condition between the different subnetworks and the first subnet network to complete the process of determining the enforcement of the constraint. Alternatively, they may be processed or operated simultaneously in any suitable manner. Similarly, the processing of nodes in the subnetwork may be in order. It is preferred that the pools in the subnetworks be ordered in the same way. In some examples, the lateral constraint defines the relationship between the PSCF nodes of the two pools, one pool being processed first, then the other pool being processed with the lateral constraint in mind. This order may be predefined or configured. Alternatively, the process may be a race condition between a different pool and the first pool to complete the process and determine the enforcement of constraints on other pools. Alternatively, they may be processed or managed simultaneously in any suitable manner. Within each subnet, blocks S230, S240, and S250 are preferably implemented. Node selection preferably begins with the parent feature node, then the pool node is activated, and the PSCF node is selected. The choice of PSCF node may be determined at least partially affected by the enforced selection constraint of the constraint node.
[0049]ブロックS230は、親特徴ノードの関数と矛盾しない少なくとも2つのプールノードを選択するステップを含み、サブネットワークのプールを適切にアクティベートするように機能する。前述のように、プールは、不変特徴に対応するPSCFノードのグループであることが好ましい。選択は、選択関数で構成されている親特徴ノード内で行われることが好ましい。選択関数は、好ましくは接続された各プールノードがアクティベートされるようなAND関数であるが、代わりに任意の適切な選択関数を使用することもできる。 Block S230 includes the step of selecting at least two pool nodes that are consistent with the function of the parent feature node and functions to properly activate the pools in the subnetworks. As mentioned above, the pool is preferably a group of PSCF nodes corresponding to invariant features. The selection is preferably made within the parent feature node configured by the selection function. The choice function is preferably an AND function such that each connected pool node is activated, but any suitable choice function can be used instead.
[0050]ブロックS240は、サブネットワークの子特徴に対応する少なくとも第1のPSCFノードを選択するステップを含み、プールノードのプール要素のセット内でPSCFノードを選択するように機能する。この選択は、ブロックS230からの選択されたプールノードのそれぞれに対して行われることが好ましい。サブネットワーク内のプールノードを評価する順序は、ランダムな順序かつ非同時的な方法で順序付けすることができる。あるいは、複数のプールを同時に評価してもよい。PSCFノードの選択は、選択されたプールノードの選択関数に従って実行されることが好ましい。一実施態様では、選択関数はXOR機能であり、1つのPSCFノードのみが選択される。あるいは、任意の適切な選択関数が使用されてもよい。1のPSCFノードは、好ましくは直接の関係で少なくとも1つの子特徴ノードに接続あるいは関連付けられ、このPSCFノードが選択されると、接続された子特徴ノードが選択される。いくつかの変形例では、PSCFノードは複数の子特徴ノードに関連付けられてもよい。各々の子特徴ノードは、好ましくは対応するPSCFノードが選択されたときに選択される。さらに別の変形では、子特徴ノードはさらに、ネットワークまたはサブネットワーク内の他のPSCFノードと関連付けられてもよい。子特徴ノードは、子特徴ノードへの接続の上位位置に基づいて選択/アクティベートされるのが好ましい。 [0050] Block S240 includes selecting at least a first PSCF node that corresponds to a child feature of the subnet, and functions to select a PSCF node within the set of pool elements of the pool node. This selection is preferably made for each of the selected pool nodes from block S230. The order in which pool nodes in a subnetwork are evaluated can be random and non-simultaneous. Alternatively, multiple pools may be evaluated at the same time. The selection of PSCF nodes is preferably performed according to the selection function of the selected pool node. In one embodiment, the selection function is an XOR function and only one PSCF node is selected. Alternatively, any suitable choice function may be used. One PSCF node is preferably connected or associated with at least one child feature node in a direct relationship, and when this PSCF node is selected, the connected child feature node is selected. In some variants, the PSCF node may be associated with multiple child feature nodes. Each child feature node is preferably selected when the corresponding PSCF node is selected. In yet another variant, the child feature node may also be associated with other PSCF nodes in the network or subnetworks. The child feature node is preferably selected / activated based on the superior position of the connection to the child feature node.
[0051]ブロックS250は、少なくとも第2のノードに選択制約を実施するステップを含み、プールとサブネットワークとの間の不変の関係を定義可能にするように機能する。制約は、好ましくは特徴の組み合わせとパターンとの間の論理を定義するために作成される。一般的な例では、サブネットワークが複数の画像成分をつなぎ合わせて自動車の画像を形成し、1つのプールが自動車の車体を選択する場合、他のプールに自動車の車輪が選択されるように制限を執行することができ、これによって車輪と車体の一貫性が維持される。選択制約は、制約ノードを介した少なくとも2つのPSCFノード間の接続を介して定義されてもよい。制約ノードは、任意の適切な数の接続されたPSCFノードを含み、任意の適切な選択関数を執行することができる。いくつかの変形例では、選択制約は、2つのプールノードまたは任意の適切な種類のノード間の接続を介して定義されてもよい。同様に、制約ノードは、PSCFノードとプールノードとの間など、任意の2つ以上のタイプのノード間にあってもよい。制約ノードの執行は、実行時に何らかの形の方向性を有することが好ましく、第1のノードの選択が、第2のノードに対する選択の影響をもたらす。方向性は、2種類のノード間で任意の方向に進むこともできる。PSCFノードは、制約ノードがプールノードに影響を及ぼすことをもたらし、プールノードは、制約ノードがPSCFノードに影響を及ぼすことをもたらし得る。1つの好ましい選択制約は、制約ノードに接続されているPSCFノードのうちの1つがアクティベートされている場合に、接続されているPSCFノードの選択を強制することであろう。換言すれば、制約ノードの選択制約関数はAND演算となる。選択制約は、接続された制約ノードを有する少なくとも第1のPSCFノードの選択に応答して実施されることが好ましい。上述したように、ノードは、何らかの順序で評価または伝播されることが好ましい。選択制約は、既に選択されているPSCFノードには執行されないことが好ましいが、代わりにプールノードによる選択に適用される。いくつかのシナリオでは、プールノードは、選択制約が執行されて制約ノードを介してプール要素に送信された後に、1組の可能なPSCFノードを1つのノードに減らすことができる。他のシナリオでは、プールノードは、可能なPSCFノードの数を減らしたり、選択のための確率的重み付けを変えたりすることができる。制約ノードは、2つのPSCFノード間の接続として示されているが、代替として、プール要素間および/またはサブネットワーク間のメッセージ受け渡しメカニズムを介して制約を実装することもできる。これらのメッセージは、好ましくは本書に記載されているように制約ノードを事実上執行するために選択関数の動作を修正する。制約ノードは、横方向制約、外部制約、時間的制約、および/または任意の適切な種類の制約であり得る。横方向制約は、好ましくは2つの異なるプール間で実施される。外部制約は、好ましくは2つの異なるサブネットワーク間で実施される。横方向制約および外部制約は、好ましくは空間的な制約条件に用いられるが、任意の適切な不変のパターンを定義するために使用されてもよい。時間的制約は、異なる時間インスタンスでネットワーク評価を執行する。時間的制約は、異なる時間フレームにわたって不変パターンを定義することができる。時間的選択制約は、一連の特徴内で起こり得る、または起こり得ない特徴を決定する。 Block S250 comprises the step of implementing a selection constraint on at least the second node and functions to make it possible to define an invariant relationship between the pool and the subnetworks. Constraints are preferably created to define the logic between feature combinations and patterns. In a typical example, subnetworks stitch together multiple image components to form an image of a car, limiting car wheels to the other pool when one pool selects the car body. Can be enforced, which maintains the consistency of the wheels and the car body. Selection constraints may be defined via a connection between at least two PSCF nodes via constraint nodes. The constraint nodes include any suitable number of connected PSCF nodes and can execute any suitable choice function. In some variants, selection constraints may be defined via connections between two pool nodes or any suitable type of node. Similarly, the constraint node may be between any two or more types of nodes, such as between a PSCF node and a pool node. Execution of the constrained node preferably has some form of direction at run time, and the choice of the first node has the effect of the choice on the second node. The directionality can also go in any direction between the two types of nodes. The PSCF node can result in the constraint node affecting the pool node, and the pool node can result in the constraint node affecting the PSCF node. One preferred selection constraint would be to force the selection of the connected PSCF node if one of the PSCF nodes connected to the constraint node is activated. In other words, the selection constraint function of the constraint node is an AND operation. The selection constraint is preferably implemented in response to the selection of at least a first PSCF node having a connected constraint node. As mentioned above, the nodes are preferably evaluated or propagated in some order. Selection constraints are preferably not enforced on PSCF nodes that have already been selected, but instead apply to selection by pool nodes. In some scenarios, the pool node can reduce a set of possible PSCF nodes to one node after the selection constraint is enforced and sent to the pool element through the constraint node. In other scenarios, pool nodes can reduce the number of possible PSCF nodes or change the stochastic weighting for selection. The constraint node is shown as a connection between two PSCF nodes, but as an alternative, constraints can be implemented via a message passing mechanism between pool elements and / or subnetworks. These messages preferably modify the behavior of the choice function to effectively execute the constraint node as described in this document. Constraint nodes can be horizontal constraints, external constraints, time constraints, and / or any suitable type of constraint. Lateral constraints are preferably implemented between two different pools. External constraints are preferably implemented between two different subnetworks. Lateral and external constraints are preferably used for spatial constraints, but may be used to define any suitable invariant pattern. Time constraints perform network evaluations on different time instances. Time constraints can define invariant patterns over different time frames. The temporal selection constraint determines which features may or may not occur within a set of features.
[0052]ブロックS260は、ネットワークの最終的な子特徴を生成出力にコンパイルするステップを含み、複数の特徴を生成される1つの成果物、表現、または分析、模倣、あるいは任意の適切な出力に組み立てるように機能する。最終的な子特徴は、好ましくは階層ネットワークの最下層の子特徴ノードである。これらの子特徴ノードは、好ましくは特定のデータ特徴の存在を表す二項変数を表す。子特徴ノードを特定のデータ特徴へとマッピングするデータベースまたはマッピングを維持することができる。図4の例に示されるように、子特徴ノードCF1、CF2、およびCF3は個々に、異なる水平位置にある垂直バーを表す。最終的な子特徴をコンパイルするステップは、好ましくは選択された複数の子特徴ノードをデータ特徴にマッピングするステップを含み、それが次に生成出力へとコンパイルされる。アクティベートされた子特徴ノードは、組み合わされるとある媒体の再現を形成する構成要素であることが好ましい。好ましくは、出力は、ネットワークを訓練または作成するのに用いられたデータ媒体のものと類似である。例えば、ネットワークが画像生成のためにトレーニングまたは作成された場合、出力は好ましくは実質的に完全に模倣の画像である。ネットワークが音声特徴でトレーニングされた場合は、最終的な子特徴を組み合わせて音声ファイルまたは信号を出力することができる。複数のネットワーク評価が時間信号について使用される場合、複数のネットワークの最終的な子特徴は、最終的に生成出力へとコンパイルされ得る。例示的な実施態様では、最終的な子特徴は空間的要素と関連付けられる。換言すれば、各子特徴は特定の態様の特定の特徴に対応する。画像の場合、この空間成分は好ましくは二次元ブロック位置である。空間成分は、さらに、三次元または任意の適切な次元のデータであってもよい。次元は、物理的寸法または人工的寸法に対応してもよい。例えば、データ分析と一緒に使用されるとき、子特徴はそれぞれデータ分析の様々な次元に対応してもよく、それは好ましくは適切な出力を形成するためにコンパイルすることができる。子特徴ノードは好ましくはバイナリアクティベーション状態のノードであるので、好ましくは子特徴と関連する特徴パターンとの間のマッピングがある。子特徴は、媒体の特定の態様に一意的に対応することが好ましい。例えば、ある画像について画像をブロックのグリッドに分割し、そして下層の各子特徴ノードを画素パターン(例えば3×3画素パターン)と関連付けることができる。この方法により、アクティベートされたノードが様々な画素パターンの選択に用いられ、それらの画素パターンが最終画像内の適切な位置に重ね合わされる。 Block S260 includes the steps of compiling the final child features of the network into the generated output, and the plurality of features are generated into one artifact, representation, or analysis, imitation, or any suitable output. Works like assembling. The final child feature is preferably the child feature node at the bottom of the hierarchical network. These child feature nodes preferably represent binomial variables that represent the presence of a particular data feature. You can maintain a database or mapping that maps child feature nodes to specific data features. As shown in the example of FIG. 4, the child feature nodes CF1, CF2, and CF3 individually represent vertical bars in different horizontal positions. The step of compiling the final child feature preferably involves mapping a plurality of selected child feature nodes to the data feature, which is then compiled into the generated output. Activated child feature nodes are preferably components that, when combined, form a reproduction of a medium. Preferably, the output is similar to that of the data medium used to train or create the network. For example, if the network is trained or created for image generation, the output is preferably a substantially perfectly mimicking image. If the network is trained with audio features, the final child features can be combined to output an audio file or signal. When multiple network evaluations are used for time signals, the final child features of multiple networks can eventually be compiled into the generated output. In an exemplary embodiment, the final child feature is associated with a spatial element. In other words, each child feature corresponds to a particular feature in a particular aspect. In the case of images, this spatial component is preferably a two-dimensional block position. Spatial components may further be three-dimensional or arbitrary appropriate dimensional data. The dimensions may correspond to physical or artificial dimensions. For example, when used with data analysis, each child feature may correspond to different dimensions of data analysis, which can preferably be compiled to form the appropriate output. Since the child feature node is preferably a node in the binary activated state, there is preferably a mapping between the child feature and the associated feature pattern. It is preferred that the child features uniquely correspond to a particular aspect of the medium. For example, for an image, the image can be divided into a grid of blocks, and each child feature node in the lower layer can be associated with a pixel pattern (eg, a 3x3 pixel pattern). By this method, the activated node is used to select various pixel patterns, and those pixel patterns are superposed at appropriate positions in the final image.
4.ネットワークを用いて入力からパターンを推論する方法
[0053]図13に示すように、好ましい実施形態のネットワークからパターンを推論する方法S30は、親特徴入力ノードと少なくとも2つの子特徴出力ノードとを有する再帰的サブネットワークのネットワークを提供するステップS310と;事後分布モデルを用いてサブネットワークのノードを構成するステップS320と;ネットワークのサブネットワークのノード接続と一致する方法で、ネットワーク階層を介してノード選択を伝播するステップS330と;少なくとも第1のPSCFノードの選択に応答して、少なくとも第2のPSCFノードに選択制約を執行するステップS340と;ネットワークの親特徴ノードを推定出力に出力するステップS350とを含む。方法S30は、入力データ内のパターンを推測または検出するように機能する。推論の際に、好ましくは入力データが供給される。データは、データ特徴へと変換、処理、または変更される。次に、データ機能を使用してさまざまな子ノードを選択的にアクティベート/選択する。次に、確率伝搬または同様のメッセージ受け渡しアプローチがネットワーク上で実施され、ノード選択が下層のサブネットワーク(例えば生のデータ特徴の層)から上層のサブネットワーク(例えばパターン特徴の層)までそのように作用するように行われる。方法S30は、画像、映像、音声、スピーチ、医療センサデータ、自然言語データ、金融データ、アプリケーションデータ、トラフィックデータ、環境データなどのような多種多様なデータタイプの推論パターンに使用することができる。一実装形態では、この方法は、画像または映像内のオブジェクトの存在を検出するための画像検出に使用することができる。さらに、この方法は、同じ画像内で複数のオブジェクトを検出するために利用可能である。
4. Method of Inferring a Pattern from an Input Using a Network [0053] As shown in FIG. 13, a method S30 of inferring a pattern from a network of a preferred embodiment has a parent feature input node and at least two child feature output nodes. With step S310 to provide a network of recursive subnetworks; with step S320 to configure nodes of the subnetwork using a posterior distribution model; node selection through the network hierarchy in a way that matches the node connections of the subnetwork of the network. With step S330 propagating; with step S340 executing selection constraints on at least the second PSCF node in response to the selection of at least the first PSCF node; with step S350 outputting the parent feature node of the network to the estimated output. including. Method S30 functions to infer or detect patterns in the input data. Input data is preferably supplied during inference. Data is transformed, processed, or modified into data features. Then use the data function to selectively activate / select different child nodes. Probabilistic propagation or similar message passing approaches are then implemented on the network, with node selection from the lower subnetwork (eg, the layer of raw data features) to the upper subnet (eg, the layer of pattern features). It is done to work. Method S30 can be used for inference patterns of a wide variety of data types such as image, video, audio, speech, medical sensor data, natural language data, financial data, application data, traffic data, environmental data and the like. In one implementation, this method can be used for image detection to detect the presence of an object in an image or video. In addition, this method can be used to detect multiple objects within the same image.
[0054]ブロックS310は、再帰的サブネットワークのネットワークに親特徴入力ノードと少なくとも2つの子特徴出力ノードとを提供するステップを含み、執行された制約で再帰的皮質ネットワークを実施するように機能する。ネットワークは、好ましくは上述のような、または方法S10で作成されたようなネットワークである。ネットワークのアーキテクチャは方法S20で用いたものと類似しているので、方法S20およびS30は、同じネットワーク構成を生成または推論のいずれの使用例にも使用することができる。 Block S310 comprises providing a parent feature input node and at least two child feature output nodes to the network of recursive subnetworks, and functions to implement the recursive cortical network with enforced constraints. .. The network is preferably a network as described above or as created by method S10. Since the architecture of the network is similar to that used in method S20, methods S20 and S30 can use the same network configuration for either generation or inference use cases.
[0055]ブロックS320は、事後分布モデルでサブネットワークのノードを構成するステップを含み、そこから推論が階層を上へ伝播することができる確率モデルを付与するように機能する。推論は、ノードのサブセットで何らかのエビデンスが与えられた場合に、ネットワーク内のすべてのノードで事後分布を見つけるプロセスである。事後分布モデルは、好ましくは、エビデンスが与えられた場合にノードがアクティベートされる確率を指定するパラメータである。エビデンスは、特定のノードの子であるノードのセットであることが好ましい。事後分布モデルは、一組のエビデンスの可能性についての事後分布を含むことができ、ここで一組のエビデンスの可能性は、ONとOFFであるエビデンスノードの順列(permutations)を含む。事後分布は、確率、比率、比率の対数、加重選択関数(エビデンスに応じてノードがアクティブになる場合)、または任意の適切な表現として表すことができる。代替的または追加的に、他の推論メカニズムが方法S30に組み込まれてもよい。 Block S320 functions to provide a probabilistic model from which the inference can propagate up the hierarchy, including the steps of constructing the nodes of the subnetwork in the posterior distribution model. Inference is the process of finding a posterior distribution on every node in the network, given some evidence on a subset of the nodes. The posterior distribution model is preferably a parameter that specifies the probability that the node will be activated given the evidence. The evidence is preferably a set of nodes that are children of a particular node. The posterior distribution model can include a posterior distribution of a set of evidence possibilities, where the set of evidence possibilities includes a permutations of evidence nodes that are ON and OFF. The posterior distribution can be expressed as a probability, a ratio, a logarithm of the ratio, a weighted choice function (if the node is active depending on the evidence), or any suitable representation. Alternatively or additionally, other inference mechanisms may be incorporated into method S30.
[0056]ブロックS330は、ネットワークのサブネットワークのノード接続と矛盾しないようにネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップを含み、ネットワーク階層の上下に確率推論を伝播するように機能する。ブロックS330は、好ましくは確率伝搬を使用するが、他の確率推論アプローチも代替的に実装してもよい。確率伝搬は、ネットワーク階層の上方に選択を伝播するために使用されることが好ましい。ノード選択の伝播はさらに、子ノードの事後予測と無矛盾である。確率伝搬は、ノード間でメッセージをやり取りし、異なる仮定の下でノード内で計算を実行するステップを含む。ノード間のリンクは、メッセージ用の双方向通信チャネルとして構築することができる。一実装例では、上流に流れるメッセージは可能性を表し、下流に流れるメッセージは確率を表す。さらに、生成または下方伝播を用いて、上方伝播へのフィードバックを強化および提供することができる。例えば、上記の生成的伝播を用いて、画像内に存在し得るものを想像し、それを画像内に実際に存在するものと比較することができる。図7に示す一例では、ネットワークのリンクを伝播するメッセージは、画像のパターンを推論するのに使用することができる。本例のメッセージは、メッセージの発信元に対応するノードがオンであるという前提で、エビデンスが存在する尤度を表す。例えば、ノードCF2の表現は入力エビデンスとより整合しているので、ノードCF2はノードCF1と比較してより高い尤度を有する。プールの尤度(プールノードから発生する接続によって表される)は、プール要素の尤度の最大値である。後続の時間インスタンスに対応する一連の入力を用いてネットワークに確率を伝播する場合、ネットワークは時間内にメッセージを伝播し、時間的推論を行うことができる。そのようなシナリオでは、異なるノードで計算された値は、一連のエビデンスが与えられた場合の確率を表す。 Block S330 includes a step of propagating node selection through the network hierarchy so as to be consistent with the node connections of the network's subnetworks, and functions to propagate probabilistic reasoning above and below the network hierarchy. Block S330 preferably uses belief propagation, but other probabilistic inference approaches may be implemented as alternatives. Belief propagation is preferably used to propagate selections above the network hierarchy. Propagation of node selection is also consistent with the posterior prediction of child nodes. Belief propagation involves exchanging messages between nodes and performing calculations within the nodes under different assumptions. Links between nodes can be constructed as bidirectional communication channels for messages. In one implementation, the message flowing upstream represents the possibility and the message flowing downstream represents the probability. In addition, generation or down-propagation can be used to enhance and provide feedback on up-propagation. For example, the generative propagation described above can be used to imagine what could be in the image and compare it to what is actually in the image. In the example shown in FIG. 7, the message propagating the network link can be used to infer the pattern of the image. The message in this example represents the likelihood that evidence exists, assuming that the node corresponding to the source of the message is on. For example, node CF2 has a higher likelihood than node CF1 because the representation of node CF2 is more consistent with the input evidence. The likelihood of a pool (represented by connections originating from a pool node) is the maximum likelihood of a pool element. When propagating a probability to a network using a set of inputs corresponding to subsequent time instances, the network can propagate the message in time and make temporal inferences. In such a scenario, the values calculated at different nodes represent the probabilities given a set of evidence.
[0057]好ましくは、伝播は、ネットワークの最後の子特徴ノードにおいてデータ特徴入力を受け取ると開始される。最後の子特徴ノードは、階層内の最下層の子特徴ノードである。好ましくは、データは、処理され、変換され、または一組の特徴へと分割される。その後、データ特徴を使用して、最後の子特徴ノードを選択またはアクティベートする。単純なシナリオでは、特徴の存在は、子特徴ノードをアクティベートまたは非アクティベートするのに用いられる。あるいは、特徴ノードの尤度パラメータを入力とすることができる。尤度は、畳み込み類似度測定値、または特徴がデータ内で明白である可能性の任意の適切な測定値であり得る。確率伝搬が、この入力をネットワーク階層を上に伝播し続ける。サブネットワーク内で、ノードのアクティベーションを伝播するステップは、子特徴ノードが接続されたPSCFノードに尤度スコアを送るステップと;サブネットワークのプールノードにおいて、事後分布成分と接続されたPSCFノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと;サブネットワークの親特徴ノードにおいて、事後分布成分と、親特徴ノードに接続されたプールノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップとを含む。次いで、確率伝搬は、好ましくは、より上のサブネットワークまで続き、ネットワーク伝播が終わるか、何らかの閾値が満たされるまで続く。 [0057] Preferably, propagation is initiated when a data feature input is received at the last child feature node of the network. The last child feature node is the lowest child feature node in the hierarchy. Preferably, the data is processed, transformed, or divided into a set of features. The data feature is then used to select or activate the last child feature node. In a simple scenario, the presence of the feature is used to activate or deactivate the child feature node. Alternatively, the likelihood parameter of the feature node can be input. Likelihood can be a convolutional similarity measure, or any suitable measure in which features may be apparent in the data. Belief propagation continues to propagate this input up the network hierarchy. Within the subnetwork, the step of propagating node activation is the step of sending the likelihood score to the PSCF node to which the child feature node is connected; in the pool node of the subnetwork, of the PSCF node connected to the posterior distribution component. The step of generating the likelihood score from the likelihood score; and the step of generating the likelihood score from the posterior distribution component and the likelihood score of the pool node connected to the parent feature node in the parent feature node of the subnetwork. including. Belief propagation then preferably continues to the higher subnetworks until network propagation ends or some threshold is met.
[0058]ブロックS340は、少なくとも第2のノードに選択制約を実施するステップを含み、推論中にプールとサブネットワークとの間の不変関係が定義され使用できるように機能する。制約ノードと接続は、ブロックS250と実質的に同様の方法で実施されることが好ましい。ノードがアクティベートされると、制約ノードを介して接続されている他のノードにはそれらに適用されている制約が執行される。外部制約ノードは、少なくとも2つのPSCFノードの間にあることが好ましいが、代わりに任意のノードセット間にあってもよい。一変形例では、制約は、代替として、接続されたPSCFノードおよび/または同じプールのPSCFノードの確率測度を増大または変更することができる。 [0058] Block S340 includes at least a step of implementing a selection constraint on the second node and functions so that the invariant relationship between the pool and the subnetworks can be defined and used during inference. It is preferred that the constraint nodes and connections be implemented in a manner substantially similar to that of block S250. When a node is activated, the constraints applied to other nodes connected through the constraint node are enforced. The external constraint node is preferably between at least two PSCF nodes, but may instead be between any set of nodes. In one variant, the constraint can, as an alternative, increase or change the probability measure of the connected PSCF node and / or the PSCF node of the same pool.
[0059]ブロックS350は、ネットワークの親特徴ノードの特徴を推論出力へと出力するステップを含み、ネットワークのアクティベートされたノードを推論結果へと処理または同化(assimilate)させるように機能する。好ましくは、親特徴ノードがパターンの指標として使用される。ネットワークを構築する際に、好ましくは、異なる層が異なる粒度のスケールでパターンを検出する。低いレベルでは、コーナーや線や点などの特定のピクセルパターンを検出するステップが含まれる。高いレベルでは、画像から人物が検出されたり、メッセージが幸福を表しているといったパターン検出となり得る。また、各サブネットワークは、特定のパターン識別用にカスタマイズされていることが好ましい。上記の例では、サブネットワークは、不変のコーナー検出用であり得る。この特定のサブネットワークの親ノードがアクティベートされると、コーナーが存在すると推論することができる。サブネットワークの親ノードのアクティベートが個別のパターンラベルと対になるように、マッピングが存在してもよい。推論は最上位層から来てもよいが、代わりにネットワークの複数の層を通して得られてもよい。例えば、この方法が「男性の人間が笑っている」という推論を出力するものであれば、人間がいる、この人間は男性である、そして表情が笑顔であるという推論が、複数の層および/またはサブネットワークを通して得られる。また、推論を出力する際にどの層および/またはサブネットワークを使用するかを選択することによって、推論の範囲を調整することができる。例えば、画像から推論を生成するとき、上位層からの推論は、その画像が喫茶店のシーンのものであることを検出することができる。下位層は、画像内に3つのテーブル、男性、女性、および他の様々な喫茶店の備品があることを検出するために使用され得る。適切なレベルの推論情報がネットワークから抽出されるように、APIまたはインターフェースが存在してもよい。このインタフェースは、好ましくは、適切な推論情報を用いて応答を適切に選択しフォーマットすることによって、分析の要求に応答する。例えば、インターフェースにおいて、リクエストは、「この画像に何人の人がいるか」、「このシーンの背景は何ですか」、「この画像の白鳥はどこにいるか」、または「このシーン内のオブジェクトの次の状態は何か」といった特定の関心パターンを特定し得る。オープンエンドのリクエストが多いほど、検出されるパターン量が多くなる可能性がある。サブネットワークのアクティベートされた親ノードのセット内に明示されている推論情報は、代わりに任意の適切な方法で使用することができる。 [0059] Block S350 includes a step of outputting the characteristics of the parent feature node of the network to the inference output, and functions to process or assimilate the activated node of the network into the inference result. Preferably, the parent feature node is used as an indicator of the pattern. When building a network, preferably different layers detect patterns on different granularity scales. At lower levels, it involves detecting specific pixel patterns such as corners, lines, and points. At a high level, it can be a pattern detection, such as a person being detected in an image or a message expressing happiness. Also, each subnetlight is preferably customized for specific pattern recognition. In the above example, the subnetworks can be for invariant corner detection. When the parent node of this particular subnetworks is activated, it can be inferred that a corner exists. Mappings may exist so that the activation of the parent node of the subnetwork is paired with a separate pattern label. Inferences may come from the top layer, but instead may be obtained through multiple layers of the network. For example, if this method outputs the inference that "a male human is laughing", then the inference that there is a human, this human is a male, and the facial expression is a smile is in multiple layers and / Or obtained through a subnetwork. In addition, the scope of inference can be adjusted by selecting which layer and / or subnetwork to use when outputting inference. For example, when generating inference from an image, the inference from the upper layer can detect that the image is from a coffee shop scene. The lower layer can be used to detect the presence of three tables, men, women, and various other coffee shop fixtures in the image. APIs or interfaces may be present to extract the appropriate level of inference information from the network. This interface preferably responds to the request for analysis by appropriately selecting and formatting the response with appropriate inference information. For example, in the interface, the request could be "How many people are in this image", "What is the background of this scene", "Where is the swan in this image", or "Next to the object in this scene". It is possible to identify a specific pattern of interest, such as "what is the state?" The more open-ended requests, the more patterns can be detected. The inference information specified in the set of activated parent nodes in the subnetwork can be used in any suitable way instead.
5.システムおよび方法の使用例
[0060]上述したように、再帰的皮質ネットワークは多種多様なシナリオで使用することができる。ネットワークのアーキテクチャは、生成と推論の両方に有用である。ネットワークはさらに、好ましくは、生成または推論のための入力として使用されるデータの形式にとらわれない。好ましいデータ媒体は、2Dまたは3D画像データ、画像シーケンス、映像、音声、自然言語テキスト、分析データ、広く分散したセンサデータ、または他の適切な形式のデータが含まれる。1つの好ましい応用例では、システムおよび方法は画像に適用される。ネットワークは、推論モードで、オブジェクト検出、事象分析、顔認識、気分の検出、オブジェクト追跡、および他の適切な用途に使用することができる。生成モードでは、ネットワークは模擬画像を生成することができる。他の例示的な応用例として、システムおよび方法は自然言語処理に適用することができる。推論モードでは、文の文脈および意図を解釈し、言語を翻訳し、他の言語パターンを検出することができる。例えば、質問の意味を解釈することができ、その後これをネットワークの生成モードで使用して、返答または応答を生成することができる。いくつかの実装例では、この応答は自然言語の応答であるが、単なる言語コミュニケーションを越えたアクションまたはイベントのトリガとしてもよい。他の例示的な用途としては、医療におけるスキャンと画像内異常検出、金融データの分析および予測、広告ターゲティング、トラフィック予測、環境シミュレーション、ならびに他の適切な分野のシミュレーション、検出、または予測が含まれる。ネットワークは特定の用途および使用例(画像分析専用ネットワークなど)のために作成されることが好ましいが、ノードのネットワークの拡張を通じてより一般的で高いレベルのパターンおよび機能が可能になるように、ネットワークをさらに組み合わせて使用することができる。ネットワークの使用中、ネットワーク構成は、新しいデータを考慮するように更新および拡張されることが好ましく、これによってネットワークを介した処理能力がさらに拡張される。
5. System and Method Use Examples [0060] As mentioned above, recursive cortical networks can be used in a wide variety of scenarios. The network architecture is useful for both generation and inference. Networks are also preferably agnostic to the format of the data used as input for generation or inference. Preferred data media include 2D or 3D image data, image sequences, video, audio, natural language text, analytical data, widely distributed sensor data, or other suitable format data. In one preferred application, the system and method are applied to the image. The network can be used in inference mode for object detection, event analysis, face recognition, mood detection, object tracking, and other suitable uses. In generation mode, the network can generate simulated images. As another exemplary application, the system and method can be applied to natural language processing. Inference mode can interpret sentence context and intent, translate languages, and detect other language patterns. For example, the meaning of a question can be interpreted and then used in network generation mode to generate a response or response. In some implementations, this response is a natural language response, but it may also trigger an action or event that goes beyond mere verbal communication. Other exemplary applications include medical scanning and in-image anomaly detection, financial data analysis and prediction, advertising targeting, traffic prediction, environmental simulation, and other suitable areas of simulation, detection, or prediction. .. Networks are preferably created for specific applications and use cases (such as networks dedicated to image analysis), but networks allow for more general and higher levels of patterns and functionality through the extension of the node's network. Can be used in further combinations. While the network is in use, the network configuration is preferably updated and expanded to take into account new data, which further extends the processing power over the network.
[0061]好ましい実施形態のシステムおよび方法、ならびにその変形例は、少なくとも部分的に、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受容するように構成された装置として実施および/または実装することができる。命令は、好ましくは再帰的皮質ネットワークと統合されたコンピュータ実行可能コンポーネントによって実行されることが好ましい。コンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EEPROM、光学装置(CDまたはDVD)、ハードドライブ、フロッピードライブ、または任意の適切な装置などの任意の適切なコンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ実行可能コンポーネントは、好ましくは一般的なまたは特定用途向けプロセッサであるが、任意の適切な専用ハードウェアまたはハードウェア/ファームウェアの組合せ装置が代替的または追加的に命令を実行してもよい。 [0061] The systems and methods of preferred embodiments, and variations thereof, can be implemented and / or implemented, at least in part, as devices configured to accept computer-readable media for storing computer-readable instructions. .. Instructions are preferably executed by computer-executable components integrated with a recursive cortical network. The computer readable medium can be stored in any suitable computer readable medium such as RAM, ROM, flash memory, EEPROM, optical device (CD or DVD), hard drive, floppy drive, or any suitable device. The computer-executable component is preferably a general or application-specific processor, but any suitable dedicated hardware or hardware / firmware combination device may perform alternative or additional instructions.
[0062]当業者であれば、前述の詳細な説明ならびに図面および特許請求の範囲から認識するように、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に対して修正および変更を加えることができる。 As those skilled in the art will recognize from the above detailed description and drawings and claims, the present invention will not deviate from the scope of the invention as defined in the appended claims. Modifications and changes can be made to the preferred embodiments.
システムと方法の実施例
[0063]ネットワークを用いてパターンを生成する方法は、親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップであって、親特徴ノードは入力ノードであり、少なくとも2つの子特徴ノードは出力ノードであるステップと;ネットワークのサブネットワークのノード接続と矛盾しないように、ノード選択をネットワーク階層の下方に伝播するステップとを具え、サブネットワーク内での伝播は、サブネットワークのアクティベートされた親特徴ノードにおいて、親特徴ノードの選択関数と矛盾しない1のプールノードを選択するステップと;第1のプールのプールノードにおいて、サブネットワークの子特徴ノードに対応する少なくとも第1の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップと;サブネットワークの第1のノードの選択に応答して、サブネットワークの横方向制約ノードに従って少なくとも第2のプールの第2のノードに選択制約を執行するステップと;ネットワークの最終的な子特徴ノードの状態を生成出力へとコンパイルするステップとを含む。
Examples of Systems and Methods [0063] A method of generating patterns using a network is a step of providing a recursive network of subnetworks having a parent feature node and at least two child feature nodes, the parent feature node. Is an input node and at least two child feature nodes are output nodes; a subnetwork with steps that propagate node selection down the network hierarchy so as to be consistent with the node connections of the subnetwork of the network. Propagation within is the step of selecting one pool node that is consistent with the parent feature node's selection function at the subnetwork's activated parent feature node; at the pool node of the first pool, the subnetwork's child features. With the step of selecting at least the first parent-specific child feature (PSCF) node corresponding to the node; in response to the selection of the first node of the subnetwork, at least the second pool according to the lateral constraint node of the subnetwork. Includes the step of enforcing selection constraints on the second node of the network; the step of compiling the state of the final child feature node of the network into the generated output.
[0064]この方法の一実施例では、第1のノードは第1のPSCFノードであり、第2のプールの第2のノードはPSCFノードである。この方法のさらなる実施例では、第2のプールの第2のPSCFノードは、第1のノードのサブネットワーク内にある。この方法の第2のさらなる実施例では、第2のプールの第2のPSCFノードは第2のサブネットワーク内にある。この方法の第3のさらなる実施例では、第1のPSCFノードは第1の時刻のネットワーク内にあり、第2のプールの第2のPSCFノードは第2の時刻のネットワーク内にある。この方法のさらなる第4の実施例では、方法は、少なくとも1つの子特徴ノードを選択するPSCFノードの選択に応答して、選択された子特徴ノードを生成出力へとコンパイルされるデータ特徴にマッピングするステップを含む。 [0064] In one embodiment of this method, the first node is the first PSCF node and the second node in the second pool is the PSCF node. In a further embodiment of this method, the second PSCF node in the second pool is in the subnet of the first node. In a second further embodiment of this method, the second PSCF node in the second pool is in the second subnetwork. In a third further embodiment of this method, the first PSCF node is in the network at the first time and the second PSCF node in the second pool is in the network at the second time. In a further fourth embodiment of this method, the method maps the selected child feature nodes to data features that are compiled into the generated output in response to the selection of the PSCF node that selects at least one child feature node. Includes steps to do.
[0065]本方法の生成出力は、画像、画像シーケンス、音声を含み得る。この方法の選択関数は、ブール論理選択関数であり得る。 The generated output of the method may include images, image sequences, and sounds. The choice function of this method can be a Boolean logic choice function.
[0066]この方法の第2の実施例では、第1層のサブネットワークの子特徴ノードは、第2層の少なくとも2つのサブネットワークの親特徴ノードである。この方法のさらなる実施例では、選択関数と矛盾しないプールノードを選択するステップは、論理AND選択関数に従って親ノードに接続されたそれぞれのプールノードを選択するステップを含み;第1のPSCFノードを選択するステップは、プールノードの論理XOR選択関数に従って、プールノードに接続されたPSCFノードのセットからただ1つのPSCFノードをランダムに選択するステップを含む。この方法の第2のさらなる実施例では、少なくとも第1のPSCFノードを選択するステップは、プールノードの論理XOR選択関数に従って、プールノードに接続されたPSCFノードのセットからPSCFノードの第1のサブセットをランダムに選択するステップをさらに含み、この選択関数はPSCFノードのセットの複数のサブセットに適用される。この方法の第3のさらなる実施例では、選択関数と矛盾しないプールノードを選択するステップは、論理AND選択関数に従って親ノードに接続された各プールノードを選択するステップを含む。 In the second embodiment of this method, the child feature nodes of the first layer subnetworks are the parent feature nodes of at least two subnetworks of the second layer. In a further embodiment of this method, the step of selecting pool nodes that is consistent with the choice function includes selecting each pool node connected to the parent node according to the logical AND choice function; selecting the first PSCF node. The step includes randomly selecting only one PSCF node from a set of PSCF nodes connected to the pool node according to the pool node's logical XOR selection function. In a second further embodiment of this method, the step of selecting at least the first PSCF node is a first subset of PSCF nodes from a set of PSCF nodes connected to the pool node according to the pool node's logical XOR selection function. This selection function is applied to multiple subsets of a set of PSCF nodes, further including the step of randomly selecting. In a third further embodiment of this method, the step of selecting a pool node that is consistent with the choice function includes selecting each pool node connected to the parent node according to the logical AND selection function.
[0067]ネットワークを用いてパターンを生成するための方法は、親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップであって、親特徴ノードは入力ノードであり、少なくとも2つの子特徴ノードは出力ノードであり;再帰ネットワークの第1のサブネットワークにおいて、当該第1のサブネットワークが、前記親特徴ノードと前記少なくとも2つの子特徴ノードとを含む、ステップと;第1のサブネットワークのアクティベートされた親特徴ノードにおいて、当該親特徴ノードの選択関数と矛盾しない第1のプールノードと第2のプールノードとを選択するステップと;第1のプールノードにおいて、サブネットワークの第1の子特徴ノードに対応する少なくとも第1の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップと;第2のプールノードにおいて、サブネットワークの第2の子特徴ノードに対応する少なくとも第2の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップと;第1および第2の子特徴ノードを含む、ネットワークの最終的な子特徴ノードの状態を、生成出力へとコンパイルするステップとを含む。 A method for generating patterns using a network is a step of providing a recursive network of sub-networks with a parent feature node and at least two child feature nodes, where the parent feature node is the input node. Yes, at least two child feature nodes are output nodes; in the first subnetwork of the recursive network, the first subnetwork includes said parent feature node and said at least two child feature nodes. In the activated parent feature node of the first subnetwork, the step of selecting the first pool node and the second pool node that are consistent with the selection function of the parent feature node; in the first pool node. With the step of selecting at least the first parent-specific child feature (PSCF) node corresponding to the first child feature node of the subnetwork; in the second pool node, corresponding to the second child feature node of the subnetwork. A step of selecting at least a second parent-specific child feature (PSCF) node; and a step of compiling the state of the final child feature node of the network, including the first and second child feature nodes, into generated output. And include.
[0068]この方法の一実施例では、当該方法は、第1および第2のPSCFノードの選択に応答して、選択された子特徴ノードを、生成出力へとコンパイルされるデータ特徴にマッピングするステップをさらに含む。この方法の生成出力は、画像、画像シーケンス、音声を含み得る。 [0068] In one embodiment of this method, the method maps the selected child feature nodes to the data features that are compiled into the generated output in response to the selection of the first and second PSCF nodes. Includes more steps. The generated output of this method may include images, image sequences, sounds.
[0069]この方法の第2の実施例では、当該方法は、第1のプールノードにおいて、サブネットワークの第3の子特徴ノードに対応する少なくとも第3の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップを含み、前記第1および第3のPSCFノードは、第1のプールノードに接続されたPSCFノードのセットのサブセットにわたって適用された第1のプールノードの論理XOR選択関数に従って選択される。 In a second embodiment of the method, the method provides at least a third parent-specific child feature (PSCF) node in the first pool node that corresponds to a third child feature node in the subnet. The first and third PSCF nodes are selected according to the logical XOR selection function of the first pool node applied over a subset of the set of PSCF nodes connected to the first pool node, including the step of selection. ..
[0070]ネットワークを用いてパターンを推論するための方法は、親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップと;事後分布要素を用いてサブネットワークのノードを構成するステップと;最終的な子特徴ノードでデータ特徴入力を受け取るステップと;ネットワークのサブネットワークのノード接続および子ノードの事後予測と矛盾しないように、ネットワーク階層を通してノードのアクティベーションを伝播するステップと;サブネットワークの少なくとも2つのノード間でアクティベーション制約を執行するステップと;親特徴ノードの選択を推論出力へと出力するステップとを含む。 A method for inferring a pattern using a network is a step of providing a recursive network of subnetworks with a parent feature node and at least two child feature nodes; The steps to configure a node; the step to receive data feature input at the final child feature node; and the node activation propagated through the network hierarchy so as to be consistent with the node connections of the network's subnetworks and the posterior prediction of the child nodes It includes a step of executing an activation constraint between at least two nodes of the subnetwork; and a step of outputting the selection of the parent feature node to the inference output.
[0071]この方法の一実施例では、ノードのアクティベーションを伝播するステップは、接続された親固有の子特徴(PSCF)ノードに尤度スコアを子特徴ノードがメッセージングするステップと;サブネットワークのプールノードにおいて、事後分布要素と接続されたPSCFノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと;サブネットワークの親特徴ノードにおいて、事後分布成分と接続された親特徴ノードの尤度スコアとから、尤度スコアとを生成するステップとを含む。この方法のさらなる実施例では、少なくとも2つのノード間でアクティベーション制約を執行するステップは、第1のプールノードに接続された第1のPSCFノードと第2のプールノードに接続された第2のPSCFノードとの間でアクティベーション制約を執行するステップを含む。この方法のさらなる第2の実施例では、少なくとも2つのノード間でアクティベーション制約を執行するステップは、第1のサブネットワーク内の第1のPSCFノードと第2のサブネットワーク内の第2のPSCFノードとの間でアクティベーション制約を執行するステップを含む。この方法のさらなる実施例では、少なくとも2つのノード間でアクティベーション制約を執行することは、第1の時刻のネットワーク内の第1のPSCFノードと第2の時刻のネットワーク内の第2のPSCFとの間でアクティベーション制約を執行するステップを含む。 In one embodiment of this method, the step of propagating node activation is the step of the child feature node messaging the likelihood score to the connected parent-specific child feature (PSCF) node; In the pool node, the step of generating the likelihood score from the likelihood score of the PSCF node connected to the posterior distribution element; and in the parent feature node of the subnetwork, the likelihood score of the parent feature node connected to the posterior distribution component. And from, including a step to generate a likelihood score. In a further embodiment of this method, the step of enforcing the activation constraint between at least two nodes is the first PSCF node connected to the first pool node and the second connected to the second pool node. Includes the step of enforcing activation constraints with the PSCF node. In a further second embodiment of this method, the step of enforcing the activation constraint between at least two nodes is the first PSCF node in the first subnetworks and the second PSCF in the second subnetworks. Includes the step of enforcing activation constraints with the node. In a further embodiment of this method, enforcing an activation constraint between at least two nodes is performed with a first PSCF node in the first time network and a second PSCF in the second time network. Includes steps to enforce activation constraints between.
[0072]この方法の第2の実施例では、データ特徴入力を受け取るステップは、画像の画像特徴に従って最終的な子特徴ノードのアクティベーションを設定するステップを含み、推論される出力は前記画像内で検出されたオブジェクトである。 In a second embodiment of this method, the step of receiving the data feature input includes setting the activation of the final child feature node according to the image feature of the image, and the inferred output is in the image. It is an object detected in.
[0073]この方法の第3の実施例では、データ特徴入力を受信するステップは、音声信号特徴に従って最終的な子特徴ノードのアクティベーションを設定するステップを含み、推論される出力は、音声信号中の検出された音声パターンである。 [0073] In a third embodiment of the method, the step of receiving the data feature input comprises setting the activation of the final child feature node according to the voice signal feature, and the inferred output is the voice signal. The detected voice pattern inside.
[0074]この方法の第4の実施例例では、第1層サブネットワークの子特徴ノードは、少なくとも2つの第2層サブネットワークの親特徴ノードである。 [0074] In a fourth embodiment of this method, the child feature nodes of the first layer subnetworks are the parent feature nodes of at least two second layer subnetworks.
[0075]ニューラルネットワークを構築する方法は、上位階層サブネットワークの各子特徴ノードを下位階層のサブネットワークの親特徴ノードに通信可能に結合することを含む、ネットワーク階層における複数のサブネットワークを再帰的に構築するステップと;サブネットワークの親特徴ノードの選択関数を設定するステップであって、選択関数は、サブネットワーク内の少なくとも2つのプールの選択オプションによって定義される、ステップと;プールノードの選択関数を設定するステップであって、プールノードの選択関数は、少なくとも2つの親特有の子特徴(PSCF)ノードの選択オプションによって定義されるステップと;少なくとも一対のノードを制約ノードでリンクさせるステップと;ネットワークのサブネットワークのノード接続、選択関数、およびリンクされた制約ノードに矛盾しない方法で、ネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップとを含む。 [0075] A method of constructing a neural network recursively combines a plurality of subnetworks in a network hierarchy, including communicably joining each child feature node of the upper hierarchy subnetwork to a parent feature node of the lower hierarchy subnetwork. The step to build in; the step to set the selection function of the parent feature node of the subnetwork, the selection function is defined by the selection option of at least two pools in the subnetwork, and; the selection of the pool node. The steps to configure the function, the pool node selection function, is defined by the selection options of at least two parent-specific child feature (PSCF) nodes; and the step of linking at least one pair of nodes with constraint nodes. Includes node connectivity, selection functions, and steps to propagate node selection through the network hierarchy in a manner consistent with linked constraint nodes in the subnetwork of the network.
[0076]この方法の一実施例では、少なくとも一対のノードを制約ノードとリンクさせるステップは、第1のプールノードに接続された第1のPSCFノードを第2のプールに接続された第2のPSCFノードとリンクさせるステップを含む。 [0076] In one embodiment of this method, the step of linking at least a pair of nodes with the constraint node is a second step in which the first PSCF node connected to the first pool node is connected to the second pool. Includes a step to link with the PSCF node.
[0077]この方法の第2の実施例では、少なくとも一対のノードを制約ノードとリンクさせるステップは、第1のサブネットワークの第1のPSCFノードを第2のサブネットワークの第2のPSCFノードとリンクさせるステップを含む。方法のさらなる実施例では、少なくとも一対のノードを制約ノードとリンクさせるステップは、第1のインスタンスの第1のネットワーク内の第1のPSCFノードを、第1のインスタンスの第2のネットワーク内の第2のPSCFノードとリンクさせるステップを含む。この方法の第2のさらなる実施例において、当該方法はさらに事後パラメータを設定するステップを含み、ネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップはさらに、設定された事後パラメータに従って確率伝搬と矛盾しない方法で実行される。方法の第3のさらなる実施例では、当該方法は、PSCFノードを子特徴ノードと接続するステップをさらに含み、少なくとも1つの子特徴ノードは少なくとも2つのPSCFノードと接続される。 [0077] In a second embodiment of this method, the step of linking at least a pair of nodes with a constraint node is to make the first PSCF node of the first subnet network a second PSCF node of the second subnet network. Includes steps to link. In a further embodiment of the method, the step of linking at least a pair of nodes with a constraint node is to make the first PSCF node in the first network of the first instance the first in the second network of the first instance. Includes a step of linking with 2 PSCF nodes. In a second further embodiment of this method, the method further comprises setting posterior parameters, and the step of propagating node selection through the network hierarchy is further performed in a manner consistent with belief propagation according to the configured posterior parameters. Will be done. In a third further embodiment of the method, the method further comprises connecting a PSCF node to a child feature node, at least one child feature node being connected to at least two PSCF nodes.
[0078]システムは、複数の階層に編成されたサブネットワークの再帰的に設計されたネットワークを具え、前記サブネットワークは、少なくとも親特徴ノードと、プールノードと、親特有の子特徴(PSCF)ノードと、子特徴ノードとを具え、少なくとも1つのサブネットワークの親特徴ノードは、少なくとも1つのサブネットワークの親特徴ノードに接続された少なくとも2つのプールノード上で動作可能な選択関数で構成されており;少なくとも1つのサブネットワークのプールノードは、少なくとも1つのサブネットワークのプールノードに接続された少なくとも2つのPSCFノード上で動作可能な選択関数で構成され;少なくとも1つのサブネットワークのPSCFノードは、接続された子特徴ノードをアクティベートするように構成され、子特徴ノードは、下位階層において第2のサブネットワークの少なくとも親特徴ノードに接続可能である。 [0078] The system comprises a recursively designed network of sub-networks organized in multiple layers, the sub-network being at least a parent feature node, a pool node, and a parent-specific child feature (PSCF) node. And a child feature node, the parent feature node of at least one subnetwork is composed of selection functions that can operate on at least two pool nodes connected to the parent feature node of at least one subnetwork. The pool node of at least one subnetwork consists of select functions that can operate on at least two PSCF nodes connected to the pool node of at least one subnetwork; the PSCF node of at least one subnetwork is connected. It is configured to activate the child feature node that has been created, and the child feature node can connect to at least the parent feature node of the second subnetwork in the lower hierarchy.
[0079]このシステムの第1の実施例において、当該システムは、少なくとも2つのPSCFノードからの少なくとも2つの接続を有し、プールノードによる選択を増強するための選択関数を有する制約ノードをさらに含む。システムのさらなる実施例では、制約ノードは第1のPCSFノードおよび第2のPCSFノードに接続され、第1のPCSFノードは第1のプールノードに接続され、第2のPCSFノードは第2のプールノードに接続される。システムのさらなる第2の実施例では、第1のプールノードおよび第2のプールノードは単一の共有親特徴ノードに接続され、第1のプールノードおよび第2のノードは単一のサブネットワーク内に含まれる。システムのさらなる第3の実施例では、第1のプールノードは第1の親特徴ノードに接続され、第1のサブネットワーク内に含まれ;第2のプールノードは第2の親特徴ノードに接続され、第1のサブネットワークとは異なる第2のサブネットワーク内に含まれる。システムのさらなる第4の実施例では、第1のサブネットワークは第2のサブネットワークとは異なる階層レベルにある。 [0079] In a first embodiment of the system, the system further comprises a constraint node having at least two connections from at least two PSCF nodes and having a choice function to enhance selection by the pool node. .. In a further embodiment of the system, the constraint node is connected to the first PCSF node and the second PCSF node, the first PCSF node is connected to the first pool node, and the second PCSF node is the second pool. Connected to the node. In a further second embodiment of the system, the first pool node and the second pool node are connected to a single shared parent feature node, and the first pool node and the second node are in a single subnet. include. In a further third embodiment of the system, the first pool node is connected to the first parent feature node and is contained within the first subnetworks; the second pool node is connected to the second parent feature node. It is included in a second subnetwork different from the first subnetwork. In a further fourth embodiment of the system, the first subnetworks are at a different hierarchy level than the second subnetworks.
[0080]このシステムの第2の実施例では、ネットワークのノードは事後分布要素で構成され;ネットワークは、当該ネットワークのサブネットワークとのノード接続および事後分布要素と矛盾しない方法で、複数の階層を通してノードアクティベーションを伝播するように構成される。システムのさらなる実施例では、ネットワークは、少なくとも1つの子特徴ノードでデータ特徴入力を受け取ったことに応答して、親特徴ノードの選択を推定出力として出力するように構成される。システムのさらなる第2の実施例では、ネットワークは:子特徴ノードにおいて、接続された親固有の子特徴(PSCF)ノードに尤度スコアをメッセージングするステップと;サブネットワークのプールノードにおいて、事後分布要素と接続されたPSCFノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと;サブネットワークの親特徴ノードにおいて、事後分布要素と親特徴ノードに接続されたプールノードの尤度スコアとから、尤度スコアを生成するステップとによって、ノードアクティベーションを伝播するように構成されている。システムのさらなる第3の実施例では、ネットワークは、画像の画像特徴に従って子特徴ノードのアクティベーションを設定することによって、データ特徴入力を受け取るように構成され、ここで推論出力は画像の分類を含む。システムのさらなる第4の実施例では、ネットワークは、音声信号の音声特徴に従って子特徴ノードのアクティベーションを設定することによってデータ特徴入力を受け取るように構成され、ここで推論出力は音声信号の分類を含む。 [0080] In a second embodiment of this system, the nodes of the network are composed of posterior distribution elements; the network is connected through nodes with subnetworks of the network and through multiple layers in a manner consistent with the posterior distribution elements. Configured to propagate node activation. In a further embodiment of the system, the network is configured to output the selection of the parent feature node as an estimated output in response to receiving the data feature input on at least one child feature node. In a further second embodiment of the system, the network: at the child feature node, with the step of messaging the likelihood score to the connected parent-specific child feature (PSCF) node; at the pool node of the subnetwork, the posterior distribution element. And the step of generating the likelihood score from the likelihood score of the PSCF node connected to; in the parent feature node of the subnetwork, the likelihood score from the posterior distribution element and the pool node connected to the parent feature node. It is configured to propagate node activation by steps to generate a degree score. In a further third embodiment of the system, the network is configured to receive data feature inputs by setting the activation of child feature nodes according to the image features of the image, where the inference output includes image classification. .. In a further fourth embodiment of the system, the network is configured to receive data feature inputs by setting the activation of child feature nodes according to the voice features of the voice signal, where the inference output classifies the voice signal. Including.
[0081]システムの第3の実施例では、ネットワークは、受信した親特徴入力に応じた生成出力として、子特徴ノード選択を出力するように構成される。システムのさらなる実施例では、生成出力は、選択された子特徴ノードの画像特徴へのマッピングに基づいて生成された画像である。システムのさらなる第2の実施例では、生成出力は、選択された子特徴ノードの画像特徴へのマッピングに基づいて生成された画像である。システムのさらなる第3の実施例では、親特徴入力は画像分類である。システムのさらなる第4の実施例では、生成出力は、選択された子特徴ノードの音声特徴へのマッピングに基づいて生成された音声信号である。システムのさらなる第5の実施例では、親特徴入力は音声信号分類である。システムの第6のさらなる実施例では、ネットワークはさらにシード子特徴入力を受け取るように構成され、ここでシード子特徴入力は、ネットワークによって生成出力を修正するために用いられる。システムのさらなる第7の実施例では、ネットワークは、シードされた子特徴ノードのアクティベートを設定することによってシード子特徴入力を受け取るように構成されている。システムのさらなる第8の実施例では、ネットワークは、受け取った親特徴入力とシード子特徴入力の両方に応答して、生成出力として子特徴ノード選択を出力するように構成される。システムのさらなる第9の実施例では、ネットワークは、画像の第1の部分の画像特徴に従ってシードされた子特徴ノードのアクティベートを設定するように構成され、生成出力は画像の第2の部分である。 [0081] In a third embodiment of the system, the network is configured to output a child feature node selection as a generated output in response to the received parent feature input. In a further embodiment of the system, the generated output is an image generated based on the mapping of selected child feature nodes to image features. In a further second embodiment of the system, the generated output is an image generated based on the mapping of selected child feature nodes to image features. In a further third embodiment of the system, the parent feature input is image classification. In a further fourth embodiment of the system, the generated output is a voice signal generated based on the mapping of selected child feature nodes to voice features. In a further fifth embodiment of the system, the parent feature input is voice signal classification. In a sixth further embodiment of the system, the network is further configured to receive seed child feature inputs, where the seed child feature inputs are used to modify the output produced by the network. In a further seventh embodiment of the system, the network is configured to receive seed child feature inputs by configuring activation of seeded child feature nodes. In a further eighth embodiment of the system, the network is configured to output the child feature node selection as a generated output in response to both the received parent feature input and the seed child feature input. In a further ninth embodiment of the system, the network is configured to set the activation of the seeded child feature nodes according to the image features of the first part of the image, and the generated output is the second part of the image. ..
[0082]システムの第4の実施例では、子特徴ノードは、下位階層のサブネットワークの複数の親特徴ノードに接続されている。このシステムのさらなる実施例では、子特徴ノードに提供されたエビデンスは、前記複数の親特徴ノードのうちの第1の親特徴ノードによって送信されたエビデンスと、前記複数の親特徴ノードのうちの第2の親特徴ノードによって送信されたエビデンスとにnoisy−ORゲートを適用することによって処理される。システムのさらなる第2の実施例では、子特徴ノードに提供されたエビデンスは、複数の親特徴ノードのうちの第1の親特徴ノードによって送信されたエビデンスと、複数の親特徴ノードのうちの第2の親特徴ノードによって送信されたエビデンスとにnoisy−MAXゲートを適用することによって処理される。 In a fourth embodiment of the system, the child feature nodes are connected to a plurality of parent feature nodes in the subnetwork of the lower hierarchy. In a further embodiment of this system, the evidence provided to the child feature nodes is the evidence transmitted by the first parent feature node of the plurality of parent feature nodes and the first of the plurality of parent feature nodes. It is processed by applying a noisy-OR gate to the evidence transmitted by the parent feature node of 2. In a further second embodiment of the system, the evidence provided to the child feature nodes is the evidence sent by the first parent feature node of the plurality of parent feature nodes and the first of the plurality of parent feature nodes. It is processed by applying a noisy-MAX gate to the evidence transmitted by the parent feature node of 2.
Claims (56)
1の親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップであって、前記親特徴ノードは入力ノードであり、前記少なくとも2つの子特徴ノードは出力ノードである、ステップと;
前記ネットワークのサブネットワークのノード接続に基づいて、ノード選択をネットワーク階層の下方に伝播するステップであって、前記サブネットワーク内での伝播は:
1のサブネットワークのアクティベートされた親特徴ノードにおいて、当該親特徴ノードの選択関数を使用して1のプールノードを選択する工程と;
第1のプールのプールノードにおいて、前記サブネットワークの子特徴ノードに対応する少なくとも第1の親特有の子特徴(PSCF)ノードを選択する工程と;
前記第1のPSCFノードの選択に応答して、前記サブネットワークの横方向制約ノードに従って少なくとも第2のプールの第2のPSCFノードに選択制約を執行する工程とを含む、ステップと;
前記ネットワークの最終的な子特徴ノードの選択されたものを生成出力へとコンパイルするステップとを含むことを特徴とする方法。 A method of generating patterns using a network,
A step of providing a recursive network of subnetworks having one parent feature node and at least two child feature nodes, wherein the parent feature node is an input node and the at least two child feature nodes are output nodes. There are steps and;
The step of propagating node selection down the network hierarchy based on the node connections of the subnetwork of the network, the propagation within the subnetwork is:
In the activated parent feature node of one subnetwork, the process of selecting one pool node using the selection function of the parent feature node;
In the pool node of the first pool, the step of selecting at least the first parent-specific child feature (PSCF) node corresponding to the child feature node of the subnetwork;
A step comprising executing a selection constraint on at least a second PSCF node in the second pool according to the lateral constraint node of the subnet in response to the selection of the first PSCF node ;
A method comprising: compiling a selection of the final child feature nodes of the network into generated output.
親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップであって、前記親特徴ノードは入力ノードであり、前記少なくとも2つの子特徴ノードは出力ノードである、ステップと;
前記再帰的ネットワークの第1のサブネットワークにおいて、当該第1のサブネットワークは、前記親特徴ノードと前記少なくとも2つの子特徴ノードとを含み、
前記第1のサブネットワークのアクティベートされた親特徴ノードにおいて、前記親特徴ノードの選択関数と矛盾しない第1のプールノードと第2のプールノードを選択するステップと;
前記第1のプールノードにおいて、前記サブネットワークの第1の子特徴ノードに対応する少なくとも第1の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップと;
前記第2のプールノードにおいて、前記サブネットワークの第2の子特徴ノードに対応する少なくとも第2の親固有の子特徴(PSCF)ノードを選択するステップと;
前記第1および第2の子特徴ノードを含む、前記ネットワークの最終的な子特徴ノードのノード選択を生成出力へとコンパイルするステップと、を含むことを特徴とする方法。 A method of generating patterns using a network,
A step of providing a recursive network of subnetworks having a parent feature node and at least two child feature nodes, wherein the parent feature node is an input node and the at least two child feature nodes are output nodes. With steps;
In the first subnetwork of the recursive network, the first subnetwork includes said parent feature node and said at least two child feature nodes.
In the activated parent feature node of the first subnetwork, the step of selecting the first pool node and the second pool node that are consistent with the selection function of the parent feature node;
With the step of selecting at least the first parent-specific child feature (PSCF) node corresponding to the first child feature node of the subnet in the first pool node;
With the step of selecting at least a second parent-specific child feature (PSCF) node corresponding to the second child feature node of the subnet in the second pool node;
A method comprising: compiling a node selection of the final child feature node of the network into a generated output, including said first and second child feature nodes.
親特徴ノードと少なくとも2つの子特徴ノードとを有するサブネットワークの再帰的ネットワークを提供するステップと;
事後分布モデルを用いて前記サブネットワークのノードを構成するステップと;
最終的な子特徴ノードでデータ特徴入力を受け取るステップと;
前記ネットワークのサブネットワークのノード接続および子ノードの事後予測に矛盾しない方法で、ネットワーク階層を通してノードアクティベーションを伝播するステップと;
サブネットワークの少なくとも2つのノード間でアクティベーション制約を執行するステップと;
親特徴ノード選択を推論出力へと出力するステップとを含むことを特徴とする方法。 A method for inferring patterns using a network,
With the step of providing a recursive network of subnetworks with a parent feature node and at least two child feature nodes;
With the steps to configure the nodes of the subnetwork using the posterior distribution model ;
With the step of receiving the data feature input at the final child feature node;
With the steps of propagating node activations through the network hierarchy in a way that is consistent with the node connections of the network's subnetworks and the posterior prediction of child nodes;
With the step of enforcing activation constraints between at least two nodes in the subnetwork;
A method characterized by including a step of outputting the parent feature node selection to the inference output.
サブネットワークのプールノードにおいて、前記事後分布モデルと、接続されたPSCFノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと;
前記サブネットワークの親特徴ノードにおいて、前記事後分布モデルと、前記親特徴ノードに接続されたプールノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップとを含むことを特徴とする方法。 In the method of claim 20 , the step of propagating node activation is the step of the child feature node sending a likelihood score to the connected parent-specific child feature (PSCF) node;
In the pool node of the subnetwork, the step of generating the likelihood score from the posterior distribution model and the likelihood score of the connected PSCF node;
A method comprising a step of generating a likelihood score from a posterior distribution model and a likelihood score of a pool node connected to the parent feature node in a parent feature node of the subnet.
上位階層サブネットワークの各子特徴ノードを下位階層サブネットワークの親特徴ノードに通信可能に結合することを含む、ネットワーク階層において複数のサブネットワークを再帰的に構築するステップと;
前記サブネットワークの親特徴ノードの選択関数を設定するステップであって、前記選択関数は、前記サブネットワーク内の少なくとも2つのプールの選択オプションによって定義される、ステップと;
プールノードの選択関数を設定するステップであって、前記プールノードの選択関数は、少なくとも2つの親固有の子特徴(PSCF)ノードの選択オプションによって定義される、ステップと;
少なくとも一対のノードを制約ノードとリンクさせるステップと;
前記ネットワークのサブネットワークのノード接続と、前記選択関数と、前記リンクされた制約ノードと矛盾しない方法で、前記ネットワーク階層を通してノード選択を伝播するステップと、を含むことを特徴とする方法。 In a method of constructing a neural network implemented by a processor, the processor
Steps to recursively build multiple subnetworks in the network hierarchy, including communicatively joining each child feature node of the upper layer subnetworks to the parent feature node of the lower hierarchy subnetwork;
The step of setting the selection function of the parent feature node of the subnetwork, wherein the selection function is defined by the selection options of at least two pools in the subnetwork.
Comprising the steps of setting the selecting function of the pool node, select functions of the pool node is defined by at least two parental specific child characteristics (PSCF) node selection options, the steps;
With the step of linking at least a pair of nodes with the constraint node;
A method comprising a node connection of a sub-network of the network, the selection function, and a step of propagating the node selection through the network hierarchy in a manner consistent with the linked constraint node.
複数の階層に編成されたサブネットワークの再帰的に設計されたネットワークを具え、
前記サブネットワークは、少なくとも親特徴ノードと、プールノードと、親固有の子特徴(PSCF)ノードと、子特徴ノードとを含み;
前記少なくとも1つのサブネットワークの親特徴ノードは、前記少なくとも1つのサブネットワークの親特徴ノードに接続された少なくとも2つのプールノードから1つのプールノードを選択する選択関数で構成され;
前記少なくとも1つのサブネットワークのプールノードは、前記少なくとも1つのサブネットワークのプールノードに接続された少なくとも2つのPSCFノードから1つのPSCFノードを選択する選択関数で構成され;
少なくとも1つのサブネットワークのPSCFノードは、接続された子特徴ノードをアクティベートするように構成され;
前記子特徴ノードは、下位階層の第2のサブネットワークの少なくとも親特徴ノードに接続可能であることを特徴とするシステム。 It's a system
It has a recursively designed network of sub-networks organized in multiple layers.
The subnetworks include at least a parent feature node, a pool node, a parent-specific child feature (PSCF) node, and a child feature node;
The parent feature node of the at least one subnetworks consists of a choice function that selects one pool node from at least two pool nodes connected to the parent feature node of the at least one subnetworks;
The pool node of the at least one subnetwork is composed of a selection function that selects one PSCF node from at least two PSCF nodes connected to the pool node of the at least one subnetwork;
PSCF nodes in at least one subnetwork are configured to activate connected child feature nodes;
A system characterized in that the child feature node can be connected to at least a parent feature node of a second subnetwork in a lower hierarchy.
・子特徴ノードにおいて、接続された親固有の子特徴(PSCF)ノードに尤度スコアをメッセージングするステップと;
・サブネットワークのプールノードにおいて、事後分布モデルと、接続されたPSCFノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと:
・前記サブネットワークの親特徴ノードにおいて、前記事後分布モデルと、前記親特徴ノードに接続されたプールノードの尤度スコアとから尤度スコアを生成するステップと、
によって、ノードアクティベーションを伝播するように構成されることを特徴とするシステム。 In the system of claim 41 , the network is:
• In the child feature node, the step of messaging the likelihood score to the connected parent-specific child feature (PSCF) node;
-In the pool node of the subnetwork, the step of generating the likelihood score from the posterior distribution model and the likelihood score of the connected PSCF node:
A step of generating a likelihood score from the posterior distribution model and the likelihood score of the pool node connected to the parent feature node in the parent feature node of the subnetwork.
A system characterized by being configured to propagate node activation by.
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