Е. Миркес - Учебное пособие по курсу «Нейроинформатика»

• Название: Учебное пособие по курсу «Нейроинформатика»
• Автор: Е. Миркес
• Издательство: КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
• Жанр: Программирование
• Год: 2002

Данное учебное пособие подготовлено на основе курса лекций по дисциплине «Нейроинформатика», читавшегося с 1994 года на факультете Информатики и вычислительной техники Красноярского государственного технического университета.

Несколько слов о структуре пособия. Далее во введении приведены учебный план по данному курсу, задания на лабораторные работы. Следующие главы содержат одну или несколько лекций. Материал, приведенный в главах, несколько шире того, что обычно дается на лекциях. В приложения вынесены описания программ, используемых в данном курсе (Clab и Нейроучебник), и проект стандарта нейрокомпьютера, включающий в себя два уровня — уровень запросов компонентов универсального нейрокомпьютера и уровень языков описания отдельных компонентов нейрокомпьютера.

Данное пособие является электронным и включает в себя программы, необходимые для выполнения лабораторных работ.

---

Для каскадов раздел описания связей строится по следующим правилам:

1. Входные сигналы блока связываются с входными сигналами первой подсети в списке подсетей в разделе описания состава. Если для первой подсети указано не единичное число экземпляров, то все входные сигналы связываются с входными сигналами первого экземпляра подсети.

2. Выходные сигналы блока связываются с выходными сигналами последней подсети в списке подсетей в разделе описания состава. Если для последней подсети указано не единичное число экземпляров, то все выходные сигналы связываются с выходными сигналами последнего (с максимальным номером) экземпляра подсети.

3. Массив параметров блока образуется из массивов параметров подсетей в порядке перечисления подсетей в разделе описания состава — первая часть массива параметров блока состоит из параметров первой подсети, следующая — второй и т. д. Если какая-либо подсеть в разделе описания состава указана с некоторым не равным единице числом экземпляров, то считается, что экземпляры этой подсети перечислены в списке в порядке возрастания номера.

4. Выходные сигналы каждой подсети, кроме последней связываются с входными сигналами следующей подсети в списке подсетей в разделе описания состава. Если какая-либо подсеть в разделе описания состава указана с некоторым не равным единице числом экземпляров, то считается, что экземпляры этой подсети перечислены в списке в порядке возрастания номера.

5. Для блоков типа Cascad замыкание выхода блока на вход блока отсутствует. Для блоков типов Loop и Until замыкание выхода блока на вход блока достигается путем установления связей между выходными сигналами последней подсети в списке подсетей в разделе описания состава с входными сигналами первой подсети в списке подсетей в разделе описания состава. Если какая-либо подсеть в разделе описания состава указана с некоторым не равным единице числом экземпляров, то считается, что экземпляры этой подсети перечислены в списке в порядке возрастания номера.

Описания всех сетей, приведенные в предыдущем разделе полностью соответствуют правилам генерации. В качестве более общего примера приведем раздел описания сигналов и параметров трех условных блоков.

Layer  A

 Contents Net1, Net2[K], Net3

 InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)+K*NumberOf(InSignals,Net2)+NumberOf(InSignals,Net3)] <=> Net1.InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)],

 Net2[1..K].InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net2)],Net3.InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net3)]

 OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net1) + K*NumberOf(OutSignals,Net2)+NumberOf(OutSignals,Net3)] <=> Net1.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net1)],

 Net2[1..K].OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net2)],

 Net3.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)]

 Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1) + K*NumberOf(Parameters,Net2)+NumberOf(Parameters,Net3)] <=> Net1.Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1)],

 Net2[1..K].Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net2)],

 Net3.Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net3)]

Cascad B

 Contents Net1, Net2[K], Net3

 InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)] <=> Net1. InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)]

 OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)] <=> Net3.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)]

 Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1) + K*NumberOf(Parameters,Net2)+NumberOf(Parameters,Net3)] <=> Net1.Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1)],

 Net2[1..K].Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net2)],

 Net[3].Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net3)]

 Net1. OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net1)],

 Net2[1..K].OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net2)] <=> Net2[1..K].InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net2)],Net3.InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net3)]

Loop C N

 Contents Net1, Net2[K], Net3

 InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)] <=> Net1. InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)]

 OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)] <=> Net3.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)]

 Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1) + K*NumberOf(Parameters,Net2)+NumberOf(Parameters,Net3)] <=> Net1.Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net1)],

 Net2[1..K].Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net2)],

 Net[3].Parameters[1..NumberOf(Parameters,Net3)]

 Net1.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net1)],

 Net2[1..K].OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net2)] <=> Net2[1..K].InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net2)],

 Net3.InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net3)]

 Net3.OutSignals[1..NumberOf(OutSignals,Net3)] <=> Net1.InSignals[1..NumberOf(InSignals,Net1)]

Частично сокращенное описание

Если описываемый блок должен иметь связи, устанавливаемые не так, как описано в разделе «Раздел описания связей», то соответствующий раздел описания блока может быть описан явно полностью или частично. Если какой либо раздел описан частично, то действует следующее правило: те сигналы, параметры и их связи, которые описаны явно, берутся из явного описания, а те сигналы, параметры и их связи, которые не фигурируют в явном описании берутся из описания по умолчанию. Так, в приведенном в разделе «Пример описания блоков» описании слоя точек ветвления BLay невозможно использование генерируемого по умолчанию подраздела установления связи выходных сигналов блока с входными сигналами подсетей. Возможно следующее сокращенное описание.

{Слой точек ветвления}

Layer BLay(N,M : Long)

 Contents Branch(N)[M] {В состав слоя входит M точек ветвления}

 Connections

 {Выходные сигналы в порядке первый с каждой точки ветвления, затем второй и т.д. }

 OutSignals[1..N * M]<=> Branch[+:1..M].OutSignals[1..N]

End {Конец описания слоя Точек ветвления}

Пример сокращенного описания блоков

При описании блоков используются элементы, описанные в библиотеке Elements, приведенной в разд. «Пример описания элементов».

NetBibl SubNets Used Elements; {Библиотека подсетей, использующая библиотеку Elements}

{Сигмоидный нейрон с произвольным сумматором на N входов}

Cascad NSigm(aSum : Block; N : Long; Char : Real)

 {В состав каскада входит произвольный сумматор на N входов и сигмоидный нейрон с необучаемой характеристикой}

 Contents aSum(N), S_NotTrain(Char)

End

{Слой сигмоидных нейронов с произвольными сумматорами на N входов}

Layer Lay1(aSum : Block; N,M : Long; Char : Real)

 Contents Sigm: NSigm(aSum,N,Char)[M] {В состав слоя входит M нейронов}

End

{Слой точек ветвления}

Layer BLay(N,M : Long)

 Contents Branch(N)[M] {В состав слоя входит M точек ветвления}

Connections

 {Выходные сигналы в порядке первый с каждой точки ветвления, затем второй и т.д.}

  OutSignals[1..N * M] <=> Branch[+:1..M].OutSignals[1..N]

End

{Полный слой сигмоидных нейронов с произвольными сумматорами на N входов}

Cascad FullLay(aSum : Block; N,M : Long; Char : Real)

 Contents BLay1(M,N), Lay1(aSum,N,M,Char)  {Слой точек ветвления и слой нейронов}

End {Конец описания слоя сигмоидных нейронов с произвольным сумматором}

{Сеть с сигмоидными нейронами и произвольными сумматорами, содержащая

 Input – число нейронов на входном слое;

 Output – число нейронов на выходном слое (число выходных сигналов);

 Hidden – число нейронов на H>0 скрытых слоях;

 N – число входных сигналов

 все входные сигналы подаются на все нейроны входного слоя}

Cascad  Net1(aSum : Block; Char : Real; Input, Output, Hidden, H, N : Long)

 {Под тремя разными псевдонимами используется одна и таже подсеть с разными параметрами. Использование псевдонимов необходимо даже при сокращенном описании}

 Contents

 In: FullLay(aSum,N,Input,Char),