Василецький Сергій Анатолійович. Оптоелектронні частотно-динамічні нейронні елементи

Краткое описание

Василецький Сергій Анатолійович. Оптоелектронні частотно-динамічні нейронні елементи: Дис... канд. техн. наук: 05.13.05 / Вінницький держ. технічний ун-т. - Вінниця, 2002. - 185 арк. - Бібліогр.: арк. 144-156.

Василецький С.А. Оптоелектронні частотно-динамічні нейронні елементи. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.
Предметом дослідження в дисертаційній роботі обрані функційні властивості, частотно-динамічні та конструктивно-технологічні характеристики, принципи застосування у нейронних мережах фізичних моделей біологічних нейронів на основі біспін-приладів. В результаті виконання дисертаційної роботи розроблено та досліджено оптоелектронні частотно-динамічні нейронні елементи на основі біспін-приладів з розширеними функційними властивостями, підвищеною ефективністю та покращеними конструктивно-технологічними характеристиками. Практична цінність роботи полягає в тому, що запропоновані технічні рішення реалізації оптоелектронних частотно-динамічних нейронних елементів на основі біспін-приладів.
Результати роботи можна використовувати в подальших дослідженнях для моделювання роботи нейронних мереж різної складності з метою з’ясування принципів їх побудові і функціонування, а також для створення складних штучних нейронних мереж з широкими функційними можливостями та високою інформаційною ємністю.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі розширення функційних властивостей, підвищення ефективності та покращення конструктивнотехнологічних характеристик оптоелектронних частотно-динамічних нейронних елементів шляхом реалізації їх на біспін-приладах.
Зокрема, у дисертаційній роботі отримано такі основні наукові та практичні результати:
Вперше розроблено математичну модель частотно-динамічного нейронного елемента на основі біспін-приладу, яка дозволяє визначити частоту вихідних імпульсів при дії неперервних вхідних збудженнях та період між двома вихідними імпульсами при дії імпульсних вхідних збуджень.
Доведено функційну повноту набору, що складається з двох базисних операцій: обмеженої різниці та додавання, які виконуються запропонованим нейронним елементом. Це дозволяє стверджувати, що будь-яку функцію нейронної логіки (еквівалентність, максимум, мінімум, модуль різниці та ін.) можна реалізувати на основі тільки запропонованого нейронного елемента. Розроблено структурні схеми реалізації функцій нейронної логіки на основі частотно-динамічних нейронних елементів.
Вперше запропоновано схемотехнічні принципи побудови частотно-динамічних нейронних елементів на основі біспін-приладів. Використання цих принципів дозволяє значно спростити схему нейронного елемента, розширити її функційні властивості та підвищити ефективність. Вихідні частоти такого нейронного елемента в 1000 раз більші в порівнянні з біологічним нейроном.
Розроблено метод визначення координат точки зображення з максимальною яскравістю за допомогою нейроподібної структури на основі матриці фоточутливих біспін-приладів. На відміну від існуючих цей метод характеризується підвищеною швидкістю визначення координат кореляційного максимуму за рахунок відсутності сканування.
Вперше формалізовано оптоелектронний частотно-динамічний нейронний елемент на основі біспін-приладу шляхом створення комп’ютерної моделі його схеми заміщення. Це дозволило значно спростити процес моделювання нейронних мереж різної структури та функційного призначення, яке необхідне як при вивченні законів роботи біологічних нейронних мереж, так і при синтезі штучних нейронних мереж заданого функційного призначення.
Розроблено критерій ефективності частотно-динамічних нейронних елементів, який має визначений фізичний сенс (інформаційно-енергетична лабільність); з його допомогою зроблено комплексну оцінку ефективності : запропонований нейронний елемент кращий за аналог в 3,5 рази та краще біологічного нейрона майже в 4 рази (без урахування споживаної потужності) (табл. 1).
Розроблено схеми частотно-динамічного нейронного елемента на основі біспін-приладу, які характеризуються конструктивною простотою та високою ступінню адекватності біологічному нейрону (параметри наведено в табл. 2).
Розроблено схему заміщення частотно-динамічного нейронного елемента на основі біспін-приладу для її подальшого комп’ютерного моделювання з метою дослідження поведінки елементарних нейронних мереж на основі частотно-динамічних нейронних елементів.
Розроблено методику експериментальних досліджень частотно-динамічних нейронних елементів на біспін-приладах та експериментально визначено числові значення їхніх основних параметрів і характеристик.
Результати роботи можна використовувати в подальших дослідженнях для моделювання роботи нейронних мереж різної складності з метою з’ясування принципів їх побудови і функціонування, щоб в подальшому зрозуміти, як же все - таки працює мозок, як реалізуються окремі елементарні акти розумової діяльності, а також для створення штучних нейронних мереж з широкими функційними можливостями та високою інформаційною ємністю.