Коммуникационные сети нейросупертранспьютеров Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция вычислительной техники

УДК 007.57:681.3

Ю.В. Чернухин

КОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ НЕЙРОСУПЕРТРАНСПЫОТЕРОВ

Как следует из работы [1], простейший нейросупертранспьютер (НСТ) состоит из четырехлинкового транспьютера (ТП) и трех цифровых нейропроцессоров (ЦНП), образующих коммуникационный блок НСТ. Вычислительный процесс в НСТ организуется так, что его временная составляющая, связанная с вычислением выходной функции нейрона, реализуется программно, а пространственная составляющая данного процесса, связанная с обработкой информации в дендритной области нервной клетки, воспроизводится структурно в ЦНП коммуникационного блока (КБ). При этом полагается, что НСТ имитирует информационную деятельность отдельной клетки с разветвленной дендритной сетью, синаптические контакты которой не взаимодействуют друг с другом. Последнее обстоятельство затрудняет построение нейротранспьютерных структур, учитывающих не только аксодендритные связи между нейронами, но и сома-соматические, сомадендритные, дендро-дендритные и другие типы взаимодействий нервных клеток.

Действительно, пусть, например, необходимо синтезировать простейшую нейросупертранспьютерную структуру, воспроизводящую алгоритм адаптивной обработки информации следующего вида.[1]:

N

<1Р0) - -А\Р(0А + В\ £ П]Х/(ОЖ, (1)

у'=1

</Г<7; = -А2Т(1)Ж + А2ТпЖ + В2Р(1)& + ВЪ2(1)&, (2)

г(г)Л =------------—------------А, (з)

' ' 1 + ехр 1-Р(1) - та))

где Р(1) - аналог мембранного потенциала нервной клетки;

Х^ОсН - аналог входных воздействий, поступающих на ^й синапс с синаптическим весом

N - количество синаптических входов нейрона;

Т(1) - переменный во времени порог нейрона;

Тп - порог покоя;

г(1)сИ - аналог выходной импульсации нервной клетки;

В2 - параметр, учитывающий глубину адаптации по входу;

ВЗ - параметр, учитывающий глубину адаптации по выходу;

А1, А2, В1 - параметры, учитывающие влияние других компонент модели нейрона.

Из анализа возможностей воспроизведения системы (1)—(3) при помощи описанного в [1] операционного базиса НСТ следует, что для построения нейросупертранспьютерной структуры в данном случае необходимы как минимум два нейросупертранспьютера: первый — ]Я-входовый для реализации уравнения (1) и второй - для реализации уравнений (2)-(3). Причем, лишь у второго НСТ будет использована транспьютерная программа вычисления значений выходной логистиче-

Известия ТРТУ

ской функции (3). Транспьютер первого НСТ будет передавать выходные данные своего КБ без изменений. Но если так, то этот ТП может быть исключен из схемы второго НСТ, а выходы его КБ могут быть подключены к соответствующим входам ЦНП оставшегося НСТ. В результате подобных преобразований образуется НСТ с коммутируемым КБ (КНСТ). Коммутируемый КБ такого КНСТ представляет собой коммуникационную сеть. В аппаратном отношении КНСТ проще исходной структуры, состоящей из двух НСТ, а его производительность выше производительности отдельного НСТ.

Данный подход позволяет ставить задачу разработки таких НСТ, у которых цифровые нейропроцессоры коммуникационного блока объединены в полносвязную однослойную нейронную сеть (типа сети Хопфил-да). Связи между ЦНП при этом будут изменяться путем модификации матрицы синаптических весов. Подобные НСТ могут найти применение при создании однослойных и многослойных распознающих систем.

Однако на пути создания полносвязных КНСТ возникает трудность, связанная с тем, что известные ТП содержат не более шести линков и, следовательно, на их основе могут быть построены КНСТ с полносвязной коммуникационной сетью (КС), содержащей не более пяти ЦНП. Такая сеть имеет ограниченное практическое применение, поскольку нужны КС, содержащие десятки и сотни ЦНП.

С целью преодоления отмеченной трудности была поставлена задача разработки принципов построения нового, ориентированного на использование в составе НСТ транспьютера - нейротранспьютера (НТП). В отличие от известных ТП нейротранспьютер должен иметь существенно большее число линков (js общем случае N+1 при N-входовых ЦНП). В качестве операционного базиса НТП должны использоваться только те операции, которые необходимы для воспроизведения информационных процессов в нейронных сетях мозга, и, кроме того, НТП должен иметь такой оккамоподобный язык, программы на котором инвариантны относительно имеющегося нейросупертранспьютерного оборудования.

Некоторые аспекты изложенных в данной работе идей более подробно рассмотрены в ряде докладов, прочитанных на 41-й научнотехнической конференции ТРТУ. В частности, функциональные возможности коммуникационной сети НСТ, содержащей N ЦНП с N информационными входами каждый, исследованы на ее программной модели. Результаты исследований доложены аспирантом Кизогло М.А. Разработан один из вариантов конструкции оккамоподобного языка нейротранспьютера. Результаты этой работы доложены аспирантом Самариным М.А. Общие вопросы создания программного обеспечения цифровых нейрокомпьютеров изложены в докладе научного сотрудника НИИ МВС Ра-дионова Г.П.

ЛИТЕРАТУРА

Чернухин Ю.В. Нейропроцессоры: Учебное пособие Таганрог: ТРТУ, 1994. 175 с.