JPH045750A - Learning method for data processor - Google Patents
Learning method for data processorInfo
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- JPH045750A JPH045750A JP2106360A JP10636090A JPH045750A JP H045750 A JPH045750 A JP H045750A JP 2106360 A JP2106360 A JP 2106360A JP 10636090 A JP10636090 A JP 10636090A JP H045750 A JPH045750 A JP H045750A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ニューラルネットワークの概念を基礎とする
データ処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a data processing device based on the concept of neural networks.
〔従来の技術]
この種のデータ処理装置におけるニューラルネソトワー
クは、第3図に示す神経細胞モデル(以下、ニューロン
という)■を、並列に設けて層状に構成される。各層の
ニューロンは隣接する他の層の全てのニューロンにシナ
プス結合して、データの入出力を行う。すなわちニュー
ロン1において、外部から入力されるデータI、 、I
2、I3・・・Inにはそれぞれ重みW、 、W、 、
W。[Prior Art] A neural network in this type of data processing device is constructed in a layered manner by providing neuron models (hereinafter referred to as neurons) shown in FIG. 3 in parallel. Neurons in each layer are synaptically connected to all neurons in adjacent layers to input and output data. That is, in neuron 1, externally input data I, ,I
2, I3...In have weights W, , W, , respectively.
W.
・・・Wnが掛けられ、これらの総和と閾値θとの比較
結果に応じたデータ0が出力される。. . . are multiplied by Wn, and data 0 is output according to the comparison result between the sum total and the threshold value θ.
この比較方法としては種々のものが可能であるが、例え
ば正規化関数1〔f〕を採用すると、出力データ0は、
0=1 〔ΣWn−In−θ) −・−・−(1)
と表される。すなわち、ΣWn−Inが閾値0以上の時
そのニューロンは発火して出力データ○は「1」となり
、またΣWn−Inが閾値θより小さい時出力データO
は「0」となる。Various methods are possible for this comparison, but for example, if the normalization function 1 [f] is adopted, the output data 0 will be 0=1 [ΣWn-In-θ) −・−・−(1)
It is expressed as That is, when ΣWn-In is greater than or equal to the threshold 0, the neuron fires and the output data ○ becomes "1", and when ΣWn-In is less than the threshold θ, the output data O
becomes "0".
従来のニューラルネットワークは、このようなニューロ
ンを並列に設けてニューラルレイヤを形成するとともに
、このニューラルレイヤを直列に接続して構成される。A conventional neural network is constructed by arranging such neurons in parallel to form a neural layer and connecting these neural layers in series.
ニューラルレイヤは例えば、ローゼンブラット(Ros
enblatt)が提案したバーセプトロンのように3
層すなわち入力層、中間層および出力層から成り、各層
のニューロンは隣接する他の層の全てのニューロンにシ
ナプス結合する。The neural layer is, for example, Rosenblatt (Ros
3 like the Berceptron proposed by
It consists of layers: an input layer, a hidden layer, and an output layer, with neurons in each layer synapsing to all neurons in other adjacent layers.
このようなデータ処理装置において各ニューロンのシナ
プス重みを最適化する繰作は「学習」と呼ばれ、その実
現の保証と効率化は重要な課題である。例えば、近年注
目を集めているバックプロパゲーション法では、ローカ
ルミニマムからの脱出と、収束時間が問題点として残さ
れている。特に多数の中間層を含むニューラルネットワ
ークにおいてその傾向が大である。In such a data processing device, the process of optimizing the synaptic weights of each neuron is called "learning," and ensuring its realization and increasing its efficiency are important issues. For example, the backpropagation method, which has been attracting attention in recent years, has problems with escape from the local minimum and convergence time. This tendency is particularly strong in neural networks that include many hidden layers.
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案され
たもので、中間層に対し効率的学習を施し得る学習方法
を提供することを目的とする。The present invention was devised to solve these conventional problems, and an object of the present invention is to provide a learning method that can perform efficient learning on the intermediate layer.
本発明に係る学習方法は、入力層の発火パターンと出力
層の発火パターンとを複数の入出力について人為的に決
定し、各入出力について、中間層の各ニューロンが、入
力層および出力層の対応する複数のニューロンのうち所
定の割合以上のニューロンが発火している場合に、発火
する傾向を持つように、中間層および出力層のシナプス
の重みを決定するものである。そして、中間層が多数設
けられる場合には、1個の中間層の学習が所定段階まで
終了したときに、新たに中間層を追加し、これに対して
も同様の学習を施し、逐次中間層を増加させるものであ
る。ここに入出力層のニューロン数はその1回のデータ
容量により決定され、処理し得るデータ個数はニューラ
ルネットワーク全体のニューロン数により決定される。The learning method according to the present invention artificially determines the firing pattern of the input layer and the firing pattern of the output layer for a plurality of inputs and outputs, and for each input and output, each neuron of the intermediate layer The weights of synapses in the intermediate layer and the output layer are determined so that when a predetermined proportion or more of the corresponding neurons are firing, they tend to fire. When a large number of intermediate layers are provided, when the learning of one intermediate layer is completed to a predetermined stage, a new intermediate layer is added, the same learning is performed on this, and the intermediate layer is sequentially This increases the Here, the number of neurons in the input/output layer is determined by the data capacity at one time, and the number of data that can be processed is determined by the number of neurons in the entire neural network.
したがって多くのデータの処理のためには中間層の増大
は必須である。Therefore, in order to process a large amount of data, it is essential to increase the number of intermediate layers.
以下図示実施例により本発明を説明する。 The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.
第1図は、本発明の一実施例に係るデータ処理装置を有
する文字認識システムを示す。この文字認識システムは
、ビデオカメラ10、前処理装置20、データ処理装置
30、後処理装置40およびデイスプレィ50を備える
。ビデオカメラ10は文字を入力するために設けられ、
前処理装置20に接続される。前処理装置20は例えば
従来公知の画像処理装置であり、入力された文字の特徴
データ(例えば端点数、分岐点数等)を抽出し、この特
徴データをデータ処理装置30に出力する。FIG. 1 shows a character recognition system having a data processing device according to an embodiment of the present invention. This character recognition system includes a video camera 10, a preprocessing device 20, a data processing device 30, a postprocessing device 40, and a display 50. A video camera 10 is provided for inputting characters,
It is connected to the preprocessing device 20. The preprocessing device 20 is, for example, a conventionally known image processing device, and extracts feature data (for example, the number of end points, the number of branch points, etc.) of the input character, and outputs this feature data to the data processing device 30.
データ処理装置30は、後述するようにニューラルネッ
トワークを構成し、前処理装置20から入力された文字
の特徴データに基づいてその文字を認識し、この認識結
果に応じたデータを後処理装置40に出力する。認識信
号は例えばキャラクタコードであり、後処理装置40は
この出力データを例えばワープロデータとして格納し、
同時にデイスプレィ5oに出力する。デイスプレィ50
は例えばCRTから構成され、データ処理装置30によ
り認識された文字を西面上に表示する。The data processing device 30 configures a neural network as described later, recognizes characters based on character feature data input from the preprocessing device 20, and sends data corresponding to the recognition results to the postprocessing device 40. Output. The recognition signal is, for example, a character code, and the post-processing device 40 stores this output data as, for example, word processing data.
At the same time, it is output to the display 5o. display 50
is composed of, for example, a CRT, and displays characters recognized by the data processing device 30 on the west side.
データ処理装置30を構成するニューラルネットワーク
はコンピュータのハードウェアの一部として構成される
。このデータ処理装置30は第1図において模式的に表
されており、この図から理解されるように入力層31、
中間層32および出力層33を有し、中間層32は入力
層31および出力層33の間に配設される。各層31.
32.33は本実施例において、それぞれ多数のニュー
ロンNを有し、入力層31のニューロンNは中間層32
の全てのニューロンNに接続され、また中間層32のニ
ューロンNは出力層33の全てのニューロンNに接続さ
れる。The neural network that constitutes the data processing device 30 is configured as part of computer hardware. This data processing device 30 is schematically represented in FIG. 1, and as can be understood from this figure, an input layer 31,
It has an intermediate layer 32 and an output layer 33, and the intermediate layer 32 is disposed between the input layer 31 and the output layer 33. Each layer 31.
32 and 33 each have a large number of neurons N in this embodiment, and the neurons N of the input layer 31 are connected to the intermediate layer 32.
The neurons N of the intermediate layer 32 are connected to all the neurons N of the output layer 33.
各ニューロンNは第3図を参照して上述したように、(
1)式の正規化関数に基づき、「1」またはrQJのデ
ータを出力する。ニューロンNは例えばオペアンプから
構成され、また各ニューロンNへ入力されるデータに乗
じられる重みWnは、例えば、オペアンプの入力端子に
接続された可変抵抗により得られる。また閾値関数はス
イッチング素子等によって実現される。すなわち各ニュ
ーロンの出力データに応じて可変抵抗の大きさを変化さ
せることにより、重みWnが変化せしめられ、出力デー
タが補正されて学習が行われる。Each neuron N is defined as (
1) Output "1" or rQJ data based on the normalization function of the equation. The neurons N are composed of, for example, operational amplifiers, and the weight Wn by which data input to each neuron N is multiplied is obtained, for example, by a variable resistor connected to the input terminal of the operational amplifier. Further, the threshold function is realized by a switching element or the like. That is, by changing the magnitude of the variable resistance according to the output data of each neuron, the weight Wn is changed, the output data is corrected, and learning is performed.
第2図(a)、(b)、(c)は入力層31、中間層3
2および出力層33を模式的に表したものである。ニュ
ーロンの数は、入力層31、中間層32、出力層33の
順に少なくなっている。ここでは説明の簡単のため、人
力層31のニューロン数を64個、中間層32のニュー
ロン数を49個、出力層33のニューロン数を36個と
する。Figure 2 (a), (b), and (c) show the input layer 31 and the intermediate layer 3.
2 and an output layer 33 schematically. The number of neurons decreases in the order of input layer 31, intermediate layer 32, and output layer 33. Here, for ease of explanation, the number of neurons in the human layer 31 is 64, the number of neurons in the intermediate layer 32 is 49, and the number of neurons in the output layer 33 is 36.
また各層のニューロンは、入力層31においては横方向
および縦方向にそれぞれ8個配列され、中間層32にお
いては横方向および縦方向にそれぞれ7個配列され、出
力層33においては横方向および縦方向に6個配列され
ている。ここで、図の左下隅のニューロンの位置を原点
とし、左からi番目、下からj番目に位置するニューロ
ンをN i jとする。Furthermore, in the input layer 31, neurons in each layer are arranged in eight directions in the horizontal and vertical directions, in the intermediate layer 32, seven neurons are arranged in the horizontal and vertical directions, and in the output layer 33, neurons are arranged in the horizontal and vertical directions. There are 6 arrays. Here, the position of the neuron in the lower left corner of the figure is set as the origin, and the neuron located i-th from the left and j-th from the bottom is N i j.
入力層31の各ニューロンは、ビデオカメラ10を介し
て得られる文字の特徴データによって発火する。例えば
N11、N18、Ni1s Nz□の発火の組合せによ
って端点数が表され、Nl1、N14、N23、N24
の発火の組合せによって分岐点数が表されるとする。す
なわち、入力層31のニューロンの発火パターンは入力
される文字に応じて人為的に決定される。Each neuron in the input layer 31 fires in response to character feature data obtained via the video camera 10. For example, the number of endpoints is expressed by the combination of firings N11, N18, Ni1s Nz□, and Nl1, N14, N23, N24
Suppose that the number of branching points is expressed by the combination of firings. That is, the firing pattern of neurons in the input layer 31 is artificially determined according to the input characters.
一方出力層33では、例えば、左下隅と右上隅のニュー
ロンを結ぶ対角線上のニューロンN□。On the other hand, in the output layer 33, for example, there are neurons N□ on a diagonal line connecting the neurons in the lower left corner and the upper right corner.
(破線りにより囲まれたニューロン)により文字が表さ
れる。すなわちこの対角線上のニューロンは、その文字
のキャラクタコードを表し、出力層33のニューロンの
発火パターンは人為的に決定される。本実施例において
、対角線上のニューロンN i iの発火パターンの種
類は64通りあり、したがって本実施例では64種類の
文字を認識することができ、例えばアルファベットの認
識が可能である。Characters are represented by (neurons surrounded by dashed lines). That is, the neurons on this diagonal line represent the character code of the character, and the firing pattern of the neurons in the output layer 33 is artificially determined. In this embodiment, there are 64 types of firing patterns of neurons N i i on the diagonal, and therefore, in this embodiment, 64 types of characters can be recognized, for example, alphabets can be recognized.
さて文字認識の学習が行われる前においては、データ処
理装置30に文字データが入力されても、出力層33の
ニューロンは発火しない。このニューロンは、学習によ
って発火が可能となり、入力された文字データに応じた
所定の発火パターンを呈するようになると、学習は終了
する。なお学習用の入出カバターンはニューラルネット
ワークで処理すべきデータの代表データであり、実際に
処理すべきデータは広範囲に渡る。そして学習は、この
代表入出力データに対する連想が適正に行われるまで実
行される。しかして学習が終了すると、入力層31およ
び出力層33は入力された文字データに応じて上述した
ように人為的に定められる発火パターンを呈することと
なる。そして、入力層31、中間層32および出力層3
3の各層における発火パターンはこれらの層31.32
.33にわたってスムーズに変化していくと推定される
。Now, before character recognition learning is performed, even if character data is input to the data processing device 30, neurons in the output layer 33 do not fire. This neuron becomes capable of firing through learning, and the learning ends when it exhibits a predetermined firing pattern according to the input character data. Note that the input/output cover patterns for learning are representative data of the data to be processed by the neural network, and the data to be actually processed covers a wide range. Learning is then executed until association with this representative input/output data is properly performed. When learning is completed, the input layer 31 and the output layer 33 exhibit firing patterns that are artificially determined as described above in accordance with the input character data. Then, an input layer 31, an intermediate layer 32 and an output layer 3
The firing pattern in each layer of 3 is these layers 31.32
.. It is estimated that it will change smoothly over 33 years.
そこで本実施例では、学習の過程において、これらの層
における発火パターンがスムーズに変化するように、中
間層32および出力層33の重みを変化させている。Therefore, in this embodiment, the weights of the intermediate layer 32 and the output layer 33 are changed during the learning process so that the firing patterns in these layers change smoothly.
まず、中間層32のニューロンN i jが発火すべき
か否かを、入力層31および出力層33の対応する複数
のニューロンの発火を考慮して決定する。First, it is determined whether or not the neuron N i j in the intermediate layer 32 should fire, taking into account the firing of the corresponding plurality of neurons in the input layer 31 and output layer 33 .
すなわち、入力131および出力層33において対応す
る複数のニューロンのうち、所定の割合以上のニューロ
ンが発火し、あるいは発火すべきである場合、中間層3
2のニューロンN工、は発火する傾向を有すると判断さ
れ、このような発火が得られるように、中間層32およ
び出力層33の所定のニューロンの重みが増加せしめら
れる。That is, if a predetermined proportion or more of neurons among the corresponding neurons in the input 131 and output layers 33 fire or should fire, the intermediate layer 3
It is determined that the neuron No. 2 has a tendency to fire, and the weights of certain neurons in the intermediate layer 32 and the output layer 33 are increased so as to obtain such firing.
このような中間層のニューロンが発火すべきか否かの判
定方法について、第2図(a)〜(c)を参照して具体
的に説明する。なお第2図(a)は入力層31の発火パ
ターン、第2図(b)は中間層32の発火パターン、第
2図(C)は出力層33の発火パターンをそれぞれ示し
、図中、黒丸は発火しているニューロン、白丸は発火し
ていないニューロンを示す。この例では、入力された文
字の特徴データによって入力層31は図のような発火パ
ターンを呈し、またこの文字を認識するためには、出力
層33は図のような発火パターンを呈しなければならな
い。つまり図示された入力層31の発火パターンは入力
文字によって一意に定まり、出力層33の発火パターン
は学習が終了した時のものである。一方中間層32の発
火パターンの傾向は、後述するように入力層31および
出力層33の発火パターンに従って決定される。A method for determining whether or not neurons in the intermediate layer should fire will be specifically explained with reference to FIGS. 2(a) to 2(c). Note that FIG. 2(a) shows the firing pattern of the input layer 31, FIG. 2(b) shows the firing pattern of the intermediate layer 32, and FIG. 2(C) shows the firing pattern of the output layer 33. indicates a neuron that is firing, and a white circle indicates a neuron that is not firing. In this example, the input layer 31 exhibits a firing pattern as shown in the figure based on the characteristic data of the input character, and in order to recognize this character, the output layer 33 must exhibit a firing pattern as shown in the figure. . In other words, the firing pattern of the illustrated input layer 31 is uniquely determined by the input characters, and the firing pattern of the output layer 33 is the one when learning is completed. On the other hand, the tendency of the firing pattern of the intermediate layer 32 is determined according to the firing patterns of the input layer 31 and the output layer 33, as will be described later.
各層のニューロンの対応関係について説明する。The correspondence between neurons in each layer will be explained.
中間層32の各ニューロンには、原則として、入力層3
1および出力層33の各4個のニューロンが対応する。In principle, each neuron in the intermediate layer 32 has an input layer 3.
1 and output layer 33 correspond to four neurons each.
すなわち、中間層32のニューロンN i jには、入
力層31のニューロンN ij、N (i +11js
N1(j。11、N、8゜011、。1.(中間層の
ニューロンN2.の場合、符号E2で囲まれた領域)が
対応し、また出力層33のニューロンN fi−11f
j−11、Ni<j−1+、N<=−+、i、N3、(
中間層のニューロンN26の場合、符号F2で囲まれた
領域)が対応する。ただし、中間層32において角部に
位置する各ニューロンNI1%Nl、N、1、N77に
は、上述と同様に入力層3104個のニューロンがそれ
ぞれ対応するが、出力層33に関しては、それぞれ角部
のニューロンN I I、N 61% N13、Nhb
が対応する。また中間層32において周縁部に位置する
各ニューロンN、、、 Ni7、N15、N7Jには、
上述と同様に入力層31の4個のニューロンがそれぞれ
対応するが、出力層33に関しては、中間層32のニュ
ーロンN□1についてはニューロンN。That is, the neurons N i j of the intermediate layer 32 have the neurons N ij,N (i +11js
N1(j.11,N,8°011,.1. (in the case of neuron N2. of the intermediate layer, the area surrounded by the symbol E2) corresponds to the neuron N fi-11f of the output layer 33.
j-11, Ni<j-1+, N<=-+, i, N3, (
In the case of the neuron N26 in the middle layer, the area surrounded by the symbol F2) corresponds to the neuron N26. However, each neuron NI1%Nl, N,1, N77 located at the corner in the intermediate layer 32 corresponds to each of the input layer 3104 neurons as described above. Neurons N I I, N 61% N13, Nhb
corresponds. In addition, each neuron N, ..., Ni7, N15, N7J located at the peripheral part of the intermediate layer 32 has the following:
Similarly to the above, the four neurons of the input layer 31 correspond to each other, but regarding the output layer 33, the neuron N□1 of the intermediate layer 32 corresponds to the neuron N.
1.1、N i l、中間層32のニューロンN8.に
ついてはニューロンN、□−17、N i 6、中間層
32のニューロンNIJについてはニューロンNl+j
−11、N1、中間IW32のニューロンN?Jについ
てはN6(j−11、N6Jがそれぞれ対応する。1.1, N i l, neuron N8 of the hidden layer 32. For neuron N, □-17, N i 6, for neuron NIJ of intermediate layer 32, neuron Nl+j
−11, N1, neuron N of intermediate IW32? Regarding J, N6(j-11 and N6J correspond to each other.
中間層32のニューロンは、本実施例において、入力層
31および出力層33の対応する複数のニューロンのう
ち例えば40%以上が発火している場合に、発火する傾
向にあると判断される。第2図(b)の例において、中
間層32のニューロンN!6に対応する入力層31およ
び出力層33のニューロン(領域E2およびF2の計8
個のニューロン)のうち、3個のニューロンが発火して
いる。In this embodiment, neurons in the intermediate layer 32 are determined to have a tendency to fire when, for example, 40% or more of the corresponding neurons in the input layer 31 and the output layer 33 are firing. In the example of FIG. 2(b), neurons N! of the hidden layer 32! Neurons in the input layer 31 and output layer 33 corresponding to 6 (total 8 neurons in areas E2 and F2)
out of 3 neurons), 3 neurons are firing.
したがって、中間層32のニューロンN2.は発火する
傾向にあると判断される。また中間層32のニューロン
N7.に対応する入力層31および出力層33のニュー
ロン(領域GおよびHの計6個のニューロン)のうち、
2個のニューロンが発火している。したがって中間層3
2のニューo 7 N + sは発火する傾向にはない
。しかして中間層32のニューロンは、第2[J(b)
に示すような発火パターンを呈する傾向にあると判断さ
れる。Therefore, neurons N2. of the intermediate layer 32. is judged to have a tendency to ignite. Also, neuron N7 of the intermediate layer 32. Of the neurons in the input layer 31 and output layer 33 corresponding to (a total of 6 neurons in areas G and H),
Two neurons are firing. Therefore, middle class 3
2's new o 7 N + s has no tendency to fire. Therefore, the neurons in the hidden layer 32 have the second [J(b)
It is judged that there is a tendency to exhibit the firing pattern shown in .
本実施例における文字認識の学習では、中間層32およ
び出力層33の各ニューロンの重みが、このようにして
得られた発火パターンが得られるように、所定値だけ増
加せしめられる。In character recognition learning in this embodiment, the weight of each neuron in the intermediate layer 32 and output layer 33 is increased by a predetermined value so that the firing pattern thus obtained is obtained.
この重みの増加を第3図を用いて具体的に説明すると、
中間層のニューロン1の出力データ0が発火時の値(例
えば「l」)であれば、そのニューロンlに結合してい
る入力層のニューロンのうち、発火しているニューロン
から入力されるデータ(例えば「I! Jと’L」)に
対するシナプス重み(この場合「W2」と’Wz」)が
、例えば5%だけ増加せしめられる。出力層のニューロ
ンのシナプス重みについても同様に処理され、上述した
ように発火すべきであるとされた中間層のニューロンに
対するシナプス重みが、例えば5%だけ増加せしめられ
る。To specifically explain this increase in weight using Figure 3,
If the output data 0 of neuron 1 in the middle layer is the value at the time of firing (for example, "l"), the data input from the firing neuron among the neurons in the input layer connected to neuron l ( For example, the synaptic weights (in this case, "W2" and "Wz") for "I! J and 'L") are increased by, for example, 5%. The synaptic weights of neurons in the output layer are also processed in the same way, and as described above, the synaptic weights for neurons in the middle layer that are determined to be fired are increased by, for example, 5%.
しかして、入力層31、中間層32および出力層33の
各層間において発火パターンが最もスムーズに変化する
ように、中間層32および出力層33の重みが増加せし
められる。ここで、入力層31および出力層33の各ニ
ューロンが全ての入力文字に関してできるだけ同じ頻度
で発火するように定めておけば、中間層32の各ニュー
ロンも均等に発火することが可能となる。これによって
、ローカルミニマムへの落ち込みを防止することが可能
となり、また中間層31の各ニューロンは、それぞれ略
均等に発火することとなる。すなわち発火しないニュー
ロンの発生を回避することが可能となり、中間層32の
ニューロンを効率的に作用させることができる。Therefore, the weights of the intermediate layer 32 and the output layer 33 are increased so that the firing pattern changes most smoothly among the input layer 31, intermediate layer 32, and output layer 33. Here, if each neuron in the input layer 31 and output layer 33 is set to fire at the same frequency as possible for all input characters, each neuron in the intermediate layer 32 can also fire equally. This makes it possible to prevent a drop to the local minimum, and each neuron in the intermediate layer 31 fires substantially equally. That is, it is possible to avoid the generation of neurons that do not fire, and the neurons in the intermediate layer 32 can be made to work efficiently.
なお1回の学習におけるシナプス重みの増加は学習回数
に対して第4図のように変化し、複数回の学習により徐
々に全体系の学習が行われるとともに、学習終期には微
小変化による微調整が行われる。また初期の重みの急増
により学習速度が高められる。The increase in synaptic weight during one learning session changes as shown in Figure 4 with respect to the number of learning sessions, and the entire system is gradually learned through multiple learning sessions, and at the end of the learning process, fine adjustments are made due to minute changes. will be held. Also, the rapid increase in initial weights increases the learning speed.
上記実施例において、中間1132は人力層31と出力
層33に接続され、層数は3であった。しかし、本発明
は3層のニューラルネットワークに限定されるものでは
なく、4層以上のニューラルレイヤを有するニューラル
ネットワークにも適用可能である。この場合、まず第1
の中間層を選択し、この中間層の各ニューロンが、入力
層および出力層の対応する複数のニューロンのうち所定
の割合以上のニューロンが発火する場合に、発火する傾
向を持つように、第1の中間層および出力層のシナプス
重みを増加させる。そして全ての入力文字について学習
が所定段階まで終了すると、新たに第2の中間層を追加
し、この第2の中間層についても同様にして、対応する
複数のニューロンの所定割合以上のニューロンが発火す
るか否かを考慮して、第2の中間層およびこの中間層の
出力側に結合された層(出力層または第1の中間層)に
おけるシナプス重みを増加させる。しかして4層の場合
の重み分布が得られる。5層以上の場合も同様である。In the above embodiment, the intermediate layer 1132 was connected to the human power layer 31 and the output layer 33, and the number of layers was three. However, the present invention is not limited to a three-layer neural network, but is also applicable to a neural network having four or more neural layers. In this case, first
A first intermediate layer is selected such that each neuron in this intermediate layer has a tendency to fire when a predetermined proportion or more of the corresponding neurons in the input layer and the output layer fire. Increase the synaptic weights of the hidden and output layers. When the learning for all input characters is completed to a predetermined stage, a new second intermediate layer is added, and in the same manner, more than a predetermined percentage of the corresponding neurons fire. The synaptic weights in the second intermediate layer and the layer coupled to the output side of this intermediate layer (output layer or first intermediate layer) are increased in consideration of whether or not the output layer is to be used. Thus, the weight distribution for the case of four layers is obtained. The same applies to the case of five or more layers.
第2図(a)、(b)、(c)において、中間層320
1個のニューロンには、原則として、人力層31および
出力層33のそれぞれ4個のニューロンが対応していた
。しかし、対応するニューロンの個数はこれに限定され
るものではな(、必要に応じて任意の数を選択すること
ができ、例えば、中間層32の1個のニューロンに、入
力層31および出力層33のそれぞれ9個のニューロン
が対応するようにしてもよい。In FIGS. 2(a), (b), and (c), the intermediate layer 320
In principle, one neuron corresponded to four neurons each in the human power layer 31 and the output layer 33. However, the number of corresponding neurons is not limited to this (any number can be selected as needed; for example, one neuron in the intermediate layer 32 has one neuron in the input layer 31 and one in the output layer). Each of the 33 neurons may correspond to 9 neurons.
ここで、中間層32のニューロンN26、N、6、N4
6、N、6、N 611% N1kについて着目すると
、入力層31については、領域E2〜E、がそれぞれ対
応する。入力層31において、各領域のニューロンは、
左右に隣接する領域にも重複して含まれ、また同様に、
上下に隣接する領域にも重複して含まれる。したがって
、入力層31のニューロンは、周縁部のものを除いて、
4つの領域に属することとなり、すなわち中間層32の
4個のニューロンに対応している。Here, neurons N26, N, 6, N4 of the intermediate layer 32
6, N, 6, N 611% Focusing on N1k, regions E2 to E correspond to the input layer 31, respectively. In the input layer 31, neurons in each region are
It is also included in the areas adjacent to the left and right, and similarly,
It is also included in the vertically adjacent areas. Therefore, the neurons of the input layer 31, except those at the periphery, are
They belong to four regions, that is, correspond to four neurons in the intermediate layer 32.
一方、中間層32と出力層33の関係を見ると、中間層
32の上縁部および右縁部のニューロンN81、N6.
以外のニューロンN i jは、出力層33の4個のニ
ューロンに対応する。すなわち中間層32の例えばニュ
ーロンN21、N36、N46、N、6、N66、N7
6は、出力層330領域F2〜F、がそれぞれ対応する
。出力層33において、各領域のニューロンは、左右に
隣接する領域にも重複して含まれ、また同様に、上下に
隣接する領域にも重複して含まれる。したがって、出力
層33のニューロンは、周縁部のものを除いて、4つの
領域に属することとなり、中間層32の4個のニューロ
ンに対応している。On the other hand, looking at the relationship between the intermediate layer 32 and the output layer 33, neurons N81, N6 .
The other neurons N i j correspond to the four neurons of the output layer 33. That is, for example, neurons N21, N36, N46, N, 6, N66, N7 of the intermediate layer 32
6 corresponds to the output layer 330 regions F2 to F, respectively. In the output layer 33, the neurons of each region are overlapped in the left and right adjacent regions, and similarly are overlapped in the vertically adjacent regions. Therefore, the neurons in the output layer 33 belong to four regions, excluding those in the peripheral region, and correspond to the four neurons in the intermediate layer 32.
このように、中間層32の各ニューロンは、入力層31
および出力層33の複数のニューロンに対応する。また
入力層31および出力層33の各ニューロンは、中間層
32の複数のニューロンにそれぞれ対応する。すなわち
、入力層31および出力層33においてそれぞれ隣接す
るニューロンは、互いに中間層32の同じニューロンに
も対応している。したがって入力層31および出力層3
3の隣接するニューロンは、中間層32の同じニューロ
ンの発火の傾向の判断に関与することとなる。In this way, each neuron in the intermediate layer 32 is connected to the input layer 31
and corresponds to a plurality of neurons in the output layer 33. Further, each neuron in the input layer 31 and the output layer 33 corresponds to a plurality of neurons in the intermediate layer 32, respectively. That is, adjacent neurons in the input layer 31 and output layer 33 also correspond to the same neuron in the intermediate layer 32. Therefore input layer 31 and output layer 3
The three adjacent neurons will be involved in determining the firing tendency of the same neuron in the intermediate layer 32.
なおニューロンに対する入出力データは、デジタルの場
合2値に限定されず、多値であってもよく、またアナロ
グデータであってもよい。Note that the input/output data to the neuron is not limited to binary data in the case of digital data, but may be multivalued or analog data.
さらに出力層は、対角線上のニューロンによってキャラ
クタコードを表すように構成される必要はなく、全ての
ニューロンによって認識文字を定義するように構成して
もよい。Further, the output layer need not be configured to represent a character code by diagonal neurons, but may be configured to define a recognized character by all neurons.
また各層31.32.33におけるニューロン数は、認
識する文字の種類の数に応じた数だけ設けられる。Further, the number of neurons in each layer 31, 32, and 33 is set according to the number of types of characters to be recognized.
さらに、本発明は文字認識だけでなく、図形認識あるい
は音声認識に適用することもできる。Furthermore, the present invention can be applied not only to character recognition but also to graphic recognition or speech recognition.
以上のように本発明によれば、ニエーラルネットワーク
の中間層に対し効率的な学習を施すことができるという
効果が得られる。As described above, according to the present invention, it is possible to effectively perform learning on the middle layer of a neural network.
第1図は本発明の一実施例を通用した文字認識システム
を示す概略構成図、
第2図は入力層、中間層および出力層におけるニューロ
ンを示す概念図、
第3図はニューロンの一例を示す概念図、第4図は学習
回数と重みの変化との関係を示すグラフである。
IN・・・ニューロン
31・・・入力層
32・・・中間層
33・・・出力層Fig. 1 is a schematic configuration diagram showing a character recognition system using an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a conceptual diagram showing neurons in the input layer, intermediate layer, and output layer, and Fig. 3 shows an example of neurons. The conceptual diagram, FIG. 4, is a graph showing the relationship between the number of learning times and the change in weight. IN...Neuron 31...Input layer 32...Middle layer 33...Output layer
Claims (2)
づいて発火し所定のデータを出力する複数のニューロン
を有する入力層と、この入力層よりも少数のニューロン
を有する出力層と、上記入力層および出力層の間に配設
され、上記入力層および出力層の中間の数のニューロン
を有し、各ニューロンが上記入力層および出力層の各ニ
ューロンに結合する中間層とを備えたデータ処理装置の
学習方法において、入力層の発火パターンと出力層の発
火パターンとを複数の入出力について人為的に決定し、
各入出力について、中間層の各ニューロンが、入力層お
よび出力層の対応する複数のニューロンのうち所定の割
合以上のニューロンが発火している場合に、発火する傾
向を持つように、中間層および出力層のシナプスの重み
を増加させ、全ての入出力に対して同様の処理を施すこ
とを特徴とするデータ処理装置の学習方法。(1) an input layer having a plurality of neurons that fire and output predetermined data based on the result of performing predetermined processing on input data; an output layer having fewer neurons than this input layer; data comprising an intermediate layer disposed between an input layer and an output layer, having an intermediate number of neurons in the input layer and the output layer, each neuron being coupled to each neuron in the input layer and the output layer; In a learning method for a processing device, a firing pattern of an input layer and a firing pattern of an output layer are artificially determined for multiple inputs and outputs,
For each input/output, the intermediate layer and A learning method for a data processing device characterized by increasing the weight of synapses in an output layer and performing similar processing on all inputs and outputs.
処理装置について、新たな中間層を追加し、この新たな
中間層の各ニューロンを隣接する層の各ニューロンに接
続し、新たな中間層の各ニューロンが、入力側および出
力側の各層の対応するニューロンのうち所定の割合以上
のニューロンが発火している場合に、発火する傾向を持
つように、新たな中間層および隣接する出力側の層のシ
ナプスの重みを増加させ、全ての入出力に対して同様の
学習を施し、学習が所定段階まで終了した時点でさらに
新たな中間層の追加と同様の学習を繰り返し、中間層を
増加させていくことを特徴とするデータ処理装置の学習
方法。(2) For the data processing device trained by the learning method according to claim 1, a new intermediate layer is added, each neuron of this new intermediate layer is connected to each neuron of an adjacent layer, and a new intermediate layer is created. The new intermediate layer and the adjacent output side are set so that each neuron in the new intermediate layer and the adjacent output side tends to fire when a predetermined proportion or more of the corresponding neurons in each layer on the input side and the output side are firing. Increase the weight of the synapses of the layer, apply similar learning to all inputs and outputs, and when the learning is completed to a predetermined stage, repeat the same learning to add a new hidden layer to increase the number of hidden layers. A learning method for a data processing device characterized by:
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2106360A JPH045750A (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Learning method for data processor |
| EP91106128A EP0453939B1 (en) | 1990-04-24 | 1991-04-17 | Learning method for data processing system |
| DE69120854T DE69120854T2 (en) | 1990-04-24 | 1991-04-17 | Learning process for data processing system |
| US07/689,338 US5239619A (en) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | Learning method for a data processing system having a multi-layer neural network |
| KR1019910006603A KR910018925A (en) | 1990-04-24 | 1991-04-24 | Learning method of data processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2106360A JPH045750A (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Learning method for data processor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH045750A true JPH045750A (en) | 1992-01-09 |
Family
ID=14431580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2106360A Pending JPH045750A (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Learning method for data processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH045750A (en) |
-
1990
- 1990-04-24 JP JP2106360A patent/JPH045750A/en active Pending
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