Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов
Розглянуто положення, необхідні для розробки методів навчанні ПІ-мережі, у яких використо-вується ідея популяційного кодування у штучній нейронній мережі, та наближення її до природних ней-ронних мереж. Розроблено математичні моделі навчання ПІ-мережі, а також комбінований метод нав-чання ПІ-мережі...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Кибернетика и системный анализ |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84262 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов / Л.И. Тимченко, В.В. Мельников, Н.И. Кокряцкая // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 175-184. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239542112485376 |
|---|---|
| author | Тимченко, Л.И. Мельников, В.В. Кокряцкая, Н.И. |
| author_facet | Тимченко, Л.И. Мельников, В.В. Кокряцкая, Н.И. |
| citation_txt | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов / Л.И. Тимченко, В.В. Мельников, Н.И. Кокряцкая // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 175-184. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Кибернетика и системный анализ |
| description | Розглянуто положення, необхідні для розробки методів навчанні ПІ-мережі, у яких використо-вується ідея популяційного кодування у штучній нейронній мережі, та наближення її до природних ней-ронних мереж. Розроблено математичні моделі навчання ПІ-мережі, а також комбінований метод нав-чання ПІ-мережі для розпізнавання статичних та динамічних образів.
The paper considers the provisions necessary to develop parallel-hierarchical network training methods, which employ the idea of population coding and its approximation to natural neural networks. The mathematical models for parallel-hierarchical network training and a combined parallel-hierarchical network training method for the recognition of static and dynamic patterns are developed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:28:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
ÓÄÊ 658.012:681.32:621.38
Ë.È. ÒÈÌ×ÅÍÊÎ, Â.Â. ÌÅËÜÍÈÊÎÂ, Í.È. ÊÎÊÐßÖÊÀß
ÌÅÒÎÄÛ ÎÁÓ×ÅÍÈß ÏÀÐÀËËÅËÜÍÎ-ÈÅÐÀÐÕÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÅÒÈ
È ÈÕ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÄËß ÐÀÑÏÎÇÍÀÂÀÍÈß ÎÁÐÀÇÎÂ
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïàðàëëåëüíî-èåðàðõè÷åñêàÿ ñåòü, îáó÷åíèå, èçîáðàæåíèÿ,
ëàçåðíûå òðàññû, ÷åëîâå÷åñêèå ëèöà.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
 êëàññè÷åñêîé ðàáîòå [1] Ìàê-Êàëëîê è Ïèòñ îïèñûâàþò ëîãèêó âû÷èñëåíèé
â íåéðîííûõ ñåòÿõ, îñíîâàííóþ íà ìàòåìàòè÷åñêîé ëîãèêå è ðåçóëüòàòàõ, ïî-
ëó÷åííûõ â íåéðîôèçèîëîãèè, ïðè êîòîðîé ôîðìàëèçèðîâàííàÿ ìîäåëü íåéðî-
íà îòâå÷àåò ïðèíöèïó «âñå èëè íè÷åãî». Ñåòü ñ òàêîé ïàðàäèãìîé ñîñòàâëåíà
èç áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ýëåìåíòàðíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ åäèíèö, ñîåäèíåííûõ
ïðàâèëüíî ñêîíôèãóðèðîâàííûìè è ñèíõðîííî ðàáîòàþùèìè ñèíàïòè÷åñêèìè
âåñàìè, è ñïîñîáíà âûïîëíÿòü ëþáûå âû÷èñëåíèÿ. Ýòîò ðåçóëüòàò ñòàë ðåàëü-
íûì ïðîðûâîì â îáëàñòè ìîäåëèðîâàíèÿ íåðâíîé ñèñòåìû.
Îäíèì èç ñîâðåìåííûõ íàïðàâëåíèé â ýòîé îáëàñòè ÿâëÿþòñÿ ïàðàëëåëü-
íî-èåðàðõè÷åñêèå (ÏÈ) ñåòè [2], îáëàäàþùèå õîðîøåé âû÷èñëèòåëüíîé ïðîèçâî-
äèòåëüíîñòüþ áëàãîäàðÿ îäíîðîäíîé îðãàíèçàöèè ïàðàëëåëüíî-ðàñïðåäåëåííîé
ñòðóêòóðû, à òàêæå ñïîñîáíîñòüþ ê îáó÷åíèþ è îáîáùåíèþ. (Îáîáùåíèå — ýòî
âûðàáîòêà îáîñíîâàííîãî ðåçóëüòàòà íà áàçå âõîäíûõ äàííûõ, êîòîðûé ôîðìè-
ðóåòñÿ íà ýòàïå îáó÷åíèÿ.) Ýòè èíôîðìàöèîííî-âû÷èñëèòåëüíûå ñâîéñòâà ïîçâî-
ëÿþò ÏÈ-ñåòÿì ðåøàòü ñëîæíûå çàäà÷è, äëÿ ýòîãî èõ íåîáõîäèìî èíòåãðèðîâàòü
â áîëåå ñëîæíûå ñèñòåìû.
ÈÑÕÎÄÍÛÅ ÏÎËÎÆÅÍÈß ÄËß ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ ÌÅÒÎÄΠÎÁÓ×ÅÍÈß ÏÈ-ÑÅÒÈ
Ñâîéñòâî, ÿâëÿþùååñÿ âàæíåéøèì äëÿ ëþáîé íåéðîííîé ñåòè, — ýòî ñïîñîá-
íîñòü ñåòè îáó÷àòüñÿ, ïîëó÷àÿ äàííûå èç îêðóæàþùåé ñðåäû, è ñîâåðøåíñòâî-
âàòü ñâîþ ýôôåêòèâíîñòü â ðåçóëüòàòå ïðîöåññà îáó÷åíèÿ. Íåéðîííàÿ ñåòü
îáó÷àåòñÿ ïîñðåäñòâîì èíòåðàêòèâíîãî ïðîöåññà íàñòðîéêè ñèíàïòè÷åñêèõ âå-
ñîâ è ïîðîãîâ.  èäåàëå íåéðîííàÿ ñåòü ïîëó÷àåò çíàíèå îá îêðóæàþùåé ñðå-
äå ïîñëå êàæäîé èòåðàöèè ïðîöåññà îáó÷åíèÿ. Îáó÷åíèå ìîæíî îïðåäåëèòü
êàê ïðîöåññ, â êîòîðîì ñâîáîäíûå ïàðàìåòðû ñåòè àäàïòèðóþòñÿ ÷åðåç ïðî-
öåññ ñòèìóëÿöèè îêðóæàþùåé ñðåäîé, â êîòîðóþ âñòðîåíà ñàìà ñåòü. Òèï
îáó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðèìåíåíèåì ñïîñîáà îáó÷åíèÿ ñ èçìåíÿþùèìèñÿ ïà-
ðàìåòðàìè. Ýòî îïðåäåëåíèå ïðîöåññà îáó÷åíèÿ îçíà÷àåò ïîñëåäóþùåå âûïîë-
íåíèå ñîáûòèé:
1) íåéðîííàÿ ñåòü ñòèìóëèðóåòñÿ îêðóæàþùåé ñðåäîé;
2) â ðåçóëüòàòå ñòèìóëÿöèè ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ ñâîáîäíûõ ïàðàìåòðîâ
íåéðîííîé ñåòè;
3) íåéðîííàÿ ñåòü îòâå÷àåò ïî-íîâîìó íà ñòèìóëû îêðóæàþùåé ñðåäû, ïî-
ñêîëüêó èìåþòñÿ èçìåíåíèÿ âíóòðåííåé ñòðóêòóðû ñåòè.
Çàðàíåå îïðåäåëåííûé íàáîð ÷åòêèõ ïðàâèë ðåøåíèÿ ïðîáëåìû îáó÷åíèÿ
íàçûâàåòñÿ àëãîðèòìîì îáó÷åíèÿ. Èçâåñòíî, ÷òî óíèâåðñàëüíîãî àëãîðèòìà îáó-
÷åíèÿ íå ñóùåñòâóåò, âåäü âñå àëãîðèòìû îáó÷åíèÿ îòëè÷àþòñÿ ñïîñîáîì íà-
ñòðîéêè ñèíàïòè÷åñêèõ âåñîâ íåéðîíîâ. Åùå îäíèì õàðàêòåðíûì îòëè÷èåì íåé-
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6 175
© Ë.È. Òèì÷åíêî, Â.Â. Ìåëüíèêîâ, Í.È. Êîêðÿöêàÿ, 2011
ðîñåòåé, ñîçäàííûõ èç âçàèìîñâÿçàííûõ íåéðîíîâ, ÿâëÿåòñÿ ñïîñîá ñâÿçè ñåòè ñ
îêðóæàþùåé ñðåäîé.  ýòîì êîíòåêñòå ãîâîðÿò î ïàðàäèãìå îáó÷åíèÿ, ñâÿçàííîé
ñ ìîäåëüþ îêðóæàþùåé ñðåäû.
Ìåòîä îðãàíèçàöèè ÏÈ-ñåòè îïèñàí â ðàáîòå [16] è ïîýòîìó â äàííîé ñòàòüå
íå îáñóæäàåòñÿ.
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ ÌÀÒÅÌÀÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÎÄÅËÅÉ ÎÁÓ×ÅÍÈß
ÏÀÐÀËËÅËÜÍÎ-ÈÅÐÀÐÕÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÅÒÈ
Èñõîäÿ èç ñòðóêòóðû ÏÈ-ñåòè è àíàëèçà ïðàâèë îáó÷åíèÿ [4], ìîæíî ñäåëàòü
âûâîä, ÷òî íàèáîëåå îïòèìàëüíûì äëÿ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè áóäåò ïðèìåíåíèå
äâóõ ìåòîäîâ îáó÷åíèÿ ñ ó÷èòåëåì: îáó÷åíèå íà îñíîâå êîððåêöèè îøèáîê è
îáó÷åíèå ñ èñïîëüçîâàíèåì ïàìÿòè.
Êðàòêî îïèøåì ýòè ìåòîäû. Âõîäíûì ñèãíàëîì ÏÈ-ñåòè ÿâëÿåòñÿ âåêòîð
ñèãíàëà x n( ) . Ïîä n ïîíèìàþò äèñêðåòíîå âðåìÿ èëè íîìåð øàãà èíòåðàêòèâíîãî
ïðîöåññà îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè. Âûõîäíîé ñèãíàë ÏÈ-ñåòè — y nk ( ) — ñðàâíèâàåòñÿ
ñ æåëàåìûì âûõîäîì d nk ( ) , â ðåçóëüòàòå ôîðìèðóåòñÿ ñèãíàë îøèáêè e nk ( ) . Ïî
îïðåäåëåíèþ
e n d n y nk k k( ) ( ) ( ).� � (1)
Ñèãíàë îøèáêè áóäåò èíèöèàëèçèðîâàòü ìåõàíèçì óïðàâëåíèÿ, öåëü êîòîðî-
ãî — ïðèìåíåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êîððåêöèé ñèãíàëà îøèáêè ÏÈ-ñåòè. Ýòè
èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíû íà ïîøàãîâîå ïðèáëèæåíèå èñõîäíîãî ñèãíàëà y nk ( )
ê æåëàåìîìó d nk ( ) . Ýòî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò ìèíèìèçàöèè ôóíêöèè ñòîèìîñòè
èëè èíäåêñà ïðîèçâîäèòåëüíîñòè E n( ), çíà÷åíèå êîòîðîé âû÷èñëÿåòñÿ ïî
ôîðìóëå
E n
e n
k( )
( )
,�
2
2
(2)
ãäå E n( ) — òåêóùåå çíà÷åíèå ýíåðãèè îøèáêè.
Ïîøàãîâàÿ êîððåêöèÿ ïàðàìåòðîâ ÏÈ-ñåòè ïðîèñõîäèò äî òåõ ïîð, ïîêà ïàðà-
ìåòðû ñèñòåìû íå äîñòèãíóò àáñîëþòíî ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ (+1) â ñëó÷àå êîð-
ðåêòíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ èëè àáñîëþòíî íåðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ (–1) — â ñëó÷àå
íåêîððåêòíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ.  ýòîé òî÷êå ïðîöåññ îáó÷åíèÿ ïðåêðàùàåòñÿ.
Ìèíèìèçàöèÿ ôóíêöèè ñòîèìîñòè E n( ) ïðîèñõîäèò ïî äåëüòà-ïðàâèëó èëè
ïðàâèëó Âèäðîó–Õîôà [8]. Îáîçíà÷èì òåêóùåå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà ÏÈ-ñåòè, îò-
âå÷àþùåå âõîäíîìó âåêòîðó x n( ) , j-ìó óðîâíþ ÏÈ-ñåòè íà øàãå äèñêðåòèçàöèè n.
 ñîîòâåòñòâèè ñ äåëüòà-ïðàâèëîì èçìåíåíèå ïàðàìåòðà �� j n( ) íà ýòîì øàãå
äèñêðåòèçàöèè îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
�� �j k jn e n x n( ) ( ) ( ),� (3)
ãäå � — ïîëîæèòåëüíàÿ êîíñòàíòà, îïðåäåëÿþùàÿ ñêîðîñòü ïðîöåññà îáó÷åíèÿ
è èñïîëüçóþùàÿñÿ ïðè ïåðåõîäå îò îäíîãî øàãà ê äðóãîìó.
Âû÷èñëèâ âåëè÷èíó èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðà �� j n( ) ÏÈ-ñåòè, ìîæíî îïðåäå-
ëèòü åãî íîâîå çíà÷åíèå äëÿ ñëåäóþùåãî øàãà äèñêðåòèçàöèè:
� � �j j jn n n( ) ( ) ( ).� � �1 � (4)
Òàêèì îáðàçîì, èõ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñòàðîå è íîâîå çíà÷åíèÿ ïàðà-
ìåòðîâ ÏÈ-ñåòè, ïîýòîìó ìîæíî çàïèñàòü
� �j jn z n( ) [ ( )],� ��1 1 (5)
ãäå z — îïåðàòîð åäèíè÷íîé çàäåðæêè. Ýòîò ýëåìåíò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
ÿ÷åéêó ïàìÿòè.
176 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6
Ïðè îáó÷åíèè, îñíîâàííîì íà èñïîëüçîâàíèè ïàìÿòè, âåñü ïðåäûäóùèé
îïûò íàêàïëèâàåòñÿ â áîëüøîì îáúåìå ïðàâèëüíî êëàññèôèöèðîâàííûõ îáðàç-
öîâ âèäà «âõîä–âûõîä»:
( , ) ,x di i
i
N
�
�
�
� �1
(6)
ãäå xi — âõîäíîé âåêòîð, di — ñîîòâåòñòâóþùèé åìó æåëàåìûé èñõîäíûé
ñèãíàë. Åñëè íåîáõîäèìî êëàññèôèöèðîâàòü îïðåäåëåííûé íåèçâåñòíûé âåê-
òîð xi , òî èç áàçû äàííûõ âûáèðàåòñÿ èñõîäíûé ñèãíàë, îòâå÷àþùèé âõîäíî-
ìó ñèãíàëó, áëèçêîìó ê xi .
Àëãîðèòì îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ ïàìÿòè âêëþ÷àåò äâå
îñíîâíûå ñîñòàâëÿþùèå:
• êðèòåðèé, èñïîëüçóþùèéñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ îêðóæåíèÿ âåêòîðà xi ;
• ïðàâèëî îáó÷åíèÿ, ïðèìåíÿþùååñÿ ê îáðàçöó èç îêðóæåíèÿ òåñòîâîãî
âåêòîðà.
Ñîãëàñíî ïðàâèëó áëèæàéøåãî ñîñåäà [9] â ñîñåäíèå âêëþ÷àåòñÿ îáðàçåö ,
áëèæàéøèé òåñòîâîìó. Ðàññìîòðèì âåêòîð
�
x x x xN N{ 1 2, , ..., }. (7)
Îí ñ÷èòàåòñÿ áëèæàéøèì ñîñåäîì âåêòîðà xi , åñëè âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå
min ( , ) ( , ),d x x d x xj i N i� � (8)
ãäå d x xN i( , )� — eâêëèäîâî ðàññòîÿíèå ìåæäó âåêòîðàìè xi è x j [9]. Äàííîå
ïðàâèëî îáó÷åíèÿ íå çàâèñèò îò çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ, èñïîëüçóþùåãîñÿ ïðè
ãåíåðèðîâàíèè îáðàçöîâ ïðè îáó÷åíèè.
Âàðèàöèåé êëàññèôèêàòîðà íà îñíîâå áëèæàéøåãî ñîñåäà ÿâëÿåòñÿ êëàññè-
ôèêàòîð k-áëèæàéøèõ ñîñåäåé, êîòîðûé îïèñûâàåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì.
Íàõîäèì k êëàññèôèöèðîâàííûõ ñîñåäåé, áëèæàéøèõ ê âõîäíîìó òåñòîâîìó
âåêòîðó xi , ãäå k — íåêîòîðîå öåëîå ÷èñëî. Âåêòîð xi îòíîñèì ê êëàññó, ÷àùå
äðóãèõ âñòðå÷àþùèéñÿ ñðåäè k-áëèæàéøèõ ñî-
ñåäåé.
Òàêèì îáðàçîì, êëàññèôèêàòîð íà îñíîâå
k-áëèæàéøèõ ñîñåäåé ðàáîòàåò ïîäîáíî óñòðîé-
ñòâó óñðåäíåíèÿ. Íàïðèìåð, îí ìîæåò íå ó÷åñòü
åäèíè÷íûå âûáðîñû (âûáðîñû — ýòî íàáëþäå-
íèå, îòëè÷àþùååñÿ îò íîìèíàëüíîé ìîäåëè), êàê
ïîêàçàíî íà ðèñ. 1.
Íà ðèñ. 1 îáëàñòü â øòðèõîâîì êðóãå ñîäåð-
æèò äâå òî÷êè, ïðèíàäëåæàùèå êëàññó 1, è îäíó,
ïðèíàäëåæàùóþ êëàññó 0, à òî÷êà d îòâå÷àåò
òåñòîâîìó âåêòîðó xi . Ïðè k � 3 êëàññèôèêàòîð
íà îñíîâå k-áëèæàéøèõ ñîñåäåé îòíåñåò òî÷êó d
ê êëàññó 1 íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî îíà ëåæèò áëèæå ê âûáðîñàì, îòíîñÿùèìñÿ
ê êëàññó 0.
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ ÌÅÒÎÄΠÎÁÓ×ÅÍÈß ÏÀÐÀËËÅËÜÍÎ-ÈÅÐÀÐÕÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÅÒÈ
Èç ðåçóëüòàòîâ êîððåëÿöèîííîãî ñðàâíåíèÿ èçîáðàæåíèé ðàçíûõ ëèö, ïðîâå-
äåííîãî â ðàáîòàõ [10, 11], âèäíî, ÷òî èíôîðìàòèâíûì ïîêàçàòåëåì ÿâëÿåòñÿ
êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè íà íóëåâîì óðîâíå ÏÈ-ñåòè. Åãî áóäåì ïðèìåíÿòü
äëÿ âåðèôèêàöèè ñîîòâåòñòâèÿ îáðàçîâ, à òàêæå äëÿ îïðåäåëåíèÿ æåëàåìîãî
îòâåòà â ìåòîäå îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà êîððåêöèè îøèáîê.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6 177
Ðèñ. 1. Ãðàôè÷åñêàÿ èíòåðïðåòàöèÿ
ìåòîäà îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè íà îñíîâå
èñïîëüçîâàíèÿ ïàìÿòè
Ïîñòîðîííèé
ýëåìåíò
Èç ðåçóëüòàòîâ êîððåëÿöèîííîãî ñðàâíåíèÿ ïî óðîâíÿì ÏÈ-ñåòè èçîáðàæå-
íèé ðàçíûõ ëèö [10] âèäíî, ÷òî èíôîðìàòèâíûìè ïîêàçàòåëÿìè äëÿ ðàñïîçíàâà-
íèÿ ëèö ÿâëÿþòñÿ êîýôôèöèåíòû êîððåëÿöèè íà ïåðâîì, ñðåäíåì, ïðåäïîñëåä-
íåì è òðåòüåì ñ êîíöà óðîâíÿõ. Ýòè ïîêàçàòåëè áóäóò âñïîìîãàòåëüíûìè ïðè èñ-
ïîëüçîâàíèè ìåòîäà îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ.
Äëÿ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ïðè ðàñïîçíàâàíèè ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ áóäåì èñ-
ïîëüçîâàòü êîìáèíèðîâàííûé ìåòîä, ñîäåðæàùèé ìåòîäû îáó÷åíèÿ, îñíîâàííûå
íà òåõíîëîãèè «sed learning». Äåòàëüíîå îïèñàíèå êîìáèíèðîâàííîãî ìåòîäà
îáó÷åíèÿ ïðèâåäåíî íèæå.
Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîìáèíèðîâàííîãî ìåòîäà îñíîâàíà íà êîððåêöèè îøè-
áîê è íà èñïîëüçîâàíèè ïàìÿòè ÏÈ-ñåòè ïðè ðàñïîçíàâàíèè ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ.
• Ïîñòðîåíèå ñòðóêòóðû ÏÈ-ñåòè èçáðàííîãî èçîáðàæåíèÿ.
• Ïðèìåíåíèå ìåòîäà îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà èñïîëüçîâàíèè ïàìÿòè.
Êëàññèôèêàòîðîì íà îñíîâå k-áëèæàéøèõ ñîñåäåé, èñïîëüçóþùèõñÿ â äàííîì
ìåòîäå, ÿâëÿåòñÿ ÷èñëî óðîâíåé ÏÈ-ñåòè.
• Ïîñòðîåíèå ñòðóêòóðû ÏÈ-ñåòè ýòàëîííîãî èçîáðàæåíèÿ.
• Ïðèìåíåíèå ìåòîäà îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà êîððåêöèè îøèáîê. Êðèòå-
ðèåì âåðèôèêàöèè â äàííîì ìåòîäå ÿâëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè íà íóëå-
âîì óðîâíå ÏÈ-ñåòè.
• Êîððåêöèÿ îøèáîê äëÿ êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèè ïðîâîäèòñÿ íà íóëå-
âîì, ïåðâîì, ñðåäíåì, ïðåäïîñëåäíåì è òðåòüåì ñ êîíöà óðîâíÿõ ÏÈ-ñåòè äî òåõ
ïîð, ïîêà ïàðàìåòðû ñåòè íå ïðèäóò ê àáñîëþòíî ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ (+1)
èëè ïðåâûñÿò åãî. Åñëè çíà÷åíèå ïàðàìåòðîâ ïðèâîäèò ê ñîñòîÿíèþ (–1) (èëè àá-
ñîëþòíî íåðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ), òî äåëàåòñÿ âûâîä î íåïðèíàäëåæíîñòè
èçîáðàæåíèÿ äàííîìó îáðàçó.
Èç ðåçóëüòàòîâ îáðàáîòêè äèíàìè÷åñêèõ îáðàçîâ èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ
ïó÷êîâ [10, 12] ñëåäóåò, ÷òî èíôîðìàòèâíûì ïîêàçàòåëåì ÿâëÿåòñÿ ñðåäíèé êîýôôè-
öèåíò êîððåëÿöèè ïî óðîâíÿì ÏÈ-ñåòè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ íèæíåé ãðàíèöû òóííåëÿ.
Ðåøåíèÿ çàäà÷è ôîðìèðîâàíèÿ ãðàíèö òóííåëÿ ïðîâîäèëîñü íà îñíîâå òóí-
íåëèðîâàíèÿ [13] ïî óñðåäíåííûì êîýôôèöèåíòàì êîððåëÿöèè ïðè ñðàâíåíèè
ýòàëîííîãî îáðàçà ñ îòäåëüíûì ôðàãìåíòîì òðàññû. Îáó÷åíèå ÏÈ-ñåòè
ñâîäèëîñü ê âûïîëíåíèþ ñëåäóþùèõ ýòàïîâ:
1) íàéòè äëÿ ôðàãìåíòà òðàññû òî÷êó ñ ìàêñèìàëüíîé ÿðêîñòüþ Tmax ;
2) âûáðàòü íåîáõîäèìîå êîëè÷åñòâî N çíà÷åíèé ÿðêîñòè T wmax ,�
w N�1 2, , ,� , íà÷èíàÿ ñ ìàêñèìàëüíîé (êðàéíèå òî÷êè ñ ÿðêîñòÿìè T wmax� îáðà-
çóþò N êðàåâûõ ëèíèé);
3) îïðåäåëèòü äëÿ êàæäîãî êðàåâîãî êîíòóðà ïðåäâàðèòåëüíûå öåíòðû îò-
äåëüíî äëÿ êàæäîé êîîðäèíàòû:
x
M
w f x y x y
M
wc
y
N
x
N
c
y
N
x
N
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�� ��
1 1
0
1
0
1
0
1
0
1
( ( , )) , ( ( , )) ,f x y y
M w f x y
y
N
x
N
�
�
�
�
�
��
0
1
0
1
( ( , )),
(9)
ãäå w N f x y�1 2, , , , ( , )� — ôóíêöèÿ ÿðêîñòè èçîáðàæåíèÿ;
4) íàéòè óñðåäíåííûå êîîðäèíàòû äëÿ âñåãî ôðàãìåíòà òðàññû (äàííûìè
äëÿ óñðåäíåíèÿ ÿâëÿþòñÿ êîîðäèíàòû öåíòðà êàæäîãî êðàåâîãî êîíòóðà) [14];
5) íàéòè ýòàëîííûé îáðàç (óñðåäíåííûå çíà÷åíèÿ ÿðêîñòåé ýëåìåíòîâ ðàçëî-
æåíèÿ, èç êîòîðûõ ñîñòîèò ôðàãìåíò òðàññû, äëÿ îáó÷àþùåé âûáîðêè íàõîäÿòñÿ
äëÿ êàæäîãî ôðàãìåíòà òðàññû);
178 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6
6) ïðîâåñòè òóííåëèðîâàíèå ïî óñðåäíåííûì êîýôôèöèåíòàì êîððåëÿöèè
ïðè ñðàâíåíèè ýòàëîííîãî îáðàçà ñ îòäåëüíûì ôðàãìåíòîì òðàññû (â êà÷åñòâå
âåðõíåé ãðàíèöû òóííåëÿ âûáèðàåòñÿ åäèíèöà, à â êà÷åñòâå íèæíåé —
óñðåäíåííûé êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè);
7) îïðåäåëèòü «õîðîøèå» èëè «ïëîõèå» èçîáðàæåíèÿ (ôðàãìåíò òðàññû ñ÷è-
òàåòñÿ «õîðîøèì» ïðè ïîïàäàíèè ñðåäíåãî êîýôôèöèåíòà êîððåëÿöèè â òóííåëü
ýòàëîííîãî îáðàçà, èíà÷å — «ïëîõèì»);
8) ïðîâåñòè îïòèìèçàöèþ âåñîâ äëÿ «õîðîøåãî» èçîáðàæåíèÿ:
x
M
w f x y x
y
N
x
N
Xýö � �
�
�
�
�
��
1
0
1
0
1
( ( , )) ( )� ,
y
M
w f x y y
y
N
x
N
Yýö � �
�
�
�
�
��
1
0
1
0
1
( ( , )) ( )� , (10)
ãäå w N f x y�1 2, , , , ( , )� — ÿðêîñòü, � X , �Y — ñìåùåíèå öåíòðîâ ïî îñÿì Õ
è Y ñîîòâåòñòâåííî.
Ñìåùåíèå öåíòðîâ ïî îñÿì Õ è Y îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëàì (17) è (18):
� X i
i
N
N
x x� �
�
�
�
1
0
1
( ), (11)
�Y i
i
N
N
y y� �
�
�
�
1
0
1
( ), (12)
ãäå x y, — ñðåäíèå çíà÷åíèÿ öåíòðà âûáîðêè èçîáðàæåíèé ïî îñÿì Õ è Y ñîîò-
âåòñòâåííî, x yi i, — êîîðäèíàòû öåíòðà êàæäîãî i-ãî «õîðîøåãî» èçîáðàæåíèÿ.
Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ x yýö ýö, è åñòü îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò èçìåðåíèÿ
êîîðäèíàò ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ (ýö) èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ ïó÷êîâ.
Ýòîò ïîêàçàòåëü áóäåì ïðèìåíÿòü äëÿ âåðèôèêàöèè ñîîòâåòñòâèÿ îáðàçîâ, à òàê-
æå äëÿ îïðåäåëåíèÿ æåëàåìîãî îòêëèêà â ìåòîäå îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà
êîððåêöèè îøèáîê.
Èñõîäÿ èç çàäà÷è êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ ïó÷êà ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, áóäåì
èñïîëüçîâàòü êîîðäèíàòû X è Y ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ ôðàãìåíòîâ òðàññ â êà-
÷åñòâå îñíîâíûõ ïîêàçàòåëåé äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ
ïó÷êîâ. Êîýôôèöèåíòû êîððåëÿöèè íà ïåðâîì, ñðåäíåì, ïðåäïîñëåäíåì è òðåòü-
åì ñ êîíöà óðîâíÿõ áóäóò âñïîìîãàòåëüíûìè ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà
îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ äèíàìè÷åñêèõ îáðàçîâ.
Äëÿ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ïðè ðàñïîçíàâàíèè äèíàìè÷åñêèõ îáðàçîâ áóäåì èñ-
ïîëüçîâàòü êîìáèíèðîâàííûé ìåòîä, ñîäåðæàùèé ìåòîäû îáó÷åíèÿ, îñíîâàííûå
íà êîððåêöèè îøèáîê è íà èñïîëüçîâàíèè ïàìÿòè. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðèìåíå-
íèÿ êîìáèíèðîâàííîãî ìåòîäà îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ äèíàìè÷åñ-
êèõ îáðàçîâ ñîñòîèò â ñëåäóþùåì.
• Ïîñòðîåíèå ñòðóêòóðû ÏÈ ñåòè èçáðàííîãî ôðàãìåíòà ëàçåðíîé òðàññû.
• Ïðèìåíåíèå ìåòîäà îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà èñïîëüçîâàíèè ïàìÿòè.
Êëàññèôèêàòîðîì äàííîãî ìåòîäà íà îñíîâå k-áëèæàéøèõ ñîñåäåé ÿâëÿåòñÿ ÷èñ-
ëî îáùèõ óðîâíåé ÏÈ-ñåòè.
• Ïîñòðîåíèå ñòðóêòóðû ÏÈ-ñåòè ýòàëîííîãî îáðàçà.
• Ïðèìåíåíèå ìåòîäà îáó÷åíèÿ, îñíîâàííîãî íà êîððåêöèè îøèáîê. Êðèòå-
ðèåì âåðèôèêàöèè äàííîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ ñðåäíèé êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè
ïî óðîâíÿì ÏÈ-ñåòè.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6 179
• Ïðîâåäåíèå êîððåêöèè îøèáîê äëÿ êîîðäèíàò X è Y ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíò-
ðîâ ôðàãìåíòîâ òðàññ è êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèè íà ïåðâîì, ñðåäíåì, ïðåäïîñ-
ëåäíåì è òðåòüåì ñ êîíöà óðîâíÿõ ÏÈ-ñåòè. Êîððåêöèÿ ïðîâîäèòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà
ïàðàìåòðû ñåòè íå ïðèäóò ê àáñîëþòíî ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ. Åñëè çíà÷åíèå ïà-
ðàìåòðîâ ïðèâîäèò ê àáñîëþòíî íåðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ, òî äåëàåòñÿ âûâîä
î íåïðèíàäëåæíîñòè ôðàãìåíòà ëàçåðíîé òðàññû äàííîìó îáðàçó.
ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÛÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ ÎÁÓ×ÅÍÈß
ÏÀÐÀËËÅËÜÍÎ-ÈÅÐÀÐÕÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÅÒÈ ÏÐÈ ÐÀÑÏÎÇÍÀÂÀÍÈÈ
ÑÒÀÒÈ×ÅÑÊÈÕ È ÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÈÕ ÎÁÐÀÇÎÂ
Ïðè îáó÷åíèè ÏÈ-ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ äëÿ òåñòîâîãî
ïðèìåðà èñïîëüçîâàíî èçîáðàæåíèå AGJ-02 èç ìàí÷åñòåðñêîé áàçû ÷åëîâå÷åñ-
êèõ ëèö [15].
Ïðè ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî îáðàçà AGJ-02 (ðèñ. 2, à) è âûáîðå èç áàçû îá-
ðàçà ¹ 1 AL-01 (ðèñ. 2, á) ïàðàìåòðû ÏÈ-ñåòè ïðèøëè ê íåðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿ-
íèþ íà òðåòüåì øàãå. Ïîýòîìó äåëàåòñÿ âûâîä î íåïðèíàäëåæíîñòè èçîáðàæåíèÿ
AGJ-02 îáðàçó AL-01.
Ïðè ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî îáðàçà AGJ-02 è âûáîðå èç áàçû îáðàçà ¹ 1
AGJ-01 (ðèñ. 2, â) ïàðàìåòðû ÏÈ-ñåòè ïðèøëè ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ íà ÷åò-
âåðòîì øàãå. Ïîýòîìó äåëàåòñÿ
âûâîä î ïðèíàäëåæíîñòè èçî-
áðàæåíèÿ AGJ-02 îáðàçó
AGJ-01.
Ïðè îáó÷åíèè ÏÈ-ñåòè äëÿ
ðàñïîçíàâàíèÿ äèíàìè÷åñêèõ
îáðàçîâ òåñòîâûì ïðèìåðîì ÿâ-
ëÿëñÿ ôðàãìåíò òðàññû TV-029.
Êîîðäèíàòû ôðàãìåíòà òðàññû
TV-029, èçáðàííîãî íà îñíîâå
ìåòîäà èñïîëüçîâàíèÿ ïàìÿ-
òè, — (57.00; 34.00).
 òàáë. 1 è 2 âûäåëåííûå öèôðîâûå çíà÷åíèÿ îçíà÷àþò,
÷òî ïðîöåññ îáó÷åíèÿ äëÿ ýòîãî ïàðàìåòðà íà äàííîì øàãå
îáó÷åíèÿ çàâåðøàåòñÿ, ò.å. ïàðàìåòð äîñòèã ñâîåãî
ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ.
Ïðè ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî ôðàãìåíòà TV-029 (ðèñ. 3)
è âûáîðå èç áàçû îáðàçà êîððåëÿöèîííûå ïàðàìåòðû ÏÈ-ñåòè
ïðèøëè ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ íà 11-ì øàãå, à êîîðäèíàò-
íûå ïàðàìåòðû ÏÈ ñåòè — íà 16-ì øàãå. Òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ
ïîñëå êîððåêöèè ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ ôðàãìåíòîâ òðàññ ñîñòàâèëà 0,01 ýëå-
ìåíòà ðàçëîæåíèÿ.
180 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6
Ò à á ë è ö à 1 . Ðåçóëüòàòû îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ïðè ðàñïîçíàâàíèè ñòàòè÷åñêèõ
îáðàçîâ
Íîìåð øàãà
îáó÷åíèÿ, n
� 0 ( )n �1 ( )n � AVR ( )n � L n�1 ( ) � L n� 2 ( )
1 0,61 0,8 0,57 0,5 0,7
2 0,75 0,82 0,77 1 0,9
3 0,89 0,84 0,97 – 1
4 1,03 0,86 1,17 – –
Ðèñ. 2. Òåñòîâîå èçîáðàæåíèå AGJ-02 (à); âûáðàííûå
îáðàçû: AL-01 (á) è AGJ-01 (â)
à á â
Ðèñ. 3. Òåñòîâûé
ôðàãìåíò òðàññû
TV-029
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6 181
Ò à á ë è ö à 2 . Ðåçóëüòàòû îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ïðè ðàñïîçíàâàíèè äèíàìè-
÷åñêèõ îáðàçîâ
Íîìåð øàãà
îáó÷åíèÿ, n
X Y � 0 ( )n �1 ( )n � AVR ( )n � L n�1 ( ) � L n� 2 ( )
1 55,5 35,5 0,72 0,81 0,5 0,69 0,59
2 56,63 34,38 0,77 0,83 1,05 0,77 1,59
3 56,7 34,31 0,82 0,85 – 0,85 –
4 56,75 34,36 0,87 0,87 – 0,93 –
5 56,78 34,23 0,92 0,89 – 1,01 –
6 56,8 34,2 0,97 0,91 – – –
7 56,82 34,18 1,02 0,93 – – –
8 56,84 34,16 – 0,95 – – –
9 56,86 34,14 – 0,97 – – –
10 56,88 34,12 – 0,99 – – –
11 56,9 34,1 – 1,01 – – –
12 56,92 34,08 – – – – –
13 56,94 34,06 – – – – –
14 56,96 34,04 – – – – –
015 56,98 34,02 – – – – –
16 57,00 34,00 – – – – –
Ðèñ. 4. Ãðàôèê îïðåäåëåíèÿ êîîðäèíàò ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ
ïó÷êîâ äî è ïîñëå îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè
Ç
í
à÷
åí
è
å
ê
î
î
ð
ä
è
í
àò
ï
î
î
ñÿ
ì
X
è
Y
X-ýòàëîí
Y-ýòàëîí
X-öåíòð äî îáó÷åíèÿ
Y-öåíòð äî îáó÷åíèÿ
X-öåíòð ïîñëå îáó÷åíèÿ
Y-öåíòð ïîñëå îáó÷åíèÿ
Ôðàãìåíò òðàññû
X
Y
Ðèñ. 5. Óâåëè÷åííûé ôðàãìåíò ãðàôèêà ðèñ. 4
Ç
í
à÷
åí
è
å
ê
î
î
ð
ä
è
í
àò
ï
î
î
ñÿ
ì
X
è
Y
X-ýòàëîí
Y-ýòàëîí
X-öåíòð äî îáó÷åíèÿ
Y-öåíòð äî îáó÷åíèÿ
X-öåíòð ïîñëå îáó÷åíèÿ
Y-öåíòð ïîñëå îáó÷åíèÿ
Ôðàãìåíò òðàññû
X
Y
Îïðåäåëÿåì «õîðîøèå» ôðàãìåíòû òðàññû ¹ 1 è ïðîâîäèì äëÿ íèõ îïòèìè-
çàöèþ âåñîâ, òåì ñàìûì âû÷èñëÿÿ êîîðäèíàòû ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ èçîáðà-
æåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ ïó÷êîâ (ðèñ. 4, 5).
Òåõíè÷åñêèå ïðåèìóùåñòâà ðàññìîòðåííûõ ìåòîäîâ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè, âûÿâ-
ëåííûå â ðåçóëüòàòå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé, ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 3.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
 íàñòîÿùåé ñòàòüå ðàññìîòðåíû ïîëîæåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ ðàçðàáîòêè ìå-
òîäîâ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè.  îòëè÷èå îò èçâåñòíûõ ñòðóêòóð èñêóññòâåííûõ íå-
éðîííûõ ñåòåé, â êîòîðûõ äëÿ ñðàâíåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ íåíîðìèðóåìûå (àáñî-
ëþòíûå) êðèòåðèè ïîäîáèÿ, â ðàññìîòðåííîì ìåòîäå îðãàíèçàöèè ÏÈ-ñåòè
[16] èñïîëüçóåòñÿ íîðìèðóåìûé êðèòåðèé. Íà îñíîâå àíàëèçà ïðàâèë îáó÷åíèÿ
ñäåëàí âûâîä, ÷òî íàèáîëåå îïòèìàëüíûì äëÿ îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ÿâëÿåòñÿ
ïðèìåíåíèå äâóõ ìåòîäîâ îáó÷åíèÿ ñ ó÷èòåëåì: îáó÷åíèå íà îñíîâå êîððåê-
182 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6
Ò à á ë è ö à 3 . Ñðàâíèòåëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé
îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè
Ðàñïîçíàâàíèå ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ èçîáðàæåíèé ÷åëîâå÷åñêèõ ëèö
Ïàðàìåòðû, èñïîëüçîâàííûå
â ÏÈ-ñåòè
Èñïîëüçóåìûå ìåòîäû îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè
íà îñíîâå
Q-ðàçëîæåíèÿ [2, 16]
íà îñíîâå ïîïóëÿöèîííîãî
êîäèðîâàíèÿ [16] ñî
ñðàâíåíèåì ìàñîê [17]
Ñðåäíèé ïðîöåíò êîððåêòíîãî
ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ
îáðàçîâ íà íóëåâîì óðîâíå
ÏÈ-ñåòè
80 93,75
Ñðåäíèé ïðîöåíò êîððåêòíîãî
ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ
îáðàçîâ ïðè ïîñòðîåíèè
ïîóðîâíåâûõ êîððåëÿöèîííûõ
êðèâûõ
5 84
Ñðåäíåå âðåìÿ ðàñïîçíàâàíèÿ, ñ 10,73
 çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ
ïðè îáó÷åíèè ÏÈ-ñåòè
(îò 0,5 äî 12)
Ðàñïîçíàâàíèå äèíàìè÷åñêèõ îáðàçîâ èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëàçåðíûõ ïó÷êîâ
Ïàðàìåòðû, èñïîëüçîâàííûå
â ÏÈ-ñåòè
Èñïîëüçóåìûå ìåòîäû îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè
Íà îñíîâå ìîìåíòíûõ
ïðèçíàêîâ ñ îïòèìèçàöèåé
âåñîâ [11–14]
Íà îñíîâå êîððåêöèè
ýíåðãåòè÷åñêèõ öåíòðîâ
ôðàãìåíòîâ ëàçåðíûõ
òðàññ
Ñðåäíèé ïðîöåíò «õîðîøèõ»
ôðàãìåíòîâ òðàññ
50 38,4
Ñðåäíèé ïðîöåíò êîððåêòíîãî
ðàñïîçíàâàíèÿ
84,8 92,5
Òî÷íîñòü îïðåäåëåíèÿ òî÷êè
ïðèâÿçêè, íå áîëåå ýëåìåíòîâ
ðàçëîæåíèÿ
1,2 0,01
Ñðåäíåå âðåìÿ ðàñïîçíàâàíèÿ, ñ 30
 çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ
ïðè îáó÷åíèè ÏÈ-ñåòè
(îò 0,5 äî 60)
öèè îøèáîê è îáó÷åíèå ñ èñïîëüçîâàíèåì ïàìÿòè. Ðàçðàáîòàíû ìàòåìàòè÷å-
ñêèå ìîäåëè îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè, à òàêæå êîìáèíèðîâàííûé ìåòîä îáó÷åíèÿ
ÏÈ-ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ è äèíàìè÷åñêèõ îáðàçîâ.
Èç ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ïðè
ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî îáðàçà AGJ-02 è âûáîðå èç áàçû îáðàçà ¹ 1 AL-01 ïà-
ðàìåòðû ÏÈ-ñåòè ïðèøëè ê íåðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ íà òðåòüåì øàãå. Ïðè
ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî îáðàçà AGJ-02 è âûáîðå èç áàçû îáðàçà ¹ 1 AGJ-01 ïà-
ðàìåòðû ÏÈ-ñåòè ïðèøëè ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ íà ÷åòâåðòîì øàãå. Ïîýòî-
ìó äåëàåòñÿ âûâîä î ïðèíàäëåæíîñòè èçîáðàæåíèÿ AGJ-02 îáðàçó AGJ-01, ò.å.
ðàñïîçíàâàåìûé îáðàç ïðàâèëüíî êëàññèôèöèðîâàí.
Ïðè ðàñïîçíàâàíèè òåñòîâîãî ôðàãìåíòà TV-029 è âûáîðå èç áàçû îáðàçà
êîððåëÿöèîííûå ïàðàìåòðû ÏÈ-ñåòè ïðèøëè ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ íà 11-ì
øàãå, à êîîðäèíàòíûå ïàðàìåòðû ÏÈ ñåòè — íà 16-ì øàãå.
Íàèâàæíåéøèå òåõíè÷åñêèå ïðåèìóùåñòâà ïðåäëîæåííîãî êîìáèíèðîâàííî-
ãî ìåòîäà îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè, êîòîðûå ðåàëèçîâàíû â íîâîì ïðîãðàììíîì ñðåä-
ñòâå, ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäûäóùèìè ïðîãðàììíûìè ñðåäñòâàìè è ìåòîäàìè, çàëî-
æåííûìè â íåì, ñëåäóþùèå: òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ïîñëå êîððåêöèè ýíåðãåòè÷åñêèõ
öåíòðîâ ôðàãìåíòîâ òðàññ îïðåäåëåíèÿ ñîñòàâèëà 0,01 ýëåìåíòà ðàçëîæåíèÿ (ïî
ñðàâíåíèþ ñ 1,2 ýëåìåíòà ðàçëîæåíèÿ). Ïðè ýòîì ïðîöåíò «õîðîøèõ» èçîáðàæå-
íèé ñîñòàâèë 38,4 % (ïî ñðàâíåíèþ ñ 50 %), ÷òî ïîâûøàåò îáùèé ïðîöåíò êîð-
ðåêòíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ äî 92,5 % (84,8 %). Îäíàêî ïîêàçàòåëü «ñðåäíåå âðåìÿ
ðàñïîçíàâàíèÿ» íà íà÷àëüíîì óðîâíå îáó÷åíèÿ ÏÈ-ñåòè ñîñòàâëÿåò 60 ñ (30 ñ).
Ïðè ðàñïîçíàâàíèè ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ ñðåäíèé ïðîöåíò êîððåêòíîãî ðàñ-
ïîçíàâàíèÿ íà íóëåâîì óðîâíå ÏÈ-ñåòè ïîâûñèëñÿ: 93,75 % (80 %), òàêæå çíà÷è-
òåëüíî âûðîñ ñðåäíèé ïðîöåíò êîððåêòíîãî ðàñïîçíàâàíèÿ ñòàòè÷åñêèõ îáðàçîâ
ïðè ïîñòðîåíèè ïîóðîâíåâûõ êîððåëÿöèîííûõ êðèâûõ: 84 % (ïî ñðàâíåíèþ
ñ 5 %). Ïîêàçàòåëü «ñðåäíåå âðåìÿ ðàñïîçíàâàíèÿ» íà íà÷àëüíîì óðîâíå ïðè
îáó÷åíèè ÏÈ-ñåòè ñîñòàâëÿåò 10,73 ñ (12 ñ).
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. M c C u l l o c h W . S . , P i t t s W . A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity //
Bul. of Mathem. Biophysics. — 1943. — 5. — Ð. 115–133.
2. Ò è ì ÷ å í ê î Ë . È . Ìíîãîýòàïíàÿ ïàðàëëåëüíî-èåðàðõè÷åñêàÿ ñåòü êàê ìîäåëü íåéðîïîäîá-
íîé ñõåìû âû÷èñëåíèé // Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç. — 2000 — ¹ 2. — Ñ. 114–134.
3. Ñ â å ÷ í è ê î â Ñ . Â . , Ê î æ å ì ÿ ê î Â . Ï . , Ò è ì ÷ å í ê î Ë . È . Êâàçèèìïóëüñíî-ïîòåíöè-
àëüíûå îïòîýëåêòðîííûå ýëåìåíòû è óñòðîéñòâà ëîãèêî-âðåìåííîãî òèïà. — Êèåâ: Íàóê.
äóìêà, 1987. — 256 ñ.
4. Õ è í ò î í Ä . Å . Êàê îáó÷àþòñÿ íåéðîííûå ñåòè //  ìèðå íàóêè. — 1992. — ¹ 11–12. —
Ñ. 103–110.
5. M e t h o d for training of a parallel-hierarchical network, based on population coding for processing
of extended laser paths images / L.I. Timchenko, Yu.F. Kutaev, V.P. Kozhemyako et al. // Proc. of
SPIE.— 2002. — 4790. — P. 465–479.
6. Ò è ì ÷ å í ê î Ë . I . Êîíâåðãåíòíi òà äèâåðãåíòíi ïðîöåññè â ðåàëüíèõ òà øòó÷íèõ íåéðîííèõ
ìåðåæàõ // Âiñí. ÂÏI. — 1997. — ¹ 1. — Ñ. 5–10.
7. Ñ å ã ì å í ò à ö ³ ÿ íàï³âòîíîâèõ çîáðàæåíü çà îçíàêîþ çâ’ÿçàíîñò³: Ìîíîãðàô³ÿ / À.Ë. Æåëåç-
íÿê, Ë.². Òèì÷åíêî, Î.². Ñòàñþê òà ³í. — Êè¿â: ÄÅÒÓÒ, 2008. — 144 ñ.
8. W i d r o w B . , H o f f M . E . , J r . Adaptive switching circuits // IRE WESCON Convention
Record. — 1960. — P. 96–104.
9. C o v e r T . M . , H a r t P . E . Nearest neighbor pattern classification // IEEE Transactions on
Information Theory. — 1976. — IT-13. — P. 21–27.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6 183
10. Ì å ò î ä ïàðàëëåëüíî-èåðàðõè÷åñêîãî ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé: / Ë.È. Òèì÷åíêî,
Â.Â. Ìåëüíèêîâ, Í.È. Êîêðÿöêàÿ è äð. // Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. — 2009. — ¹ 3. —
Ñ. 606–617.
11. Ï à ð à ë å ë ü í î - ³ º ð à ð õ ³ ÷ í å ïåðåòâîðåííÿ ÿê ñèñòåìíà ìîäåëü äëÿ ðîçï³çíàâàííÿ çîáðà-
æåíü / Ë.². Òèì÷åíêî, Â.Â. Ìåëüí³êîâ, Í.². Êîêðÿöüêà òà ³í. // Òàì æå. — 2008. — ¹ 3. —
Ñ. 353–363.
12. Ï ð è ì å í å í è å ïàðàëëåëüíî-èåðàðõè÷åñêîãî ìåòîäà ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ïÿòåí ëà-
çåðíûõ ïó÷êîâ // Ìàòåðèàëû Ìåæäóíàð. íàó÷.-òåõí. êîíô. «Ìíîãîïðîöåññîðíûå âû÷èñëè-
òåëüíûå è óïðàâëÿþùèå ñèñòåìû–2009» / Ë.È.Òèì÷åíêî, Â.Â.Ìåëüíèêîâ, Í.È.Êîêðÿöêàÿ
è äð. — Òàãàíðîã, 2009. — Ñ. 147–150.
13. Ì å ò î ä çíàõîäæåííÿ åíåðãåòè÷íèõ öåíòð³â ôðàìãåíò³â ëàçåðíèõ ïðîòÿæíèõ òðàñ â ðåàëüíî-
ìó ìàñøòàá³ ÷àñó äëÿ ðîçï³çíàâàííÿ îáðàç³â / Ë.². Òèì÷åíêî, Â.Â. Ìåëüí³êîâ, Í.². Êîêðÿöüêà
òà ³í. // Ïð. 9-¿ âñåóêð. ì³æíàð. êîíô. «Îáðîáëåííÿ ñèãíàë³â ³ çîáðàæåíü òà ðîçï³çíàâàííÿ îá-
ðàç³â». — Êè¿â, 2008. — Ñ. 213–216.
14. Ñ è ñ ò å ì à êîîðäèíàòíîé ïðèâÿçêè äëÿ íåñòàöèîíàðíûõ ñèãíàëîâ / Ë.È.Òèì÷åíêî, Þ.Ô. Êó-
òàåâ, À.À. Ãåðöèé è äð. // Èçâ. ÐÀÍ. Cåð. ôèçè÷åñêàÿ. — 2001. — ¹ 6. — Ñ. 886–890.
15. Ý ë å ê ò ð î í í û é ðåñóðñ ìàí÷åñòåðñêîé áàçû ÷åëîâå÷åñêèõ ëèö. — http://peipa.essex.ac.uk/
ipa/pix/faces/manchester.
16. Ì å ò î ä îðãàíèçàöèè ïàðàëëåëüíî-èåðàðõè÷åñêîé ñåòè äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ /
Ë.È. Òèì÷åíêî, Â.Â. Ìåëüíèêîâ, Í.È. Êîêðÿöêàÿ è äð. // Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç. —
2011. — ¹ 1. — Ñ. 152–163.
17.  ñ ò ó ï â àëãîðèòì³÷íó òåîð³þ ³ºðàðõ³¿ ³ ïàðàëåë³çìó íåéðîïîä³áíèõ îá÷èñëþâàëüíèõ ñåðåäî-
âèù òà ¿¿ çàñòîñóâàííÿ äî ïåðåòâîðåííÿ çîáðàæåíü: Îñíîâè òåî𳿠ï³ðàì³äàëüíî-ñ³òüîâîãî ïå-
ðåòâîðåííÿ çîáðàæåíü / Â.Ï. Êîæåì’ÿêî, Ë.². Òèì÷åíêî, Þ.Ô. Êóòàºâ, ².Ä. ²âàñþê. — Êèåâ:
ÓÌÊ ÂÎ, 1994. — 272 ñ.
Ïîñòóïèëà 02.03.2010
184 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84262 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0023-1274 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:28:07Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тимченко, Л.И. Мельников, В.В. Кокряцкая, Н.И. 2015-07-04T14:52:47Z 2015-07-04T14:52:47Z 2011 Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов / Л.И. Тимченко, В.В. Мельников, Н.И. Кокряцкая // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 175-184. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0023-1274 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84262 658.012:681.32:621.38 Розглянуто положення, необхідні для розробки методів навчанні ПІ-мережі, у яких використо-вується ідея популяційного кодування у штучній нейронній мережі, та наближення її до природних ней-ронних мереж. Розроблено математичні моделі навчання ПІ-мережі, а також комбінований метод нав-чання ПІ-мережі для розпізнавання статичних та динамічних образів. The paper considers the provisions necessary to develop parallel-hierarchical network training methods, which employ the idea of population coding and its approximation to natural neural networks. The mathematical models for parallel-hierarchical network training and a combined parallel-hierarchical network training method for the recognition of static and dynamic patterns are developed. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Кибернетика и системный анализ Программно-технические комплексы Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов Методи навчання паралельно-ієрархічної мережі та їх застосування для розпізнавання образів Parallel-hierarchical network training methods and their application to pattern recognition Article published earlier |
| spellingShingle | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов Тимченко, Л.И. Мельников, В.В. Кокряцкая, Н.И. Программно-технические комплексы |
| title | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| title_alt | Методи навчання паралельно-ієрархічної мережі та їх застосування для розпізнавання образів Parallel-hierarchical network training methods and their application to pattern recognition |
| title_full | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| title_fullStr | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| title_full_unstemmed | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| title_short | Методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| title_sort | методы обучения параллельно-иерархической сети и их применение для распознавания образов |
| topic | Программно-технические комплексы |
| topic_facet | Программно-технические комплексы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84262 |
| work_keys_str_mv | AT timčenkoli metodyobučeniâparallelʹnoierarhičeskoisetiiihprimeneniedlâraspoznavaniâobrazov AT melʹnikovvv metodyobučeniâparallelʹnoierarhičeskoisetiiihprimeneniedlâraspoznavaniâobrazov AT kokrâckaâni metodyobučeniâparallelʹnoierarhičeskoisetiiihprimeneniedlâraspoznavaniâobrazov AT timčenkoli metodinavčannâparalelʹnoíêrarhíčnoímerežítaíhzastosuvannâdlârozpíznavannâobrazív AT melʹnikovvv metodinavčannâparalelʹnoíêrarhíčnoímerežítaíhzastosuvannâdlârozpíznavannâobrazív AT kokrâckaâni metodinavčannâparalelʹnoíêrarhíčnoímerežítaíhzastosuvannâdlârozpíznavannâobrazív AT timčenkoli parallelhierarchicalnetworktrainingmethodsandtheirapplicationtopatternrecognition AT melʹnikovvv parallelhierarchicalnetworktrainingmethodsandtheirapplicationtopatternrecognition AT kokrâckaâni parallelhierarchicalnetworktrainingmethodsandtheirapplicationtopatternrecognition |