DE69628808T2

DE69628808T2 - Datenverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE69628808T2
Application number: DE69628808T
Authority: DE
Inventors: Naoki Urayasu-shi Imasaki; Hideyuki Kawasaki-shi Aisu; Satoshi Urayasu-shi Sekine; Makoto Urayasu-shi Kano; Kyoko Yokohama-shi Makino
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: EP0782083A3; EP0782083B1; EP0782083A2; US5983210A; DE69628808D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein leicht aufzubauendes Datenverarbeitungssystem, ein System zum Aufbauen solch eines Datenverarbeitungssystems und dessen Verfahren.
Beschreibung des Standes der Technik
Im allgemeinen empfangen Datenverarbeitungssysteme (im nachfolgenden als Systeme bezeichnet) externe Signale, verarbeiten diese bei auftauchendem Bedarf gemäß dem internen Zustand und geben Verarbeitungsergebnisse aus. Einige dieser Systeme, die als Lernsysteme bezeichnet werden, adaptieren deren interne Zustände an externe Signale, um gewünschte Eingabe/Ausgabeeigenschaften zu erzeugen.
Solch ein Lernsystem erlernt die Korrespondenz zwischen Eingabedaten und Ausgabedaten. Ein typisches Lernsystem ist ein neuronales Netzwerk. Es ist ein ingenieuerbasierendes Datenverarbeitungssystem, das nach einer Netzwerkstruktur eines menschlichen Gehirns modelliert ist. Ein neutrales Netzwerk wird beispielsweise verwendet in Datenverarbeitungssystemen einschließlich Steuerungsapplikationen. Es werden ebenso Applikationen auf dem Gebiet der Software gefunden.
33 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel einer neuronalen Netzwerkstruktur zeigt. Wie in der Figur gezeigt, besteht ein neutrales Netzwerk üblicherweise aus einer Mehrzahl von Neuronenelementen N (Einheit), die in einer Mehrzahl von Stufen verbunden sind. Typischerweise wird ein Ladewert, der den Level der Stimulusübertragungsgeschwindigkeit anzeigt, zu jedem der Verbindungen/Verknüpfungen (Links) (Signalweg) L die Elemente verknüpfend, zugeordnet. Eine Funktion und deren Parameter werden bereitgestellt, um zu spezifizieren, wie jedes Element ein Ausgangssignal (Antwort) erzeugt auf Empfang einer Kombination von Eingangssignalen (Stimuli). Im allgemeinen, da ein Eingangssignal, das zu einem Element einer Schicht gesendet wurde, als ein multidimensionaler Wert dargestellt wird mit der Anzahl an Dimensionen, die die Anzahl der Ausgangssignale bildet aus den Elementen der vorherigen Schicht, kann ein mit zu jedem Link zugeordneter Ladewert dargestellt werden als die Parameter einer Funktion eines Elementes, das einen multidimensionalen Wert empfängt.
Üblicherweise ist dieser Typ eines neuronalen Netzwerkes wie folgt aufgebaut. Beispielsweise wird ein CAD-System, das das GUI (Graphik-Benutzer-Interface) verwendet, um ein Netzwerk zu definieren; das heißt, daß das System verwendet wird, um die Eingabe/Ausgabeschichten, Zwischenschichten und Verbindungen zwischen Elementen zu definieren. Im besonderen zeigt das System eine Mehrzahl an Elementen (N) und Verbindungen (L), die das System bilden, das der Nutzer aufbauen möchte, auf dem Schirm, um es dem Nutzer zu erlauben, diese zu layouten, um ein Netzwerk aufzubauen, das die Erfordernisse erfüllt.
Das neuronale Netzwerk erlernt die Korrespondenzen zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen als die Ladewerte und Elementparameter, akkumuliert die Ergebnisse und gibt die Ausgangssignale aus, die mit den Eingabesignalen korrespondieren. Dort werden verschiedene Algorithmen verwendet, um diese Korrespondenzen zu erlernen. Ein bekannter Algorithmus ist eine Rückpropagation (Fehlerrückpropagation).
In der Rückpropagation wird eine Mehrzahl an Paaren von Eingangssignalen und deren gewünschte Ausgangssignale (Lehrerinformation) hergestellt und die Ladewerte und Elementparameter modifiziert, so daß die als Antwort auf die Eingabesignale erzeugten Ausgangssignale der Lehrerinformation näherkommen. Aus diesem Grund wird ein in einem Element in einer Schicht berechneter Fehler sequenziell propagiert gemäß den Ladewerten, die den Links zu den Elementen in der vorherigen Schicht zugeordnet sind. Das bedeutet, daß, je näher ein Element mit dem Fehler assoziiert ist, dessen Parameter stärker modifiziert sind.
In einem traditionellen System wird ein Modifikationsverarbeitungsmittel zur Durchführung dieser Parametermodifikation aufgebaut, nachdem das gesamte neuronale Netzwerk aufgebaut ist, das auf der neuronalen Netzwerkstruktur oder der Funktion und deren Parameter jedes Elementes basiert, und anschließend das Modifikationsverarbeitungsmittel zum Lernsystem dazugegeben. 34 ist ein Konzeptdiagramm, das die Beziehung zwischen einem traditionellen neuronalen Netzwerk und dem Modifikationsverarbeitungsmittel M zeigt, mit auf einem Bereich eines Elementes N durchzuführender Modifikationsverarbeitung, durch einen Pfeil angezeigt.
Wie in 34 gezeigt, wird das Modifikationsverarbeitungsmittel M aufgebaut gemäß der Netzwerkstruk tur, nachdem das neuronale Netzwerk auf dem Schirm konfiguriert ist. Dieses Modifikationsverarbeitungsmittel M wird erzeugt durch ein Programm, das das Lernsystem durchführt mit den spezifischen Parametern, einen Fehler erhält, der eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen und der Lehrerinformation ist, die gewünschten Ausgangssignale anzeigend, und die Elementparameter modifiziert, so daß dieser Fehler konvergiert.
Kürzlich wurden für ein neuronales Netzwerk ebenso Applikationen in der Fuzzy-Inferenz gefunden. In diesen Applikationen ist jede Stufe der Fuzzy-Inferenz erstellt, um mit jeder Schicht eines Netzwerkes zu korrespondieren. Aus diesem Grund ist das oben erwähnte Modifikationsmittel, das für ein neuronales Netzwerk bereitgestellt wird, in der Lage, daß jede Mitgliedschafts-Funktion sich selbst einstellt (lernt). 35 ist ein Konzeptdiagramm, das zeigt, wie das neuronale Netzwerk zur Fuzzy-Inferenz appliziert werden kann. In dieser Figur sind f, Σ und Π Elemente Π, die eine Funktion darstellen, eine algebraische Summe bzw. ein algebraisches Produkt.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Im oben erwähnten Stand der Technik ist jedoch das Modifikationsverarbeitungsmittel M nach einem neuronalen Netzwerk aufgebaut, beispielsweise solche wie in den 34 und 35 gezeigte, gemäß der Struktur oder einiger anderer Faktoren des Netzwerkes. Dies macht es dem Nutzer erforderlich, um ein großes Modifikationsverarbeitungsprogramm separat zu kreieren.
Darüber hinaus erfordert die Modifikation eines jeden Elementes N aus dem Stand der Technik den Nutzer, um das Modifikationsverarbeitungssystem M gemäß der Funktion oder der Parameter des Elementes N zu designen. Muß die Netzwerkstruktur verändert werden aufgrund der Löschung von einer oder einigen Änderungen im Element N, muß das Modifikationsverarbeitungsmittel M redesignt werden. Dies macht den Nutzer ebenso erforderlich, um das Modifikationsverarbeitungssystem M jedesmal wieder aufzubauen, wenn das Netzwerk modifiziert wird, die Effizienz des Lernsystems beeinflussend.
Ein anderes Problem ist das, wenn ein neuronales Netzwerk auf die Fuzzy-Inferenz appliziert wird, daß die Netzwerkkonfiguration kompliziert wird, der Aufbauprozeß des Modifikationsverarbeitungsmittels M schwieriger wird und die Effizienz des Systemaufbau-Prozesses nach wie vor noch mehr beeinflußt.
In einem traditionellen oben beschriebenen Systemaufbausystem kann der Nutzer nicht ein System designen durch einfaches Auswählen und Verbinden von Elementen N und Links L, noch kann der Nutzer die Verbindung der Elemente N und Links L in einem leicht zu sehenden Format anzeigen. Aus diesen Gründen kann der Nutzer das System nicht effizient aufbauen.
Diese Probleme werden nicht nur in Lernsystemen gefunden, sondern jedoch ebenso in traditionellen Datenverarbeitungssystemen, wo die interne Struktur gemäß des Voranschreitens der Datenverarbeitung modifiziert werden muß. Üblicherweise ist ein System aufgebaut auf einer Einheitenbasis oder auf einer Auswahlbasis, wobei jedoch das Systemmodifikationsmittel zur Modifizierung des gesamten Systems aufgebaut werden muß, nachdem das System aufgebaut ist.
Die Erfindung sucht danach, mit dem oben beschriebenen Stand der Technik verbundene Probleme zu lösen. Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Datenverarbeitungssystem bereitzustellen, das ein Modifikationsmittel für jede Einheit eines Systems aufweist, um es dem Nutzer zu erlauben, ein Modifikationsmittel zur gleichen Zeit aufzubauen, zu der das System aufgebaut wird, und das System leicht aufzubauen und zu verändern.
ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund wird gemäß der Erfindung ein Datenverarbeitungssystem wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
Das die Erfindung verkörpernde Datenverarbeitungssystem beinhaltet eine Mehrzahl von Einheiten, welche jeweils ein Betriebs-/Operations-mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals enthält, das basiert auf einem Eingangssignal und einer Vielzahl von Parametern, die eine Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal darstellen, wobei die Einheiten eine Netzwerkstruktur bilden und das Ausgangssignal von jeder der Einheiten sequenziell und in die Richtung entgegengesetzt der Richtung des Ausgangssignalflusses propagiert, wobei ein Fehlersignal eine Differenz zwischen dem finalen Ausgangssignal darstellt, das eine Differenz zwischen dem finalen Ausgangssignal des Netzwerks und einem gewünschten Ausgang darstellt, wobei jede der Einheiten ein Modifikationsmittel aufweist zum Modifizieren der auf dem Fehlersignal basierenden Parameter, wobei die Modifikationsinformation in jeder der Einheiten akkumuliert ist, wobei die in jeder Einheit bereitgestellten Paramtermodifikationsmittel angepaßt sind, um ein Datenverarbeitungssystem einfach durch Verbinden/Verknüpfen der Einheiten zur Bildung der Netzwerkstruktur aufzubauen, und wobei der Nutzer das gesamte System mittels einer Reihe von Verarbeitungsschritten in jeder Einheit modifizieren kann.
Daher kann der Nutzer leicht ein System aufbauen, das eine komplizierte Netzwerkstruktur aufweist.
Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung näher ersichtlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das konzeptionell ein Beispiel der Konfiguration von System S, das in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, zeigt.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration von in der Ausführungsform verwendeten Einheit 2 zeigt.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das konzeptionell ein Beispiel der Konfiguration eines Systems zeigt, wenn das verwendete System S in der Ausführungsform eine hierarchische Struktur aufweist.
4(a) ist ein konzeptionelles Diagramm, das den Vorwärtsbetrieb vom in der Ausführungsform verwendeten System S zeigt.
4(a) ist ein konzeptionelles Diagramm, das den Betrieb des in der Ausführungsform verwendeten Systems S zeigt.
5 ist ein Flußdiagramm, das die in der Ausführungsform verwendete Lernprozedur zeigt.
6 ist ein Flußdiagramm, das die Prozedur zum Aufbau eines Systems S in der Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration eines Systemaufbau-Systems 20 in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Netzwerkeditors 25 und die Datenverarbeitungssektion 22, die in der Ausführungsform verwendet wird, sowie deren Beziehung mit anderen Komponenten zeigt.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Regeleditors 26, der in der Ausführungsform verwendet wird, und dessen Beziehung mit anderen Komponenten zeigt.
10 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Mitgliedschaftsfunktionseditors 27, der in der Ausführungsform verwendet wird, und dessen Beziehung mit anderen Komponenten zeigt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Systemfensters 23 zeigt.
12 ist ein Flußdiagramm, das zeigt, wie das Systemaufbau-System 20 System S in der Ausführungsform aufbaut.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Regeleditors 26 zeigt.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Mitgliedschaftsfunktionseditors 27 zeigt.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Netzwerkdefinition, kodiert in der Netzwerkbeschreibungssprache, im ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Verbindungsinformationstabelle zeigt, wenn eine Netzwerkdefinition in der Netzwerkbeschreibungssprache in der ersten Ausführungsform kodiert ist.
22 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel eines konfigurierten dreischichtneuronalen Netzwerkes zeigt, wobei jede Einheit in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird.
23 ist ein Konzeptdiagramm, das die in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung verwendete Systemkonfiguration zeigt.
24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays zeigt, darstellend den Initialzustand in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung.
25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungform verwendeten Netzwerkeditors 25 zeigt.
26 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer in der Ausführungsform verwendeten Mitgliedschaftsfunktionslabeldefinition zeigt.
27 ist ein Diagramm, das das Koordinatensystem der Laufrichtung des in der Ausführungsform verwendeten Fahrzeugs C zeigt.
28 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Mitgliedschaftsfunktionseditors 27 zeigt.
29 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bildschirmdisplays des in der Ausführungsform verwendeten Mitgliedschaftsfunktionseditors 27 zeigt.
30 ist ein Beispiel eines in der Ausführungsform verwendeten Bildschirmdisplays, das den Zustand anzeigt, nachdem das System ausgeführt worden ist.
31 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Mitgliedschaftsfunktionslabels zeigt, definiert nach Lernen in der Ausführungsform.
32 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Bildschirmdisplays zeigt, das den Zustand anzeigt, nachdem das System nach Lernen in der Auführungsform ausgeführt worden ist.
33 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel der Struktur eines traditionellen neuronalen Netzwerkes zeigt.
34 ist ein Konzeptdiagramm, das die Beziehung zwischen dem traditionellen System und der Modifikationsverarbeitungssektion M zeigt.
35 ist ein Diagramm, das die Applikation eines neuronalen Netzwerkes auf ein Fuzzy-Inferenz-System zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die angehängten Zeichnungen ist dort eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist implementiert durch ein Programm, das einen Computer steuert. Da das Programm oder der Computer auf eine Vielzahl von Wegen konfiguriert werden kann, erklärt das folgende die Ausführungsform unter der Annahme, daß jede Funktion dieser Erfindung dargestellt wird durch einen virtuellen Schaltkreisblock oder einer Verarbeitungsansammlung.
A. Systemkonfiguration, Betrieb und Effekte
(1) Systemkonfiguration
Das in dieser Ausführungsform verwendete System ist konfiguriert als ein Netzwerk aus einer Mehrzahl von Einheiten, wobei jede eine einfache Verarbeitungsfunktion aufweist. Der Begriff "Vorwärtsverarbeitung", der in der folgenden Diskussion verwendet wird, bezieht sich auf die Signalverarbeitungsfunktion, die die Signalprozedur in der Reihenfolge/Sequenz ausführt, in der das System normalerweise gebraucht wird, um zu folgen. Im Gegensatz dazu bezieht sich der Begriff "Rückwärtsverarbeitung" auf die Funktion, die den internen Zustand verändert, um die I/O-Eigenschaften kompatibel mit den gewünschten zu machen. Das in dieser Ausführungsform aufgebaute System hat beide Verarbeitungsfunktionen: vorwärts und rückwärts. Diese Ausführungsform entspricht den in den Ansprüchen 1 bis 10 beanspruchten Datenverarbeitungssystemen.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das konzeptionell ein Konfigurationsbeispiel des in dieser Ausführungsform verwendeten Lernsystems (im nachfolgenden als System S bezeichnet) zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt, besteht das System S aus einer Mehrzahl von Einheiten 2, die jeweils mit den Signalpfaden 1 verbunden sind. Nach Empfang eines Eingangssignales IS am Eingangsterminal führt das System S eine Vorwärtsverarbeitung durch; das heißt, es propagiert sequenziell das Signal und gibt es als das Ausgangssignal OS aus. Umgekehrt führt das System eine Rückwärtsverarbeitung durch nach Empfang eines Fehlersignals OS' am Ausgangsterminal; das heißt, daß das System das Signal in Rückwärtsrichtung propagiert und als das Fehlersignal IS' am Eingangsterminal ausgibt.
Empfängt die Steuersektion 3 eine Betriebsnachricht MES aus einer externen Vorrichtung, sendet diese die Betriebsnachricht MES an jede der Einheiten 2, basierend auf der Betriebssequenzinformation ORD, die in der Betriebs-/Operations-sequenzmanagementsektion 4 gespeichert ist. Eine externe Vorrichtung bezieht sich auf die Systemsteuereinheit, die das System S steuert, das Eingabemittel, durch das der Nutzer ein Kommando eingibt, oder usw. Beispielsweise ist diese Ausführungsform in einer objektorientierten Programmierungsumgebung implementiert, in der jede Einheit 2 ein separates Beispiel ist und eine Nachricht von einer anderen Beispielshandlung wie der Steuersektion 3 an jede Einheit 2 gesendet wird. Diese Steuersektion 3 korrespondiert mit dem in Anspruch 5 beschriebenen Einheitensteuermittel.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die konkrete Konfiguration jeder Einheit 2 zeigt. Wie in dieser Fig. gezeigt, weist jede Einheit 2 das Aufstromterminal 5 und das Abstromterminal 6 zum Informationstransfer zum oder vom in 1 gezeigten Signalpfad 1. Obwohl ein Aufstromterminal 5 und ein Abstromterminal 6 in 2 bereitgestellt sind, kann eine Vielzahl von diesen zu jeder in 1 gezeigten Einheit bereitgestellt werden. Das Aufstromterminal 5 und Abstromterminal 6 sind designt, um es Signalen zu erlauben, nicht nur vom Abwärtsstrom zum Aufwärtsstrom, sondern ebenso vom Aufwärtsstrom zum Abwärtsstrom gesendet zu werden. Das Aufstromterminal 5 korrespondiert mit dem ersten Terminal in Anspruch 10, während das Abstromterminal 6 mit dem zweiten Terminal korrespondiert.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß der in 1 gezeigte Signalpfad aktiviert ist, nicht durch die Betriebsnachricht MES, jedoch durch ein in einem der verbundenen Einheiten 2 erzeugten Ereignis, in der eine Operation vervollständigt wird. Durch den Signalpfad 1 wird das Vorwärtsausgabesignal FWOS oder Rückwärtsausgabesignal BWOS vom Abstromterminal 6 oder dem Aufstromterminal 5 von einem der Einheiten 2 zum Aufstromterminal 5 oder dem Abstromterminal 6 der anderen Einheit 2 gesendet.
Empfängt das Aufstromterminal 5 oder das Abstromterminal 6 ein Signal, das entweder das Vorwärtsausgabesignal FWOS oder das Rückwärtsausgabesignal BWOS ist, von innerhalb der Einheit 2, behält das Terminal die Inhalte des Signals und zur gleichen Zeit sendet es das Signal zum Signalpfad 1. Auf der anderen Seite, wenn das Aufstromterminal 5 oder das Abstromterminal 6 ein Signal von einer externen Vorrichtung empfängt, behält das Terminal die Inhalte des Signals und schickt das Signal zu einer internen Komponente der Einheit 2, wenn die Komponente auf das Signal zugreift.
Jede Einheit 2 weist ebenso die Betriebssektion 7 auf, die die oben beschriebene Vorwärtsverarbeitung durchführt, wobei die Parameterspeichersektion 8, die Vorwärtsoperationsbetriebsparameter PRM (im nachfolgenden als Parameter PRM gezeichnet) aufweist, zur Vorwärtsverarbeitung verwendet wird. Die Betriebssektion 7 führt die Vorwärtsverarbeitungsoperation durch, basierend auf zwei Faktoren: das Vorwärtseingabesignal FWIS, das vom Aufstromterminal 5 eintritt und die in der Parameterspeichersektion 8 gespeicherten Parameter PRM. Anschließend sendet die Betriebssektion das Betriebsergebnis zum Abstromterminal 6 als das Vorwärtsausgabesignal FWOS. Der Betrieb der Betriebssektion 7 und die Parameter PRM werden gemäß der Funktion jeder Einheit 2 aufgestellt. Dieses Merkmal ermöglicht es, die Funktion gemäß der Einheit 2, gezeigt in 1, zu variieren oder ermöglicht es den Einheiten der gleichen Schicht, die gleiche Funktion aufzuweisen.
Jede Einheit 2 weist die Lernsektion 9 auf, die die Parameter PRM updatet/aktualisiert, in der oben beschriebenen Parameterspeichersektion 8 speichert und Lernen durchführt, d. h., die oben beschriebene Rückwärtsverarbeitung durchführt. Diese Lernsektion 9 weist die Erzeugungssektion 10 auf, die Modifikationsinformation MDIS für die oben beschriebene Rückwärtsverarbeitung erzeugt, die Modifikationsinformationsspeichersektion 11, die die Modifikationsinformation MDIS speichert, und die Modifikationssektion 12, die den oben beschriebenen Parameter PRM modifiziert gemäß der Modifikationsinformation MDIS.
Nach Erzeugung der Modifikationsinformation MDIS, die auf dem Rückwärtseingabesignal BWIS basiert, das vom Abstromterminal 6 gesendet wird (d. h., daß das Fehlersignal OS' einen zwischen den Einheiten 2 proparierten Fehler anzeigt), und in der Parameterspeichersektion 8 gespeicherten Parametern PRM, sendet die Erzeugungssektion 10 das Betriebsergebnis zum Aufstromterminal 5 als das Rückwärtsausgabesignal BWOS. Es sendet ebenso die Modifikationsinformation MDIS zur Modifikationsinformationsspeichersektion 11. Im besonderen gibt die Erzeugungssektion 10 das Rückwärtsausgabesignal BWOS aus, das einen Fehler zum Aufstrom anzeigt, während in Betracht gezogen wird, wieviel deren eigener Parameter PRM mit dem Fehler zu tun hat, nach Empfang eines Fehlers vom Abwärtsstrom (das ist das Rückwärtseingabesignal BWIS). Dieses Signal wird in das Abstromterminal 6 der Einheit 2 auf der aufströmigen Seite als das Fehlersignal OS' eingegeben.
An diesem Punkt kann die Erzeugungssektion 10 auf dem Fehlersignal OS' basierende Modifikationsinformation MDIS erzeugen, wobei die Parameter PRM in der Parameterspeichersektion 8 ebenso wie in der Betriebs sektion 7 enthaltene Information (beispielsweise Vorwärtseingabesignal FWIS oder Vorwärtsausgabesignal FWOS) gespeichert sind.
Die Modifikationssektion 12 modifiziert auf zwei Faktoren basierende Parameter: die in der Modifikationsinformationsspeichersektion 11 gespeicherte Modifikationsinformation MDIS und die in der Parameterspeichersektion 8 gespeicherten Parameter PRM. Im besonderen, basierend auf Fehlerinformation (das ist das Rückwärtsausgabesignal BWOS), die vom Abwärtsstrom gesendet wird, führt die Modifikationssektion 12 eine Operation durch, um zu überprüfen, wieviel Parameter PRM-Modifikation benötigt wird, um den Fehler zu reduzieren, und speichert das Ergebnis in der Parameterspeichersektion 8 als den neuen Parameter PRM ab.
Jede Einheit 2 weist die Steuersektion 13 auf, die den Betrieb der internen Komponenten der Einheit 2 steuert. Basierend auf der Betriebsnachricht MES, gesendet von der Betriebssektion 3, die außerhalb der in 1 gezeigten Einheit 2 lokalisiert ist, sendet die Steuersektion 13 Betriebsinstruktionen zu jeder Komponente. Das heißt, daß die Steuersektion 13 die Vorwärtsbetriebsinstruktion FWM an jede Betriebssektion 7 sendet, die Rückwärtsoperations-/betriebs-instruktion BWM zur Erzeugungssektion 10 und die Modifikationsbetriebsinstruktion MDM zur Modifikationssektion 12.
Wie in 3 gezeigt, kann das gesamte System S hierarchisch strukturiert sein, mit dem System S in 1 als einer Niedrigerlevel-Einheit und einer Höherlevel-Einheit.
Die Betriebs-/Operationssektion 7, Erzeugungssektion 10, Modifikationssektion 12 und Steuersektion 13 korrespondieren mit dem Betriebsmittel, Erzeugungsmittel und Modifikationsmittel, in den Ansprüchen 1 und 3 beansprucht, bzw. dem im Anspruch 6 beanspruchten Steuermittel.
(2) Betrieb und Effekte/Wirkungen des Systems
Das folgende erläutert, wie das System S in dieser Ausführungsform operiert.
(2-1) Betrieb des Systems S
Konzeptionell arbeitet das System S in 1 wie folgt:
[Vorwärtsverarbeitung]
4(a) ist ein Konzeptdiagramm, das zeigt, wie das System S die Vorwärtsverarbeitung durchführt. Wie in der Fig. gezeigt, sendet die Steuersektion 3 die Vorwärtsverarbeitung instruierende Betriebsnachricht MES an die Einheit 2 in der Reihenfolge, in der die Operationen durchgeführt werden, wenn das Eingangssignal IS zum Eingabeterminal des Lernsystems S gesendet wird und wenn die Vorwärtsverarbeitung instruierende Betriebsnachricht MES von einer externen Vorrichtung zur Steuersektion 3 gesendet wird. Dies verursacht das über den Signalpfad 1 zur Einheit 2 zu sendende Eingabesignal IS. Ein Signal von jeder Einheit 2 wird ebenso über den Signalpfad 1 zur Einheit 2 in der folgenden Phase gesendet und das Ausgabeterminal als das Ausgabesignal OS ausgegeben.
In einigen Fällen beinhaltet das System S hierarchisch strukturierte Einheiten 2 und jede Einheit wiederum enthält ein anderes System S. In diesem Fall wird die gleiche Verarbeitung für das System S in der Einheit 2 wie für das gesamte in 1 gezeigte System S rekursiv wiederholt, wenn jede Einheit 2 die Vorwärtsverarbeitung anzeigende Betriebsnachricht MES empfängt.
Beispielsweise wird in 4(a) angenommen, daß die Betriebsnachricht MES zu den Einheiten in der Reihenfolge von (1) bis (9) gesendet wird. Dies verursacht, daß die Einheiten 2 in dieser Reihenfolge operieren; das heißt, daß die in 2 gezeigte Operationssektion 7 Vorwärtsverarbeitung durchführt, um das Eingabesignal IS vom Eingabesignal zum Ausgabesignal zu senden. Als Ergebnis wird das Ausgabesignal OS zum Ausgabeterminal als Betriebsergebnis der Vorwärtsverarbeitung gesendet.
Obwohl die Einheiten 2 in der Reihenfolge von (1) bis (9) in der obigen Beschreibung aktiviert werden, ist dieses nicht immer notwendig. Das heißt, daß die Einheiten 2 gleichzeitig aktiviert sein können. Dies trifft auf die unten beschriebene Rückwärtsverarbeitung zu.
[Rückwärtsverarbeitung]
4(b) ist ein Konzeptdiagramm der durch das System S durchgeführten Rückwärtsverarbeitung. Wie in der Fig. gezeigt, wenn das Ausgabesignal OS' zum Ausgangsterminal des Systems S gesendet wird und zur gleichen Zeit die Betriebsnachricht MES die Rückwärtsverarbeitung anzeigende Betriebsnachricht MES von einer externen Vorrichtung zur Steuersektion 3 gesendet wird, sendet die Steuersektion 3 die Rückwärtsverarbeitung anzeigende Betriebsnachricht MES zu den Einheiten 2 in der spezifizierten Betriebs-/Operations-reihenfolge.
Beispielsweise wird angenommen, daß die Betriebsnachricht MES zu den Einheiten (1) bis (9) in dieser Reihenfolge, wie in 4(b) gezeigt, gesendet wird.
Dies verursacht in jeder Einheit 2 die Erzeugungssektion 10 zur Erzeugung eines Erzeugungsverarbeitungsbetriebs und die Modifikationssektion 12 zur Erzeugung eines Modifikationsverarbeitungsbetriebs. Das heißt, daß die Erzeugungssektion 10 das Rückwärtsausgabesignal BWOS erzeugt, welches ein Fehler in der Einheit 2 ist, basierend auf dem Rückwärtseingabesignal BWIS und dem Parameter PRM. Ist dort die nächste Schicht, wird dieses Rückwärtsausgabesignal BWOS als das Fehlersignal OS' der Einheit 2 der nächsten Schicht sequenziell gesendet.
Daher fließt das Fehlersignal OS' vom Ausgabeterminal zum Eingabeterminal. Als Ergebnis wird die Modifikationsinformation MDIS in der Modifikationsinformationsspeichersektion 11 jeder Einheit 2 akkumuliert und zur gleichen Zeit die in der Paramterspeichersektion 8 gespeicherten Parameter PRM modifiziert. Das zum System in der vorherigen Phase zu sendende Fehlersignal IS' wird am Eingabeterminal erzeugt.
(2-2) Lernen des System S
Das System S, das die Vorwärtsverarbeitungsfunktion und die Rückwärtsverarbeitungsfunktion aufweist, führt die Lernoperation wie folgt durch. Bei Durchführung der Lernoperation verwendet das System S üblicherweise eine Mehrzahl von Datensatzpaaren, wobei jedes Paar aus dem Eingangssignal IS und einem Datensatz für das Ausgabesignal OS besteht, das mit dem Eingangssignal IS (Lehrerinformation) korrespondieren sollte.
5 ist ein Flußdiagramm, das die Lernprozedur zeigt. Zunächst führt das Steuermittel des Systems, das das System S aufweist, nicht gezeigt in der Fig., eine Initialisierung (Schritt 51) durch und löscht/resetet anschließend den Datensatzzähler/Datensatzcounter (Schritt 52). Anschließend prüft das Steuermittel (oder der Nutzer), ob es sämtliche Datensätze (Schritt 53) ausgewählt hat und, falls nicht, wählt sequenziell die nächsten Datensätze aus (Schritt 54).
Anschließend sendet das Steuermittel (oder der Nutzer) die Operations-/Betriebs-nachricht MES zur Steuersektion 3, um die oben beschriebene Vorwärtsverarbeitung zu verursachen, basierend auf dem Eingangssignal IS vom ausgewählten Datensatz (Schritt 55). Während dieser Erzeugungsverarbeitung wird das Ausgangssignal OS erzeugt. Das heißt, daß nach Empfang der Betriebsnachricht MES die Betriebssektion 7 in jeder in 2 gezeigten Einheit 2 das Vorwärtsausgangssignal FWOS erzeugt, das mit dem Vorwärtseingangssignal FWIS, basierend auf dem Parameter PRM, korrespondiert. Dieses Vorwärtsausgangssignal FWOS wird anschließend zur Einheit 2 der nächsten Schicht als das Eingabesignal IS gesendet, wenn dort die nächste Schicht ist.
Basierend auf dem erzeugten Ausgangssignal OS und der Lehrerinformation führt das Steuermittel anschließend die oben erwähnte Erzeugungsverarbeitung durch Rückpropagation (Schritt 56) durch. Das heißt, daß die Erzeugungssektion 10 das Fehlersignal OS' erzeugt, basierend auf dem Ausgangssignal OS und der Lehrerinformation, und es zum Ausgangsterminal sendet. Dies erlaubt es der Modifikationsinformation MDIS, erzeugt und in Einheit 2 gespeichert zu werden.
In jeder Einheit 2 wird Fehlerinformation auf jeder Einheit 2 der Schicht erzeugt, basierend auf dem Ausgangssignal 0S und den Parametern PRM einschließlich der Fehlerinformation und Ladewerte. Diese Fehlerinformation wird anschließend an jede Einheit 2 auf der vorherigen Schicht gesendet. In jeder Einheit 2 wird die Modifikationsinformation auf den Parametern PRM erzeugt und anschließend zu der Modifikationsinformation MDIS addiert.
Anschließend inkrementiert das Steuermittel den Datensatzzähler (Schritt 58), wobei das Steuermittel (oder der Nutzer) prüft, um zu sehen, ob sämtliche Datensätze ausgewählt worden sind (Schritt 53). Es wiederholt die Schritte 53–57, bis sämtliche Datensätze ausgewählt worden sind. Nachdem sämtliche Datensätze ausgewählt worden sind, führt die Steuersektion 13 die Modifikationsverarbeitung auf den Parametern PRM in jeder Einheit 2 (Schritt 58) durch. Das heißt, daß in 2 die Steuersektion 13 in jeder Einheit 2 die Modifikationsbetriebsinstruktion MDM zur Modifikationssektion 12 sendet nach Empfang der Modifikationsverarbeitung anzeigenden Betriebsnachricht MES von der Steuersektion 3. Dies verursacht die Modifikationssektion 12, die auf der Modifikationsinformation MDIS, die in der Modifikationsinformationsspeichersektion 11 gespeichert ist, basierende Parameter PRM zu modifizieren.
Nach dieser Modifikationsverarbeitung initialisiert die Steuersektion 13 die in der Modifikationsinformationsspeichersektion 11 gespeicherte Modifikationsinformation MDIS. Die Steuersektion 3 prüft, um zu sehen, ob der Fehler des gesamten Systems S eine Bedingung erfüllt, beispielsweise, wenn der Fehler des gesamten Systems S innerhalb eines bestimmten Bereiches (Schritt 9) fällt. Wird die bestimmte Bedingung erfüllt, wird die Verarbeitung beginnend im Schritt 52 wiederholt. Man beachte, daß die Modifikationsverarbeitung (Schritt 58) nach der Erzeugungsverarbeitung (Schritt 56) für jeden Datensatz durchgeführt werden kann.
(2-3) Aufbau des Systems S
Das folgende faßt die Prozedur zum Aufbau eines oben beschriebenen Systems S zusammen. 6 faßt die Prozedur zum Aufbau eines Systems S in dieser Ausführungsform zusammen. Wie in dieser Prozedur gezeigt, wählt der Nutzer sequenziell die Elemente aus, einzeln zu einer bestimmten Zeit, die für das System S erforderlich sind, das heißt, solche Elemente wie beispielsweise die Einheiten 2 und die Signalpfade 1 (Schritt 62). Nach Auswahl (Schritt 64) verbindet der Nutzer die Elemente (Schritt 65) und addiert die Betriebssequenz zum Steuermittel (Steuermittel, angeeignet durch das System zum Aufbau des Systems S) (Schritt 66).
Die bestehenden Einheiten 2 und Signalpfade 1 werden von der vorherig erzeugten Bibliothek ausgewählt zum Aufbau des Systems (Schritte 61 und 62). Auf der anderen Seite erzeugt der Nutzer die neuen Einheiten 2 und Signalpfade 1 (Schritt 63). Um die Einheiten 2 und Signalpfade 1 zu erzeugen, verwendet der Nutzer Funktionstyp oder Prozedurtyp, um die Operation der Betriebssektion 7 (Vorwärtsverarbeitung) zu kodieren, den Betrieb der Erzeugungssektion 10 (Rückwärtsverarbeitung) und den Betrieb der Modifikationssektion 12 (Modifikationsverarbeitung). Die Betriebssequenz hängt vom Informationsfluß vom Eingangssignal zum Ausgangssignal ab, die Signalabhängigkeit berücksichtigend.
Wie oben beschrieben, besteht das System S in dieser Ausführungsform aus den Einheiten 2, wobei jede die Vorwärtsverarbeitungsfunktion und die Rückwärtsverarbeitungsfunktion aufweist. Aus diesem Grund weist das System S in dieser Ausführungsform die folgenden Vorteile auf. Das System S, das aus den Einheiten 2 besteht, die jeweils untereinander durch Signalpfade 1 verbunden sind, führt die Vorwärtsverarbeitung und Rückwärtsverarbeitung durch, während die Einheiten 2 synchronisiert werden mit Nachrichten von der Steuersektion 3. Aus diesem Grund erlaubt die Steuersektion 3 es dem Nutzer, die Einheiten 2 zu steuern, um die notwendigen Operationen wie beispielsweise Ausgabesignal-OS-Erzeugung oder Lernen durchzuführen. Beispielsweise wird während der Durchführung der Lernoperation durch Rückwärtspropagation die Lernsektion 3 jeder Einheit 2 automatisch in der umgekehrten Richtung der Vorwärtsverarbeitung gesteuert.
Ein anderer Vorteil ist der, daß der Nutzer das System S einfach durch Verbinden der Einheiten 2 aufbauen kann, da jede Einheit 2 die Lernsektion 9 aufweist. Der Nutzer kann ebenso das Lernen oder die Modifikationsoperation auf dem gesamten System S einfach durch Kombinieren der entsprechenden Lern- oder Modifikationsoperationen in all den Einheiten 2 durchführen. Zu dieser Zeit ist die Lernoperation in jeder Einheit 2 abgeschlossen in der Einheit 2, obwohl Informationen wie beispielsweise Fehlerinformationen zwischen den Einheiten 2 transferiert wird. Dies eliminiert die Notwendigkeit für den Nutzer, das Lern- oder Modifikationsmittel spezifisch für das gesamte System S zu designen, nachdem der Nutzer das System S aufgebaut oder verändert hat, dies die Systemaufbauaufgabe einfacher machend. Daher kann jede Einheit 2 unabhängig aufgebaut werden, wenn das System S in dieser Ausführungform aufgebaut wird. Das System zum Aufbau des Systems S wird benötigt, um nur die Editierfunktion jeder Einheit 2 und die Verknüpfungsfunktion sämtlicher Einheiten 2 aufzuweisen, die Konfiguration einfacher machend.
Da in dieser Ausführungsform die Parameter PRM modifiziert werden können, basierend auf der Modifika tionsinformation MDIS, kann die Lernverarbeitung in solch einer simplen Methode wie der Rückwärtspropagation durchgeführt werden.
B. Konfiguration, Operation/Betrieb und Effekte/Wirkungen des Systemaufbau-Systems
Das folgende erklärt das Systemaufbau-System in dieser Ausführungsform, das zum Aufbau des oben beschriebenen Systems S verwendet wird. Diese Ausführungsform korrespondiert mit dem Systemaufbausystem, das in den Ansprüchen 11 bis 18 beansprucht wird.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration des Systemaufbausystems 20 in dieser Ausführungsform zeigt. In dieser Fig. ist die Ziffer 21 die Nutzer-Interface-Schnittstellensektion, die ein Display aufweist wie beispielsweise ein CRT-Display und eine Eingabevorrichtung wie beispielswiese eine Tastatur (Keyboard) oder Maus. Das Systemaufbausystem 20 transferiert Informationen zum oder vom Nutzer über die Nutzer-Interface-Sektion 21. Andere Eingabe/Ausgabevorrichtungen können verwendet werden; beispielsweise kann das Display ein Flüssigkristalldisplay sein und als die Eingabevorrichtung ein Lightpen (Lichtstift) an Stelle einer Maus verwendet werden.
In 7 analysiert die Datenverarbeitungssektion 22 Befehle, die über die Nutzer-Interface-Sektion 21 eingegeben werden, und verarbeitet eingegebene Designinformation. Die Verarbeitungsergebnisse werden zu jeder Komponente in dem Systemaufbausystem 20 gesendet. Das Systemfenster 23 transferiert Betriebsinformationen, verwendet zum Aufbau des Systems S, zum oder vom Nutzer über die Nutzer-Interface-Sektion 21. Das heißt, wenn der Nutzer ein Kommando von der Nutzer-Interface- Sektion 21 eingibt, daß das Systemfenster 23 den Befehl zur Datenverarbeitungssektion 22 sendet. Umgekehrt sendet das Systemfenster 23 die Inhalte der Daten zur Nutzer-Interface-Sektion 21 nach Empfang von Daten von der Datenverarbeitungssektion 22; beispielsweise stellt es Daten auf dem Display dar. Das Systemfenster 23 erscheint dem Nutzer als die Systemeinheit des Systemaufbausystems 20.
Die Funktionseditorsektion 24 weist Funktionseditoren beispielsweise den Netzwerkeditor 25, Regeleditor 26 und Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 auf. Die Funktionseditorsektion 24 transferiert Designinformation des Systems S zum oder vom Nutzer über die Nutzer-Interface-Sektion 21. Die Funktionseditoren der Funktionseditorsektion 24 weisen jeweils die Schnittstellen auf, die kompatibel mit den Funktionen der Einheiten 2 des Systems S sind. Daher können die Funktionseditoren gemäß der Funktion der Einheit 2 zugeordnet werden.
Gibt der Nutzer System-S-Designinformation über die Nutzer-Interface-Sektion 21 ein, sendet die Funktionseditorsektion 24 diese zur Datenverarbeitungssektion 22. Wird Designinformation von der Datenverarbeitungssektion 22 gesendet, informiert die Funktionseditorsektion 24 den Nutzer der Information; beispielsweise zeigt die Sektion die Information auf einem mit der Nutzer-Interface-Sektion 21 verbundenen Display an.
In 7 enthält die Systemdesigndatenspeichersektion 28 durch die Datenverarbeitungssektion 22 zu verarbeitende System-S-Designinformation. Diese Designinformation wird auf einer Einheit-2-Basis gemanagt. Die Details dieser Designinformation werden später beschrieben.
Die Einheitendatenbasis 29 enthält zwei Typen von Information: die eine ist die durch den Nutzer zu ver wendende Designinformation, um die System-S-Designinformation, die für jede Einheit 2 benötigt wird, zu editieren oder zu prüfen, und die andere ist die Definition eines zu verwendenden Funktionseditors, um die Designinformation auf der Einheit 2 zu editieren oder zu prüfen. Aus diesem Grund wird sich auf die Einheitendatenbasis 29 bezogen für einen Funktionseditor, der für die Einheit 2 verwendet wird, wenn die Datenverarbeitungssektion 22 eine Editorstartanfrage für eine Einheit 2 vom Nutzer empfängt.
Die Einheitenbibliothek 30 ist eine Bibliothek, die die Maske für jede für den Aufbau des Systems S verwendete Einheit enthält. Um jede Maske zu verwenden, muß der Nutzer die aktuellen Designinformationswerte für die Einheit 2 spezifizieren. Die Maske für jede Einheit 2 setzt sich zusammen aus der Definition an durch Operations-/Betriebs-Sektion 7, Erzeugungssektion 10 und Modifikationssektion 12 durchzuführender Verarbeitung.
Die Zielsystemumwandlungssektion 31 verbindet die Maske in der Einheitenbibliothek 30, basierend auf der in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeicherten Designinformation, um ein Durchführungsprogramm 32 zu erzeugen. Dieses Programm implementiert das Zielsystem S. Das Durchführungsprogramm 32, die Einheit des Systems S, das mittels des Systemaufbausystems 20 designt ist, wird als ein Programm separat vom Systemaufbausystem 20 durchgeführt.
Die Kommunikationssektion 33 erlaubt es dem Systemaufbausystem 20, mit dem Durchführungsprogramm 32 zu kommunizieren. Das heißt, daß die Kommunikationssektion 33 Information auf der durch das Ausführungsprogramm 32 durchzuführenden Verarbeitung zur Datenverarbeitungssektion 22 sendet und zur gleichen Zeit die Instruktionen von der Datenverarbeitungssektion 22 zum System S sendet.
[Funktionseditor 24]
Das folgende zeigt im Detail die Funktionseditorsektion 24. In dieser Ausführungsform sind drei Editoren vorhanden: der Netzwerkeditor 25, der Regeleditor 26 und der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27, wie oben beschrieben.
➀ Netzwerkeditor 25
Zunächst wird der Netzwerkeditor 25 erklärt. Der Netzwerkeditor 25, der zur Verknüpfung einer Einheit 2 mit einer anderen Einheit 2 mit einem Signalpfad 1 da ist, erlaubt es dem Nutzer, die Konfiguration des Systems S, die die Bedingung erfüllt, zu designen. Das heißt, daß dieser Editor verwendet wird, um die Konfiguration eines Netzwerkes zu editieren, wie beispielsweise die eine in 1 gezeigte. Darüber hinaus kann eine Einheit 2 eine andere Einheit 2 innerhalb derselben (hierarchische Struktur) aufweisen. Der Netzwerkeditor 25 wird als der Funktionseditor beispielsweise einer Einheit 2 verwendet. Selbst wenn die Struktur des Systems S kompliziert ist, kann der Nutzer daher eine hierarchische Struktur mit dem Netzwerkeditor 25 spezifizieren, um ein Funktionssystem in der konsistenten Art und Weise aufzubauen.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Netzwerkeditors 25 und der Datenverarbeitungssektion 22 und deren Beziehung mit anderen Komponenten zeigt. Wie in dieser Fig. gezeigt, weist der Netzwerkeditor 25 die Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 und die Positionsinformationsakquisitionssektion 43 auf. Wählt der Nutzer eine Einheit 2 oder einen Signalpfad 1 von der Eingabesektion 40 der Nutzer-Interface-Sektion 21 (die die oben beschriebene Eingabevorrichtung ist), erhält die Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 die nutzerausgewählte Information. Spezifiziert der Nutzer die Arrangementposition der Einheit 2 oder des Signalpfades 1 von der Eingabesektion 40, erhält die Positionsinformationsakquisitionssektion 43 diese Information.
Der Netzwerkeditor 25 weist ebenso die Displaydatenspeichersektion 44 auf, die auf der Displaysektion 41 der Nutzer-Interface-Sektion 21 (die das oben beschriebene Display ist) darzustellende Daten aufweist. Werden Daten von der Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 oder der Positionsinformationsakquisitionssektion 43 zur Displaydatenspeichersektion 44 gesendet, wird die Einheit 2 und der Signalpfad 1 an den spezifizierten Positionen dargestellt. Wählt der Nutzer eine bestehende Einheit 2 oder Signalpfad 1 aus, werden darüber hinaus die Einheit 2 oder Signalpfad 1, gespeichert in der Displaydatenspeichersektion 44, auf der Displaysektion 41 angezeigt und zur gleichen Zeit zur Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 gesendet. Dies verursacht Einheiten 2 und Signalpfade 1, ausgewählt durch den Nutzer über die Eingabesektion 49, durch die Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 zu erhaltend.
Die Datenverarbeitungssektion 22 weist die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 auf, zu der durch die Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 erhaltene Information und die Positionsinformationsakquisitionssektion 43 gesendet werden. Basierend auf der Information der Typen der Einheiten 2 und Signalpfade 1, die von der Einheiten-/Signalpfad-Auswahlsektion 42 gesendet wird, und auf der Arrangementinformation auf den Einheiten 2 und Signalpfade 1, die von der Posi tionsakquisitionssektion 43 gesendet wird, designt die Systemkonfigurationszustanddesignsektion 45 sequenziell die Systemkonfiguration. Das heißt, wenn der Nutzer Einheiten 2 von der Eingabesektion 40 auswählt und die Einheiten 2 mit Signalpfaden 1 verbindet, erzeugt die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 die Designinformation auf dem System S von der Beziehung zwischen den Einheiten 2, formatiert die erzeugte Information und speichert diese in der Systemdesigndatenspeichersektion 28. Ebenso sendet die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 die Designinformation zur Displaydatenspeichersektion 44 des Netzwerkeditors 25, um diese auf der mit der Nutzer-Interface-Sektion 21 verbundenen Displaysektion 41 darzustellen.
Der Netzwerkeditor 25 weist die Attribut-Setup-Sektion 47 auf, die die nutzerspezifizierten Attribute der arrangierten Einheiten 2 erhält, spezifiziert durch den Nutzer über die Eingabesektion 40. Hier bezieht sich ein Attribut auf den Namen der Funktion von, und andere Informationen auf, einer Einheit 2. Bei Spezifizierung des Attributes einer Einheit 2, erlaubt die Attribut-Setup-Sektion 47 es dem Nutzer, notwendige Attribute von der Einheitendatenbasis 29 über die Eingabesektion 40 auszuwählen und zu erhalten. Die Datenverarbeitungssektion 22 weist die Attributenverarbeitungssektion 48 auf, die die Attribute erhält, definiert über die Eingabesektion 40, und diese in der Einheitendatenbasis 29 und Einheitenbibliothek 30 speichert. Die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 speichert die Inhalte der Attribute der Einheiten 2 in der Systemdesigndatenspeichersektion 28.
Attribute können spezifiziert werden beispielsweise über ein interaktiv auf der Displaysektion 41 angezeigten Menü. Das heißt, daß die Menüdisplayver arbeitungssektion (nicht in der Fig. gezeigt), die Attribute im Dialogmenü der Displaysektion 41 anzeigt, um es dem Nutzer zu erlauben, existierende Attribute zu verwenden. Verwendet der Nutzer die Eingabesektion 40, um ein Attribut auszuwählen aus solchen im Dialogmenü abgebildeten, erhalten die Attribut-Setup-Sektion 47 und die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 deren Inhalte.
Diese Menüdisplayverarbeitungssektion ist als ein Teil der Attribut-Setup-Sektion 47 oder als ein Teil des Systemfensters 23 implementiert.
Der Netzwerkeditor 25 weist die Betriebssequenz-Setup-Sektion 49 auf, die eine durch den Nutzer über die Eingabesektion 40 für die arrangierten Einheiten spezifizierte Operations-/Betriebs-sequenz erhält. Die Datenverarbeitungssektion 22 weist die Betriebssequenzverarbeitungssequenz 50 auf, die eine Operationssequenz, die erhalten wird durch die Operationssequenz-Setup-Sektion 49, in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 speichert.
In 8 weist die Datenverarbeitungssektion 22 die interne Zustandsakquisitionssektion 51 auf. Die interne Zustandsakquisitionssektion 51 erhält den internen Zustand des Ausführungsprogrammes 32 über die Kommunikationssektion 33 und sendet diesen zur Display/Anzeigedatenspeichersektion 44. Dies ermöglicht es dem Nutzer, mit dem Netzwerkedidtor 25 gestartet, anzuzeigen, was das Ausführungsprogramm 32 tut.
Das in Anspruch 11 beanspruchte Einheitenauswahlmittel korrespondiert mit der Einheiten/Signalpfadauswahlsektion 42, und das in diesem Anspruch beanspruchte Einheitenverbindungsmittel korrespondiert mit der Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 und Positionsinformationsakquisitionssektion 43. Das Systemkonfigura tionszustandsdisplaymittel, Einheitendisplaymittel und Signalpfaddisplaymittel, beansprucht in den Ansprüchen 11, 15 und 17, korrespondieren mit der Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 und der Displaydatenspeichersektion 44. Das in Anspruch 18 beanspruchte Editiermittel und das in Anspruch 17 beanspruchte Konfigurationszustandseditiermittel korrespondiert mit der Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 und der Positionsinformationsakquisitionssektion 43. Das in Anspruch 17 beanspruchte Verbindungsinformationsspeichermittel korrespondiert mit der Systemdesigndatenspeichersektion 28 und das Designinformations-Update-Mittel korrespondiert mit der Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45. Das in Anspruch 13 beanspruchte Funktionszuordnungsmittel korrespondiert mit der Attribut-Setup-Sektion 47. Das in Anspruch 18 beanspruchte Ausführungsprogrammerzeugungsmittel korrespondiert mit der Zielsystemumwandlungs-/Konvertierungssektion 31 und die Ausführungsinhalteakquisitionssektion korrespondiert mit der Kommunikationssektion 33 und internen Zustandsakquisitionssektion 51.
➁ Regeleditor 26
Das folgende erklärt den Regeleditor 26. Dieser Regeleditor 26 korrespondiert mit dem Regelaufstellmittel, einem der oben beschriebenen Funktionsinformations-Setup-Mittel. Der Regeleditor 26 wird verwendet, um IF-THEN-Regeln zu designen und zu modifizieren, wenn eine Einheit 2 eine Funktion aufweist, beispielsweise eine Fuzzy-Inferenz, die auf der IF-THEN-Regeln basierende Inferenz durchführt. Eine Einheit 2 kann eine Mehrzahl von IF-THEN-Regeln enthalten. Designinformation auf einer IF-THEN-Regel wird als eine Aussage, eine Liste von Labeln der Aussagen und deren Kombina tionen dargestellt. Dieser Regeleditor 26 ist wichtig beim Designen eines Fuzzy-Systems. Durch Implementierung der Inferenzfunktion als eine Funktion einer Einheit 2 kann ein Fuzzy-System als ein Muster des Systems S aufgebaut werden.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Regeleditors 26 und die Beziehung mit anderen Komponenten zeigt. Gibt der Nutzer eine IF-THEN-Regel aus der Eingabesektion 40 ein, liest die Regel Setup-Sektion 60 in der Fig. die Inhalte und sendet diese zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22. Die Regel-Setup-Sektion 60 sendet ebenso die Inhalte der IF-THEN-Regel zur Displaydatenspeichersektion 61. Dies verursacht die der durch den Nutzer von der Eingabesektion 40 eingegebenen, auf der Displaysektion 41 anzuzeigenden Inhalte der Daten.
Der Regeleditor 26 weist darüber hinaus die Variablen-/Label-Setup-Sektion 26 auf, die die zu den Eingabe-/Ausgabevariablen durch den Nutzer über die Eingabesektion 40 vor einer IF-THEN-Regel aufgestellte zugeteilte Labels erhält. Die Variablen-/Label-Setup-Sektion 62 sendet die Variablen und Labels zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 und zur Displaydatenspeichersektion 61. Dies verursacht beispielsweise ein zu einer Variablen zugeteiltes Label, zum Pull-Down-Menü dazuzugebend.
➂ Mitgliedschaftsfunktionseditor 27
Anschließend wird der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 erklärt. Der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 korrespondiert mit dem Mitgliedschaftsfunktions-Setup-Mittel, einem der in Anspruch 13 beanspruchten Funktionsinformations-Setup-Mittel. Weist eine Einheit 2 eine Funktion zur Spezifizierung oder Evaluierung einer fuzzy-logik-basierenden Mitgliedschaftsfunktion auf, wird der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 verwendet, um die Mitgliedschaftsfunktion zu designen oder zu verändern. In diesem Fall kann eine Einheit 2 eine Mehrzahl von Mitgliedschaftsfunktionen aufweisen. Designinformation für eine Mitgliedschaftsfunktion wird dargestellt als ein Satz von Parametern (im nachfolgenden als Definitionsparameter bezeichnet), der den Typ einer Mitgliedschaftsfunktion spezifiziert. Der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 ist eine essentielle Funktion zum Designen eines Fuzzy-Systems mit der Lernfunktion. Eine Mitgliedschaftsfunktion, falls als eine Funktion einer Einheit 2 implementiert, erlaubt es dem Nutzer, ein Fuzzy-System als ein Typ des Systems S aufzubauen.
Um eine Mitgliedschaftsfunktion zu definieren, müssen das den Namen der Mitgliedschaftsfunktion spezifizierende "Label", der "Typ" der Mitgliedschaftsfunktion und die den Typ spezifizierenden Parameter als spezifische Größen spezifiziert werden.
10 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Details des Mitgliedschaftsfunktionseditors 27 und die Beziehung mit anderen Komponenten zeigt. In der Fig. sind dort eine Label-Setup-Sektion 70, Typ-Setup-Sektion 71 und Parameter-Setup-Sektion 72 vorhanden. Nach Empfang benutzerspezifischer "Labels", "Typen" oder Definitionsparameter aus der Eingabesektion 40 erhalten diese Sektionen die Inhalte und senden diese zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22. Jeder dieser Sektionen sendet die akquirierten Inhalte an die Displaydatenspeichersektion 73, um die aus der Eingabesektion 40 eingegebenen Inhalte auf der Displaysektion 41 anzuzeigen.
Man beachte, daß darüber hinaus zum Netzwerkeditor 25, Regeleditor 26 und Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 die Funktionseditorsektion 24 jeden Editortyp ausweisen kann gemäß der Funktion der Nutzer-Interface-Sektion 21. Beispielsweise durch Gruppieren von Eingabe-/Ausgabedatensätzen mit der Nutzung der spezifizierten Clustermethode kann ein Funktionseditor zur automatischen Erzeugung von IF-THEN-Regelsätzen bereitgestellt werden als eine upgegradete Version des Regeleditors 26.
[Designinformation auf Einheit 2]
Das folgende erklärt Designinformation auf den Einheiten 2. In der Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeicherte Designinformation auf Einheiten 2 ist im groben in zwei Dinge aufgeteilt: gemeinsame Größen und spezifische Größen. Gemeinsame Größen sind solche, die sämtlichen Einheiten 2 gemein sind, während spezifische Größen solche sind, die spezifisch zu einer Einheit 2 sind.
Gemeinsame Größen beinhalten die Dimensionen der Eingabe-/Ausgabedaten, Funktionsnamen, die die Namen der Funktionen der Einheiten 2 sind, und Lernwertelisten LPL. Die Dimensionen der Eingabe-/Ausgabedaten sind spezifiziert, wenn der Nutzer Einheiten 2 und Signalpfade 1 arrangiert, während Funktionsnamen als Attribute spezifiziert werden.
Ein System, das dabei ist, aufgebaut zu werden, weist die oben beschriebenen Parameter PRM auf. Diese Parameter PRM sind für eine Mehrzahl von Systemen S spezifiziert und innerhalb eines Systems S sind diese unter den Einheiten 2, die das System S bilden, aufgeteilt. Die oben erwähnte Lernwerteliste LPL bezieht sich auf einen Satz der in einer Einheit 2 existieren den Parameter PRM.
Die Lernwerteliste LPL muß nicht für sämtliche Einheiten 2 spezifiziert sein, diese muß lediglich für eine Einheit 2 mit Parametern PRM spezifiziert sein, die Lernen benötigen (Lernparameter). Die Lernwerteliste LPL, die durch einen Funktionseditor, der zur Funktionseditorsektion 24 gehört, spezifiziert wird, kann grundsätzlich über die gemeinsame Nutzer-Interface-Sektion 21 spezifiziert werden. Der Nutzer kann beispielsweise die Typen der Parameter PRM spezifizieren, wenn der Nutzer die Attribute der Einheiten 2 durch den Netzwerkeditor spezifiziert.
Als nächstes werden die spezifischen Größen erklärt. Weist beispielsweise eine Einheit 2 eine Mitgliedschaftsfunktion auf, müssen die Definitionsparameter für diese als spezifische Größen spezifiziert werden. Die Lernparameter, die gewöhlicherweise für die oben erwähnte Lernwerteliste LPL definiert sind, können für diese Definitionsparameter spezifiziert sein. In diesem Fall ist die Lernwerteliste LPL durch den Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 spezifiziert. Das heißt, daß durch Spezifizierung der Lernparameter für die Definitionsparameter einer Mitgliedschaftsfunktion ein Fuzzy-System, das den Typ einer Mitgliedschaftsfunktion erlernen kann, als das System S implementiert werden kann.
Für eine Einheit 2 mit der neuronalen Elementenfunktion können spezifische Werte wie beispielsweise ein Synopse-Kupplungsladewert spezifiziert werden. Durch Spezifizierung der Lernparameter, die gewöhnlich für die Lernwerteliste LPL spezifiziert sind, kann für diesen Synopse-Kupplungsladewert ein aus Einheiten 2 bestehendes Netzwerk, wobei jede eine neuronale Elementenfunktion aufweist, als ein neuronales Netzwerk auf gebaut werden.
Für einen für die Lernwerteliste LPL definierter Lernparameter sind der Änderungsbereich und die Initialwerte spezifiziert. Der Änderungsbereich wird beispielsweise dargestellt durch den Minimumwert und den Maximumwert. Ein anderer Lernwert in der gleichen Lernwerteliste LPL kann diesem Bereich zugeordnet sein. Dies ergibt eine Limitierung bezüglich der Relation der Parameter. Für den maximalen Wert oder den minimalen Wert muß der Wert anderer Parameter in der gleichen Lernwerteliste LPL nicht spezifiziert sein; an Stelle dessen kann ein den Wert enthaltender arithmetischer oder logische Ausdruck spezifiziert werden.
[Nutzer-Interface-Sektion 21 und verwandte Funktionskomponenten]
Das folgende erklärt die Nutzer-Interface-Sektion 21, gezeigt in 7, und die funktionalen mit der Nutzer-Interface-Sektion 21 verbundenen Komponenten.
Das Ausführungsprogramm 31, gezeigt in 7, ist in der Lage, das Systemaufbausystem 20 über den internen Zustand des Ausführungsprogrammes 32 während der Ausführung/Durchführung zu informieren. Dies wird bewerkstelligt über die Kommunikationssektion 33 im Systemaufbausystem 20. Dies verursacht, daß die Nutzer-Interface-Sektion 21 im Systemaufbausystem 20 den internen Zustand des Ausführungsprogrammes 32 in die Systemdesigndatenspeichersektion 28 schreibt oder den Nutzer über den internen Zustand über die Funktionseditorsektion 24 informiert.
Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Lernparameter PRM in einer Einheit 2 modifiziert wird; das heißt, daß die Lernwerteliste LPL in der Einheit 2 verändert wird. Anschließend informiert das Ausführungs programm die Nutzer-Interface-Sektion 21 über den Zustand über die Kommunikationssektion 33, wobei die Nutzer-Interface-Sektion die Funktionseditorsektion 24 dahingehend informiert, daß die Lernwerteliste LPL geändert worden ist. Dies verursacht, daß die Funktionseditorsektion 24 das folgende durchführt. Das heißt, daß auf dem Display der Nutzer-Interface-Sektion 21 die Funktionseditorsektion den Funktionseditor verursacht, der mit der Einheit 2 verknüpft ist, um Information anzuzeigen, die anzeigt, daß die Lernwerteliste LPL sich verändert hat. Diese Funktion erlaubt es dem Nutzer, den Ausführungszustand anzuzeigen und zu überprüfen ohne ein großes Nutzer-Interface im Ausführungsprogramm 32 bereitstellen zu müssen. Darüber hinaus kann der Lernprozeß und das Ergebnis des Systems S etwas über die Designinformation aussagen.
Der Funktionseditor zeigt nicht sämtliche Parameter PRM an, die geändert worden sind; dieser ist designt, um lediglich die Parameter PRM einer Einheit 2, die durch den Nutzer abgefragt werden, anzuzeigen.
Beispielsweise spezifiziert der Nutzer, mit einer Instruktionsvorrichtung wie beispielsweise einer Maus der Nutzer-Interface-Sektion 21 eine Einheit 2, die eine Lernwerteliste LPL aufweist. Nach Empfang einer Anfrage von der Instruktionsvorrichtung zeigt die Funktionseditorsektion 24 den Wert der Parameter PRM der spezifizierten Einheit 2 beispielsweise in einem Popup-Menü-Format an. Beendet der Nutzer die Operation auf der Einheit 2, stoppt die Funktionseditorsektion 24 das Display. Dies reduziert die auf der Nutzer-Interface-Sektion 21 durch die Funktionseditorsektion 24 anzuzeigende Menge an Information und macht es dem Nutzer möglich, den gesamten Betriebszustand des Ausführungsprogramms 32 zu verstehen.
Zeigt darüber hinaus die Funktionseditorsektion 24 eine Einheit 2 an, teilt diese der Nutzer-Interface-Sektion 21 mit, das Displayformat zu ändern entsprechend dahingehend, ob oder ob nicht die Einheit 2 die Lernwerteliste LPL aufweist. Das Display kann auf eine Reihe von Wegen verändert werden: Farbveränderung, Texturveränderung, Hervorheben (Highlinen) oder Animation. Werden die Lernparameter verändert, da das Ausführungsprogramm 32 einen Betrieb auf einer Einheit 2 mit einer Lernwerteliste LPL durchführt, wechselt die Funktionseditorsektion 24 das Displayformat gemäß der Änderungsmenge. Diese Funktion ermöglicht es dem Nutzer, visuell zu überprüfen, in welchem Teil des Systems S das Lernen durchgeführt wird und welcher Teil durch Lernen verändert wird.
(2) Betrieb und Effekte/Wirkungen des Systemaufbausystems 20
Die Prozedur zum Aufbau des Systems S mit dem Systemaufbausystem 20 in dieser Ausführungsform ist wie folgt. In der folgenden Erklärung ist das Systemaufbausystem 20 als ein Softwareprodukt mit der GUI auf einem Fenstersystem aufgebaut. 11 ist ein Beispiel eines Displayschirms. Wie in der Fig. gezeigt, enthält der Displayschirm das Systemfenster 23, wo die Funktionseditoren laufen.
Der Nutzer gibt Designinformation vom Keyboard/ Tastatur oder der Maus über die Nutzer-Interface-Sektion 21 ein, während einer visuellen Überprüfung der eingegebenen Information, die auf dem in 11 gezeigten Menüfenster angezeigt wird. Dies bedeutet, daß der Nutzer das System S designen kann, während einer Auswahl von Kommandos/Befehlen vom Menü M. Der Nutzer kann ebenso vom in 11 gezeigten Menü M Größen wählen, um das designte System S ins Ausführungsprogramm 32 zu konvertieren/umzuwandeln.
12 ist ein Flußdiagramm, das die Prozedur zum Aufbauen des Systems S zeigt. Als erstes gibt der Nutzer den Systemaufbaustartbefehl von der Eingabesektion 40, die mit der Nutzer-Interface-Sektion 21 verbunden ist, ein, um das Systemfenster 23 (Schritt 1201) zu starten. Anschließend wird der Schirm des Systemfensters 23 auf dem Schirm angezeigt. Der Nutzer stellt auf dem Schirm ein Projekt zum Erstellen des Zielsystems auf. Das Projekt ist eine Sammlung von Basisinformationen für das gesamte System S, einschließend den Namen des Systems S, das das Zielsystem ist.
Die Steuerung wird anschließend auf den Einheitenaufstellblock/Einheiten-Setup-Block übertagen/transferiert. Zunächst startet der Nutzer den Netzwerkeditor 25 (Schritt 1202). In diesem Schritt verwendet der Nutzer die Eingangssektion 40, wie beispielsweise die Maus oder das Keyboard, um den Netzwerkeditor 25 vom Menü M (Pull-Down-Menü etc.), das auf dem Schirm des Systemfensters 23, wie in 11 gezeigt, abgebildet wird, zu starten.
Dieser Netzwerkeditor 25 kann gestartet werden nicht durch die durch den Nutzer eingegebene Startanfrage, sondern automatisch, wenn der Nutzer das Aufstellen (Setting up) des Projektes beendet hat.
Der Netzwerkeditor 25 wird verwendet, um das gesamte System S zu editieren oder, wenn eine Einheit 2 hierarchisch strukturiert ist, die Systemkonfiguration des Internen der Einheit 2. Das Ergebnis ist der Schirm, wie beispielsweise der eine in 13 gezeigte, auf dem die Einheiten 2 und die Signalpfade 1 abgebildet sind. Auf dem Schirm in 13 sind die Arran gements der Einheiten 2 und deren Verbindungen komplettiert.
Anschließend wählt der Nutzer eine der folgenden Operationen vom durch den Netzwerkeditor 25 (Schritt 1203) abgebildeten Schirm aus. Die Operationen beinhalten Einheit-2-Arrangement (Schritt 1204), Verbindung einer Mehrzahl von arrangierten Einheiten 2 mit Signalpfaden 1 (Schritt 1205), Aufstellen/Setup der Attribute einer Mehrzahl von arrangierten Einheiten 2 (Schritt 1206–Schritt 1210) und Editierung von designter Information auf Einheiten 2 unter Verwendung des Funktionseditors (Schritt 1211).
Als erstes wählt der Nutzer Einheiten 2 von der Eingabesektion 40 aus und arrangiert diese wie folgt (Schritt 1204). Im besonderen führt der Nutzer üblicherweise die Operation wie folgt durch: der Nutzer wählt eine Größe von der Tool-Bar aus, die sich in der oberen linken Ecke des in 11 gezeigten Systemfensters 23 befindet, wählt eine gewünschte Einheit 2 aus und arrangiert die Einheit 2 an eine bestimmte Position auf dem Schirm des in 12 gezeigten Netzwerkeditors 25 (d. h., den Arbeitsplatz des Netzwerkeditors 25). Die auf diese Weise ausgewählte Einheit 2 wird durch die Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 ergänzend durch die in 10 gezeigte Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 akquiriert und zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22 gesendet. Die Arrangementposition der Einheit 2 wird durch die Positionsinformationsakquisitionssektion 43 akquiriert und zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 gesendet.
Anschließend verbindet der Nutzer eine Mehrzahl von arrangierten Einheiten 2 mit Signalpfaden 1 (Schritt 1205) über die Eingabesektion 40 wie folgt.
Beispielsweise wählt der Nutzer einen gewünschten Signalpfad 1 von der Tool-Bar des Systemfensters 23 aus und arrangiert diesen zwischen die Einheiten 2 mit der Maus. Die auf diese Weise ausgewählten Signalpfade 1 werden durch die Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 akquiriert. Die Positionsinformation auf den arrangierten Signalpfaden 1 wird akquiriert durch die Positionsinformationsakquisitionssektion 43 und wird zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22 gesendet.
Auf diese Art und Weise designt die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22 den Konfigurationszustand/-status einer jeden Einheit 2 des Systems S, basierend auf den von der Einheiten/Signalpfad-auswahlsektion 42 und der Positionsinformationsakquisitionssektion 43 gesendeten Daten. Die Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 formatiert diesen Konfigurationsstatus und speichert diesen in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 ab.
Anschließend spezifiziert der Nutzer von der Eingabesektion 40 die Attribute der Einheiten 2 in einer Dialogbox (Schritt 1206) wie folgt. Zunächst prüft der Nutzer, ob das zu spezifizierende Attribut bereits existiert (Schritt 1207). Ist dieses so, wählt der Nutzer das im Menü gespeicherte eine in dem Dialog (Schritt 1208). Beispielsweise wählt der Nutzer eine Einheit mit der Maus und spezifiziert die Attribute im gestarteten Dialog. Die Attribute sind in der Einheitendatenbasis 29 definiert.
Die Attribute können nicht durch Verwendung eines Dialoges, jedoch auf folgende Art und Weise spezifiziert werden. Das heißt, daß vom Fenster, das eine Mehrzahl von vorherig erzeugten Einheiten mit jeweils einem Attribut enthält, der Nutzer eine Einheit 2 mit der gewünschten Position drag und droppen kann (durch Niederdrücken insbesondere einer Maustaste, Bewegen der Maus und Loslassen der Taste erzeugtes Verschieben), um diese im Arbeitsplatz des Netzwerkeditors einzufügen.
Findet der Nutzer jedoch im Gegensatz dazu, daß das Attribut nicht existiert, kreiert der Nutzer dieses (Schritt 1209). Ein neu kreiertes Attribut wird zum Menü in der Dialogbox dazugegeben. Es wird ebenso zur Einheitendatenbasis 29 und der Einheitenbibliothek 30 (Schritt 1210) dazugegeben.
Wird das Attribut einer Einheit 2 spezifiziert, ist es notwendig, die in der Einheitendatenbasis 29 gemäß dem Attribut abgespeicherte Designinformation zu editieren, das heißt, daß das Designinformationseditieren für jede Einheit 2 (Schritt 1211) durchgeführt wird. Zur Durchführung von Editionsverarbeitung für eine Einheit 2 wird der mit dem Attribut der Einheit 2 korrespondierende Funktionseditor gestartet. Für jeden Typ eines Attributes muß der Funktionseditor durch eine einzelne Operation gestartet werden.
Falls das Attribut der Einheit 2 nicht spezifiziert ist oder falls die Einheit 2 eine hierarische Struktur aufweist, werden Schritte 1202–1210 rekursiv durchgeführt, um den Netzwerkeditor 25 aus dem Funktionseditor (angezeigt durch das Terminalsymbol A in 12) auszuwählen. In diesem Fall wird ein zusätzlicher Netzwerkeditor 25 im Systemaufbausystem 20 gestartet.
Der Nutzer muß den Regeleditor 26 für eine Einheit 2 mit der Fuzzy-Inferenz-Funktion starten. Starten des Regeleditors 26 zeigt den Schirm des Regeleditors 26 an. In dieser Ausführungsform ist der Nutzer in der Lage, den Regeleditor mit einer Maus zum Laufen zu bringen, um eine Mehrzahl von IF-THEN-Regeln zu spezi fizieren.
Der Nutzer wird benötigt, um die Zustandslabel zu spezifizieren, entsprechend den Eingabe-/Ausgabevariablennamen durch Drücken der Variablen-/Labelaufstell/Setup-Buttons mit der Verwendung der Maus. Die Variable/Label/Setup-Sektion 62 des Regeleditors 28, in 9 gezeigt, sendet die Zustandslabel zur Displaydatenspeichersektion 61 und addiert diese zum Pull-Down-Menü.
Der Regeleditor 26 erlaubt es dem Nutzer, das Display entsprechend den Dimensionen und der Namen der Eingabe-/Ausgabevariablen zu verändern. Wie auf dem in 14 gezeigten Schirm sind die Eingabedaten vierdimensional (x1, x2, x3, x4) und die Ausgabedaten sind eindimensional (y1). Als erstes stellt der Nutzer das Pull-Down-Menü in die obere linke Ecke des Schirms und wählt eine gewünschte IF-THEN-Regel. Anschließend kann der Nutzer einen Satz von IF-THEN-Regeln kreieren durch einfaches Auswählen der Zustandslabel für eine gewünschte IF-THEN-Regel vom Pull-Down-Menü. Der Nutzer kann Label vom Pull-Down-Menü wieder wählen, um ein ausgewähltes Label zu verändern.
Was der Nutzer mit Hilfe des Regeleditors 26 eingegeben hat, das heißt, die Designinformation der Einheiten 2, wie beispielsweise Fuzzy-Inferenz-Information, wird zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 der Datenverarbeitungssektion 22 über die Regelaufstell/Setup-Sektion 60 gesendet und in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeichert.
Für eine Einheit 2, die eine Mitgliedschaftsfunktion verwendet, muß der Nutzer den Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 starten. Dies verursacht den Schirm des wie in 15 abzubildenden Mitgliedschaftsfunktionseditors 27. Auf diesem Schirm spezifiziert der Nutzer die oben erwähnten "Labels" und den "Typ" jedes "Label" und Parameter.
In der Fig. sind dort vier Parameter für die Mitgliedschaftsfunktion in beiden Typen (der Name ist "Z") vorhanden: y-Koordinate des Scheitels eines Konus, x-Koordinate auf dem linken Ende der Basis, x-Koordinate des Scheitels und x-Koordinate des rechten Endes der Basis. Der Nutzer spezifiziert diese Werte direkt vom Keyboard/Tastatur oder durch Manipulierung des Graphen, gebildet auf der oberen Hälfte des Schirms, mit der Maus.
Die spezifizierten Labels werden akquiriert durch die in 10 gezeigte Label-Setup-Sektion 70, die Typen werden durch die Typ-Setup-Sektion 71 akquiriert und die Parameter durch die Parameter-Setup-Sektion 72 akquiriert. Diese werden anschließend zur Displaydatenspeichersektion 73 gesendet und die entsprechenden Schirme werden dargestellt. Diese werden ebenso zur Systemkonfigurationszustandsdesignsektion 45 gesendet und in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeichert.
Man beachte, daß im obigen Beispiel der Mitgliedschaftsfunktionseditor 27 die Lernwert-Setup-Sektion 121 aufweist. Diese Lernwert-Setup-Sektion 121 kann implementiert sein, nicht als ein Teil des Mitgliedschaftsfunktionseditors 27, jedoch als ein unabhängiges Fenster. Die Lernwert-Setup-Sektion 121 ermöglicht es dem Nutzer, die Lernwerteliste LPL zu definieren, eine von gemeinsamen Designinformationsgrößen einer Einheit 2. Aus diesem Grund können die als die Lernwerteliste LPL definierten Parameter verwendet werden als die Parameter zur Spezifizierung des Typs der obigen Mitgliedschaftsfunktion.
Nachdem Schritte 1204 bis 1211 durchgeführt sind, prüft der Nutzer, ob das Design des Systems S, das durch den Netzwerkeditor 25 editiert worden ist, beendet worden ist (Schritt 1212). Falls nicht, wiederholt der Nutzer die Schritte 1204 bis 1212.
Beendet der Nutzer die obige Verarbeitung für die Einheiten 2, spezifiziert der Nutzer die Betriebssequenz sämtlicher Einheiten 2 (Schritt 1213). Das heißt, daß der Nutzer die Betriebssequenz der Einheiten 2 von der Eingabesektion 40 verwendet unter Verwendung des Netzwerkeditors 25. Beispielsweise spezifiziert der Nutzer die Einheiten 2, eine zu einer bestimmten Zeit, auf dem Schirm des Netzwerkeditors, gezeigt in 13, unter Verwendung der Maus. Die Betriebssequenz-Setup-Sektion 49 akquiriert die spezifizierte Sequenz und sendet diese zur Systemdesigndatenspeichersektion 28 über die Betriebssequenzverarbeitungssektion 50.
In der obigen Beschreibung spezifiziert der Nutzer manuell die Betriebssequenz über die Eingabesektion 40. Der Nutzer ist jedoch in der Lage, der Datenverarbeitungssektion 22 zu erlauben, die Betriebssequenz automatisch gemäß dahingehend auszuwählen, wie die Einheiten 2 verbunden sind. Beispielsweise, wenn die Operation wie in 4(a) gezeigt, durchgeführt wird, können die Einheiten 2 von links nach rechts und von oben nach unten auf dem Netzwerkeditorschirm 25 durchgeführt werden.
Der Nutzer führt die Schritte im Einheitendesignblock, wie oben beschrieben, durch. Anschließend prüft der Nutzer, ob die Designoperation auf dem gesamten System S, und ob dort eine oder mehrere hierarchisch strukturierte Einheiten 2 auf diesen Einheiten 2 vervollständigt worden sind (Schritt 1212). Ist dort eine Einheit noch nicht designt, kehrt der Nutzer zum Einheitendesignblock zurück und wiederholt die Schritte 1204 bis 1213 für diese Einheit. Falls der Nutzer findet, daß sämtliche Einheiten designt sind, beendet der Nutzer die Designoperation.
Wenn die Designoperation des gesamten Systems S vervollständigt worden ist, verbindet die in 7 gezeigte Zielsystemumwandlungssektion 31 die in das Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeicherte Designinformation mit der in der Einheitenbibliothek 30 gespeicherten Definitionen, um das Zielsystem S ins Ausführungsprogramm 32 (Schritt 1215) umzuwandeln. Um dieses zu tun, wählt der Nutzer beispielsweise eine Größe vom Pull-Down-Menü auf dem in 11 gezeigten Schirm aus, um die Zielsystemumwandlungssektion 31 zu starten. Dieser Schritt vervollständigt den Systemaufbauprozeß.
16 zeigt ein Beispiel dessen, was der Netzwerkeditor 25 anzeigt, wenn das Ausführungsprogramm 32, das im oben beschriebenen System-S-Designprozeß erzeugt worden ist, durchgeführt wird. In der Fig. ist der Name jeder einzelnen Einheit 2 im Text gezeigt. Von den in der Fig. gezeigten neun Einheiten 2 wird angenommen, daß lediglich die Einheiten 2 mit der Bezeichnung ""x1_is", "x2_is" und "y1_is" die Lernwerteliste LPL aufweisen.
In diesem Fall können diese Einheiten 2, die die Lernwerteliste LPL aufweisen, in einer unterschliedlichen Farbe, wie in 16 gezeigt, gezeigt werden oder diese können mit einem Symbol wie beispielsweise einem Kreis gekennzeichnet werden, um diese von anderen Einheiten 2 zu unterscheiden. Dies teilt dem Nutzer mit, welche Teile des Systems S Lernen durchführen. Dies wird ausgeführt durch die interne Zustandsakquisitionssektion 51 der Datenverarbeitungssektion 22, gezeigt in 8, die die interne Statusinformation auf dem Aus führungsprogramm 32 über die Kommunikationssektion 33 erhält und diese zur Displaydatenspeichersektion 44 sendet.
Um den Nutzer in Echtzeit mitzuteilen, daß interne Parameter sich während des Lernens ändern, können solche Einheiten 2, deren Parameter sich ändern, in einer unterschiedlichen Farbe angezeigt werden. Beispielsweise verändern sich von solchen drei Einheiten 2, die die in 17 gezeigte Lernwerteliste LPL aufweisen, die Parameter nur von "x1_is". Dies gibt dem Nutzer die Information, (aus welchem) welcher Teil des Systems S zur Performance des Systems S beiträgt.
Um es dem Nutzer zu erlauben, visuell die Werte der Lernparameter zu überprüfen, kann das System so designt sein, daß der Nutzer auf einer Einheit 2, die die Parameter beinhaltet, anklicken kann, um deren Inhalte aufzuzeigen, wie in 18 gezeigt. Das heißt, daß während des Haltens des Mousebuttons das Fenster als ein Pop-up-Schirm erscheint und die Inhalte der Parameter dargestellt werden. Gibt der Nutzer den Mausbutton frei, verschwindet das Fenster.
Spezielle Operationen können assoziiert sein mit den Mousebuttons, um spezielle Anzeigeeffekte zu erzeugen. Beispielsweise kann das System mit einer Zwei-Button-Mouse so designt sein, daß das Niederdrücken beider Buttons das angezeigte Fenster aufrecht erhält, sogar dann, wenn diese losgelassen werden. Dies ermöglicht es dem Nutzer, nur die notwendige Information anzuzeigen unter Vermeidung dahingehend, daß der Schirm überladen wird.
Da darüber hinaus jede Einheit 2 die Lernfunktion aufweist, muß das Lernen nicht durchgeführt werden, nachdem das gesamte System S designt ist; anstatt dessen kann das Lernen durchgeführt werden während des Designprozesses nur für die bereits arrangierten Einheiten z. Beispielsweise kann das Ausführungsprogramm 32 basierend auf der bis zu diesem Zeitpunkt gesammelten Information durchgeführt werden, um es dem Nutzer zu erlauben, visuell Lernergebnisse zu überprüfen, wenn einige Einheiten 2 und Signalpfade 1, wie in 19 gezeigt, arrangiert sind.
Aus der obigen Diskussion ist es ersichtlich, daß eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung die folgenden Vorteile aufweist. Da jede Einheit 2 eine Mehrzahl von Funktionseditoren gemäß dem, was getan wird, aufweist, kann zunächst die Funktion jeder Einheit effizient und flexibel implementiert werden.
Da jede Einheit 2 einer spezifischen Funktion zugeordnet ist und die eingebaute Lernfunktion mit dem Nutzer des Netzwerkeditors 25 aufweist, ist der Nutzer darüber hinaus in der Lage, das System S einfach durch Arrangieren der Einheiten 2 zu designen und anschließend diese mit Signalpfaden 1 zu verbinden. Dies macht es für den Nutzer möglich, das System S aufzubauen, Schritt für Schritt, bei dessen Modifizierung, falls notwendig.
Das Zielsystem S, das zum Ausführungsprogramm 32 durch die Zielsystemumwandlungssektion 31 umgewandelt worden ist, ist als eine Funktion separat vom Systemaufbausystem 20 implementiert. Dies beseitigt die Notwendigkeit für das Systemaufbausystem 20 nachdem das System S aufgebaut ist, ermöglichend, daß das System S unabhängig und schnell läuft.
(3) Andere Ausführungsformen
Diese Erfindung ist nicht beschränkt auf die obige Ausführungsform, kann jedoch in anderen spezifischen Formen ausgestaltet sein ohne Verlassen des Erfindungs gedankens oder dessen essentieller Eigenschaften. Beispielsweise kann die Anzahl der Einheiten 2 und deren Strukturen modifiziert sein, und die Operationsprozedur zur Erzeugung von Ausgangssignalen aus Eingangssignalen, die konkreten Parameter, die die Beziehung zwischen Eingangssignalen und Ausgangssignalen spezifizieren, und die Prozedur zum Updaten von Parametern und Erlernen der Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsparameterwerten können frei aufgestellt werden. Ein durch eine Einheit zur Operation und Lernen zu verwendender Algorithmus ist nicht beschränkt auf die Rückwärtspropagationsmethode; andere Methoden wie beispielsweise die konjugate Gradientenmethode können anstatt dessen verwendet werden.
Die Steuersektion 3 des Systems S kann eine andere Form der Steuerung verwenden; das heißt, diese kann verschiedene Typen an Steuermechanismen wie beispielsweise den verdrahteten Logikmechanismus verwenden. Operationsmitteilungen sind nicht auf Vorwärts-, Rückwärts- und Modifikationsverarbeitungs-instruktionen/Befehle beschränkt. Andere Typen an Nachrichten wie beispielsweise Initialisierungsinstruktionen können ebenso verwendet werden. Darüber hinaus können Operationsmitteilungen gesendet werden, nicht nur an Einheiten 2, jedoch ebenso an Signalpfade 1.
Abhängig vom Lern-(Modifikations)-Algorithmus kann die Vorwärts- oder Rückwärtsoperation durchgeführt werden, nicht nur auf den Parametern PRM, sondern ebenso auf der Modifikationsinformation MDIS basierend. Das System S gemäß dieser Erfindung kann nicht nur auf einem Computer für allgemeine Zwecke implementiert werden, sondern ebenso auf einer Hardwareeinheit, wie beispielsweise einem logischen Spezialverwendungsschaltkreis.
Ebenso muß das Ausführungsprogramm 32 für das System S nicht notwendigerweise als ein unabhängiges Programm implementiert sein; es kann als ein Teil des Systemaufbausystems 20 implementiert sein. Beispielsweise kann das Systemaufbausystem 20 eine Funktion aufweisen, die sämtliche Einheiten 2 von der System-S-Designinformation, die in der Systemdesigndatenspeichersektion 28 gespeichert ist, implementiert.
Informationen wie beispielsweise System-S-Designinformation muß nicht immer im Speichermittel im Systemaufbausystem 20 gespeichert werden. Diese kann in einem externen Speichermittel gespeichert sein oder über eine Kommunikationslinie eingegeben worden sein.
Ausführungsformen
(1) Erste Ausfürungsform
Das folgende erklärt ein Verfahren zum Arrangieren von Einheiten 2 und Signalpfaden 1 unter Verwendung des Netzwerkeditors 25. In der folgenden Beschreibung wird das in 13 gezeigte System S aufgebaut.
Als erstes spezifiziert der Nutzer die Dimensionen der im System verwendeten Eingabe-/Ausgabe-daten. Hier wird angenommen, daß die Eingabedaten x1 und x2 und die Ausgabedaten y sind. Als nächstes wählt der Nutzer die gewünschten Einheiten 2 und Signalpfade 1 unter Verwendung der Tool-Bar auf dem Schirm aus. Wie in der Fig. gezeigt, wählt der Nutzer neun Einheiten 2 und einundzwanzig Signalpfade 1 aus.
Anschließend spezifiziert der Nutzer die Eingabeterminals 5 und Ausgabeterminals 6 der Einheiten 2 von der Eingabesektion 40, um die Information auf den Einheiten 2 aufzubauen, das heißt, die Dimensionen der Eingabe-/Ausgabe-daten. Danach verbindet der Nutzer die Eingabeterminals 5 und Ausgabeterminals 6, um die Verbindungen zwischen den Einheiten 2 und den Signalpfaden 1 aufzubauen.
Das in 13 gezeigte Netzwerk ist wie oben beschrieben konfiguriert. 20 zeigt ein Beispiel der obigen Netzwerkdefinition, die in der Netzwerkbeschreibungssprache kodiert ist. In diesem Beispiel sind die Einheitennamen "x1_is", "x2_is", "Regell"–"Regel6" und "y_is". Die Eingabe für die Einheit 2 "x1_is" ist "in", und die Ausgabe für diese ist "out1" und "out2"; die Eingabe für die Einheit 2 "x2_is" ist "in" und die Ausgabe für diese ist "out1", "out2" und "out3".
Für den ersten Signalpfad 1 wird die Eingabe x1 mit der Eingabe "in" der Einheit 2 "x1_is" verbunden; für den zweiten Signalpfad 1 wird die Eingabe x2 verbunden mit der Eingabe "in" der Einheit 2 "x2-is".
Die Verbindungszustandsinformation auf den Einheiten 2 und Signalpfaden 1, die wie oben beschrieben aufgestellt ist, wird in der Systemdesigndatenspeichersektion 28, gezeigt in 7, gespeichert als die Verbindungsinformationstabelle. 21 zeigt ein Beispiel der Verbindungsinformationstabelle.
(2) Zweite Ausführungsform
In dieser Ausführungsform werden Einheiten in Fuzzy-Inferenz-Operationen oder neutralen Netzwerken verwendet. Die Methode des steilsten Abfalls wird in der Modifikationsoperation in dieser Ausführungsform verwendet.
In der folgenden Diskussion wird das Vorwärts-Eingangs-Signal FWIS in sämtlichen Einheiten 2 ausgedrückt als n-dimensionales x und das Vorwärts-Ausgabe-Signal FWOS ausgedrückt als r-dimensionales y. Somit ist das Rückwärts-Eingabe-Signal BWIS während der Rückwärts operation ein r-dimensionales y, das als e^y ausgedrückt wird. In ähnlicher Weise ist das Rückwärts-Ausgabe-Signal BWOS ein n-dimensionales x, das ausgedrückt wird als e^x. Das heißt, daß während der Rückwärtsoperation Fehlerinformation (Fehlersignal) wie folgt fließt:
[Formel 1]
ey --> ex (1)(korrespondiert mit dem Rückwärts-Eingabesignal und bzw. dem Rückwärts-Ausgabesignal).
Die Erzeugungsoperation (Rückwärtsoperation) wird durchgeführt unter der Annahme, daß die Parameter durch die Methode des steilsten Abfalls modifiziert sind. Wird die Operationsverarbeitung (Vorwärtsoperation) ausgedrückt als:
[Formel 2]
y = f(x) (2)dann,
[Formel 3]
ex = f(x)ey (3)
Wird der Vorwärtsoperationsparameter ausgedrückt als a, ist die Modifikationsverarbeitung:
[Formel 4]
wobei, η und β Lernkoeffizienten (Konstanten) sind. Σ bezeichnet die Akkumulation des Modifikationsgehaltes für die Anzahl an Sätzen (N) des Eingabe-/Ausgabedatensatzes DS.
Das folgende erklärt die Verarbeitung für jeden Typ von Signalpfad und Einheit:
Signalpfad: Verbindung/LINK
Ein Signal wandert von der Eingabeseite zur Ausgabeseite durch diesen Signalpfad, der die interne Beladung von w aufweist. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 5]
Y = w·x (5)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 6]
ex = w·ey (6)η und β sollen Lernkoeffizienten sein, dann ist die Modifikationsverarbeitung ausgedrückt als:
[Formel 7]
Virtueller Pfad: VLINK
Ein Signal wandert von der Eingabeseite zur Ausgabeseite durch diesen Signalpfad ohne Modifikation. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 8]
y = x (8)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 9]
ex = ey (9)
Zweigeinheit: FANOUT
Diese Einheit teilt ein Eingangssignal in r Ausgangssignale. Die Einheit führt die Umkehrfunktion der Summeneinheit durch. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 10]
yi = x, i = 1, ..., n (10)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 11]
Produkteinheit: PI
Diese Einheit berechnet das algebraische Produkt von n Eingabesignalen und gibt das Ergebnis aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 12]
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 13]
Summeneinheit: SUM
Diese Einheit berechnet die algebraische Summe von n Eingabewerten und gibt das Ergebnis aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 14]
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 15]
exi = ey, i = 1, ..., n (15)
Maximum-Einheit: MAX
Diese Einheit gibt das Maximum von n Eingabewerten aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 16]
Y = maxiXi (16)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 17]
Minimum-Einheit: MIN
Diese Einheit gibt das Minimum von n Eingabewerten aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 18]
y = minixi (18)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 19]
Very-Einheit: VERY
Diese Einheit berechnet das Quadrat des Eingabewertes und gibt das Ergebnis aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 20]
y = x2 (20)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 21]
ex = 2x·ey (21)
NOT-Einheit: NOT
Diese Einheit gibt die Negation des Eingabewertes aus. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 22]
y = 1 – x (22)
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 23]
ex = –ey (23)
Gewichtete arithmetische Einheit: WA
Diese Einheit berechnet und gibt den Gewichtspunkt aus. Sind die Eingabedaten eine Einermenge, berechnet die Einheit den gewichteten Durchschnitt. Die Eingabewerte beinhalten x und n-dimensionales w. Ist der Eingabewert eine Einermenge, wird die Vorwärtsoperationsverarbeitung dargestellt als:
[Formel 24]
Ist x eine Einermenge, wird die Rückwärtsoperationsverarbeitung ausgedrückt als:
[Formel 25]
Neuronale Einheit: NEU
Diese Einheit ist ein neuronales Element, während die Ausgabefunktion f beispielsweise eine sigmoide Funktion ist. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 26]
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 27]
Die sigmoide Funktionseinheit: SGM
Diese Einheit führt die sigmoide Funktion durch. Die Vorwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 28]
Die Rückwärtsoperationsverarbeitung wird ausgedrückt als:
[Formel 29]
ex – y (1·y)ey (29)
Das folgende zeigt ein Beispiel eines neuronalen Netzwerkes, wo oben erwähnte Signalpfade und Einheiten verwendet werden. 22 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel eines 3-schichtigen neuronalen Netzwerkes zeigt, das aufgebaut ist aus den oben beschriebenen Einheiten. Das Symbol 14 stellt die Eingabeterminals und das Symbol 15 das Ausgangsterminal des gesamten neuronalen Netzwerkes dar. Obwohl nicht im Diagramm gezeigt, ist die Zweigeinheit FANOUT neben dem abwärtsströmigen Terminal und die Summeneinheit SUM neben dem aufwärtsströmigen Terminal von jeder Einheit.
(3) Dritte Ausführungsform
In dieser Ausführungsform ist ein Netzwerk, das die vereinfachte Fuzzy-Inferenz implementiert, konfiguriert. Ein System, das automatisch Mitgliedschaftsfunktionen einstellt, wird aufgebaut unter Verwendung von durch die Methode des steilsten Abfalls erzeugten Lehrerdaten.
Es wird angenommen, daß in der vereinfachten Fuzzy-Inferenz der Beobachtungswert v eine Kondition/Zustand ist und daß der Steuereingabewert u eine Konklusion/Schlußfolgerung ist, wo y ein n-dimensionaler Vektor und u ein m-dimensionaler Vektor ist.
Für den Zustand
[Formel 30]
yi(n = 1, ..., n) (30) m; Mitgliedschaftsfunktionen sind wie folgt definiert:
[Formel 31]
μij(i = 1, ..., m) (31)
Für den Ausgabewert u
[Formel 32]
Uij (i = 1, ..., m) (32)p_i Realwerte (Einermenge) sind wie folgt definiert:
[Formel 33]
σ (i = 1, ..., p_i) (33)
Zu dieser Zeit spielt r
[Formel 34]
R1, ... Rr (34)sind wie folgt definiert:
[Formel 35]
Das Label für den Konditionierungsabschnitt
[Formel 36]
Aki (k = 1, ..., r) (36)wird einer der folgenden Mitgliedschaftsfunktionen zugeordnet.
[Formel 37]
μil, ... μimi (37)
Auf ähnliche Art und Weise wird das Label für den Konklusionsabschnitt
[Formel 38]
Bki (k = 1, ... r) (38)zugeteilt zu einem der folgenden Realwerte:
[Formel 39]
σi1, ..., σipi (39)
Sind dort die Inferenz-Regeln wie oben beschrieben vorhanden, wird die folgende Prozedur verwendet, um ein Ergebnis abzuleiten, wenn ein Zustand eintritt:
Zunächst wird die Anpassungsfähigkeit jeder Regel
[Formel 40)
ωk(k = ..., r) (40)berechnet. [Formel 41]
wo,
[Formel 42]
μA ki (yi) (42)eine Mitgliedschaftsfunktion ist, die dem Label zugeordnet wird:
[Formel 43]
Aki (43)
Anschließend wird die Konklusion/Schlußfolgerung hergestellt durch Konbinieren:
[Formel 44]
wo,
[Formel 45]
σB ki (45)ein realer Wert ist, der dem Label zugeordnet wird:
[Formel 46]
Bki (46)
Beim Aufbau des Systems sei n = 4 und m = 1 und seien die Regeln die folgenden 16 (r = 16) Regeln:
[Formel 47]
Unter Verwendung der oben beschriebenen Bedingungen/Zustände wird das in 20 gezeigte System aufgebaut. 23 ist ein Konzeptdiagramm, das die Konfigu ration des Systems in der dritten Ausführungsform zeigt.
In dieser Fig. repräsentiert x jede Regel und MFS repräsentiert eine neu definierte Einheit, die eine Funktion der Bewertung der Aussage des Konditionierungsteils und Mitgliedschaftsfunktionen aufweist. Es wird angenommen, daß sigmoide Funktionstypen verwendet werden für die Mitgliedschaftsfunktionen. Anschließend kann das folgende definiert werden:
Eine Funktion bewertet die folgenden Ausagen:
[Formel 48]
x ist A1 (48)und
[Formel 49]
x ist A2 (49)
Vorwärtsoperationsverarbeitung ist:
[Formel 50]
Rückwärtsoperationsverarbeitung ist:
[Formel 51]
Modifikationsverarbeitung ist:
Es seien η_a, η_b und β_a, β_b Lernkoeffizienten. Anschließend ist die Modifikationsverarbeitung
[Formel 52]
[Bespiel]
Das folgende zeigt ein Beispiel der dritten Ausführungsform. In diesem Beispiel wird ein vereinfachtes Fuzzy-Inferenz-System aufgebaut, um die Autos auf einem Parkplatz zu steuern. In diesem System sind die laufenden Aufenthaltsorte von Fahrzeugen, Parkstatus/Zustand des Parkplatzes und deren Zustand nach Durchführung des Systems auf dem Schirm angezeigt. 24 zeigt den Anfangszustand. Nun wird unter Verwendung des Systems das Fahrzeug C in einen vakanten Parkplatz (LT) zurückgeführt. Wie in der Fig. gezeigt, ist das Fahrzeug C nun an der Position P und ist dabei, im vakanten Platz LT zu parken.
In diesem System ist der Eingabewert y ein zweidimensionaler Vektor und der Ausgabewert u ein eindimensionaler Vektor. Diese sind wie folgt definiert:
[Formel 53]
y1: Links- und Rechtsrichtung des Fahrzeugs in Relation zum vakanten Platz LT (–: Links, +: Rechts, O: Vorwärts) y2: Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf den vakanten Platz LT (O: Platzposition) u: Zielbewegungswinkel, der notwendig ist für das Fahrzeug C, um in der gewünschten Position zu parken (53)
Es wird angenommen, daß das Fahrzeug C mit einer konstanten Geschwindigkeit sich bewergt. Es wird ebenso angenommen, daß der aktuelle Bewegungswinkel des Fahrzeuges C gesteuert wird durch die P-Typ-Steuerung, die die Differenz zwischen dem aktuellen Winkel und dem systemgelieferten Zielbewegungswinkel verwendet.
Die Fuzzy-Regel für das Fahrzeug C, um den vakanten Platz LT einzunehmen, ist wie folgt:
[Formel 54]
Gemäß dieser Fuzzy-Regel bewegt sich das Fahrzeug C zunächst auf die Vorderseite des vakanten Plates LT zu und besetzt anschließend den vakanten Platz LT.
Ein vereinfachtes Fuzzy-Inferenz-System wird aufgebaut gemäß der in der dritten Ausführungsform gezeigten Prozedur unter Verwendung der oben genannten Einheit MFS, der Produkteinheit PI und der gewichteten arithmetischen Einheit WA. 25 zeigt ein Beispiel des durch den zum Aufbau dieses vereinfachten Fuzzy-Inferenz-Systems verwendeten Netzwerkeditors 25 aufgezeigten Schirms. Die Mitgliedschaftsfunktion in der Einheit MFS, in der Fig. gezeigt, ist eine Dreieck-Typ-Mitgliedschaftsfunktion.
Dort sind die folgenden drei Typen an Dreieck-Typ-Mitgliedschaftsfunktionen vorhanden. Der erste ist eine LOT-Typ-Funktion, die eine semi-trapezoide Mitgliedschaftsfunktion mit dem linken offenen Ende ist.
[Formel 55]
wo a, b und c Konstanten sind (a > 0, c > b).
Die zweite ist eine TRI-Typ-Funktion, die eine Dreieck-Typ-Mitgliedschaftsfunktion ist.
[Formel 56]
wo a, b, c und d Konstanten sind (a > 0, d > c > b).
Die dritte ist eine ROT-Typ-Funktion, die eine Semi-trapezoid-Typ-Mitgliedschaftsfunktion mit dem rechten offenen Ende ist.
[Formel 57]
wo a, b und c Konstanten sind (a > 0, c > b).
Für jeden der drei obigen Typen wird Lernen an den Konstanten a, b, c und d durchgeführt. Das heißt, daß sie mit Durchführung von Rückwärtsverarbeitung modifiziert werden. In jeder Einheit MFS werden die Werte hergeleitet für jedes Intervall, das auf den Formeln (3) und (4), wie oben beschrieben, basiert. Obwohl eine Grenze zwischen Intervallen in den meisten Fällen nicht differenzierbar ist, besteht in der Praxis kein Problem.
Das folgende zeigt eine Formel, die das Verhalten der obigen TRI-Typ-Funktion im Intervall b ≥ x < c darstellt. Basierend auf der Formel (3) stellt sich die Rückwärtsoperationsverarbeitung wie folgt dar:
[Formel 58]
Basierend auf Formel (4) werden die Modifikationsmengen 6a, 6b und 6c der Vorwärtsoperationsparameter a, b und c wie folgt dargestellt:
[Formel 59]
Als nächsten müssen die Labels der Mitgliedschaftsfunktionen, wie in 26 gezeigt, definiert werden. Das Koordinatensystem des Bewegungswinkels des Fahrzeuges C ist wie in 27 gezeigt definiert. Angenommen, daß das Fahrzeug C sich direkt nach hinten (BACK) bewegt, wo das Rechte des Fahrzeuges C dargestellt wird durch RIGHT, das Linke durch LEFT, die Vor derseite durch FRONT und das Hintere durch BACK. Das Fahrzeug C bewegt sich direkt in die BACK-Richtung. Der Winkel des Fahrzeuges C im Verhältnis zum vakanten Platz LT beträgt 0 Grad, die rechte Seite des vakanten Platzes LT wird durch einen positiven Winkel (+) dargestellt und die linke Seite des vakanten Plates LT wird durch einen negativen (–) Winkel dargestellt.
Die 28 und 29 zeigen die Schirme des Mitgliedschaftsfunktionseditors 27, darstellend die Winkeltypmitgliedschaftsfunktionen für die Eingabewerte y₁ und y₂. Das heißt, daß für den Eingabewert y₁ die Mitgliedsschaftsfunktionen mit den Labeln RIGHT/rechts, FRONT/vorne und LEFT/links zugeordnet werden den ROT-Typ-, TRI-Typ- bzw. LOT-Typ-Funktionen, wobei die in der Fig. gezeigten Parameter für jede von diesen spezifiziert sind, wie in 28 gezeigt. Auf ähnliche Art und Weise sind für den Eingabewert y₂ die Mitgliedschaftsfunktionen mit den Labeln FAR/fern, MIDDLE/Mitte mittel und NEAR/nahe zugeordnet zu den ROT-Typ-, TRI-Typ- bzw. LOT-Typ-Funktionen, wobei die in der Fig. gezeigten Parameter für jede von diesen spezifiziert sind, wie in 29 gezeigt.
Das System wird nach Aufbau wie oben beschrieben in ein Programm zur Ausführung umgewandelt. Das heißt, daß die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges an jedem Punkt gemäß der spezifizierten Fuzzy-Regeln berechnet wird, um das Fahrzeug in den vakanten Platz (Vorwärtsverarbeitung) zu führen. Man beachte, daß an diesem Punkt die Mitgliedschaftsfunktionen initialisiert, jedoch noch nicht eingestellt sind. Aus diesem Grund resultieren die initialen Positionswerte in 24 im in 30 gezeigten Schirm. Wie in dieser Fig. gezeigt, ist das Fahrzeug C nicht im vakanten Platz LT geparkt.
Aus diesem Grund ist es notwendig, Lehrerdaten zu spezifizieren, bestehend aus einer Mehrzahl an Paaren {y, u}, so daß das System lernen kann. Diese Daten können erhalten werden durch Auswahl einzelner Positionen aus denen im in 24 gezeigten Koordinatensystem und an jedem Punkt durch Aufweisen von erfahrenen Fahrern, die eine Bewegungsrichtung spezifizieren. Ungefähr 200 Stück an Lehrerdaten werden auf diese Weise gesammelt, so daß das System lernen kann.
31 zeigt, wie die Mitgliedschaftsfunktionen modifiziert worden sind durch Durchführung von 1500-fachem Lernen mit Verwendung von 200 oder mehr Teilen von Lehrerdaten. Als Lernergebnis kann man sehen, daß die Werte der Konstanten a, b, c und d sich verändert haben. 32 zeigt das Ergebnis der Ausführung des Systems nach Lernen unter der Anfangsbedingung, anzeigend, daß das Fahrzeug C im vakanten Platz LT erfolgreich geparkt worden ist.
Wie oben beschrieben, weist jede Einheit die in den Formeln (3) und (4) gezeigten Lernverarbeitungsfunktionen auf, die Notwendigkeit für den Nutzer beseitigend, spezifisch für das System zum Lernen designte Programme zu kreieren. Dies macht es für den Nutzer möglich, das System schnell aufzubauen. Darüber hinaus kann der Nutzer Regeln dazugeben oder verändern, nachdem das System einfach durch Zugabe oder Austausch von Einheiten designt ist. Das heißt, daß der Nutzer nicht gezwungen ist, Programme zu verändern oder zu modifizieren und daher der Nutzer das System effizient aufbauen kann.
Effekte/Wirkungen der Erfindung
Ein System gemäß dieser Erfindung erlaubt es dem Nutzer, ein System aufzubauen, das aus Einheiten besteht, wobei jede die Parametermodifikationsfunktion aufweist. Aus diesem Grund kann das gesamte System aufgebaut werden als eine Ansammlung von durch jede Einheit durchgeführter Verarbeitung. Ein Aufbauen eines Systems wird leicht, da der Nutzer lediglich gezwungen ist, Einheiten zu verbinden. Darüber hinaus besteht keine Notwendigkeit für den Nutzer, das Lernen oder das Modifikationsmittel nach Aufbau des Systems zu designen, was das Erstellen des Systemaufbauprozesses effizienter gestaltet.
Ein anderer Vorteil eines Systemaufbausystens dieser Erfindung ist der, daß der Nutzer auswählen und verbinden kann, welche Einheiten er auch immer wünscht, was die Erstellung des Systemaufbauprozesses noch vereinfacht. Dies verringert die Systemaufbaukosten und Zeit.
Während eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, können für Fachleute zu dieser Variationen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindungskonzepte auftauchen, die durch die folgenden Ansprüche dargestellt sind.

Claims

Datenverarbeitungssystem, verkörpernd die Erfindung, die eine Vielzahl von Einheiten enthält, welche jeweils ein Betriebsmittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals enthält, das basiert auf einem Eingangssignal und einer Vielzahl von Parametern, die eine Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal darstellen, wobei die Einheiten eine Netzwerkstruktur bilden und das Ausgangssignal von jeder der Einheiten sequentiell und in die Richtung entgegengesetzt der Richtung des Ausgangssignalflusses propagiert, wobei ein Fehlersignal eine Differenz zwischen dem finalen Ausgangssignal des Netzwerks und einem gewünschten Ausgang darstellt, wobei jede der Einheiten ein Modifikationsmittel aufweist zum Modifizieren der auf dem Fehlersignal basierenden Parameter, wobei die Modifikationsinformation in jeder der Einheiten akkumuliert ist, wobei die in jeder Einheit bereitgestellte Parametermodifikationsmittel angepaßt sind, um ein Datenverarbeitungssystem einfach durch Verknüpfung der Einheiten zur Bildung der Netzwerkstruktur aufzubauen, und wobei der Nutzer das gesamte System mittels einer Reihe von Verarbeitungsschritten in jeder Einheit modifizieren kann.
Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das Modifikationsmittel weiterhin enthält Mittel zur Erzeugung eines neuen Fehlersignals, das auf dem empfangenen Fehlersignal basiert.
Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Datenverarbeitungseinheiten jeweils weiterhin aufweisen: Steuermittel zur Steuerung des Betriebs der Daten verarbeitungseinheit, wobei das Steuermittel der Datenverarbeitungseinheiten in einem Nebennetzwerk den Betrieb der Datenverarbeitungseinheiten im Nebennetzwerk steuert, das auf einer Betriebsanweisung basiert, welche vom Einheitensteuermittel eines übergeordneten Netzwerkes übertragen wird.