Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
доступные ресурсы. Варианты потокового графа, предназначенные для
реализации ряда цифровых и символьных вычислений с помощью предложенного
процессора, обсуждаются в разд. 11.5, 11.6 и 11.7. Модифицированный
вариант графа алгоритма вычислений "сопряженных градиентов" позволяет
повысить эффективность работы обсуждаемого в данной главе процессора
более 90% [36]. В настоящее время одной из наиболее важных задач является
разработка программных средств для автоматического конструирования
направленного графа с максимальной степенью параллелизма реализации
алгоритма [37] и затем для успешной реализации его в конкретном
процессоре. Это влечет за собой необходимость табличного описания
состояний, включающих сети межсоединений, операций, которые должны
382 Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
выполнять функциональные элементы, а также временного графика выполнения
этих операций.
Пользователь вводит в процессор поток или потоки данных, и если
"конвейер" был загружен, то результат появляется на выходах в каждом
тактовом цикле. Каждый функциональный элемент будет при этом выполнять
свою операцию за время следующего синхронизирующего импульса, а именно
после того, как получит все необходимые логические или цифровые входные
сигналы. При этом он будет автоматически передавать выходные сигналы на
перекрестный переключатель для указания маршрута для следующей заданной
операции.
11.5. Получение логических выводов с помощью оптического процессора с
перекрестной схемой
11.5.1. Основные свойства экспертных систем, основанных на правилах
Простым и имеющим широкое применение видом экспертной системы является
система, в которой информация содержится в форме правил продукции
"если..., то..." [38]. Существует много практических задач, требующих
обработки в реальном времени, в которых необходимо быстрое получение
логических выводов и для которых приемлем предложенный ранее процессор.
Область применения включает системы распознавания речи, технического
зрения, системы управления промышленными предприятиями, робототехнику и
систему вооружений. В основанных на правилах системах, построенных по
схеме "от фактов к цели", проводится ряд наблюдений, и в каждом случае
присваивается значение вероятности их правильности. Машина логических
выводов быстро определяет состояние задачи, ближайшее окружение либо
угрожающие ситуации и указывает подходящие для данной ситуации действия.
В системах, основанных на правилах и построенных по схеме "от цели к
фактам", цель представляется в виде гипотезы и на ее основе формулируют
требования, направленные на достижение этой цели. Эти требования затем
подвергаются дальнейшему разбиению на более мелкие элементы. (Подобным
образом функционирует компьютерный язык Пролог.) В разд. 11.5 обсуждаются
схемы "от фактов к цели" и от "цели к фактам". В обоих видах схем
параллелизм необходим для достижения высокого быстродействия. Из
представленных в разд. 11.5 данных ¦ следует, что системы с жесткими
кабельными соединениями, использующими множество связанных между собой
логических правил и процедуру присвоения вероятностей, были бы
неэкономичными, поскольку в различных задачах правила могут полностью
изменяться или могут нуждаться в частичных изменениях в новых
Глава 11. Оптические соединения для обработки в реальном времени
383
ситуациях. Для предложенного оптического перекрестного переключателя
требуются высокие быстродействие и способность перестраиваться.
Рассматриваемые здесь простые системы предполагают использование
исчисления высказываний и не обращаются к более сложному исчислению
предикатов первого порядка, что необходимо в более сложных практических
задачах.
11.5.2. Схема "от фактов к цели" и ее реализация
Процессор должен непрерывно выполнять логические выводы на основе
непрерывно поступающих с большой скоростью данных, что наиболее ярко
проявляется в таких областях, как системы ворружений и робототехника. В
таких случаях данные могут подвергаться конвейерной обработке, при этом
их пропускают через оптическую систему перекрестных соединений с целью
обеспечения высокой эффективности использования процессора. Для
иллюстрации этого принципа используется приведенный ниже пример из книги
[38].
На рис. 11.7 изображен граф направленного потока данных, служащий для
идентификации семи видов животных на основе 20 наблюдаемых признаков.
Упрощенный вариант получится, если предположить, что любой признак можно
описать либо как ИСТИНА, либо как ДОЖЬ и не присваивать состояниям
вероятностных значений. В этом случае кружочки будут представлять вентили
И, а кружочки с черными точками - вентили ИЛИ. "I" является вентилем
инверсии. Выходной сигнал будет определяться как ИСТИНА, если входные
сигналы, соответствующие данному животному, определяются как ИСТИНА.
Правила "если..., то", характерные для систем, основанных на правилах,
изображены, например, на процессоре 3: "Если животное является
