Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
млекопитающим и ест мясо, то оно является плотоядным". Вентиль ИЛИ в
процессоре 21 указывает альтернативный вариант получения логического
вывода о принадлежности к плотоядным: "Если животное является
млекопитающим и имеет острые зубы, имеет когти и имеет направленные
вперед глаза, то оно является плотоядным".
В представляющем интерес для практики случае наблюдаемые признаки
характеризуются определенной вероятностью правильности.
Если предположить, что события независимы друг от друга, то общая
вероятность для двух событий описывается соответствующим произведением.
Следовательно, процессоры, обозначенные пустыми кружочками и не имеющие
черных точек, умножают две вводимые вероятности. Ниже эти процессоры
относят к типу А. Следует заметить, что выходной сигнал 0 соответствует
логическому ЛОЖЬ и возникает на выходе, если любая из входных
вероятностей равняется 0. Кружочки с черными точками,
Наблюдаемые
входные
Логические заключения, выдаваемые на выходе
Глава II. Оптические соединения для обработки в реальном времени
385
относимые ниже к типу В, определяют максимальные значения входных
вероятностей. Альтернативное уравнение представлено в [38]. Процессоры
типа С вычитают вводимую вероятность из 1. Все три типа процессоров также
имеют функцию отображения вероятности, влияющую на выходной сигнал [38].
Функция отображает вычисленную входную вероятность на выходную
вероятность, также имеющую значения от 0 до 1.
Потоковый граф на рис. 11.7 может быть реализован непосредственно на
основе предложенной на рис. 11.2 системы, где верхняя половина
процессоров имеет входные соединения, а нижняя половина имеет выходные
соединения. Для приведенного простого примера требуется только лишь 40
процессоров. Программирование процессоров осуществляется в зависимости от
того, к какому нз типов (А, В или С) они относятся (табл. 11.1).
Наблюдаемые входные сигналы вводятся в первые 20 процессоров. Вероятности
получаются на выходах последних семи процессоров, и самое большое из
значений вероятности указывает на идентифицированного животного.
Получаемая вероятность оценивается таким параметром, как фактор
уверенности, непосредственно характеризующим различия вероятностей для
разных животных. В табл. 11.1 показано, какой из перекрестных
переключающих элементов должен быть включен для обеспечения соединений
между правилами на потоковом графе, приведенном на рис. 11.7.
11.5.3. Схема "от цели к фактам" и ее реализация
Многие практические задачи больше приспособлены для схем "от цели к
фактам", чем для схем "от фактов к цели", поскольку пользователь
заинтересован в разрешении конкретной гипотезы или цели. Получение данных
может быть достаточно затруднено и пользователь не заинтересован
направлять свои усилия на получение ненужных ему признаков. Можно задать
законный вопрос экспертной системе, представленной на рис. 11.7:
"Является ли животное гепардом"? Это предусматривает прочтение потокового
графа справа налево. Цель считается достигнутой, если в процессоре 34
животное имеет пятнистую окраску, и в процессоре 22 животное имеет темные
пятна и является плотоядным. Преимущество схемы от "цели к фактам"
заключается в том, что она конкретно указывает, какие именно признаки
надо наблюдать, и время не затрачивается впустую на получение ненужных
данных.
Схема "от цели к фактам" требует решения так называемой обратной задачи,
т. е. нахождения дерева, приводящего к представленной в виде гипотезы
цели (рис. 11.8). Для ее реализации на основе оптического процессора с
перекрестными соединениями требуется провести показанное на рис. 11.8
присвоение
386 Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
Таблица 11.1. Состояния перекрестного переключателя для системы
Процессор Состояние Процессор Состояние
№ Тип № Тип
1 А 22а, 25в 11 А 24в, ЗЗв
2 А 34в, 23а, 26в 12 Б 28а, 36в
3 А 21а 13 А 12в,
4 Б Зв, 6а, 10а, 14 Б 28в, 32в, 40а
5 А 46 15 А 14в
6 А 7а 16 А 15в, 30а
7 А 8а 17 А 31в, 38в
8 А 21в 18 А 37в
9 А 35а, 27в 19 А 39в
10 А 24а, 33а 20 А 40в
признаков. Однако передача сигналов вниз по этому дереву не позволяет
получить конвейерную обработку, как в случае схемы "от фактов к цели".
Следовательно, процессор используется не эффективно и для разработки
эффективных подходов к реализации схемы "от цели к фактам" на этом типе
процессоров требуются дальнейшие исследования.
11.6. Цифровая обработка сигналов с помощью оптического мультипроцессора
с перекрестной схемой
11.6.1. Основные алгоритмы обработки сигналов
В работе [23] для указанного типа архитектуры проводились исследования
основных алгоритмов обработки сигналов, таких, как систолическая
фильтрация, свертка, корреляция и фурье-преобразование. Линейный фильтр
определяют следующим образом:
к
с = а*Ь, или сп= 2 акЬп_ъ, 2 < n < N +/С, (11.1)
k=i
где a*, k=\, ..., К являются коэффициентами фильтра, Ьп, п = = 1, ..., N
являются значениями данных, а * - оператор свертки. За пределами
