Введение к работе
Актуальность гена, задача распознавания о«раэоо возникает з практике повсеместно- она заключается в следуюаеи- Имеется наооо некоторых картин, мелодия л т. п- . называемых образами. Образи определенного класса задаются посрелетвои некоторого орошенного образа или прототипа. Образ, пояаваеіига на вход распознаете^ системи, пли аналнзиоуенил ойраз, нэоСходино определить как зленент определенного класса, т. е. сопоставить его определенному
Как известно, традиционная полулроводишеозая электроника подходит к своим Физический пределам быстродействия и миниатюризации. Встает задача поиска таких Физических сред, которые обеспечили 6EJ. ео-пєрбшс, более высокую плотность записи кялои«ашгл в единице объема среды п во-вторый, более высокое быстродействие?.
Пег-зал задача но:їєт бить репєна путон построения молекулярных
вычислительных устройств, где носителями иноорнанип ясляются
большие спомол.?;г/діі. Это направление получило науЕание
молекулярно л электроники.
оякл.но, как правило, бкстгоиеястБнз бпокпкпчеегшх реакция не
псезшает. а часто и значительно уступает быстродействию
траяиняошшх пояУпсоЕОшипюзых устройств. Гдн ке відхоа? Его
подсказывает нам сама псироза. Действительно. скорость
распространения кипульеа созбу;:-:ло:гня (бнохнигяасяоп реакции
распространения калил к натоня! по кепоноку зодопну не преэ.чдлае?
100 м/с, -гто в - !о:> раз лзньгэ скорости, распространения
злектр!г;е;ми:: сигналов. О/інако. иозг (человек л. и
,1ссогсоосг.г::!гзозаяны.'г :::тотш.с;:) решает иногиа интеллект/ ал ьние эаг.л.чи. в частности задачу раслозймугиил ой>з:зо.?, некого бметрэе с а них созр^нешшх ноипыотороб. Пгпчина. '.того заключается з
гигантском пагаллслизне сунпппонироваапг, мозга- Поэтому ясно, что ueoGxoEiuia разработка raicsi.t устройств, которые за счет коллективной динамики спосойны параллельно обрабатывать информации Но здесь возникает есе одна проблема.
В настояиее время наиболее популярен коннекшюнистскип (сетевой) подход к обработке информации. В раинах данного подхода параддедидизн в динамике системы достигается посредством глооадьноя связности всех элементов сети (т. е. каядид элемент связан с кагькм). Такоа подход в принципе не противоречит архитектуре непренпоп сети козга, где кахдыл непрон связан с другими - Ю3 - 104 дендриданп. однако, число связей для глооально-связкол сет:: растет как квадрат числа ее элементов, что представляет значительную трудность для технической реализация устройств (например, в виде чипоь). Различные модификации в виде разбавленных (цеподиисвязних сетей! не иогут решить эту проблему в принципе.
Необходим другой подход и он может быть найден г.ы; использовании реакиионно-яиФСузионных систем (РК) обработки информации. РДС - это распределенные системи, динамика которых определяется законои изменения концентрации некоторого вещества в каждой точке среды и диффузионном перемеииванием этого вещества в среде. В таких системах вообще нет пряных (направленных) глобальных связей между элементами, а имеются лиаіь локальные дифоузионннє связи- Нелокальность в системе, которая, вообие говоря, необходима для параллельного решения большинства заяач обработки информации, достигается посредством задания соответсвуюших разнеров диффузионных длин взаимодействующих реагентов.
Основной целью данной диссертационной работы является исследование возможности решения задачи распознавания образов посредством РЯС
основные задачи, решаемые в диссеотаимм. можно разделить на
ТРИ бОЛЬШИе ГРУППЫ:
- исследование вознояиости РИС па распознавали» отдельных
прототипов;
исследование возможности РЯС по распознаванию последовательности циклически сменяющих друг друга прототипов;
- исследование возможности РЯС по распознаванию фрагментов
отдельного прототипа.
Научная новизна работы определяется следуяяшии основными результатами;
И Впервые детально исследованы возможности РИС для решения задачи распознавния образов.
2) Аналитически и численно изучены различные рееикы управления
динамикой распознающея РЯС
-
Доказана сходимость системы к стационарной точке, отвечающей распознанному прототипу-
-
Показана возможность распознавания последовательностей образов посредством РІС Найдены способы управления временами пребывания системы в кваэиравновесиях. отвечающих отдельным прототипам в последовательности.
5) Показана возможность анализа отдельных Фрагментов
прототипов и проанализированы возникающие в зависимости от
соотношения диффузионных длин реагентов режимы.
Проведенные исследования имеют поактнчеснуп значимость Так. учитывая универсальный хаоактер рассмотренной в диссертационной работе модели (она применима для описания процесса конкуренции мод в различных Физических, кимических и биологических системах), ее простоту. отсутствие принципиальных ограничения на ее Физическую реализацию (например, в виде системы биохимических оеакиии). она может быть рассмотрена как базовая при построении специализированного аналогового процессора для обработки
изобоал:8к;іп. Рьсснотреннад ?ЕС допускаат также простую
архитектурную пеаяизашк» посредством традиционной
полупроводниковое технологии- При этой, отдельные парадледыю-оункционируюсие .чг.ни-процессорц будут связана между собоя исключительно локальними связями. Что намного облегчает практическое создание устройства в виде чипа.
Предлагаемое модели производят обработку информации аналоговим способом, т- е. без перевода записанных образов в числовые последовательности и их дальнейшей обработки с помощь» набора логических к (или! арнсмегических операции.
Исследованные а работе реакдиояно-яигоузионные полсли способны обеспечить кап високую плотность записи информации, так к высокое, вследствие параллельной гаишники, оистоовеиствие.
Лпробапии работы. Чатерналы диссертации били представлен» на Международном симпозиуме но кейрианам сетям ІІЕШОЇІЬТ' 90 (ї'рлга, 1590). Первая международной конференции по исскуствекним нейронным сетин ! САШ'91 (Хельсинки, 1991). Второй Всесоюзной конференции "Физические принципы построения устройств обработки информации на молекулярном уровне" (Москва, 19QQ), второй Всесоюзной конференции "Математическое моделирование: нелинейные проблемы и вичислительная математика" (Звенигород. 1990), Всесоюзной сколе-семинаре по молекулярному биокомпьютингу (Москва, 1991 >
Публикация. По материалам лиссесташи опубликованы Б статей в научных журналах и сборниках.
Структура й объеи лиссестацк-.і. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Она излокена на 129 страницах машинописного текста и содержит 25 рисунков, а танке список литературных ссылок из 191 наименования.
' 5