Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления




НазваниеВозможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления
страница1/6
Дата07.02.2013
Размер0.53 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4   5   6

Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления




А. А. Жданов, А.Е. Устюжанин

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 0001-00372

Введение




Одной из принципиальных черт человеческой памяти является способность человека запоминать как единый объект образ, состоящий из множества упорядоченных деталей, особенно часто упорядоченных во времени (везде ниже будем иметь в виду упорядоченность именно во времени). Для того, чтобы распознать такой образ, вспомнить и воспроизвести его в памяти, человеку бывает достаточно увидеть лишь небольшой фрагмент, относящийся к произвольной части такого образа, остальные упорядоченные фрагменты образа вспоминаются уже по ассоциации. Примерами могут служить запоминание мелодии, стихотворения, длинной дороги. По-видимому, такими свойствами обладает память не только человека, но и память других естественных организмов. Употребленное здесь понятие ассоциативности заставляет сравнить такую память с так называемой ассоциативной памятью, используемой в технических системах обработки информации.

Ассоциативным подходом к использованию памяти в технических системах обработки информации называется подход, когда поиск информации происходит по части ее содержания. Ассоциативный подход используется, например, в ЭВМ для реализации сверхоперативной памяти и при работе с базами данных. Ассоциативными свойствами обладают также некоторые нейронные сети, например, нейронные сети Хопфилда и Хэмминга [1, 2]. При реализации ассоциативной памяти в нейронных сетях стремятся сделать так, чтобы при возбуждении некоторых нейронов возбуждался тот ансамбль нейронов, который включает первоначально возбужденные нейроны, а также и другие нейронные ансамбли, ассоциированные с первым, при этом предусматриваются средства для торможения процесса ассоциативного возбуждения в случае его лавинообразного расширения. В последнее время появился также новый подход, основанный на применении теории детерминированного хаоса [3-20], который подробнее будет рассмотрен ниже.

Однако использованное в указанных системах понимание ассоциативной памяти не вполне совпадает с тем феноменом естественной памяти, о котором мы говорим, поскольку в ассоциативной памяти упорядоченность запоминаемой информации во времени не является определяющим требованием. Соответственно, способ обращения к ассоциативной памяти не связан обязательно с упорядоченностью содержания данных. Например, в указанных реализациях ассоциативной памяти на нейронных сетях нейронные ансамбли возбуждаются в порядке, зависящем от ряда случайных причин. Напротив, в естественной памяти, как можно судить по собственным ощущениям, информация запоминается с сохранением порядка ее поступления (слова стихотворения, звуки мелодии), объединяясь при этом некоторым смысловым содержанием (технология некоторой операции, речь некоторого человека) и некоторым идентифицирующим признаком (название стихотворения, мелодии); наиболее хорошо запоминаются повторяющиеся последовательности данных (знакомая дорога), при этом в них запоминаются именно общие места; информация вспоминается в той последовательности, в которой она запоминалась (Вам с большим трудом удастся воспроизвести слова знакомого стихотворения в обратном порядке).

Однако наиболее важное отличие мы усматриваем в следующем. Память современного компьютера оптимизируется по различным критериям, отражающим возможные требования пользователей и исполнителя пользовательских и системных программ. Напротив, память всякого живого организма оптимизирована с точки зрения вполне определенных целевых функций, единых для всех нервных систем. Этими целевыми функциями, по нашему убеждению, являются выживание и накопление знаний.

Для того чтобы выжить, улучшить свое текущее состояние, нервная система имеет только одно средство – она должна воздействовать на окружающую ее среду, рассчитывая на определенные прогнозируемые нервной системой обратные реакции среды. Такой прогноз основывается на тех эмпирических и выводных знаниях, которые добыты данной нервной системой и хранятся в ее памяти. Таким образом, знания нервной системы должны отражать функциональные свойства среды, окружающей ее, т.е. приносить информацию об этих свойствах. Уточним, что нервную систему окружает тело организма и среда, в которую погружен организм, их совокупность и будем называть ниже просто средой. Информация о функциональных свойствах любого объекта, в данном случае среды, должна иметь вполне определенную структуру, именно, указывать, каким воздействием можно перевести данный объект из одного возможного его состояния в другое возможное его состояние. Другими словами, элементарное знание должно иметь вид последовательности импликаций, «начальное состояние объекта в момент t1» → «воздействие на объект в момент t2» → «возможные результирующие состояния объекта в момент t3».

Такая импликация отражает причинно-следственную связь явлений в нашей среде обитания, и самым тесным образом связана со временем, так как причина предшествует следствию именно во времени. Поэтому работа с данными, упорядоченными во времени, крайне важна для живых организмов. Анализ событий, последовательно происходящих во времени, является основой выявления причинно-следственных связей явлений в нашей среде обитания. Чтобы обеспечить выживание организмов в этом мире, их нервные системы должны иметь возможность запоминать временные последовательности данных о наблюдаемых явлениях и своих воздействиях, анализировать их, выявляя в них регулярности, и использовать выявленные регулярности для принятия решений на основании прогноза следствий альтернативных вариантов своих возможных действий.

Из сказанного следует, что известные способы реализации ассоциативной памяти не вполне подходят для моделирования указанных свойств естественной памяти при моделировании систем управления, имитирующих нервные системы. Особенно это касается таких автоматических адаптивных систем управления, которые имитируют не отдельные свойства нервных систем, но их свойства в целом. Это управляющие системы, которые должны автоматически приспосабливаться к жизни в среде с заранее плохо известными им свойствами, это системы, в которых предусмотрены указанные целевые функции выживания и накопления знаний. Именно такого рода системы управления мы и будем рассматривать ниже.

Мы полагаем, что для воспроизведения памяти с описанными выше свойствами, в автоматических адаптивных системах управления должны автоматически решаться следующие задачи.

а) Задача автоматической классификации (формирования образов) пространственно-временных объектов, т.е. автоматическое обнаружение в пространстве признаков таких упорядоченных множеств пространственно-временных объектов, которые можно ассоциировать в классы - образы в соответствии с некоторыми заданными правилами;

б) Задача сохранения данных о сформированных классах - образах в некоторой “памяти образов”;

в) Задача автоматического ассоциативного распознавания таких образов, т.е. выделение в памяти всех упорядоченных объектов, составляющих данный образ, при наблюдении только части принадлежащих ему объектов.

Настоящая работа представляет предварительные результаты исследования возможностей построения памяти с указанного рода ассоциативными свойствами на основе технологии детерминированного хаоса.

При исследованиях человеческого мозга была выдвинута гипотеза, что принципы работы человеческого мозга схожи с принципами работы технических систем, основанных на идеях детерминированного хаоса. Такие системы в некоторых случаях заметно повышают эффективность обработки информации, и, одновременно, удобны для программной реализации. Тем самым, идеи детерминированного хаоса имеют, с одной стороны, глубокое бионическое обоснование, с другой стороны – могут дать важные практически полезные результаты.

Оба этих свойства детерминированного хаоса являются привлекательными для систем автономного адаптивного управления (ААУ), разрабатываемых авторами настоящей работы [22-37]. Идея систем ААУ также имеет бионическое основание, поскольку в системах ААУ мы моделируем нервные системы. В управляющей системе ААУ отдельными ее подсистемами взаимосогласованно решаются задачи автоматической классификации, распознавания образов, представления знаний, принятия решений и некоторые другие. Основным полезным свойством систем ААУ является их способность осуществлять адаптивное управление объектами, для которых трудно составить точную математическую модель, на основании которой можно было бы применить какой-либо из традиционных методов управления.

Проблема работы с образами протяженных упорядоченных во времени пространственно-временных объектов и организации ассоциативной памяти является актуальной для теории систем ААУ. Практически реализованные до настоящего момента системы ААУ позволяли решать задачу формирования и распознавания образов (ФРО) на данных по предыстории процесса управления длиной всего несколько тактов дискретного времени с прогнозированием всего на один-два такта вперед. При помощи технологий детерминированного хаоса удалось найти эффективный подход к расширению анализируемых и прогнозируемых временных диапазонов процесса управления. Были рассмотрены различные варианты построения памяти управляющей системы на основе детерминированного хаоса. Для исследования разработанной системы и проведения компьютерных экспериментов был построен программный комплекс, позволяющий собирать систему ААУ из модулей, реализующих ее функциональные подсистемы на базе различных подходов.

В результате проведенного математического моделирования была показана принципиальная возможность использования технологии детерминированного хаоса для организации таких подсистем системы ААУ, как аппарат формирования и распознавания образов, база знаний и аппарат принятия решений. Данная технология позволяет управляющей системе работать с образами очень протяженных пространственно-временных явлений. Свойства системы были продемонстрированы на модельном примере, представляющем собой управляющую систему транспортного робота, движущегося по лабиринту, имеющему набор повторяющихся фрагментов. Настоящая работа представляет первые результаты исследования возможности применения технологии детерминированного хаоса для построения некоторых подсистем системы ААУ.
  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconИсследование возможности использования нута в технологии эмульгированных мясных продуктов функционального назначения а. В. Чихоцкая, студентка 5-го курса механико-технологического факультета фгоу впо «кгту»
Исследование возможности использования нута в технологии эмульгированных мясных продуктов функционального назначения
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconВозможности агрегатной системы моделирования
Расширены возможности пла­нирования и динамического управления резервными микротехнологическими операциями. Излагается технология...
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconПрограмма по дисциплине основы теории управления
Эвм в системах управления; особенности математического описания цифровых систем управления, анализа и синтеза систем управления с...
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconПрограмма вступительного испытания (собеседование/устный экзамен) по дисциплинам «Информационная безопасность и защита информации»
Формы представления моделей. Методы анализа и синтеза систем управления. Использование микропроцессоров и микро-эвм в системах управления....
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconКомпьютерные технологии в журналистике раздел Современные информационные технологии, их место и роль с жизни человека и общества
Первоначально такими данными были числа, а вскоре к ним прибавились и слова. Именно это достижение предоставило журналистам широкие...
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconОбработка сигналов в системах телекоммуникаций построение комбинированного адаптивного алгоритма эхокомпенсации с пониженной вычислительной сложностью
Россия, Ярославль, ул. Советская, 14. Тел. (4852) 79-77-75. E-mail
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconМосковский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт)
Целью дисциплины является изучение физических и математических основ микропроцессорной техники и принципов построения микропроцессорных...
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconРазработка механизма обеспечения полуавтономного управления робототехничеким устройством
Предлагается подход к реализации программного средства для адаптивного управления мобильным робототехническим комплексом
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления icon7 Мая День создания вооруженных сил РФ
Рсфср от 5 мая 1921 года, обеспечивает с помощью шифровальных (криптографических) средств защиту информации в информационно-телекоммуникационных...
Возможности использования технологии детерминированного хаоса в системах автономного адаптивного управления iconИнтеллектуальные технологии в системах управления предприятиями
Рассматриваются вопросы проектирования интеллектуальных систем управления предприятиями, основанные на знаниях. Предложены подходы...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница