Волновая резонансная теория

Волновая резонансная теория

Найден запомненный образ, сходство которого с вектором X выше уровня параметра сходства, т. е. S>. Если это происходит, проводится обучающий цикл, в процессе которого модифицируются веса векторов Tj и Bj, связанных с возбужденным нейроном в слое распознавания.

Все запомненные образы проверены, определено, что они не соответствуют входному вектору, и все нейроны слоя распознавания заторможены. В этом случае предварительно не распределенный нейрон в распознающем слое выделяется этому образу и его весовые векторы Bj и Tj устанавливаются соответствующими новому входному образу.

Проблема производительности. Описанная сеть должна производить последовательный поиск среди всех запомненных образов. В аналоговых реализациях это будет происходить очень быстро; однако при моделировании на обычных цифровых компьютерах этот процесс может оказаться очень длительным. Если же сеть APT реализуется на параллельных процессорах, все свертки на распознающем уровне могут вычисляться одновременно. В этом случае поиск может быть очень быстрым.

Время, необходимое для стабилизации сети с латеральным торможением, может быть длительным при моделировании на последовательных цифровых компьютерах. Чтобы выбрать победителя в процессе латерального торможения, все нейроны в слое должны быть вовлечены в одновременные вычисления и передачу. Это может потребовать проведения большого объема вычислений перед достижением сходимости. Латеральные тормозящие сети, аналогичные используемым в неокогнитронах, могут существенно сократить это время.

Процесс обучения является устойчивым. Обучение не будет вызывать переключения с одного возбужденного нейрона слоя распознавания на другой.

Процесс обучения конечен. Любая последовательность произвольных входных векторов будет производить стабильный набор весов после конечного количества обучающих серий; повторяющиеся последовательности обучающих векторов не будут приводить к циклическому изменению весов.

Рис. 14. (а) Схематическое изображение нейрона: 1 - тело клетки (сома), 2 - мембрана, 3 - дендриты, 4 - аксон, 5 - синаптическое окончание, (б) Ионные каналы в мембране нейрона: К, Na, Са - ионы калия, натрия, кальция, (в) Эквивалентная электрическая схема мембраны нейрона: GNa, GK, GCa,…-- нелинейные ионные проводимости; Rm - сопротивление утечки; Ст - емкость мембраны; ENa, EK,…-равновесные потенциалы для соответствующих токов.

На рис. 14 схематически изображены нервная клетка и клеточная мембрана. Для построения адекватной динамической модели нейрона принципиально, что окружающая его мембрана нередко представляет собой эквипотенциальную поверхность. Поэтому, несмотря на вполне макроскопические размеры нейрона, при анализе его электрической активности (частота 4-60 Гц) нервную клетку можно рассматривать как сосредоточенную в пространстве систему. Другими словами, переменные, описывающие состояние нейрона (мембранный потенциал, концентрацию тех или иных ионов и т.д.), можно рассматривать как функции только времени. Другой важный вопрос связан со способом описания активности нейронов. Поскольку состояние нейрона определяется неравновесной диффузией различных заряженных ионов, для моделирования его активности, вообще говоря, следует использовать кинетическое описание. Однако, когда мы интересуемся нейроном как генератором низкочастотных электрических пульсаций, такое описание, очевидно, избыточно. Для построения соответствующей теории вполне достаточно уравнений для средних по времени t0 << Т (Т -- характерный период электрической активности нейрона) динамических переменных: мембранного потенциала и макроскопических ионных токов. При этом нейрон можно рассматривать как нелинейную электрическую цепь из RC-элементов. Источником энергии для работы этой диссипативной системы служат биохимические процессы, связанные со взаимодействием внутриклеточной и межклеточной сред.

Осцилляторная активность нейрона определяется тем, что это неравновесная система с разнообразными обратными связями, в том числе и запаздывающими. Именно благодаря этим обратным связям, закрывающим или открывающим ионные каналы в соответствующей фазе электрической активности мембраны, состояние нейрона, отвечающее потенциалу покоя, может стать неустойчивым, и он превращается в генератор. Такой генератор можно рассматривать как динамическую систему, в рамках которой микроскопическая кинетика проявляется лишь как малые флуктуации.

Нелинейные динамические модели нейронов, которые строятся для объяснения обнаруживаемых феноменов и предсказания новых (в чем, собственно, и состоит назначение теории), в значительной степени зависят от того нейрофизиологического эксперимента, на который они опираются. Так, для описания нейронов ЦГ обычно используются варианты классической модели Ходжкина-Хаксли (1952 г.), включая ее разнообразные обобщения, учитывающие дополнительные мембранные токи, или, наоборот, более упрощенные, использующие в качестве переменных мембранный потенциал V(t) и некоторые вспомогательные токи, описывающие процессы двух типов быстрые Ie(t) и медленные IM(t) (см., например, [13-15]).

Типичная обобщенная модель Ходжкина-Хаксли (в широком смысле conductance-based model) имеет вид

где V(t) -- электрический потенциал клеточной мембраны, С характеризует электрическую емкость мембраны, i обозначает вид тока, текущего через мембрану, или, как говорят, тип ионного канала (калиевого, натриевого, кальциевого канала, канала утечки), gi -- максимальная проводимость, Vi -- равновесный потенциал (потенциал реверсии) для i-го канала, ai и bi -- переменные, характеризующие активацию и инактивацию i-го канала, эти переменные можно рассматривать, например, как вероятности открытия или закрытия того или иного канала, a pi и qi представляют собой число управляющих частиц, достаточное, чтобы открыть или закрыть канал (обычно это целые числа от нуля до четырех). a?i (V) и b?i(V) -- стационарные состояния уровня активации и инактивации, они зависят от V сигмоидным образом, так же как и характерные времена релаксации фai(V) и фai(V). В классической работе Ходжкина и Хаксли [14] N = 3.

Сейчас популярны и более простые модели подобного типа. Одна из них -- модель Морриса-Лекара [15]:

где m?(V), W?(V), ф(V) -- функции сигмоидного типа. Здесь учтена всего лишь одна переменная W, описывающая активацию нейрона. Естественно, что в рамках динамической модели с двумерным фазовым пространством невозможно описать все детали динамики нейрона и, в первую очередь, хаотические колебания мембранного потенциала клетки, наблюдаемые в различных экспериментах [16, 17] (поскольку странный аттрактор не может быть вложен в двумерное пространство). Поэтому сейчас весьма широко используются трехмерные модели, также опирающиеся на формализм Ходжкина-Хаксли. Это, например, модель Чэй [18] и др.

Формализм Ходжкина и Хаксли, основанный на детальном анализе ионного транспорта через мембрану, получил широкое распространение. Но весьма продуктивны и феноменологические модели, описывающие основные особенности динамики нейронов. Одна из моделей такого типа -- модель Розе-Хиндмарш [19] (более подробно см. раздел 3):

где х - мембранный потенциал, у характеризует "быстрые" токи (например, калиевые и натриевые), а z - "медленные" токи, I - внешний ток, а, Ь, с, d, r, s, х0 - постоянные параметры.

При обсуждении динамических процессов в коре головного мозга наиболее часто используется модель нейронной активности Вилсона и Кована (1972 г.), учитывающая взаимодействие двух связанных популяций нейронов - подавляющих и возбуждающих [20]:

где Е и I - безразмерные величины, характеризующие активность возбуждающих и тормозящих нейронов соответственно. Здесь параметр е < 1, поскольку постоянные времени для торможения, как правило, больше характерных времен возбуждения, F - функция сигмоидного типа: F=l/(l+e-x) или F= 1/2 + (1/р) arctanx.

При моделировании больших ансамблей нейронов часто используют и совсем простые точечные модели в виде фазовых осцилляторов, к которым сводятся системы осцилляторов общего вида с периодическим поведением и слабыми парными связями (см., например, [21], обзор [22]):

или еще более простые модели переключательного, спинового, типа, подобные тем, которые широко применяются в теории фазовых переходов.

Описанные выше модели нейронов дублируют именно физиологические и анатомические особенности отдельного нейрона. Но при создании нейронной сети нет необходимости в таком точном воспроизведении естественного нейрона. Необходим нейрон, удовлетворяющий поставленным требованиям, и не усложненный реализацией лишних в рамках поставленной задачи физиологических особенностей, так как это будет негативно отражаться на быстродействии сети. Необходима упрощенная, но подходящая для поставленной задачи распознавания модель.

В поставленной задаче необходим пороговый, импульсный нейрон, удовлетворяющий требованию пластичности и стабильности. Для решения этой задачи я взяла двухпороговый нейрон (рис. 15).

Рис.15. Двухпороговый нейрон.

При прохождении входным сигналом нижнего порога, и не превышении верхнего, нейрон срабатывает и генерирует импульс.

После обучения нейронного ансамбля, он будет узнавать только сигнал, мало отличающийся от запомненного. Т.е. ансамбль будет генерировать положительный импульс только в случае резонанса входного сигнала и сигнала, которому обучен ансамбль (рис. 16).

Рис.16. Резонанс.

Для оценки временных и стоимостных параметров используем метод сетевого планирования и управления (СПУ). Основным плановым документом в системе СПУ является сетевой график (сетевая модель или сеть), представляющий собой информационно-динамическую модель, в которой отражаются взаимосвязи и результаты всех работ, необходимых для достижения конечной цели разработки. Сетевая модель изображается в виде сетевого графика (сети), состоящего из стрелок и кружков. Стрелками в сети изображаются отдельные работы, а кружками -- события. Под стрелками указывается ожидаемое время выполнения работ. Жирной линией показан критический путь .

Сетевая модель комплекса приведена на рисунке 17.

Рис. 17 Сетевая модель

Критический путь равен: = 125 дней (определен по сетевой модели).

Полный резерв времени пути - это разница между длиной критического пути и длиной рассматриваемого пути .

Трудоемкость приведена в таблице 3.

Таблица 3

Расчет заработной платы сотрудников, занятых разработкой программы приводится в таблице 4.

Таблица 4

Суммарные затраты на разработку программы (руб) определяются по формуле:

, где

=1480 рублей - общая заработная плата сотрудников, занятых разработкой программы.

=0,2 - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (премии)

=0,26 коэффициент, учитывающий оплату единого социального налога (ЕСН)

=0,6 - коэффициент, учитывающий накладные расходы

= 3125,76

Цена разработанной программы определяется по формуле:

, = 4688,64

Где - норматив рентабельности

- количество организаций, которые могут купить данную программу

Расчет капитальных вложений

Капитальные вложения, связанные с внедрением новой программы определяются по формуле:

, где

=54000 рублей - капитальные вложения

=2500 маш-ч годовое машинное время ЭВМ, необходимое для решения задач с помощью программы

= = 4688,64 руб - цена разработанной программы

=2500 полный годовой фонд работы ЭВМ.

=58688,64

Расчет эксплуатационных расходов, связанных с использованием разработанной программы

руб/год

Где =2500 часов - машинное время работы ЭВМ, используемой в течение года для решения задач с помощью разработанной программы.

==50 руб/час - себестоимость одного машиночаса

=1200 руб/год - затраты по ведению программы

=10 лет - срок службы программы

= 132068,8

Работая с ЭВМ, пользователь подвергается воздействию множества физически опасных и вредных факторов, среди них:

- отсутствие или недостаток естественного света,

- недостаточная освещенность рабочей зоны,

- электрический ток,

- статическое электричество,

- зрительные нагрузки,

- излучение и др.

Также воздействуют такие психофизиологические факторы, как:

- умственное перенапряжение,

- перенапряжение зрительных и слуховых анализаторов,

- монотонность труда,

- эмоциональные перегрузки.

Воздействие указанных неблагоприятных факторов приводит к снижению работоспособности, вызываемое развивающимся утомлением. А при длительном нахождении человека в зоне комбинированного воздействия различных неблагоприятных факторов, может привести к профессиональному заболеванию.

Важнейшей частью персональных компьютеров является дисплей (так же видеодисплейный терминал, экран, монитор) - прибор, предназначенный для наблюдения пользователем за работой компьютера. Работа с дисплеем оказывает отрицательное влияние на зрение, нервную систему.

Существует три группы факторов, которые могут повлиять на здоровье пользователя персонального компьютера:

­ визуальные параметры дисплея в сочетании со световым климатом в помещении;

­ электростатическое и электромагнитные поля компьютера, дисплея и других периферийных устройств;

­ эргономические параметры рабочего места.

Многолетние исследования о влиянии излучений, генерируемых компьютерами и периферийными устройствами, на здоровье человека дали противоречивые результаты. Но некоторые исследования определили потенциальную опасность для здоровья, которую вызывает долговременное пребывание в зоне неионизированных электромагнитных полей крайне низких частот и очень низких частот.

Дисплеи создают неионизированное электромагнитное поле, которое состоит из электрического (E-поле) и магнитного (H-поле) полей. Беспокойство вызывают крайне низкие частоты - КНЧ (5 Гц - 2000 Гц) и очень низкие частоты - ОНЧ (2 - 400 кГц) спектра. Кроме того, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) дисплеев создают электростатические поля, уменьшающие число отрицательно заряженных ионов в пространстве между пользователем и экраном дисплея, что является причиной ощущения сухости во рту и в носоглотке, сыпи на коже и дерматита у операторов компьютеров.

По мнению врачей-гигиенистов, с точки зрения излучения наиболее опасен монитор. Он излучает в электромагнитном диапазоне от 1 Гц до 1 ГГц. Для того чтобы снизить эмиссионные характеристики техники, в современных компьютерах предусмотрена внутренняя защита. Однако для нее необходимо заземление устройства. При этом очень важно проследить, чтобы провод заземления не просто «присутствовал в розетке», но не прерывался по всей цепочке. Однако заземление часто отсутствует, и все современные разработки по защите от излучений становятся бесполезны.

Так же крайне важно соответствие предельной нагрузки на электропроводку количеству оборудования. Если компьютеров слишком много и электропроводка не рассчитана на такую нагрузку, при последовательном подключении приборов вместе с сопротивлением сети будет возрастать и низкочастотное электромагнитное поле. Это можно даже заметить визуально -- экран монитора начинает дрожать.

Удлинитель с розетками или стабилизатор напряжения «Пилот» так же является потенциальным источником излучения. «Пилот» с разболтанными контактами (они портятся при постоянном включении-выключении устройств из сети) излучает больше.

Допустимые значения параметров неионизирующих ЭМ-излучений указаны в таблице 5. Визуальные эргономические параметры видеодисплейных терминалов и пределы их изменений указаны в таблице 6.

Таблица 5. Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений

Таблица 6. Пределы изменений визуальных эргономических параметров видеотерминалов

Оптимальным диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, в пределах которого обеспечивается безошибочное считывание информации при времени реакции оператора, превышающем минимальное, установленное экспериментально для данного типа ВДТ, не более чем в 1,2 раза. Допустимым диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, при котором обеспечивается безошибочное считывание информации, а время реакции человека-оператора превышает минимальное, установленное экспериментально для данного типа ВДТ, не более чем в 1,5 раза.

Большое значение при работе с ПК имеют визуальные параметры, такие как неравномерность яркости фона и знака, дрожание, мерцание и т. д. Одно из необходимых требований -- это корреляция яркости фона экрана и внешней освещенности. Чем ярче фон, тем больше должна быть освещенность. У старых мониторов «садится» электронно-лучевая трубка, и яркость фона уменьшается. По санитарным нормам яркость не должна быть меньше 35 кд/м2. Если она меньше, этот монитор лучше не использовать.

СанПиН запрещает располагать рабочие места с компьютерами в подвальных помещениях (без естественного освещения). В случае, если такого расположения требует технологический процесс, вопрос необходимо согласовать с органами санитарно-эпидемиологического надзора. Несоблюдение нормативов на визуальные параметры терминала может приводить к самым разным нарушениям зрения.

Операторы ПК подвержены риску проявления «компьютерного зрительного синдрома» (общепринятое сокращение - CVS). Фактически, CVS стал наиболее широко распространенной проблемой здоровья в мире, связанной с применением ЭВМ. Признаками проявления CVS является любой из следующих симптомов: напряжение глаз, головные боли, двоение изображение, усталые, красные или сухие глаза, временная близорукость, случайное «смазывание» изображений на экране, возрастающее раздражение глаз, изменение в цветовом восприятии. Неправильный выбор визуальных параметров дисплея и светового климата в помещении являются основными причинами CVS. Слабое зрение и зеркальные блики на экранах дисплеев интенсифицируют проявление CVS. Симптомы компьютерного зрительного синдрома несомненно влияют на зрение и производительность работы за компьютером. Важно отметить, что если у взрослых пользователей периодический отдых позволяет через некоторое время полностью восстановить зрительные функции, то у детей в возрасте до 14-15 лет CVS может привести к устойчивой потере зрения (близорукости).

При работе с вычислительной техникой, из микроклиматических параметров особое значение имеет влажность воздуха. В сухом воздухе повышенные уровни электростатического поля возрастают еще больше. Под действием электростатического поля поляризуются частицы, которые «собирают» на себя микробы и пыль. У работающего может возникнуть аллергия, конъюнктивит, высыпание на коже.

Периферийное оборудование излучает меньше, чем монитор. Но здесь возникает такой нормируемый параметр, как шум. Норматив на шум для рабочего места, оснащенного принтером, составляет 70 дБА, а без принтера 50 дБА. 50 дБА соответствует работе радио «комнатной громкости». 70 дБА -- это серьезный шум. С громкостью 70 дБА стучат машинки в машинописном бюро или движутся машины (исключая грузовики, тягачи, мотоциклы и строительные машины). Современные принтеры работают практически бесшумно, поэтому с новыми принтерами проблем обычно не возникает.

Работа с компьютером, как правило, сопряжена с долговременным положением в одной, зачастую, неудобной позе. Перегружаются конечности: кисти рук (или одна из кистей, если человек плохо владеет клавиатурой), предплечья; немеет спина, шея. Длительное пребывание в «вынужденной позе» может привести к заболеваниям опорно-двигательного аппарата, таким как искривление позвоночника, остеохондрозы, тендовагиниты, артрозы и др.

Для их предотвращения, необходимо, во-первых, периодически менять положение корпуса, а во-вторых, создать опору для всех частей тела: для рук - подлокотники, для спины -- спинка кресла, и т.д. Если имеется выдвижная доска и клавиатура отодвинута от края стола на 20-30 см (опора для предплечий), а для ног предусмотрена специальная подставка, нагрузка на опорно-двигательный аппарат будет меньше -- и меньше будет вероятность развития подобных заболеваний. В СанПиН 2.2.2.542-96 четко указаны параметры офисной мебели. Рабочий стул должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также по расстоянию спинки от переднего края сиденья. Руководство компаний обязано покупать качественную мебель -- такую, где регулировка легко осуществима, а фиксация надежна. Использование стульев и кресел с полуоторванными спинками, таким образом, является нарушением нормативов. Наличие подставки для ног тоже обязательно -- но во многих ли офисах вы видели такие подставки? Конструкция клавиатуры должна предусматривать опорное приспособление, позволяющее менять угол наклона ее поверхности в пределах от 5 до 15 градусов.

Так же, для устранения данных проблем, необходим режим труда. Через каждый час рекомендуется делать перерыв на 10 минут. Если перерывы делаются через два часа, их продолжительность надо увеличивать до 15-20 минут. То есть перерывы на чай и перекуры, обычные в российских организациях и учреждениях, являются вполне законными согласно санитарным нормам. Они должны предоставляться работнику независимо от его обеденного перерыва. Хорошо бы в это время проделать упражнения из производственной гимнастики, но, скорее всего, мало кто будет ими заниматься. В принципе, любое движение снимает некоторое напряжение с мышц.

Любая работа или деятельность, требующая фиксированной позы длительное время, может приводить к скелетно-мышечному дискомфорту. Уменьшить или даже полностью устранить такой дискомфорт можно правильным выбором конструкции рабочего места, применением регулируемой мебели (кресла, стола для дисплея, подставки для ног).

Некоторые люди, чья работа требует интенсивного применения клавиатуры, сообщают о болях в запястьях, предплечье и шее. Это заболевание мягких тканей, связано с повторяющимися движениями, фиксированным положением тела, неудобной позой и чрезмерной нагрузкой. Правильная установка дисплея и клавиатуры, а также соответствующее оборудование рабочего места должны минимизировать возможность заболеваний.

Пожарная опасность производственных зданий и помещений определяется особенностями выполняемого в них технологического процесса, свойствами применяемых веществ и материалов, а также условиями их обработки. По взрывопожарной и пожарной опасности помещения и здания подразделяют на категории А, Б, В, Г, Д. В целом категории взрывопожарной и пожарной опасности определяются путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям от высшей (А) к низшей (Д).

Пожарная профилактика - это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, ограничение его распространения, а также на создание условий для успешного тушения пожара.

Пожары в ВЦ представляют особую опасность, так как сопряжены с большими материальными потерями. Характерная особенность ВЦ - небольшие площади помещений. Как известно пожар может возникнуть при взаимодействии горючих веществ, окисления и источников зажигания. В помещениях ВЦ присутствуют все три основные фактора, необходимые для возникновения пожара. Горючими компонентами на ВЦ являются: строительные материалы для акустической и эстетической отделки помещений, перегородки, двери, полы, перфокарты и перфоленты, изоляция кабелей и др.

Источниками зажигания в ВЦ могут быть электронные схемы от ПЭВМ, приборы, применяемые для технического обслуживания, устройства электропитания, кондиционирования воздуха, где в результате различных нарушений образуются перегретые элементы, электрические искры и дуги, способные вызвать загорания горючих материалов.

В современных ЭВМ очень высокая плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты. При этом возможно оплавление изоляции. Для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирования воздуха. При постоянном действии эти системы представляют собой дополнительную пожарную опасность.

Рекомендации пользователям:

1. Экран дисплея должен быть расположен так, чтобы Вы смотрели слегка вниз.

2. Расположите экран дисплея под прямым углом к окнам и не прямо под источниками верхнего освещения для того, чтобы избежать бликов и отражений.

3. Отрегулируйте яркость и контрастность экрана (если это возможно) до получения приятного Вами комфортного вида изображения.

4. Выключайте монитор, когда Вы не используете его.

5. Отрегулируйте свое кресло так, чтобы оно поддерживало Вашу спину и не оказывало давления на подколенный сустав в то время как Ваши ноги будут прочно расположены на полу или на подставке для ног.

6. Положите свои рабочие материалы так, чтобы их легко было достать.

7. Отрегулируйте клавиатуру так, чтобы Ваши руки были расслаблены и удобно расположены при работе.

8. Расположите руки так, чтобы избежать перегибов запястья при нажатии на наиболее часто используемые клавиши.

9. Пользуйтесь специальными принадлежностями - подставками для ладоней или запястий, подставками для ног и т. п.

10. Время от времени переводите взгляд от экрана на удаленные объекты и обратно.

11. Часто моргайте, чтобы защитить Ваши глаза от сухости.

12. В течение дня вставайте и потягивайтесь или изменяйте сидячую позу.

13. Сохраняйте экран дисплея чистым.

Выполнено организационно-экономическое обоснование проекта, по результатам которого получен расчет затрат на создание данного програмного продукта.

В разделе «Охрана труда и окружающей среды» разработаны требования к мониторам ПК для наибольшей работоспособности оператора.

Страницы: 1, 2