logo search
Нейронные_сети_1

1.5 Сравнение характеристик машины фон Неймана и нейронной сети

Машина фон Неймана основана на принципе последовательных вычислений и эффективно решает задачи числовой и символьной обработки данных. Однако такие задачи, как распознавание изображений, полученных в разных масштабах и ракурсах, ассоциативный поиск информации по "обрывочным" или искаженным данным, принятие интеллектуальных решений в сложных ситуациях, решаются на последовательных машинах неэффективно. В то же время мозг человека, включающий в себя низкопроизводительные с технической точки зрения вычислительные элементы - нейроны с частотой срабатывания не более нескольких сотен герц, с легкостью справляется с подобными задачами. Например, задача распознавания лица человека решается за доли секунды. Такой результат достигается за счет принципиально иной организации вычислений, основанной на параллельной обработке информации. В табл. 1 приведены сравнительные характеристики машины фон Неймана и биологической нейронной сети [3]. Искусственные нейронные сети в некоторой степени повторяют особенности функционирования биологических нейронных сетей. К их числу следует отнести параллелизм вычислений, поиск информации по содержанию (ассоциации), а не по месту хранения, адаптация к внешним условиям или самообучение, устойчивость работы при возможных отказах отдельных вычислительных элементов или нарушении связей между ними.

Таблица 1

Сравнение машины фон Неймана

с биологической нейронной системой

Машина фон Неймана

Биологическая нейронная система

Процессор

Сложный

Простой

Высокоскоростной

Низкоскоростной

Один или несколько

Большое количество

Память

Отделена от процессора Локализована

Адресация не по содержанию

Интегрирована в процессор

Распределенная

Адресация по содержанию

Вычисления

Централизованные

Распределенные

Последовательные

Параллельные

Хранимые программы

Самообучение

Надежность

Высокая уязвимость

Робастностъ

Специализация

Численные и символьные операции

Проблемы восприятия

Среда функционирования

Строго определенная Строго ограниченная

Плохо определенная

Без ограничений

Сравнение времени принятия решения человеком в сложной обстановке (около 1с) с тактом срабатывания нейрона (в среднем около 10 мс) дает основание сделать вывод, что мозг "запускает" параллельные программы, содержащие около 100 шагов вычислений. Каждый нейрон срабатывает всего несколько раз и не несет основной информационной нагрузки. Эта нагрузка возложена на связи между нейронами, которые играют роль "памяти" вычислителя, настраивающейся в процессе обучения и функционирования в изменяющейся внешней среде. Именно эта ведущая роль связей между нейронами послужила основанием для введения термина коннекционистская модель применительно к искусственным нейронным сетям.