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Elektrische ##Schaltung mit Lernfähigkeit.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit Lernfähigkeit,
die über Zu- und Ableitungen mit der Umgebung verbunden ist.
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Lernfähige Schaltungen werden im allegemeinen durch eine sich ändernde
Aussenwelt und durch Eingriffe des Menschen, die dem Schulungsziel angepasst sind,
geschult. Für den schulenden Menschen ist die Schulung dieser iernfähigen Schaltung
dann besonders leicht durchführbar, wenn die lernfähige Schaltung in ihrem Lernverhalten,
dem Lernverh.lten des Menschen ähnlich ist. Die Schulung kann dann in äheslicher
',Geise wie die Schulung eines Menschen erfolgt.
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Es ist bereits ein elektrlscher Zuordner sit Lerncbarakter bekannt
(Auslegeschrift des Deutschen Patentanites, Nr. 1 179 409), der auf Erkenntnissen
über den bedingten Reflex basiert. Unbekannt ist bei diesem aber ein eigener interner
Ablauf, der sich dem schulenden Menschen gegenüber wie ein eigener Gedankenablauf
in der lernenden Vorrichtung darstellt.
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Die Schaltung nach der Erfindung basiert dagegen auf F.rkenntnissen
aus einer Theorie unserer psychischen Phänomene. Sie gestattet entsprechend den
Ergebnissen dieser Theorie auch einen die Schulunn unterstützenden selbständigen
internen Ablauf.
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Bekannt ist auch ein theoretisch begründetes Verfahren zum Übertragen
und Kombinieren von Intormationen und zum Erzeugen entsprechender motorischer Impulse.
(Auslegeschrift des Deutschen Fatentamtes, Nr. 1 214 452).
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Dieses Verfahren setzt jedoch assoziative Eigenschaften in der Schaltung
voraus , und es ist nicht darauf angelegt, mit vorfixierten Abläufen kombiniert
zu werden.
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Dc Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung
mit Lernfähigkeit so zu realisieren, dass diese ein Lernverhalten besitzt, das dem
des Menschen ähnlich ist. wie elektrische Schaltung mit Lernfähigkeit soll es ausserdem
gestatten, diese einem bereits automatisierten oder teilautomatisierten Prozess
zu überlagern. Ziel ist es, auf diese Weise eine umfassende Lernfähige Vorrichtung
zu schaffen, deren Schulung in einer eise erfolge kann, die der Schulung des lernenden
Menschen entspricht Der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lösung liegt eine natvrwissenschaftliche
Theorie unserer psychischen Phänomene zugrunde. Im Rahmen dieser Theorie finden
unsere wesentlichen psychischen Phänomene eine naturissenschntlichc Erklärung. Die
elektrische Schattung mit Lernf:ihigkeit entsprechend der Erfindung stellt eine
technische Realisierung von Komponenten dieser Theorie dar.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch eine elektrische Schaltung
mit Lernfähigkeit, die über Zu- und Ableitungen mit der Umgebung verbunden ist und
die aus miteinander verbundenen Einzelelementen mit Ein- und Ausgängen und mit der
Möglichkeit unterschiedlicher Anregungszustände besteht1 wobei über einen Eingang
eines solchen Einzelelementes ein Einschreiben in dieses Einzelelement erfolgen
kann, wenn dieser Eingang mit dem Ausgang eines angeregten Einzelelementes verbunden
ist und wobei die Wirkung des Einschreibens darin besteht, dass dadurch die Wahrscheinlichkeit
einer erneuten Anregung über denselben Eingang, über den das Einschreiben erfolgte,
erhöht wird.
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Um die elektrische Schaltung mit Lernfähigkeit einem automatisierten
Prozess überlagern zu können und als Voraussetzung für die vorgesehene Schulung
soll es möglich sein, dass die Zuleitungen der elektrischen Schaltung mit Lernfähigkeit
gleichzeitig Eingäng von Einzelelementen sein können und dass die Ableitungen gleichzeitig
Ausgänge von Einzelelementen darstellen können.
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Sur Verbesserung der Lernfähigkeit und um der elektrischen Schaltung
mit Lernfähigkeit eine gewissen Abstraktionsfähigkeit zu geben, dienen folgende
Eigenschaften: Das Einschreiben in eIn Einzelelement erfolgt nur, wenn sich dieses
jm. angeregten Zustand befindet. Die Anregung eines Einzelelementes erfolgt nach
einem Anregungsgesetz mit zunehmender Stärke und Anzahl der Anregungen in dessen
Eingängen. Die angeregten Einzelelemente falze nach einer gewissen Zeit aus dem
angeregten in den £-iichtangere gten Zustand zurück. Es gibt für die Einzelelemente
Zustände unterschiedlicher Anregbarkeit und die Anregbarkeit eines nicht ange regten
Einzelelmentes klingt mit der Zeit nach einer vorgegebenen Funktion ab. Es gibt
für die Einzelelemente unterschiedliche Stärken der Anregung, und die jeweilige
Anregungsstärke klingt nach einer vorgegebenen Funktion mit der Zeit bis zum Rückfall
in den nichtangeregten Zustand ab. Die Wahrscheinlichkeit der Verbindung der Einzelelemente
untereinander ist nach einem Abstandsgesetz geregelt. Für einen Teil der Ausgänge
der Einzelelemente gilt ein Entfernungsgesetz in dem Sinne, dass die anregende Wirkung
der über diese Ausgänge laufenden Anregungen mit zunehmender Entfernung von dem
angeregten Einzelelement abnimmt.
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Einer Erhöhung der Abstraktionsfähigkeit der elektrischen Schaltung
mit Lernfähigkeit dienen folgende Eigenschaften: Die Einzelelemente haben einen
zusätzlichen Zöschend wirkenden Ausgang, der wirksam wird, wenn sich das Einzelelement
im angeregten
Zustand befindet und der dann die mit ihm in Verbindung
stehenden angeregten Einzelelemente in den nichtangeregten Zustand zurückfallen
lässt. Bei einer Löschung eines Einzeleiemonate durch den löschend wirkenden Ausgang
eines Einzelelementes wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass dieses gelöschte
Einzelelemant in Zukunft über diejenigen Eingangeangeregt werden kann, über die
im Augenblick der Löschung Anregungen auf dieses Einzelelement zukamen. Ausserdem
soll die tatsache, dass in ein Einzelelement eingeschrieben wurde, in ihrer liirkung
mit der Zeit nach einer vorgegebenen Funktion abklingen.
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Zur bevorzugten Erkennung spezlellr Arten von Korrelationen und zur
Erhöhung der Abs traktions fähigkeit ist vorgesehen, dass es für die aus der Umgebung
der elektrischen Schaltung mit Lernf'hi#keit kommenden zu- und Ableitungen Schrerpunkte
innerhalb dieser Schaltung gibt und dass die VerbIndungen der Einzelelemente untereinander
so erfolgen können, dass Ileitungen, die von einer begrenzten Region ausgehen, vorzugsweise
in eine begrenzte andere Region der elektrischen Schaltung mit Lernfähigkeit führen.
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Als wesentliche Unterstützung der Schulung und um der elektrischen
Schaltung mit Lernfähigkeit die Möglichkeit zu geben, Ziele zu erkennen, die in
einem untergeordneten automatisierten Prozess vorgegeben sind, wird festgelegt,
dass die Wahrscheinlichkeit für die Anregung der Einzlelemente und das Hinschreiben
in diese für alle Einzelelemente der elektrischen Schaltung mit Lernfähigkeit gleichzeitig
von aussen beeinflusst werden kann.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin,
dass das Einbringen oder Andern der Zielfunktion in einen automatisierten oder teilautomatisierten
Prozess erleichtert wird. Die Schulung, d.h. die Modifikation der Zielfunktion,
erfolgt
ähnlich, ie man einen lernenden Menschen schulen würde.
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Ausserdem wird allgemein die Möglichkeit eröffnet, auch abstrakte
Ziele in die Schulung einzubeziehen. Die Abstraktionsfähigkeit der elektrischen
Schaltung mit Lernfähigkeit eröffnet auch diese Möglichkeit.
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Ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung mit Lernfähigkeit
gemäss der Erfindung zeigt Abbildung 1. Gezeigt vrird eine matrixförmige Anordnung
der Einzelelemente (EE). Die Zuleitungen (A = Aussenwelt, Zuleitung) und die Ableitungen
(A.rA = Aussenwelt, Ableitung) haben je einen linienförmigen Schwerpunkt und fihren
daher nicht zu statistisch verteilten Einzelelementen.
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Die Prinzipschaltung eines Einzelelementes zeigt Abbildung 2.
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Dargestellt sind die auf das Einzelelement hinführen den und die Anregung
übertragenden Eingänge (Deskriptoren, D), der die Aaregun#; ci dann; angeregten
Ein#1elementes weiterleitende Ausgang (Resultat, R), die löschend wirkenden Eingänge
Konsequenz, K) und der vom angeregten Eirizelelement ausgehende löschend wirkende
Ausgang (Konsequenz des vorhergehenden Einzelelements, KV). Ein zusätzlich eingezeichneter
Eingang. (anregungsfördernde Zuleitung, AFZ) ermöglicht, dass eine Anregung über
diesen Eingang allegemein die Wahrscheinlichkeit eines Übergangs des Einzelelemente
in den angeregten Zustand und die Wahrscheinlichkeit des Einschreibens erhöht.
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In Abbildung 1 ist die anregungsfördernde Zuleitung (AFZ) global eingezeichnet.
Diese Zuleitung führt zu jedem Einzelelment, was wegen der Übersichtlichkeit in
der Zeichnung nicht dargestellt wurde. Die Zuleitungen AWZ in Abbildung 1 führen
In
jedem Einzelelement zu Deskriptoren (1) in Abbildung 2), und die Ableitungen AA
in Abbildung 1 entstammen in den Einzeleieceijten dem Resultat (R in Abbildung 2)
. AWZ und AWA enthalen Je eine Leitung für jede Zu- bzw. Ableitung.
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Da@ stark umrandete Feld in Abbildung 1, auf das die mit IPZ (Information
iiber Prozesszustand) bezeichnete Zuleitung führt, bedeutet, dass zu jedem Einzelelement
dieses Feldes ein anregend wirkender Eingang (D in Abb. 2) geht. Die Anregung in
diesen Eingängen bedeutet eine Information über den Zustand des zu steuernden Prozesses
(vgl. auch Abb. 3). Von einem anderen stark umrandeten Feld in Abbildung 1 geht
die mit BPS (Beeinflussung der Prozeßsteuerung) bezeichnete Ableitung aus.
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Damit soll gesagt werden, dass aus jedem Einzelelement dieses Feldes
ein Ausgang (R in Abb. 2) abgeht, der zur Beeinjlussung der dem Prozess direkt zugeordneten
Prozcsssteuerung benutzt wird (vgl. auch Abb. 3).
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Untereinander sind die Einzelelemente in Abb. 1 statistisch nach einem
Entfernungsgesetz verbunden. Das heisst, je geringer der Abstand der Einzelelemente,
desto grösser ist die Wah;scheinlichkeit, dass der Ausgang eines Einzeielemcintes
gleichzeitig Eingang in einem anderen Einzelelement ist. Der Übersichtlichkeit wegen
sind diese Verbindungen nicht eingezeichnet.
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Ausserdem besteht eine schwerpunktmässige Verbindung in dem Sinne,
dass Ausgänge aus dem Gebiet A:Z mit besonderer Wahrscheinlichkeit auch zu Eingängen
im Gebiet AWA werden. Auch diese Verbindungen wurden der Übersichtlichkeit wegen
in die Zeichnung nicht aufgenommen.
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Die Verbindung der elektrischen Schaltung mit Lernfhigkeit nach der
Erfindung mit dem zu steuernden Prozess, der diesem Prozess bereits überlagerten
Prozeßsteuerung und einer von aussen einwirkenden Umgebung (Aussenwelt) zeigt Abbildung
3.
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In Abb. 3 ist ESL die elektrische Schaltung mit Lernfähigkeit nach
der ErfindunglPS ist die dem Prozess direkt zugeordnete Prozeßsteuerung und AW ist
die von aussen eirnvirkende Umgebung (Aussenwelt). Der Prozess selbst ist der Darstellung
wegen zweimal eingezeichnet und durch die mit P bezeichneten Kreise dargestellt.
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Die Linie 1 zeigt die Einwirkung der Aussenwelt auf die elektrische
Schaltung mit Lernfähigkeit. In der elektrischen Schaltung mit Lernfähigkeit nach
Abb. 1 ist BZ die entsprechende Zuleitung, die dort auch mit 1 bezeichnet ist.
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Die Einwirkung der Aussenwelt auf den Prozess und die Prozesssteuern
ist in Abb. 3 mit 2 bezeichnet.
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3 in Abb. 3 ist der Informationsstrom zwischen Prozess kP) und Protzeßsteuerung
(PS).
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Der unter dem Einfluss von Assenwelt und Prozeßsteuerung entstehende
Prozeßzustand wird in Abb. 3 durch den Informationsstrom 4 der elektrischen Schaltung
mit Lernfä.hig»eit mitgeteilt.
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Der Informationsstrom 4 in Abb. 3 entspricht der Zuleitung IPZ in
Abb. 1, die dort auch mit 4 bezeichnet wurde.
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Durch 5 in Abb. 3 hat die Prozeßsteuerung (PS) die Möglichkeit, allgemein
die Anregbarkeit aller Einzelelemente zu be-einflussen.
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Der Informationsstrom 5 in Abb. 3 entpricht AFZ in Abbildung 1 und
wurde dort auch mit 5 bezeichnet.
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Der Informationsstrom 6 in Abb. 3 führt von der elektrischen Schaltung
mit Lernfähigkeit zur Prozeßsteuerung. Hier wird die Prozeßsteuerung durch die elektrische
Schaltung mit Lernfähigkeit beeinflusst. In Abb. 1 ist dieser Informationsstrom
mit BPS bezeichnet und trägt auch die Nr. 6.
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In Abb. 3 führt 7 (ebenso wie 3) von der Prozeßsteuerung zum Prozess.
Dabei werden von 7 Prozesseigenschaften angesprochen, die gleichzeitig direkt durch
die ESL (8 in Abb. 3; AWA bzw.
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8 in Abb. 1) beeinflusst werden. Aus der Überlagerung beider Einflussgrössen
ergibt sich eine resultierende Prozessbeeinflussung.
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Der daraus resultierende Prozesszustand wird durch den Informationsstrom
9 in Abb. 3 Bestandteil der Aussenwelt. Eine Rückkopplung über die Aussenwelt besteht,
da die Information über den Prozesszustand (9 in Abb. 3) von der ESL über den Informationsstrom
1 bzw. von (P und) PS über den Informationsstrom 2 von der Aussenwelt her beobachtet
werden kann.
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Das Prinzip der Schulung erläutert Abbildung 4, die in ihrer Anordnung
der Abbildung 3 entspricht. Voraussetzung der Schulung ist ein überhaupt von der
ESL ausgehender Einfluss auf den Prozess (1 in Abb. 4). Als Bestandteil der Schulung
wird dann durch den "Lehrer" als Antwort die Aussenwelt in geeigneter #eise geändert
(2 in Abb. 4). Über den Tnformationsstrom 3 in Abb. 4 wird die Anregbarkeit der
Einzelelemente und die Wahrscheinlichkeit des Einsohreibens in der ESL durch die
Änderung der Aussernqelt (2) beeinflusst. Damit kann die Wahrscheinlichkeit eines
Einspeicherns des die Information 1 verursachenden Ablaufs in der ESL erhöht oder
verringert werden. 4 in Abb. 4 bedeutet schliesslich eine in Zukunft aus der ESL
selbst kommende Verstärkung des den Informationsstrom 3 bewirkenden Effektes.
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Die entscheidende Phase der Schulung liegt in 2 in Abbildung 4.
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Es gibt vor allem 3 prinzipielle Möglichkeiten der Schulung: a) Man
kann (2 in Abb. 4) die Aussenwelt so abändern, dass sie dem durch 1 verursachten
Prozesszustand gemäss ist.
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Eine falsche Prozessbeeinflussung durch 1 kann unterbrochen werden,
indem durch eine entsprechende ankerung der Aussenwelt (2 in Abb. 4) die Prozeßsteuerung
über 3 einen Abbruch des Ablaufs 1 in der ESL veranlasst.
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c) Falls 1 eine passende Prozessbeeinflussun bedeutet, kann die Wahrscheinlichkeit
des Einschreibens des-jenigen Zustandes in der ESL, der zu 1 führte, erhöht werden,
indem durch geeignete Änderung der Aussenwelt die Prozeßsteuerung so beeinflusst
wird, dass diese über 3 entsprechend auf die ESL einwirkt.
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ln ÅDD. v können Prozesse und Prozeßsteuerungen der unterschiedlichsten
t eingesetzt und über dre erfindungsgemässe elektrische Schaltung mit Lernfähigkeit
einer Schulung zugänglich gemacht werden. P in Abb. 3 kann etwn ein grosstechnischer
Prozess sein.
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P kann aber z. B. auch ein Verkehrsmittel (PKW, Luft- bzw. Raumfahrzeug)sein,
das in seinen Reaktionen auf die Umwelt zwar bereits automatisiert oder teilautomatisiert
ist, das aber über eine ESL einer Schulung zugänglich gemacht werden soll.
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P kann schliesslich auch ein Spielzeug (z.B. Puppe, Fahrzeug) sein,
dem evtl. bereits gewisse Verhaltensweisen einprogrammiert sind und das dann durch
Überlagerung einer ESL geschult werden kann.
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In allen Fällen erfolgt eine Schulung in ähnlicher Weise, wie auch
der lernende Mensch geschult wird. Betrachtet man etwa die Lerntheorie von Dollard
und Miller (Mischel, W.: Introduction to Personality; New York, 1976), so finden
sich die dort genannten Bestandteile des Lernprozesses auch bei der Schulungsmethode
der ESL, wie sie am Beispiel der Abb. 4 erläutert wurde, wieder: response Ein geeigneter
Ablauf muss in der ESL vorhanden sein
(und nach aussen wirksam
werden; 1 in Abb. 4), damit auf ihn im Rahmen der Schulung Bezug genommen werden
kann.
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drive Eine allgemeine Stimulierung erfolgt über die Prozesssteuerung
() in Abb. 4).
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cue Auch für die ESL gibt es jeweils spezielle Auslöser einer Reaktion.
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reinforcement Hierin liegt die Rückkopplung (2 in Abb. 4), die wesentlich
bei der Schulung ist. Bestandteil der Schulung muss irgend ein Vorgang sein, durch
den für das gewünschte Verhalten die Wahrscheinlichkeit des Einsohreibens erhöht
wird.
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