(57)【要約】【課題】  神経回路網を模した演算において複数対複数の入出力関係に対応可能な情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体を提供することを課題とする。【解決手段】  外部入力信号を受け取る外部入力端子２と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子４と、神経細胞を模した演算素子８ａ・・・を複数備える情報処理装置１であって、複数の演算素子８ａ・・・への入力信号を外部入力端子２からの外部入力信号と演算素子８ａ・・・からの出力信号とで切り替えるスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃを複数有し、当該複数のスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃが独立して動作する独立切替部５を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2006178666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号に基づいて情報処理装置における処理状態を判定する演算状態判定部を備えることを特徴とする請求項１に記載する情報処理装置。
【請求項３】
外部入力信号と外部出力信号とに矛盾がある場合でも外部出力信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する情報処理装置。
【請求項４】
前記矛盾がある部分を明示することを特徴とする請求項３に記載する情報処理装置。
【請求項５】
外部入力信号が前記演算素子に順次入力されるように制御する外部入力制御部を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載する情報処理装置。
【請求項６】
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する前方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項７】
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項８】
外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、
前記複数の演算素子への入力信号を前記外部入力端子からの外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する前方学習部と、
前記誤差計算部で計算した誤差を前記演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部と
を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項９】
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力する情報処理方法であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップを含むことを特徴とする情報処理方法。
【請求項１０】
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力する情報処理方法であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、
前記誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する学習ステップと
を含むことを特徴とする情報処理方法。
【請求項１１】
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１２】
外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と前記演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、
前記演算素子への入力信号と前記演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、
前記誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する学習ステップと
をコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、神経回路網を模した演算を行うための情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
神経回路網を模した演算を行う情報処理装置は、学習によって神経細胞を模した単位演算素子を多数構築し、この多数の単位演算素子を組み合せることによって構成される。このような情報処理装置では、従来、入力信号を受け取る入力層と、出力信号を出力する出力層と、多数の単位演算素子からなる演算部とを備えており、１つの入力信号に対して１つの出力信号が対応する関係についてしか学習することができなかった。そのため、この情報処理装置では、１つの入力信号を入力すると１つの出力信号を得ることができた。
【０００３】
さらに、情報処理装置には、入力信号を再現する入力再現層を更に備え、出力層の出力を固定したうえで入力再現層の出力を入力層へフィードバックすることにより、出力信号から入力信号の再現を行うものがある（特許文献１参照）。この情報処理装置では、１つの入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係や複数の入力信号に対して１つの出力信号が対応する関係について学習することができる。そのため、この情報処理装置では、１つの入力信号を入力すると複数の出力信号を得ることができ、また、複数の入力信号を入力すると１つの出力信号を得ることができた。
【特許文献１】特許第３１８０３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記情報処理装置は、入力再現層の出力を入力層にフィードバックすることから、入力信号によって系の状態が一意に決まる場合しか学習を行うことができない。そのため、１つの出力信号に対して複数の入力信号が対応する関係や１つの入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係については学習できるが、複数の入力信号に対して複数の出力信号が対応する関係については学習できない。つまり、複数の入力信号あるいは複数の出力信号のうちのいずれか１つの信号を予め指定した場合には学習が可能であるが、複数の入力信号あるいは複数の出力信号を予め指定しない場合には学習ができない。したがって、１つの入力信号から複数の出力信号を得ることや複数の入力信号から１つの出力信号を得ることはできるが、複数の入力信号から複数の出力信号を得ることはできない。
【０００５】
神経回路網を模した演算を行うことができる情報処理装置は様々な分野に適用されるが、複数の入力信号に対して複数の出力信号が得られるようなものでないと、その適用範囲が限られたものとなってしまい、応用範囲も狭くなる。例えば、複数のセンサの検知信号に基づいて複数のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力するような制御装置に適用する場合、一部のセンサやアクチュエータの故障等の様々な状況に対応しなければならないので、複数の入力信号（検知信号）に対して複数の出力信号（制御信号）が対応する関係を学習させておく必要がある。また、人との会話を行うような装置に適用する場合、（杉、松、ブナ）の名前と（木、木材）の概念というような複数対複数の相互に関連した関係が人の言葉の中には多数存在するので、複数対複数の相互に関連した関係を学習させておく必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、神経回路網を模した演算において複数対複数の入出力関係に対応可能な情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部を備えることを特徴とする。
【０００８】
この情報処理装置では、独立切替部における各スイッチにより外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号（フィードバック信号）とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を複数の演算素子の入力信号としてそれぞれ入力させる。このように入出力を任意に切り替えることができるので、情報処理装置では、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号が対応する関係を学習することができる。また、情報処理装置では、複数対複数の入出力関係を学習した演算素子を備える場合、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号を得ることができ、複数対複数の入出力関係におけるデータの取り出すことができる。
【０００９】
本発明の上記情報処理装置では、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号に基づいて情報処理装置における処理状態を判定する演算状態判定部を備える構成としてもよい。
【００１０】
この情報処理装置では、演算状態判定部により演算素子への入力信号（演算素子からの出力信号が独立切替部を介してフィードバックされる信号であり、前回の出力信号である）と演算素子からの出力信号とに基づいて処理状態を判定する。つまり、演算素子から出力される信号の時間変化を監視し、その出力される信号が変化しているのかあるいは収束しているのかなどの状態を判定する。このように演算の処理状態を判定することにより、演算素子から出力される信号がある値に収束したか否かを判定できる。これによって、情報処理装置では、出力として値が確定した信号のみを外部出力信号として出力することができる。
【００１１】
本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号と外部出力信号とに矛盾がある場合でも外部出力信号を出力する構成としてもよい。
【００１２】
この情報処理装置では、ある外部入力信号に対して外部出力信号が矛盾した信号の場合（信号間に相互の関係がない場合）でもその外部出力信号を出力する。発想支援などを目的とした場合、外部入力信号と外部出力信号との間に相互に関係がない矛盾を含んだ信号の相互関係を出力することは好ましい。つまり、矛盾から多様な発想が生まれるので、矛盾を含む信号も重要な出力である。このような矛盾から常識では考えられないような発想をする新規な神経回路網を構築することも可能となる。
【００１３】
本発明の上記情報処理装置は、矛盾がある部分を明示する構成としてもよい。
【００１４】
この情報処理装置では、矛盾のある部分を明示し、その矛盾した部分をユーザに知らせる。明示方法としては、例えば、モニタがある場合には矛盾部分の色による表示、コントラストの変化、テクスチャの変化、フォントの変化などを利用し、音声出力がある場合には音声の変化などを利用する。
【００１５】
本発明の上記情報処理装置は、外部入力信号が前記演算素子に順次入力されるように制御する外部入力制御部を備える構成としてもよい。
【００１６】
この情報処理装置では、外部入力制御部により複数の外部入力信号の演算素子への入力順序を制御し、独立切替部によりこの順次入力された外部入力信号を演算素子の入力信号として順次入力させる。複数の外部入力信号がある場合、その入力順序を変えることによって、異なる出力が得られることがある。したがって、入力順序を制御することによって、任意の順序による情報の絞り込みを行うことが可能である。これによって、人間的な解釈を可能とするような会話機能を持ったインタフェースも実現可能となる。
【００１７】
本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する前方学習部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
この情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。そして、情報処理装置では、前方学習部により入力信号から出力信号への信号の流れる方向に沿って誤差を伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する。このように、情報処理装置では、信号の流れる方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。
【００１９】
本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この情報処理装置では、独立切替部における各スイッチにより外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。特に、情報処理装置では、学習を行う場合、学習をさせたい関係にある全ての信号が外部入力端子に設定されると、独立切替部によりその外部入力端子に設定された各信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理装置では、後方学習部により出力信号から入力信号への信号の流れる方向に誤差を伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する。このように、情報処理装置では、信号の流れる方向とは逆方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。
【００２１】
本発明に係る情報処理装置は、外部入力信号を受け取る外部入力端子と、外部へ外部出力信号を出力する外部出力端子と、神経細胞を模した演算素子を複数備える情報処理装置であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力端子からの外部入力信号と演算素子からの出力信号とで切り替えるスイッチを複数有し、当該複数のスイッチが独立して動作する独立切替部と、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように演算素子を調整する前方学習部と、誤差計算部で計算した誤差を演算素子の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向に沿って伝播させ、当該誤差が小さくなるように前記演算素子を調整する後方学習部とを備えることを特徴とする。
【００２２】
この情報処理装置では、上記と同様に、学習を行う場合、学習をさせたい関係にある全ての信号が外部入力端子にそれぞれ設定されると、独立切替部により外部入力端子に設定された各信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理装置では、誤差計算部により演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理装置では、前方学習部により信号の流れる方向に沿って誤差を伝播させて演算素子の調整を行ったり、後方学習部により信号の流れる方向と逆方向に沿って誤差を伝播させて演算素子の調整を行う。このように、情報処理装置では、前方方向又は／及び後方方向に誤差を伝播させながら学習を行い、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。
【００２３】
本発明に係る情報処理方法は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部へ外部出力信号を出力する情報処理方法であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップを含むことを特徴とする。
【００２４】
この情報処理方法では、独立切替ステップにおいて外部入力信号と演算素子からの出力信号（フィードバック信号）とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。この情報処理方法により、複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号が対応する関係を学習することができ、複数対複数の入出力関係を学習した演算素子を備える場合には複数の外部入力信号に対して複数の外部出力信号を得ることができる。
【００２５】
本発明に係る情報処理方法は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部へ外部出力信号を出力する情報処理方法であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように演算素子を調整する学習ステップとを含むことを特徴とする。
【００２６】
この情報処理方法では、独立切替ステップにおいて外部入力信号と演算素子からの出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、外部入力信号と演算素子の出力信号のうち一方の信号を演算素子の入力信号として入力させる。特に、情報処理方法では、学習を行う場合、独立切替ステップにおいて外部入力端子から入力された学習をさせたい関係にある全ての信号を演算素子に入力信号としてそれぞれ入力させる。そして、情報処理方法では、誤差計算ステップにおいて演算素子に対する入力信号と出力信号との誤差を計算する。さらに、情報処理方法では、学習ステップにおいて誤差が小さくなるように演算素子を調整する。この情報処理方法により、複数対複数等の入出力関係に対応した神経細胞を模した演算素子を構築することができる。
【００２７】
本発明に係る記録媒体は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録していることを特徴とする。また、本発明に係る記録媒体は、外部入力信号を受け取り、複数の演算素子によって神経細胞をそれぞれ模した演算を行い、外部出力信号を出力するための情報処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、複数の演算素子への入力信号を外部入力信号と演算素子からの出力信号とでそれぞれ切り替え、当該複数の切り替えを独立して行う独立切替ステップと、演算素子への入力信号と演算素子からの出力信号とに基づいて誤差を計算する誤差計算ステップと、誤差計算ステップで計算した誤差が小さくなるように演算素子を調整する学習ステップとをコンピュータに実行させるための情報処理プログラムを記録していることを特徴とする。これらの記録媒体によれば、記録媒体に記録された情報処理プログラムをコンピュータ上で実行させることによって、上記した各情報処理方法と同様の作用効果を奏する。
【００２８】
なお、複数対複数の入出力関係に対応できるということは、勿論、１対１、１対複数、複数対１の入出力関係にも対応可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、神経回路網を模した演算における複数対複数の入出力関係を学習させることができるとともに、複数の入力信号から複数の出力信号を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明に係る情報処理装置、情報処理方法及び記録媒体の実施の形態を説明する。
【００３１】
本実施の形態では、本発明を、神経回路網模擬装置として働く情報処理装置に適用する。本実施の形態に係る情報処理装置は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって構成され、コンピュータのメモリに格納された各機能を実現する情報処理プログラムを実行させることによって各機能が動作する。本実施の形態には、３つの形態があり、第１の実施の形態が複数対複数の入出力信号の関係に対応可能な基本的な構成であり、第２の実施の形態が基本的な構成に外部入力信号に対する入力制御機能及び演算状態判定機能を備える構成であり、第３の実施の形態が複数対複数の入出力信号の関係に対応するための学習時の構成である。
【００３２】
図１を参照して、第１の実施の形態に係る情報処理装置１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。
【００３３】
情報処理装置１は、多数の神経細胞からなる神経回路網を模した演算を行うことができる装置であり、特に、複数対複数の入出力関係に対応可能である。情報処理装置１は、外部入力端子２、切替信号入力端子３、外部出力端子４、独立切替部５、入力端子６、出力端子７及び演算部８を備えている。
【００３４】
外部入力端子２は、外部入力信号を入力するための端子である。外部入力端子２は、複数の外部入力信号を入力するために複数の端子２ａ，・・・を有しており、独立切替部５の各切替スイッチの接続される。図１の例では、外部入力端子２には、３つの端子２ａ，２ｂ，２ｃがある。切替信号入力端子３は、独立切替部５の切替スイッチ５ａ・・・を独立して切り替えるための切替信号を入力するための端子である。切替信号入力端子３は、独立切替部５の切替スイッチの数に応じて複数の端子３ａ，・・・を有しており、独立切替部５の各切替スイッチに接続される。図１の例では、切替信号入力端子３には、３つの端子３ａ，３ｂ，３ｃがある。外部出力端子４は、外部へ外部出力信号を出力するための端子である。外部出力端子４は、演算部８の単位演算子数に応じて複数の端子４ａ・・・を有しており、出力端子７の各端子に接続される。図１の例では、外部出力端子４には、６つの端子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆがある。なお、一部演算子の出力を外部出力しないようにしてもよい。
【００３５】
独立切替部５は、外部入力端子２から入力される各外部入力信号と演算部８の各出力信号とをそれぞれ独立して切り替え、その切り替えた各信号を演算部８の入力端子６に出力する。そのために、独立切替部５は、外部入力端子２の端子の数に応じた切替スイッチ５ａ・・・を有している。図１の例では、３つの切替スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃがある。各切替スイッチ５ａ・・・は、２つの入力端に外部入力端子２の対応する端子と出力端子７の対応する端子がそれぞれ接続され、１つの出力端に入力端子６の対応する端子が接続される。さらに、各切替スイッチ５ａ・・・は、切替信号入力端子３の対応する端子から切替信号が入力され、切替信号に応じてスイッチを作動させる。そして、各切替スイッチ５ａ・・・では、外部入力端子２の対応する端子から入力される外部入力信号と演算部８の対応する単位演算素子からの出力信号のうちの一方の信号を、演算部８への入力信号とする。なお、切替信号は、外部入力かあるいは出力信号のフィードバックかを示す信号である。
【００３６】
入力端子６は、演算部８の全ての単位演算素子に入力信号を送るための端子である。入力端子６は、演算部８の単位演算子数に応じて複数の端子６ａ・・・を有している。図１の例では、入力端子６には、６つの端子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆがある。出力端子７は、演算部８の各単位演算素子から出力信号を取り出すための端子である。出力端子７は、演算部８の単位演算子数に応じて複数の端子７ａ・・・を有している。図１の例では、出力端子７には、６つの端子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆがある
演算部８は、多数の神経細胞からなる神経回路網を模した演算を行う。そのために、演算部８は、神経細胞を模した単位演算素子８ａ，・・・を多数備えている。図１の例では、演算部８には、６つの単位演算素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを備えている。各単位演算素子８ａ・・・は、学習によって、複数対複数の相互に関連した関係に対応できるようにそれぞれ構築されている。各単位演算素子８ａ・・・は、入力端子６の全ての端子から入力信号が入力され、出力端子７の対応する端子にそれぞれ出力信号を出力する。なお、学習については後で詳細に説明する。
【００３７】
単位演算素子８ａ・・・のうちの一部の（外部入力端子２の端子数に応じた数の）単位演算素子は、出力信号が独立切替部５を介してフィードバックされる。そのために、この一部の各単位演算素子に対応する出力端子７の各端子は、独立切替部５の各切替スイッチ５ａ・・・にそれぞれ接続される。図１の例では、単位演算素子８ａ，８ｂ，８ｃに出力信号が、独立切替部５を介してフィードバックされる。一方、単位演算素子８ａ・・・のうちの他の単位演算素子は、出力信号を直接フィードバックする。そのために、この他の各単位演算素子に対応する出力端子７の各端子は、入力端子６の対応する端子にそれぞれ直接接続される。このように単位演算素子の出力信号を常にフィードバックするように構成するのは、内部状態を設定するためである。図１の例では、単位演算素子８ｄ，８ｅ，８ｆの出力信号が、直接フィードバックされる。
【００３８】
演算部８では、外部入力信号が入力信号として入力されると、各単位演算素子８ａ・・・が神経細胞を模したそれぞれ演算を行う。そして、演算部８では、各単位演算素子８ａ・・・の出力信号が入力信号として繰り返しフィードバックされ、神経細胞を模した演算を繰り返し実行する。この入力された外部入力信号を含む信号間の相互の関係が学習されている場合、演算部８では、演算を繰り返し実行するうちに、出力信号がある値に収束し、外部入力信号に対してつじつまの合った出力信号を出力する。この際、演算部８への入力信号（前回の出力信号）と出力信号との差は、０かあるいは極小さい値になっている。
【００３９】
図１を参照して、情報処理装置１の動作について説明する。まず、外部入力端子２のいずれかの端子に外部入力信号が入力される。また、切替信号入力端子３の各端子に切替信号がそれぞれ入力される。切替信号のうち、外部入力信号が入力される独立切替部５の切替スイッチに対する切替信号には外部入力させるための信号が設定され、それ以外の切替スイッチに対する切替信号には出力信号をフィードバックさせるための信号が設定される。独立切替部５では、各切替スイッチ５ａ・・・により切替信号に応じて独立して切り替える。この際、外部入力させるための信号が設定されている切替信号が入力された切替スイッチでは、入力信号として外部入力信号に切り替え、入力端子６に出力する。一方、フィードバックさせるための信号が設定されている切替信号が入力された切替スイッチでは、入力信号として単位演算素子の出力信号に切り替え、入力端子６に出力する。
【００４０】
そして、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・では、神経細胞を模した演算を繰り返し実行し、出力信号をそれぞれ出力する。演算毎に、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・の出力信号は、独立切替部５を介して又は直接、入力信号として全ての単位演算素子にフィードバックされる。ここで、演算部８の各単位演算素子の時刻ｔにおける入力信号をｘｊ（ｔ）とする。ｊは、入力端子６の各端子に対してそれぞれ割り振られた番号であり、１から入力端子６の端子数までの数（１，２，・・・）である。ｉ番目の単位演算素子の出力をｏｉは、式（１）で表される。ｉは、演算部８の各単位演算素子に対してそれぞれ割り振られた番号であり、１から演算部８の単位演算素子数までの数（１，２，・・・）である。
【００４１】
【数１】
2006178666.tif 000003
ｆ（）は単位演算素子における非線形演算を行うための非線形関数であり、Σは単位演算素子における重みを付けられた全ての入力信号の加算演算を表し、ｗｉｊは入力端子６のｊ番目の端子とｉ番目の単位演算素子との間のシナプス荷重器の荷重値である。さらに、演算部８の各単位演算素子の出力信号の時間変化は、式（２）で表される。
【００４２】
【数２】
2006178666.tif 000004
この式（２）から、演算部８の各単位演算素子の入力信号と出力信号とが等しくなるかあるいはほぼ等しくなるかを判断できる。情報処理装置１では、この演算部８における演算が繰り返し実行されることによって各単位演算素子の入力信号と出力信号とが等しくなったとき安定状態となる。このとき、情報処理装置１では、演算部８では入力された外部入力信号に対してつじつまの合った出力信号を出力しており、この出力信号を外部出力信号として外部出力端子４から出力する。この際、内部状態の設定に応じて出力される外部出力信号が変わる。つまり、任意の外部入力信号に対して、内部状態に応じて、つじつまの合った複数の外部出力信号を出力することができる。
【００４３】
さらに、最初に外部入力端子２に入力された端子以外の端子から他の外部入力信号が入力された場合も、上記と同様に、情報処理装置１では、その新たに入力された外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を外部出力端子４から出力する。このように、情報処理装置１では、複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を複数得ることができる。
【００４４】
ここで、複数対複数の相互に関連した関係として、言葉を例に挙げて説明する。例えば、（杉、松、ブナ）という名前は、それぞれ（木、木材）という概念と結びつく。具体的には、杉→木、松→木、ブナ→木という連想も、杉→木材、松→木材、ブナ→木材という連想も成立する。一方、木→杉、木→松、木→ブナという連想も、木材→杉、木材→松、木材→ブナという連想も成立する。したがって、（杉、松、ブナ）と（木、木材）との各成分の間には、複数対複数の相互関係がある。このような言葉の相互関係を学習させている場合、情報処理装置１では、「木」と入力されると内部状態に応じて「杉」、「松」、「ブナ」のいずれかを出力し、「木材」と入力されると内部状態に応じて「杉」、「松」、「ブナ」のいずれかを出力し、逆に、「杉」、「杉」、「ブナ」のいずれかが入力されると内部状態に応じて「木」、「木材」のいずれかを出力する。
【００４５】
さらに、こうした言葉の複数対複数の相互関係は、人のコミュニケーションにおいては話題の文脈の中でいくつかの解釈の制限を発生し、適切な対応関係が連想される。例えば、世界遺産の話題の中では、ブナの原生林が有名な白神山地が話題になっている場合には「ブナ」という言葉は「木材」の名前ではなく、「木」の名前と強く関係付けられることが適切である。このようなことも学習させている場合、情報処理装置１では、話題に応じて適切な対応関係にある出力が可能となる。このように、情報処理装置１では、予め学習させている場合には言葉の複数対複数の関係を人との会話から対応する関係を抽出することも可能であり、人間的な意味解釈を可能とする会話機能を持ったインタフェースを実現することもできる。
【００４６】
なお、情報処理装置１では、基本的には、外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を出力するが、外部入力信号に対して外部出力信号がつじつまの合っていない場合（つまり、外部入力信号と外部出力信号との間に矛盾のある場合）でもその外部出力信号を出力するようにしてもよい。この際、その矛盾している部分を明確に示すために、情報処理装置１にモニタが備えられている場合にはその矛盾している部分を色による表示、コントラストの変化、テクスチャの変化やフォントの変化で示したり、あるいは、音声出力装置が備えられている場合には音声を変化させたりする。このような外部入力信号と外部出力信号間に相互に関係のない場合であっても、演算部８において常識では考えられないような新規な発想を行う神経回路網が構築されている可能性があるので、その矛盾を出力することも重要となる。特に、情報処理の目的として、発想支援を目的としている場合には重要となる。矛盾としては、上記のように言葉を例に挙げると、例えば、「木」と入力された場合に「カラス」等の鳥の名前を出力するような矛盾である。
【００４７】
この情報処理装置１によれば、演算部８への入力を外部入力信号とフィードバック信号（演算部８の出力信号）とで独立に切り替える機能を設けることにより、複数対複数（勿論、１対複数、複数対１、１対１の関係も含む）の相互の関係における複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った外部出力信号を取り出すことができる。この際、内部状態に応じて複数の外部出力信号を取り出すことができる。また、情報処理装置１によれば、外部入力信号と外部出力信号との間に矛盾がある場合でもその矛盾した情報を得ることができる。
【００４８】
さらに、この情報処理装置１に学習機能を付加することにより、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させることができ、複数対複数の相互に関係を持った神経回路網を模した演算部８を構築することができる。
【００４９】
図２を参照して、第２の実施の形態に係る情報処理装置１１について説明する。図２は、第２の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。なお、情報処理装置１１では、第１の実施の形態に係る情報処理装置１の構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
情報処理装置１１は、情報処理装置１と同様の装置であり、更に、外部入力信号に対する入力制御機能及び演算状態判定機能を備えている。そのために、情報処理装置１１は、外部入力端子２、切替信号入力端子３、外部出力端子４、独立切替部５、入力端子６、出力端子７、演算部８の他に外部入力制御部１２、確定出力部１３及び演算状態判定部１４を備えている。
【００５１】
外部入力制御部１２は、複数入力される外部入力信号の入力順序を制御し、所定の順序に従って外部入力信号を独立切替部５に順次入力させる。外部入力制御部１２は、入力側に外部入力端子２の各端子２ａ・・・が接続され、出力側に独立切替部５の切替スイッチ５ａ・・・が接続される。また、外部入力制御部１２には、演算状態判定部１４が接続され、各出力確定信号が入力される。外部入力制御部１２では、外部入力端子２に複数の外部入力信号が入力されると、その入力順序を設定する。この入力順序については、入力される信号に応じて予め規定されているものとする。そして、外部入力制御部１２では、まず、入力順序の１番目の外部入力信号を独立切替部５に対して出力する。出力確定信号が出力未確定から出力確定に切り替わるとそれをトリガとして、外部入力制御部１２では、出力していた外部入力信号の出力を止め、入力順序の次の外部入力信号を独立切替部５に出力する。外部入力制御部１２では、このような処理を繰り返し行い、複数の外部入力信号を入力順序に従って順次入力させる。
【００５２】
このように複数の外部入力信号の入力順序を制御することの重要性について説明する。その重要性の１つについて説明する。２つの相互に関連する信号Ａ，Ｂを学習した演算部８を備える情報処理装置１１では、信号Ａを外部入力信号として信号Ｂを外部出力信号として出力する場合と信号Ｂを外部入力信号として信号Ａを外部出力信号として出力する場合との切り替えがある。これは、ある推論とその逆の推論の切り替えに対応する。一般には、ある推論が正しくてもその逆が成立しない。しかし、人間は、こうした理論的に誤った推論を含む推論を行い、多様な発想に至ることができるという特徴を持っている。このように、論理的な面から推論として誤っている場合であっても、信号相互の関係を取り出すことができるという人間に近い情報処理を実現するためには、複数の外部入力信号の入力順序を制御することが必要となる。
【００５３】
もう１つの重要性について説明する。複数対複数の関係を文脈によって制御するためである。外部入力信号（文脈を構成する各単語）の順序を制御することにより、任意の順序からなる文脈から情報の絞込みを行うことができる。これは、同じ複数の外部入力信号（単語）が与えられた場合でも、その入力順序の違いにより異なる結論に到達することができることを意味する。つまり、同じ複数個の単語でも、その単語の並び順を変えて文脈を生成すると、それぞれ意味が変わる場合がある。例えば、「若い」、「男」、「女」、「と」という４つの単語の組が与えられた場合、「若い男と女」と「男と若い女」は異なる意味を持つ。前者は、「（若い男）と（女）」あるいは「若い（男と女）」のいずれかの意味を持つ。一方、後者は、「（男）と（若い女）」という１つの意味を持つ。このように同じ単語の組であっても、その順序によっては意味合いの異なる場合がある。こうした単語の組の意味の多様性を解消するには、単語の順序を適切に選択することにより意図した１つの（もしくは極少数）の意味に収斂する必要がある。そのために、複数の外部入力信号の入力順序を制御することが必要となる。
【００５４】
確定出力部１３は、演算部８から出力される出力信号のうち演算状態判定部１４で演算状態が確定されたと判定された出力信号を外部出力信号として外部出力端子４に出力する。そのために、確定出力部１３は、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・に対して出力スイッチ１３ａ・・・をそれぞれ有している。図２の例では、６つの出力スイッチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆがある。各出力スイッチ１３ａ・・・は、１つの入力端に出力端子７の対応する端子が接続され、１つの出力端に外部出力端子４の対応する端子が接続される。さらに、各出力スイッチ１３ａ・・・は、演算状態判定部１４から出力確定信号がそれぞれ入力され、出力確定信号に応じてスイッチを作動させる。この際、各出力スイッチ１３ａ・・・では、出力確定信号が出力未確定を示す信号のときにはオフし、出力確定信号が出力確定を示す信号のときにはオンして各単位演算素子からの出力信号を外部出力信号として出力する。
【００５５】
演算状態判定部１４は、演算部８の演算状態を判定し、出力信号がある値に収束したか否かを判断する。そのために、演算状態判定部１４では、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・の出力信号と入力信号（すなわち、前回の出力信号）を取り入れる。そして、演算状態判定部１４では、この出力信号と入力信号を所定の状態判定関数に代入する。所定の状態判定関数は、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・の出力信号の時間変化を検出するための関数であり、出力信号と入力信号との差が０になると０になるような関数であり、例えば、式（２）に示す関数である。演算状態判定部１４では、状態判定関数の算出結果が０かあるいは一定値以下の場合には出力確定信号に出力確定を設定し、それ以外の場合には出力未確定を設定する。なお、出力確定信号は、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・の出力信号がある値に確定したか否かを示す信号であり、ある値に確定している場合には出力確定を示す信号が設定され、変動している場合には出力未確定を示す信号が設定される。
【００５６】
信号間に相互の関係がない場合には情報処理装置は安定状態にならないかあるいは演算部８の入力信号と出力信号との誤差が一定の値以下にならないので、信号間に相互の関係があるのか否かを判定できる。したがって、演算状態判定部１４で出力信号が確定したか否かの判定を行うことにより、信号間に相互に関係があるのか否かを判定できる。
【００５７】
この情報処理装置１１は、第１の実施の形態に係る情報処理装置１と同様の効果を有する上に以下の効果も有している。情報処理装置１１では、複数の外部入力信号の入力順序を制御することにより、異なる信号間の関係を取り出すことができる。そのため、人間に近い情報処理を実現でき、人間的な意味解釈を可能とする会話機能を持ったインタフェースを実現できる。また、情報処理装置１１では、演算部８における出力信号がある値に落ち着いてから外部に出力する構成としているので、外部では確定した値のみを取り出すことができるとともに、信号間に相互の関係のある値のみを取り出すことができる。
【００５８】
図３を参照して、第３の実施の形態に係る情報処理装置２１について説明する。図３は、第３の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。なお、情報処理装置２１では、第１の実施の形態に係る情報処理装置１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。図３では、外部入力端子２の各端子、切替信号入力端子３の各端子、外部出力端子４の各端子、独立切替部５の各切替スイッチ、入力端子６の各端子、出力端子７の各端子を２つづつしか描いていないが、実際には多数存在する。また、図３には、１番目の単位演算素子８ａについてのみ詳細に描いているが、他の単位演算素子も同様の構成を有しており、各単位演算素子では、入力端子６から同じ入力信号が入力され、出力端子７の対応する端子に出力信号をそれぞれ出力する。情報処理装置２１では、各単位演算素子８ａ・・・に対して同様の学習を行う。
【００５９】
情報処理装置２１は、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させるための装置であり、演算部８（特に、各単位演算素子のシナプス荷重器の荷重値）を調整する。そのために、情報処理装置２１は、外部入力端子２、切替信号入力端子３、外部出力端子４、独立切替部５、入力端子６、出力端子７、演算部８及び誤差計算部２５、後方学習部２６、前方学習部２７を備えている。ちなみに、学習によって調整された演算部８では、各外部入力信号に対してつじつまの合った複数の出力信号を出力できるようになる。
【００６０】
演算部８の各単位演算素子８ａ・・・は、シナプス荷重器２２ａ・・・、加算器２３及び非線形演算器２４を有している。シナプス荷重器２２ａ・・・は、神経細胞のシナプス結合を模した荷重器であり、荷重値ｗｉｊをそれぞれ持っている。各シナプス荷重器２２ａ・・・では、入力端子６の各端子から対応する入力信号がそれぞれ入力され、入力信号に対して荷重値ｗｉｊを乗算して加算器２３に出力する。加算器２３は、シナプス荷重器２２ａ・・・でそれぞれ重み付けされた入力信号の総和を算出する加算器である。非線形演算器２４は、加算器２３の総和値に対して非線形演算を行う演算器であり、出力端子７の対応する端子にその演算結果を出力信号として出力する。非線形演算器２４の非線形関数としては、例えば、シグモイド関数やヘビサイド関数である。演算部８への時刻ｔにおける入力信号をｘｊ（ｔ）としたときのｉ番目の単位演算素子の出力ｏｉは、上記した式（１）のように表される。
【００６１】
誤差計算部２５は、演算部８の対応する入力信号と出力信号との誤差を計算する。そのために、誤差計算部２５には、演算部８における演算毎（出力信号が出力される毎）に、入力端子６の各端子からの入力信号及び出力端子７の各端子からの出力信号が入力される。そして、誤差計算部２５では、その対応する入力信号と出力信号の差を計算し、その差を誤差信号として後方学習部２６及び前方学習部２７に出力する。
【００６２】
後方学習部２６は、演算部８の出力信号から入力信号にいたる信号の伝播方向（つまり、信号の流れる方向とは逆方向）に沿って誤差信号を伝播させ、誤差が小さくなるように演算部８（特に、各シナプス荷重器の荷重値）を調整する。前方学習部２７は、演算部８の入力信号から出力信号にいたる信号の伝播方向（つまり、信号の流れる方向）に沿って誤差信号を伝播させ、誤差が小さくなるように演算部８（特に、各シナプス荷重器の荷重値）を調整する。そのために、後方学習部２６、前方学習部２７には、誤差計算部２５で誤差が計算される毎に、誤差計算部２５で計算した誤差、各シナプス荷重器２２ａ・・・の荷重値及び非線形演算器２４の演算結果（すなわち、出力信号）が入力され、調整した荷重値を各シナプス荷重器２２ａ・・・に出力する。
【００６３】
図３を参照して、相互に関連する信号間の関係を学習させる際の情報処理装置２１の動作について説明する。まず、初期状態として、情報処理装置２１では、独立切替部５の各切替スイッチ５ａ・・・により、演算部８の全ての出力信号を入力端子６の各端子に送られるように切り替える。このとき、情報処理装置２１では、フィードバックの原理により、神経回路網を模した演算部８のシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値と非線形演算器２４の非線形関数によって定まる状態に向けて出力信号ｏｉ（ｔ）を変化させている。
【００６４】
次に、外部入力端子２の各端子に、学習させたい相互に関係する信号が設定される。そして、情報処理装置２１では、独立切替部５の各切替スイッチ５ａ・・・により外部入力端子２に設定された全ての信号が入力端子６の対応する端子に送られるように切り替え、入力端子６の各端子から演算部８にその外部入力信号を入力される。例えば、相互に関係する信号をｘ１Ｅ（ｔ）とｘ２Ｅ（ｔ）とした場合、外部入力端子２の１番目と２番目の端子にそれぞれ設定され、このｘ１Ｅ（ｔ）とｘ２Ｅ（ｔ）が切替スイッチ５ａ，５ｂを介して入力端子６の各端子６ａ，６ｂに入力され、さらに、演算部８に入力される。なお、説明を理解し易いようにするために、学習させたい相互に関係する信号としてｘ１Ｅ（ｔ）とｘ２Ｅ（ｔ）の２つの信号を設定したが、勿論、３つ以上の信号を設定してもよい。
【００６５】
すると、情報処理装置２１では、演算部８のシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値と非線形演算器２４の非線形関数によって定まる状態から、演算部８のシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値と非線形演算器２４の非線形関数に加えて入力端子６の端子６ａ，６ｂの入力がｘ１Ｅ（ｔ）、ｘ２Ｅ（ｔ）である状態に向けて演算部８の出力信号を変化させる。
【００６６】
情報処理装置２１がｘ１Ｅ（ｔ）とｘ２Ｅ（ｔ）との相互の関係を既に学習している場合には、この２つの信号ｘ１Ｅ（ｔ），ｘ２Ｅ（ｔ）が同時に外部出力信号ｏ１Ｅ（ｔ），ｏ２Ｅ（ｔ）として出力される情報が安定状態となる。一方、学習していない場合には、式（３）、（４）に示す関係となる。
【００６７】
【数３】
2006178666.tif 000005
式（３）、（４）の関係にある場合、演算部８の対応する入力信号と出力信号との間には差があり、これが誤差となる。誤差計算部２５では、演算部８から出力信号ｏｉ（ｔ）が出力される毎に、演算部８の対応する入力信号ｘｉ（ｔ）と出力信号ｏｉ（ｔ）とから式（５）により誤差ｅｉ（ｔ）を計算する。例えば、演算部８の入力信号ｘ１（ｔ）と出力信号ｏ１（ｔ）の差から誤差ｅ１（ｔ）が計算され、入力信号ｘ２（ｔ）と出力信号ｏ２（ｔ）とから誤差ｅ２（ｔ）が計算される。
【００６８】
【数４】
2006178666.tif 000006
そして、情報処理装置２１では、後方学習部２６又は／及び前方学習部２７により、この計算した各誤差が小さくなるようにシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値を変化させ、学習を行う。この際、そして、後方学習部２６又は／及び前方学習部２７では、誤差計算部２５で誤差ｅｉ（ｔ）が計算される毎に、誤差ｅｉ（ｔ）が小さくなるように荷重値ｗｉｊを変化させる。そして、演算部８の各単位演算素子８ａ・・・では、変化された荷重値ｗｉｊを用いて、演算を行い、出力信号を出力する。この一連の処理が繰り返し行われ、誤差ｅｉ（ｔ）が小さくなっていき、荷重値ｗｉｊが調整されていく。やがて、荷重値ｗｉｊが最適な値に調整され、外部入力端子２に設定された外部入力信号が外部出力信号として出力されるようになる。例えば、外部入力信号ｘ１Ｅ（ｔ），ｘ２Ｅ（ｔ）が外部出力信号ｏ１Ｅ（ｔ），ｏ２Ｅ（ｔ）として出力されるようになる。以下で、後方学習部２６と前方学習部２７による学習の方法についてそれぞれ説明する。
【００６９】
まず、後方学習部２６による学習方法について説明する。誤差逆伝播方法と同様に、安定状態において必要な信号間の関係が得られるとしているので、後方学習部２６では、式（５）で求められる誤差ｅｉ（ｔ）を用いてコスト関数を式（６）とし、ｃｏｓｔが小さくなるようにシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値ｗｉｊを変化させる。このとき、各荷重値ｗｉｊの変化量ｄｗｉｊは式（７）で与えられる。式（７）のγは、正の定数である。ここで、ｄｅａ／ｄｗｉｊは、誤差逆伝播法の導出に従って計算をすすめることにより、式（８）の形式で与えられる。
【００７０】
【数５】
2006178666.tif 000007
式（８）の右辺のＫｉｊは、演算子の間に接続がある場合には１、接続がない場合には０である構造因子である。通常、構造因子は、初期状態で定めたままで固定するが、必要に応じて変化させてもよい。また、（Ｉ−Ｆ’Ｗ）の逆行列（Ｉ−Ｆ’Ｗ）−１は、これを正確に計算してもよいが、（Ｉ−Ｆ’Ｗ）−１＝１＋Ｆ’Ｗ＋（Ｆ’Ｗ）２＋（Ｆ’Ｗ）３＋（Ｆ’Ｗ）４＋・・・と形式的に展開したものの低次の項の和をもって近似してもよい。
【００７１】
次に、前方学習部２７による学習方法について説明する。前方学習部２７では、もっと直接的に、内部状態に注目してシナプス荷重器２２ａ・・・の各荷重値ｗｉｊを変化させることにより、式（５）で求められる誤差ｅｉ（ｔ）を小さくする。つまり、式（９）の関係となるような荷重値の変化量ｄｗｉｊを求め、それに従って荷重値ｗｉｊを変化させる。このときの荷重値の変化量ｄｗｉｊは、一次オーダーのものは式（１０）の関係であればよいので、式（１１）に示す値となる。
【００７２】
【数６】
2006178666.tif 000008
式（１０）のλは学習速度を決めるパラメータである。一次オーダーの荷重値ｗｉｊの変化を代入して計算を進めることにより、二次以上のオーダーの項も計算できる。このように、この学習方法は、誤差を信号の流れる方向に伝播させることに対応するので、前方学習と呼んでいる。
【００７３】
この情報処理装置２１によれば、学習機能を付加し、演算部８への入力を外部入力信号とフィードバック信号（出力信号）とで独立に切り替える機能を設けることにより、複数対複数の信号間の相互の関係を学習させることができる。この学習によって演算部８を構築することによって、複数対複数の相互の関係における複数の外部入力信号のうちの任意の外部入力信号に対してつじつまの合った複数の外部出力信号を取り出すことができる。特に、情報処理装置２１では、誤差を信号の流れる方向に沿って伝播させながら学習を行うこともできるとともに、誤差を信号の流れる逆方向に沿って伝播させながら学習を行うこともできる。
【００７４】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００７５】
例えば、本実施の形態では各機能を実現するためのプログラムを予め格納したコンピュータによって構成したが、各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して頒布することも可能である。このような記録媒体としては、例えば、ハードディスク及びフレキシブルディスク等の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭ等の光学媒体、フロプティカルディスク等の磁気光学媒体、あるいは、プログラム命令を実行又は格納するように特別に配置されたＲＡＭ、ＲＯＭ及び半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどである。また、このような記録媒体からプログラム等を読み取る記録媒体読取用のドライブ（例えば、フレキシブルディスクドライブ）を情報処理装置に接続しておいてもよい。また、各機能を実現するプログラムをネットワークを介してダウンロードすることにより頒布することも可能である。また、ハードウエアによって各部を構成することも可能である。
【００７６】
また、第３の実施の形態では前方学習部及び後方学習部を備える構成としたが、いずれか一方の学習部を備える構成でも、複数対複数の信号間の相互の関係を学習し、演算部を構築することができる。
【００７７】
また、本実施の形態では演算子を線形変換とシグモイド関数による非線形変換によって構成したが、演算子の構成はこれらに限定されるものではなく、例えば、関数ｆは非単調なものであってもよいし、線形変換の部分も入力の２次、３次といった高次の項を含むものであってもよいし、それ以上の複雑な関数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。
【図３】第３の実施の形態に係る情報処理装置の構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１，２１…情報処理装置、２…外部入力端子、３…切替信号入力端子、４…外部出力端子、５…独立切替部、５ａ，５ｂ，５ｃ…切替スイッチ、６…入力端子、７…出力端子、８…演算部、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ…単位演算素子、１２…外部入力制御部、１３…確定出力部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ…出力スイッチ、１４…演算状態判定部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ…シナプス荷重器、２３…加算器、２４…非線形演算器、２５…誤差計算部、２６…後方学習部、２７…前方学習部
【図１】
2006178666.tif 000009
【図２】
2006178666.tif 000010
【図３】
2006178666.tif 000011