The synthesis of structural diagrams of automatic devices on formal neurons

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The development of finite state machines and the synthesis of neural networks come with enormous computational difficulties. The problems that are faced both by the creators of control finite state machines and the creators of neural networks are almost the same. In order for a control finite state machine to be implemented, an algorithm for its operation must be created, and then a program must be written, and finally this program must be implemented in hardware in the form of a finite state machine. It is crucial to create a finite state machine, which will be deterministic. As for neural networks, it is necessary either to set the weights on its edges with the help of experts, or it must be trained to obtain optimal weights on its edges. Both tasks, that is, the determination of finite state machines and the training of neural networks, are currently most often performed using approximate (exponential or genetic) algorithms. At the same time, few authors point out the fact that, firstly these algorithms give an error of up to 15 %, and secondly the operating time is quite long and requires large energy costs. The article has proven that control finite state machines and neural networks are equivalent based on their structure, which can be represented as a directed edge graph. Such equivalence makes it possible to use methods of normalizing arbitrary graphs to determine finite automata and synthesize neural networks. Methods of graph normalizing are extremely new, they are based on a fundamentally new approach of the extension of graph theory and will allow performing these operations using algorithms that have linear complexity or can significantly reduce the number of options when using brute force.

About the authors

Natalia L. Malinina

Moscow Aviation Institute (National Research University)

Author for correspondence.
Email: malinina806@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0116-5889

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department 604, Aerospace Faculty

Москва, Российская Федерация

References

  1. Minsky M. Computation. Finite and infinite machines. Prentice Hall International, 1972.
  2. McCallouch WS, Pitts W. A Logical Calculous of the Ideas Immanent in Nervous Activity. Bulletin of Mathematical Biophysics. 1943;5:115-133. https://doi.org/10.1007/BF02478259
  3. Barkalov A, Titarenko L. Logical synthesis for FSM-based Control Units. Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer Sience& Business Media; 2009. http://doi.org/10.1007/978-3-642-04309-3
  4. Bordihn H, Holzer M, Kutrib M. Determination of finite automata accepting subregular languages. Giessen: Elsevier, 2009.
  5. Lamberti G, Scandale M. Incremental determinezation and minimization of finite acyclic automata. IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics. Manchester, UK, 2013;2250-2257. https://doi.org/10.1109/SMC.2013.385
  6. Gandhi A, Ke NR, Khoussainov B. Descriptional complexity of determinization and complementation for finite automata. Proceedings of the Seventeenth Computing: The Australasian Theory Symposium. Australia, 2011; 119:95-104.
  7. Buchsbaum AL, Giancarlo R, Westbrook JR. On the determination of weighted finite automata. Sosiety for Industrial and Applied Mathematics. 2000;30(5):1502-1531.
  8. Shalyto A. Logic Control and “Reactive” systems: Algoritmization and programming. Automation and Remote Control. 2001;1:1-29. (In Russ.)
  9. Vinogradova M, Tkachev S, Kandaurova I. The determining finite automata process. Mathematics and Mathematical Modeling. 2017;4:1-17. (In Russ.) https:// doi.org/10.24108/mathm.0417.0000067
  10. Gorachkin B. The development of the theory of finite automataand its applications. Engineering bulletin. 2015;4:538-542. (In Russ.) EDN: TVWZNT
  11. Verevkin A, Kiryushin O. The Synthesis of Complex Logical Controllers with Variables of Boolean and Fuzzy Logics. Proceedings of the 7th Scientific Conference on Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS 2019). Ufa: Atlantis Press; 2019. https://doi.org/10.2991/itids-19.2019.9
  12. Burdonov IB, Kosachev AS, Kulyamin VV. The use of finite automata for testing programs. Programming. 2000;2:12-28. (In Russ.)
  13. Kleene S. Introduction to metamathematics. Bull. Math. Biophys. 1943;5:115-133.
  14. Godel K. Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme. Monatshefte für Mathematik und Physik. 1931;I(38): 173-198. https://doi.org/10.1007/BF01700692
  15. Turing A. Can a Machine Think? The World of Mathematics Universal Turing Machine. The world of Mathematics. 1956;4:2109.
  16. Post E. Formal Reductions of General Combinatorics Desision Problem. American Journal of Mathematic. 1943;65(2):197-215.
  17. Mitchell M. An introduction to the genetic algorithms. London: MIT Press Cambridge, Massachusetts; 1999.
  18. Fogel L, Owens A, Walsh MJ. Artifisial Intellegence through Simulated Evolution. NY: Wiley; 1966.
  19. Bukatova I. Evolutionary Modelling and its Applications. Moscow: Nauka Publ.; 1979. (In Russ.)
  20. Zaikin AK. Development of finite automata creation methods with annealing simulation algorithm by the “War for resources” example. Scientific and technical journal of information technologies, mechanics and optics. 2011;2(72):49-54. (In Russ.) EDN: NECKCX
  21. Harman M, Mansouri A, Zhang Y. Search-Based Software Engineering: A Comprehensive Analysis and Review of Trends, Techniques, and Applications,” Dept. of Computer Science. London: King’s, 2007.
  22. Rosenblatt F. Principles of neurodynamics. Buffalo: Cournell Neurotical Laboratory, 1965.
  23. Malinin LI, Malinina NL. On the solution of Graph Isomorphism. 2022. (In Russ.) Available from: https://www.researchgate.net/publication/358570634_On_the_solution_of_the_Graph_Isomorphism_Problem.
  24. Arbib МA. Brains, machines and mathematics. McGraw-Hill, 1964.
  25. Nechiporenko V. Structural analysis and methods for building reliable systems. Moscow: Sovetskoe Radio, 1968. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».