Dynamics of Chaotic Circuit Betworks with Local Bridges


CellularFlow: Memristive Circuits of Gyrator Neurons toward Brain Circuits

IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems


Effect of Spcial Distancing on COVID-19 Infection Determined by a Multi-Agent Simulation


Applications and Oscillatory Phenomena of Cellular Neural Network Using Two Kinds of Cloning Templates


Phase-Inversion Waves Propagating in an In-Phase Synchronization on Oscillators Coupled as a Cross

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers


A Novel Image Fusion Algorithm Using an NSCT and a PCNN with Digital Filtering

International Journal of Image and Data Fusion


Multi-Layer Perceptron with Pulse Glial Chain

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Spatial Signature Estimation with an Uncalibrated Uniform Linear Array


Network-Structured Particle Swarm Optimizer That Considers Neighborhood Distances and Behaviors

This study proposes a network-structured particle swarm optimizer (NS-PSO), which considers neighborhood distances. All particles of the NS-PSO are connected to adjacent particles in the neighborhood of topological space, and NS-PSO utilizes the connections between them not only to share local best position but also to increase swarm diversification. Each NS-PSO particle is updated depending on the positions of the local best and current best particles. In NS-PSO, the neighborhood distance in the topological space from each particle to the current best position is also considered. This effect promotes the diversification of solutions and avoids the solutions from becoming trapped at local optima. Simulation results and comparisons with conventional particle swarm optimization show that the proposed NS-PSO can effectively enhance the searching efficiency by measuring in terms of accuracy, robustness and parameter-dependence. Furthermore, we consider various network topologies, grid, hexagonal, cylinder and toroidal. We investigate their behaviors and evaluate the kind of topology that would be the most appropriate for each benchmark.

本論文は，粒子間の近傍距離を考慮するネットワーク構造型PSO(NS-PSO)を提案している．NS-PSOの全ての粒子は，トポロジー空間の近傍に従って，他の粒子と結合されている．また，NS-PSOはその結合関係を，粒子間の情報交換だけでなく， 群の多様性にも用いる．粒子間のトポロジー空間内の近傍距離を粒子の更新に用いることで，群の多様性が向上するだけでなく，解が局所解に陥ることを避ける効果がある．通常のPSOと比較したシミュレーション結果から，精度，ロバスト性，パラメータ依存の観点から評価し，提案手法であるNS-PSOは探索性能が向上していることを確認した．


Multimode Oscillations in Coupled Oscillators with High-Order Nonlinear Characteristics

We propose two van der Pol oscillators with high-order nonlinearities coupled with an inductor and investigate various types of multimode oscillations. We confirm that these oscillations are stably excited by numerical calculations, theoretical analyses and circuit experiments. In particular, we aim to show relations between the multimode oscillations and the number of order nonlinear characteristics.

インダクタで結合された高次の非線形をもつ二つのファンデアポール発振器を提案し，発生する様々な多重振動を調査する．これらの振動は，数値計算，理論解析，回路実験によって安定に存在することが示され，さらに，非線形性の次数と発生する多重振動の関係を示す．


M-Ary Modulation Scheme Based on Separation of Deterministic Chaotic Dynamics for Noncoherent Chaos-Based Communications

This paper proposes a novel M-ary modulation scheme based on separation and reconstruction of deterministic chaotic dynamics for noncoherent chaos-based communications. The M-ary modulation scheme can transmit b-bit data at a time by using M=2^b distinct sequences. In order to generate M distinct sequences and recover b-bit data, the proposed system separates the chaotic dynamics having the chaotic sequence by using M interleavers, and reconstructs the original sequence based on the chaotic dynamics from the separated one by using M deinterleavers. In advance, each data symbol among M symbols is allocated to each interleaver-deinterleaver pair. The transmitter selects an interleaver corresponding to a data symbol and separates the order of samples of the chaotic sequence using the selected interleaver. The receiver feeds the received sequence into all M deinterleavers and outputs M reconstructed sequences. The proposed system can reconstruct the original chaotic sequence only when the correct deinterleaver, which becomes paired with the interleaver, is selected. Therefore, the receiver can recover b-bit data by analyzing the chaotic dynamics of each reconstructed sequence.

本論文ではノンコヒーレントカオス通信システムのための，カオスダイナミクスの分離と再構成に基づく多値変調手法を提案する．多値変調方式とはbビットのデータをM(=2^b)個の独立した系列を用いて送信する手法である．M個の系列を生成するために，本研究ではM個のインターリーバとデインターリーバのペアを用意し，カオス系列の分離と再構成を行う．具体的には，送受信機間で複数のインターリーバとデインターリーバペアにbビットのデータを対応させる．送信機側では，送信データに対応したパターンを選び，それに従ってカオス系列の並び替え(分離)を行うことでデータの変調を行う．受信機側では，共有しているパターンに従って受信した信号の系列を元に戻す(再構成)．ここで，送信側で並べ替えられた系列を元に戻すデインターリーバは1種類しかないことに注意する．ゆえに，再構成された系列のカオスダイナミクスを解析し，元のカオス系列に戻すデインターリーバを選択する事で，そのデインターリーバに対応しているデータを復調データと判定できる．以上の提案した多値 変調方式を本論文ではコンピュータシミュレーションにより評価する．

Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE


Two-Dimensional Coupled Parametrically Forced Map

A two-dimensional parametrically forced system constructed from two identical one-dimensional subsystems, whose parameters are forced into periodic varying, with mutually influencing coupling is proposed. We investigate bifurcations and basins in the parametrically forced system when logistic map is used for the one-dimensional subsystem. On a parameter plane, crossroad areas centered at fold cusp points for several orders are detected. From the investigation, a foliated bifurcation structure is drawn, and existence domains of stable order cycles with synchronization or without synchronization are detected. Moreover, evolution of bifurcation curves with respect to a coupling intensity is analyzed. Basin bifurcations and preimages with respect to critical curves are described. Basins where boundary depends on the invariant manifold of saddle points are numerically analyzed by considering second order iteration and using superposition with Newton method, although the system has discontinuity regarding parameters.

パラメータが周期的に変動するような二つの同じ一次元サブシステムが互いに影響しあうように構成される二次元パラメトリック励振システムを提案する．一次元サブシステムとしてロジスティック写像が用いられた場合のパラメトリック励振システムの分岐とベイスンの調査を行う．パラメータ平面で，いくつかの次数をもつ折りたたまれたカスプ点に中心をもつ交点領域が検出される．調査により葉型分岐構造や安定な同期存在領域などが確認できる．さらに，結合強度に対する分岐曲線の発展の解析を行う．ベイスンの分岐とクリティカル曲線の前のイメージについても述べている．システムはパラメータに対する不連続性をもつにも関わらず，二回繰り返しを考慮し，ニュートン法の重ね合わせを用いることにより，境界が鞍型平衡点の不変多様体に依存するベイスンを数値的に解析している．

International Journal of Bifurcation and Chaos


Complex Behavior in Coupled Chaotic Circuits Related with Intermittency and its Modeling Methods

We discover a complex behavior when switching three different synchronization states in two coupled chaotic circuits related to intermittency. Two methods to model this interesting complex behavior are proposed. First, we model this complex behavior by a first-order Markov chain with four states. Second, the modeling method by using 1-D Poincare map derived from one chaotic circuit is proposed. We confirm that both modeling methods agree very well with computer simulations. Finally, we discuss the characteristics of two modeling methods for calculation times, modeling accuracy and application of large-scale systems.

2つのインターミッテンシーを生成する結合カオス回路で，3つの異なる同期状態が切り替わる複雑現象を発見する．この興味深い複雑現象をモデリングする方法を2つ提案する．一つ目は，4状態からなる1次元マルコフチェインを用いたモデリングである．2つ目は，それぞれのカオス回路から得られる1次元ポアンカレマップを用いる手法である．2つのモデリング手法ともシミュレーションより得られる結果とよく一致していることを示す．さらに，2つの提案モデリング手法の計算時間や，モデリングの正確性および大規模化への応用について検討する．


Synchronization in Several Types of Coupled Polygonal Oscillatory Networks

In this study, synchronization phenomena observed in several types of coupled polygonal oscillatory networks by sharing branches are investigated by both computer simulations and circuit experiments. We focus on the power consumption of coupling resistors of the whole system. By using theoretical analysis, we confirm that the phase differences of the coupled oscillators are solved by finding the minimum value of the power consumption function.

本研究では，いくつかの結合多角形発振器ネットワークで観測される同期現象について調査を行う．我々は，システム全体での結合部分での消費電力に着目する．理論解析によって，位相差は回路システム全体の消費電力を最小になるように決定されることを確認する．

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers


Envelope Analysis of Nonlinear Electronic Circuits Based on Harmonic Balance Method

We propose here a Spice-oriented envelope analysis based on the HB (harmonic balance) method, where Fourier coefficients are assumed to be slowly varying. The Fourier expansions of nonlinear devices are executed by MATLAB in the symbolic forms. The determining equation of the HB method is formulated as Sine Cosine circuit in the form of schematic diagram using analog behavior models of Spice. The Sine Cosine circuit can be solved by the transient analysis of Spice. Our method can be easily applied to the analysis of middle order of nonlinear communication circuits such as mixers and amplitude modulators and to the analysis of interesting phenomena in the nonlinear oscillations.

本研究では，フーリエ係数が緩やかに変化する場合に適用できる，調波平衡法に基づくSPICE向け包絡線解析手法を提案する．非線形デバイスのフーリエ展開はMATLABにより記号的に実行される．また，調波平衡法の決定方程式は，SPICEのアナログビヘービアモデルを利用した作図画面上のサイン・コサイン回路により記述される．提案手法は，ミキサや振幅変調器などの中規模非線形通信回路の解析や非線形発振回路の興味深い現象の解析に簡単に適用することができる．

International Journal of Circuit Theory and Applications


Expression Transfer for Facial Sketch Animation


Chaos via Torus Breakdown from a Four-Dimensional Autonomous Oscillator with Two Diodes

By using a remarkably simple and natural degenerate technique, the mechanism of chaos via torus breakdown observed in a simple four-dimensional autonomous circuit including two diodes is investigated rigorously. This degenerate technique is uniquely comparable to the well-known slow fast singular perturbation method. The idealized case where the diodes are assumed to operate as switches is considered. In this case, the governing equation is represented by a constrained equation, and the Poincaré mapping is derived rigorously as the circle map. The torus breakdown in the four-dimensional autonomous circuit is well explained by the Poincaré mapping. The theoretical results are verified by laboratory experiment.

二つのダイオードを含む簡単な四次元自律回路に見られるトーラス崩壊によるカオスのメカニズムを，極めてシンプルで自然な縮退化手法を用いて厳密に調査している．この縮退化手法は，よく知られたスロー・ファースト特異摂動手法と比較可能である．ダイオードがスイッチとして動作する理想的な場合が考えられ，その場合，回路方程式は拘束方程式となりポアンカレ写像をサークルマップとして厳密に導出できる．四次元自律回路のトーラス崩壊がポアンカレ写像により説明することができる．理論解析結果の妥当性は実験結果により確認される．


Interactive Facial-Geometric-Feature Animation for Generating Expressions of Novel Faces

In this paper, we present an interactive facial-geometric-feature animation system for generating expressions of novel faces. To guarantee natural animation results, our animation model employs prior knowledge based on various individuals expressions. One model prior is learned from motion vector fields to guarantee effective facial motions. Another, different, model prior is learned from facial shape space to ensure the result has a real facial shape. Interactive animation problem is formulated in a maximum a posterior framework to search for optimal results by combining the priors with user-defined constraints. We give an extension of the motion propagation algorithm to infer facial motions for novel target faces from a subset of the control points. Experimental results on different facial animations demonstrate the effectiveness of the proposed method.

本論文では，未知の顔画像に表情を生成する双方向の顔画像幾何学的特徴アニメーションシステムを提案する．自然なアニメーション結果を保証するために，本アニメーションモデルは，様々な個々の表情に基づく事前知識を利用する．一つの事前モデルは，効果的な顔の変化を保証するための動作ベクトル空間から学習を行い，別の異なる事前モデルは，結果が実際の顔の形になるように顔の形状空間から学習を行う．双方向アニメーション問題は，ユーザにより設定された拘束条件と事前モデルを組み合わせて最適結果を探索する最大事後推定問題となる．動作伝搬アルゴリズムを拡張することで，未知のターゲット顔画像のための顔の動きを制御点の部分集合より推定する．異なる顔アニメーションの実験結果により提案手法の有効性が示される．

IEICE Transactions on Information and Systems


Spice-Oriented Algorithm for Peak Search and Stability Assessment for Frequency Response

In this study, we propose a Spice-oriented algorithm for peak search and stability assessment for the frequency response. We obtain the frequency response by using the sine-cosine circuit, Fourier transformation circuit and solution tracing-curve circuit, which have been developed in our previous studies. We combine the idea using a differentiator and a nonlinear limiter with them in order to search the exact peaks and propose a stability assessment algorithm based on the Floquet theory. In our algorithm, we can simulate almost all tasks with Spice.

本研究では，周波数応答のピーク探索と安定性評価のためのSPICE向けアルゴリズムを提案する．先行研究で開発しているサイン・コサイン回路，フーリエ変換回路，解曲線追跡回路を利用して周波数応答を得ることができる．正確なピークを探索するために，微分器と非線形リミッタを利用するアイディアを組み合わせ，さらにフロケの理論に基づく安定性評価アルゴリズムを提案する．本アルゴリズムでは，ほとんど全ての計算をSPICEでシミュレーションすることができる．

IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems


Error-Correcting Scheme Based on Chaotic Dynamics and its Performance for Noncoherent Chaos Communications

This paper proposes a novel error-correcting scheme using chaotic dynamics for noncoherent chaos communications. In our proposed system, two successive chaotic sequences are generated from the same chaotic map; the second sequence is generated with an initial value, which is the last value of the first sequence. In this case, successive chaotic sequences having the same chaotic dynamics are created. This feature gives the receiver additional information to correctly recover the information data and thus improves the bit error performance of the receiver. As results of the computer simulation, we confirm that the advantage gained in BER performance of the proposed error-correcting method is about 1-1.5 dB compared to conventional method.

本論文ではノンコヒーレントカオス通信システムでの利用を想定したカオスダイナミクスに基づく誤り訂正手法を提案する．今，同一のカオス写像から生成された2つの連続するカオス系列を考える．この時，2つ目のカオス系列の初期値は1つ目のカオス系列の最後の値に基づいて生成された値と仮定すると，この2つの系列は同一のカオスダイナミクスを持つ系列として見なす事ができる．この特徴は受信機側で正確にデータ復調するための付加情報として利用できると考え，これを本論文では誤り訂正に利用する．提案手法を用いてコンピュータシミュレーションを行った結果，誤り訂正無しの従来手法と比較して，提案手法では約1∼1.5dBの利得が得られた．

Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE


Markov Chain Modeling and Analysis of Complicated Phenomena in Coupled Chaotic Oscillators

In this paper, we propose a Markov chain modeling of complicated phenomena observed from coupled chaotic oscillators. Once we obtain the transition probability matrix from computer simulation results, various statistical quantities can be easily calculated from the model. It is shown that various statistical quantities are easily calculated by using the Markov chain model. Various features derived from the Markov chain models of chaotic wandering of synchronization states and switching of clustering states are compared with those obtained from computer simulations of original circuit equations.

本論文では，結合カオス発振回路で観測される複雑現象のマルコフチェインによるモデリング手法を提案する．一度，計算機シミュレーション結果より遷移確率行列を計算すれば，モデルより様々な統計量を簡単に計算することができる．マルコフチェインモデルを利用し，様々な統計量が計算できることを示している．同期状態のカオス的遍歴とクラスタリング状態のスイッチングのマルコフチェインモデルより得られた様々な特性が，実際の回路方程式の計算機シミュレーションの結果と比較される．

Journal of Circuits, Systems, and Computers


Complex Pattern in a Ring of van der Pol Oscillators Coupled by Time-Varying Resistors

In this paper, phase synchronization in a ring of van der Pol oscillators coupled by time-varying resistors is studied. The coexistence of in-phase and anti/N-phase states and various interesting phase synchronization patterns are observed when the parameters are changed. Further, the influence of duty cycle of time-varying resistors for the observed phase synchronization patterns is investigated.

本論文では，時変抵抗で結合されたリング型 vad der Pol 発振器の位相同期について調査を行う．同相と逆相/N相状態の共存などさまざまな興味深い位相同期パターンがパラメータを変えることで観測する．さらに，時変抵抗のデューティー比を変化させたときの位相同期パターンの調査を行う．


Pattern Dynamics of Stochastic Synchronization Phenomena on Coupled Multi-State Chaotic Oscillators

International Journal of Innovative Computing, Information and Control


Suboptimal Receiver Using Shortest Distance Approximation Method for Chaos Shift Keying

This paper focuses on the optimal receiver proposed by Hasler and Schimming. The optimal receiver calculates the probability density function (PDF) between the received signal and the chaotic maps, which is used on the transmitting side, and detects the information symbol by choosing the larger probability. However the optimal receiver suffers from high computational complexity. Thus, it is important to develop a receiver with performance equivalent or similar to that of the optimal receiver using a more efficient algorithm, i.e., a suboptimal receiver. This paper proposes a new suboptimal receiver using a shortest-distance approximation method instead of calculating the PDF. The proposed method has smaller computational complexity than the optimal receiver. We performed computer simulations to show the validity of the proposed suboptimal receiver.

本論文ではノンコヒーレントカオス通信システムにおける，HaslerとSchiming らによって提案された最適受信機に注目する．この最適受信機は送信機側で用いられているカオス写像と受信信号系列との確率密度関数(PDF)を算出し，送信側で用いられたカオス写像を確率的に求める事でデータの復調を行う手法である．しかしながら，本手法はPDFの算出に高い計算処理能力が必要である事が知られている．ゆえに，最適受信機と異なるアルゴリズムを用いて，それと同等もしくは近い性能を有する準最適受信機の開発が重要であるとされている．そこで本論文では，PDFの計算を用いない新たな準最適受信機の提案を行う．具体的には，PDFの計算の代わりにカオス写像と受信信号系列との最短距離を計算する事で，距離が短い方のカオス写像を選択する事でデータの復調を行う．最短距離の計算というシンプルな手法を用いた事で，PDFよりも大幅に計算処理時間の短縮に成功した．また，復調性能も最適受信機と同等の性能を示した．


Durability of Affordable Neural Networks against Damaging Neurons

In this paper, we show that affordable neural networks (AfNNs) are robust against damages occurring after the learning process has terminated. The results support the view that AfNNs embody the important feature of durability. In our contribution, we investigate the durability of the AfNN when some of the neurons in the hidden layer are damaged after the learning process.

本論文で，我々はゆとりニューラルネットワークが学習後のダメージに対してロバスト性を持つこと示す．結果はゆとりニューラルネットワークが耐久性に重要な特徴であることを表している．よって我々は，学習後にいくつかの中間層ニューロンがダメージを受けた場合のゆとりニューラルネットワークの耐久性について調査を行う．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Fast Simulation Technique of Plane Circuits via Two-Layer CNN-Based Modeling

A fast time-domain simulation technique of plane circuits via two-layer Cellular Neural Network (CNN) -based modeling, which is necessary for power/signal integrity evaluation in VLSIs, printed circuit boards, and packages, is presented. Using the new notation expressed by the two-layer CNN, 1,553 times faster simulation is achieved, compared with Berkeley SPICE (ngspice). In CNN community, CNNs are generally simulated by explicit numerical integration such as the forward Euler and Runge-Kutta methods. However, since the two-layer CNN is a stiff circuit, we cannot analyze it by using an explicit numerical integration method. Hence, to analyze the two-layer CNN and reduce the computational cost, the leapfrog method is introduced. This procedure would open an application of CNN to electronic design automation area.

VLSI，プリント回路基板，パッケージングのパワー/シグナルインテグリティ評価に必要な二層セルラニューラルネットワーク(CNN)モデリングによる平面回路の高速時間領域シミュレーション技法を提案する．二層CNNによってあらわされる新たな表記を利用し，バークレーSPICEより1553倍速いシミュレーションが達成できる．CNN研究では，シミュレーションには前進オイラー法やルンゲクッタ法などの陽的数値積分が用いられる．しかしながら，二層CNNはスティフな回路であるので，陽的数値積分は利用できない．従って，二層CNNを計算時間を削減して解析するために，リープフロッグ法を導入する．本手法は，CNNの電子回路自動設計への応用の道を開くであろう．


Periodic Pattern Formation and its Applications in Cellular Neural Networks

In this paper, first, we investigate the CNN templates producing periodic patterns. Next, two image processing algorithms using periodic pattern formation in cellular neural networks are proposed. By applying one to a certain image, area having spatial uniformity is removed from the original image and only parts without spatial uniformity remain. Simulation results show that when this algorithm is applied to an image containing characters (texts) or a human face image, only characters or eyes and mouth are extracted. Also, by applying the other to texture image, periodicity is enhanced in area having spatial periodicity, and texture can be segmented. Simulation results show that when this algorithm is applied to image that consists of four kinds of textures, each texture area can be segmented.

本論文では，まず，周期パターンを生成するセルラニューラルネットワークのテンプレートを調査する．次に，セルラニューラルネットワークの周期パターン生成を利用した二種類の画像処理アルゴリズムを提案する．一つのアルゴリズムを画像に適用することで，空間的に不均一な部分を残したまま，空間的に一様な領域を消し去ることができる．シミュレーションにより，本アルゴリズムを文字を含む画像や人の顔画像に適用することで，文字のみの抽出や，目と口だけの抽出が可能となる．また，もう一つのアルゴリズムをテクスチャ画像に適用することで，空間的な周期性をもつ領域の周期性が強調され，テクスチャが分割される．本アルゴリズムを四種類のテクスチャを含む画像に適用することで，各テクスチャの分割に成功した．

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers


Sensitivity Analysis and Optimization Algorithm --- Based on Nonlinear Programming

We propose here a fully Spice-oriented design algorithm of op-amps for attaining the maximum gains under low power consumptions and assigned slew-rates. Our optimization algorithm is based on a well-known steepest descent method combining with nonlinear programming. The algorithm is realized by equivalent RC circuits with ABMs (analog behavior models) of Spice. The gradient direction is decided by the analysis of sensitivity circuits. The optimum parameters can be found at the equilibrium point in the transient response of the RC circuit. Although the optimization time is much faster than the other design tools, the results might be rough because of the simple transistor models. If much better parameter values are required, they can be improved with Spice simulator and/or other tools.

本論文では，低消費電力と設定されたスルーレイトの下で最大ゲインを得ることができる完全にSPICE向けの設計アルゴリズムを提案する．この最適化アルゴリズムは，よく知られた最急降下法を非線形プログラミングの手法と組み合わせたものである．アルゴリズムは，等価RC回路とSPICEのアナログビヘービアモデルによって実現される．勾配方向は感度回路解析によって決定される．最適パラメータは，RC回路の過渡応答における平衡点として求められる．最適化時間は他の設計ツールに比べ非常に速いが，簡単なトランジスタモデルのため結果は粗くなる．より良いパラメータ値が必要な場合は，SPICEシミュレータや他のツールによりそれらを改善すればよい．


Phase Wave Propagation Phenomena in Two-Layer Cellular Neural Networks


Self-Organizing Map with False-Neighbor Degree between Neurons for Effective Self-Organization

In the real world, it is not always true that neighboring houses are physically adjacent or close to each other. in other words, ``neighbors'' are not always ``true neighbors''. In this study, we propose a new Self-Organizing Map (SOM) algorithm, SOM with False-Neighbor degree between neurons (called FN-SOM). The behavior of FN-SOM is investigated with learning for various input data. We confirm that FN-SOM can obtain a more effective map reflecting the distribution state of input data than the conventional SOM and Growing Grid.

本論文では，誤り近傍度を考慮するSOM(FN-SOM)を提案している．誤り近傍度はFN-SOMのニューロン間に存在し，近傍距離間の重みとして働く．この誤り近傍度を学習と共に変化させることで，``本当の近傍''と``誤った近傍''をリアルタイムで区別することが可能となり，入力の形状に対応したより柔軟な学習を可能とする．FN-SOMを様々な入力データに適用し，その振る舞いを調査，及び有効性を確認している．また，FN-SOMはネットワーク構造を変化させるのではなく，誤り近傍度という新たな指標を用い，それを学習と共に変化させることにより柔軟な学習を行うという手法であることから，RSOM法，DSOM法はでは困難であった一括学習にも対応でき，計算時間の大幅な短縮に成功している．さらに，学習と共に柔軟に変化する誤り近傍度を有効利用することで，FN-SOMによる新しいクラスタ視覚化方法への応用も提案している．


A User Authentication Protocol Using Chaotic Maps


Reunifying Self-Organizing Map and Disconnecting Self-Organizing Map

The Self-Organizing Map (SOM) has problems with some inactive neurons which have affected a result of clustering. In this study, we propose two new SOM algorithms based on the dynamical change of their network topologies. One method is the Reunifying Self-Organizing Map (RSOM). The initial state of all neurons of RSOM are connected to no neuron. However, each neuron of RSOM has its own physical location on the 2-dimensional grid, so, the neurons are connected gradually to other neurons as learning progressed. The other method is the Disconnecting Self-Organizing Map (DSOM). Contrary to RSOM, in the initial state of DSOM, all neurons are directly or indirectly connected each other. However, connections between neurons located at distant locations are cut with learning. We can confirm that the result of using RSOM or DSOM includes no inactive neurons and RSOM and DSOM can obtain a more effective map reflecting the distribution state of input data than the conventional SOM.

本論文は，入力の形状に合わせた柔軟な自己組織化を行う方法として，学習と共にネットワークの位相を変化させる二つの新しいSOMのアルゴリズムを提案している． 一つは，再結合するSOM (RSOM) であり，これは学習と共にバラバラのニューロンが徐々に結合されていくSOMである．一方，もう一つは切断されるSOM (DSOM) で，これはRSOMとは逆に，学習と共にニューロン間の結合が断絶されていく．これらを特徴抽出とクラスタリングに応用した結果，複雑な形状のデータに対しても有効な結果が得られることを確認している．また，RSOMとDSOMの振る舞いと特徴の違いを調査し，データの種類に応じて使い分けることでより効果的なデータマイニングが行えることを発表している．


Tentacled Self-Organizing Map for Effective Data Extraction

Since we can accumulate a large amount of data including useless information in recent years, it is important to investigate various extraction method of clusters from data including much noises. The Self-Organizing Map (SOM) has attracted attention for clustering nowadays. In this study, we propose a method of using plural SOMs (TSOM: Tentacled SOM) for effective data extraction. TSOM consists of two kinds of SOM whose features are different, namely, one self-organizes the area where input data are concentrated, and the other self-organizes the whole of the input space. Each SOM of TSOM can catch the information of other SOMs existing in its neighborhood and self-organizes with the competing and accommodating behaviors. We apply TSOM to data extraction from input data including much noise, and can confirm that TSOM successfully extracts only clusters even in the case that we do not know the number of clusters in advance.

本論文は，ノイズを含むデータからの，より効果的なデータ抽出法として，複数のSOMが互いの位置情報を交換し合うアルゴリズム(TSOM法)を提案している．TSOM法では，SOM自身が他のSOMとの位置関係に応じて，競合もしくは和解作用を持った自己組織化を行なうことが出来るため，先に提案したnSOM法とPSOM法の利点を合わせ持っているといえる．このTSOM法を，ノイズを多く含んだデータにおけるクラスタ抽出に応用し，クラスタ数が既知の場合，未知の場合それぞれにおけるシミュレーションの結果，非常に有効なノイズ除去及びクラスタ抽出が可能であることを確認している．また，TSOM法を用いることにより，初期状態の問題，クラスタ数の問題，計算量の問題，全てを解決可能であることを示している．


Competing Behavior of Two Kinds of Self-Organizing Maps and its Application to Clustering

The Self-Organizing Map (SOM) is an unsupervised neural network introduced in the 80's by Teuvo Kohonen. In this paper, we propose a method of simultaneously using two kinds of SOM whose features are different (the nSOM method). Namely, one is distributed in the area at which input data are concentrated, and the other self-organizes the whole of the input space. The competing behavior of the two kinds of SOM for nonuniform input data is investigated. Furthermore, we show its application to clustering and confirm its efficiency by comparing with the k-means method.

本論文では，特徴の異なる二種類のSOMを同時に複数用いるアルゴリズム(nSOM法)を提案している．この二種類のSOMに異なる特徴をもたせることにより，入力空間全体に広がるデータと入力データが集中している部分とを別々に自己組織化することができることを確認している．この特徴を生かして，nSOM法をノイズを多く含んだデータのクラスタリングに応用し，シミュレーションによりクラスタ部分のみの抽出を可能とする．さらに，視覚的に確認できない5次元データに対してもシミュレーションを行い，正答率から，高次元入力データにおいてもnSOM法が有効であることを確認している．通常単体で用いるSOMを複数用い，さらに，シンプルなアルゴリズムであるにもかかわらず有効な結果を得られる本成果は，新規性，有効性の面からも評価できると考える．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Performance of Affordable Neural Network for Back Propagation Learning

Cell assembly is one of explanations of information processing in the brain, in which an information is represented by a firing space pattern of a group of plural neurons. On the other hand, effectiveness of neural network has been confirmed in pattern recognition, system control, signal processing, and so on, since the back propagation learning was proposed. In this study, we propose a new network structure with affordable neurons in the hidden layer of the feedforward neural network. Computer simulated results show that the proposed network exhibits a good performance for the back propagation learning. Furthermore, we confirm the proposed network has a good generalization ability.

セル・アセンブリは，脳情報処理の表現方法のひとつであり，複数のニューロン発火パターンにより，情報表現を行うものである．一方，ニューラルネットワークの有効性は，逆誤差伝搬法が提案されて以来，パターン認識，システム制御などの分野で有効性が確認されている．本研究では，階層型ニューラルネットワークの中間層にゆとりニューロンを導入した新しいネットワーク構造を提案する．コンピュータシミュレーションの結果，逆誤差伝搬学習において提案ネットワークの有効性を確認できた．さらに，提案ネットワークが汎用性に優れていることを確認した．


Competing and Accommodating Behaviors of Peace Self-Organizing Maps

The Self-organizing Map (SOM) has attracted attention for its clustering properties in recent years. In our previous study, we proposed a method simultaneously using two kinds of SOM, whose features are different, namely, one self-organizes the area at which input data are concentrated, and the other self-organizes the whole of the input space. Furthermore, we applied this method to clustering of data including much noise and confirmed its efficiency. However, to obtain an efficient clustering performance using this method, we must determine the appropriate number of SOMs used in the method. In this study, we propose the peace SOM (PSOM) algorithm which possesses both competing and accommodating abilities. The competing and the accommodating behaviors of PSOM are investigated with applications to clustering input data including much noise. We can observe that PSOM successfully extracts clusters, even in the case when we do not know the number of clusters in advance.

本論文は，nSOM法では不可能であった，クラスタ数が未知の場合に対応できるSOMのアルゴリズムを提案している(PSOM法)．PSOMはnSOM法と同様，特徴の異なる二種類のSOMを複数用いるが，PSOMは競合と和解作用の二つの性質を合わせ持っている． nSOMの学習後にPSOMを用いると，同じクラスタ内で競合し合う複数のSOMは和解し，一つのクラスタを同時に学習する．しかし，別のクラスタを自己組織化しているSOM同士は和解せず，競合を続ける．このPSOM法とnSOMを組み合わせた新たなデータマイニング手法により，クラスタ数がわかっていないノイズを含むデータに対しても，有効なクラスタ抽出が行えることを確認している．


Analysis of Reactance Oscillators Having Multi-Mode Oscillations

In this paper, we propose a Spice-oriented solution algorithm combining the harmonic balance method with Newton homotopy method that can find out the multiple solutions on the homotopy paths. In our analysis, the determining equations from the harmonic balance method are given by modified equivalent circuit models of "DC," "Cosine" and "Sine" circuits. The modified circuits can be solved by a simulator STC (solution curve tracing circuit), where the multiple oscillations are found by the transient analysis of Spice. Thus, we need not to derive the troublesome circuit equations, nor the mathematical transformations to get the determining equations. It makes the solution algorithms much simpler.

本論文では，ホモトピーパスの複数解を求めることができる調波平衡法とニュートン法をあわせたSPICE向け解法アルゴリズムを提案する．本解析では，調波平衡法より得られる決定方程式は直流・コサイン・サイン回路の修正等価回路によって与えられる．修正回路は，複数振動解がSPICEの過渡解析によって発見できる解曲線追跡回路によって解析される．従って，回路方程式を導出する必要もなく，また決定方程式を与える数学的変換も必要とはしない．本解析アルゴリズムは，極めてシンプルなものとなる．


Ultra-Wideband Chaotic Radar and Clutter Reduction Methods


A Reduction Technique for RLCG Interconnects Using Least Squares Method

In this paper, we propose a new algorithm for calculating the exact poles of the admittance matrix of RLCG interconnects. After choosing dominant poles and corresponding residues, each element of the exact admittance matrix is approximated by partial fraction. A procedure to obtain the residues that guarantee the passivity is also provided, based on experimental studies. In the procedure the residues are calculated by using the least squares method so that the partial fraction matches each element of the exact admittance matrix in the frequency-domain. From the partial fraction representation, the asymptotic equivalent circuit models which can be easily simulated with SPICE are synthesized. It is shown that an efficient model-order reduction is possible for short-length interconnects.

本論文では，多導体RLCG伝送線路のアドミタンス行列の極を解析的に求めるためのアルゴリズム，および受動性を満足する留数を求めるための手法を提案する．過渡応答に大きな影響を与える極をいくつか選択し，それらに対応する留数を求めることにより，アドミタンス行列の各要素を部分分数により近似することができる．ここで留数は，部分分数と正確なアドミタンス行列の周波数応答曲線が一致するように，最小二乗法を用いて計算される．この部分分数から伝送線路の漸近的等価回路を合成することができるため，既存の回路シミュレータを用いて容易に伝送線路を含む回路のシミュレーションを行うことが可能となる．数値実験により，線路長の短い伝送線路は低次の部分分数で近似することができ，効率良くシミュレーションが行えることが示される．


A Reduction Technique of Large-Scale RCG Interconnects in the Complex Frequency Domain

高速ディジタル信号により動作しているLSIは通常，基盤上に張り巡らされた多導体から成る線路によって接続された数多くのサブサーキットで構成されている．これらの線路は遅延やクロストーク，反射などを引き起こし，時にはスイッチング誤動作のような深刻な問題を引き起こす要因となっている．これらの問題を解決する手段としてLSI内部の線路解析を行うシミュレータ開発が重要となっている．ここでは大規模ゲートアレイに含まれる多導体RCG線路について考えよう．まず初めに我々は過渡応答に大きく影響する重要な極だけを使ってインピーダンス行列を演算する手法を提案する．それぞれの極に対応する留数は最小二乗法によって算出する．つぎに入出力特性をこれら得られた極と留数を使って出来る部分分数によって表現する．最後に線路をこれら部分分数を等価回路に変換したもので置き換える．この手法はSPICEシミュレータを使って簡単に構築できるものである．

International Journal of Circuit Theory and Applications


Phase-Inversion Waves in Oscillators Coupled by Two Kinds of Inductors as a Ladder

van der Pol発振器をインダクタで梯子状に結合した系において， 隣接した発振器間の位相状態が同相同期から逆相同期， 及び逆祖同期から同相同期へと連続して切り替わっていく現象を発見し， 解析を行ってきた．この現象を位相反転波と呼び， 位相反転波が複数本，同時に存在している状態を位相反転波動と呼んでいる． 結合に用いるインダクタの大きさが全て同じである場合， 位相反転波は，伝搬，端での反射，波同士の衝突による反射と消滅の 4種類の基本な挙動をするのみであるが， 結合しているインダクタの大きさを途中で変えた場合， その境界で様々な現象を観測することができる． すなわち，N個の発振器を結合した系において， 1∼kとk∼Nを結合するインダクタを変えた回路を考え， この境界での位相反転波の挙動について観察を行い，現象の解析を行う． kまでの発振器を結合するインダクタとk以降の発振器を結合するインダクタの 差が大きい場合，そこで位相反転波の反射が生じる． この反射のメカニズムはkまでを結合したインダクタよりk以降を結合した インダクタの大きさが非常に小さい場合と，非常に大きい場合では， 反射のメカニズムが全く異なる． これらのことを明らかにし，メカニズムの解析を行う． さらに，回路実験を行い， コンピュータシミュレーションの結果と一致するか確認する．


Windows in a Non-Autonomous Circuit with a Symmetry

対称性をもつある強制回路に発生する周期窓

系の対称性はカオス発生回路においてしばしば見られる性質である．このような対称性をもつ非線形回路には，対称性破壊分岐やsymmetry recovering crisisなど，系の対称性に基づく極めて興味深い現象が発生する．本論文では，対称性をもつ強制レイリー方程式に発生する周期窓に注目し，強制系においても2種類の周期窓が可算無限個，交互に発生することを明らかにし，周期窓の発生するパラメータ値がある不変定数と関係していることを示す．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers A

電子情報通信学会論文誌(A)


Performance of Chaos and Burst Noises Injected to the Hopfield NN for Quadratic Assignment Problems

In this paper, performance of chaos and burst noises injected to the Hopfield Neural Network for quadratic assignment problems is investigated. For the evaluation of the noises, two methods to appreciate finding a lot of nearly optimal solutions are proposed. By computer simulations, it is confirmed that the burst noise generated by the Gilbert model with a laminar part and a burst part achieved the good performance as the intermittency chaos noise near the three-periodic window.

本論文では，二次割り当て問題を解く Hopfield Neural Network にカオスノイズとバーストノイズを注入した際の性能についての調査を行っている．さらに最適解に近い解をいかに多く見つけるかを判断すること ができる評価方法を提案している．コンピュータシミュレーションの結果，インターミッテンシー·カオスのラミナー部とバースト部の存在をモデリングしたギルバートモデルによって得られるバーストノイズが3周期窓付近のインターミッテンシー·カオスと同様のよい性能であることが確認されている．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Generation of Various Types of Spatio-Temporal Phenomena in Two-Layer Cellular Neural Networks

The paper discusses the spatio-temporal phenomena in autonomous two-layer Cellular Neural Networks (CNNs) with mutually coupled templates between two layers. By computer calculations, we show how pattern formations, autowaves and classical waves can be regenerated in the networks, and describe the properties of these phenomena in detail. In particular, we focus our discussion on the necessary conditions for generating these spatio-temporal phenomena. In addition, the influences of the template parameters and initial state conditions of CNNs on the spatio-temporal phenomena are investigated.

本論文では，二つの層が相互結合テンプレートで結合される2層セルラ·ニューラル·ネットワークに見られる時空現象について論じている． 計算機実験により，パターン生成，自律波，古典波が本ネットワークに発生することが示され，その詳細な特性についての調査が報告されている．特に，これらの時空現象が発生する必要条件について論じている．さらに，テンプレートのパラメータとネットワークに与える初期値が発生する現象に与える影響について調査している．


Markov Chain Modeling of Intermittency Chaos and its Application to Hopfield NN

本研究では，マルコフ·チェインを用いたインターミッテンシー·カオスのモデリング方法を提案している． インターミッテンシー·カオスとマルコフ·チェインによって得られる時系列を組み合わせ最適化問題と 連想記憶を処理するHopfield Neural Network にノイズとして注入したときの局所解脱出についての性能評価を行っている．コンピュータシミュレーションの結果，提案したモデリング方法がインターミッテンシー·カオスと同様のよい性能を示すことを明らかにしている．


Characteristics of Mutually Coupled Two-Layer CNNs and its Stability

This paper presents some interesting image processing applications with the mutually coupled two-layer Cellular Neural Networks (CNNs). We found that the two-layer CNNs are very useful compared to single layer CNNs in some applications such as center point detection, skeletonization, and so on. We also focus our discussions on both their transients and operations. In addition, the stability of the two-layer CNNs with mutually coupled symmetric templates is also discussed based on those of decoupling CNN technique.

本論文では，相互に結合された二層のセルラ·ニューラル·ネットワークによるいくつかの画像処理アプリケーションが示されている． 二層セルラ·ニューラル·ネットワークが一層のセルラ·ニューラル·ネットワークに対し，中心点抽出を行ったり，細線化などの処理を行う際に，非常に有効であることを報告している． さらに，対称な相互結合テンプレートで結合された二層セルラ·ニューラル·ネットワークの安定性について，分離されたセルラ·ニューラル·ネットワークの安定性を利用して論じている．

Journal of Circuits, Systems, and Computers


Analysis of Phase-Inversion Waves in Coupled Oscillators Synchronizing at In-and-Anti-Phase

van der Pol発振器をインダクタで梯子状に結合した回路において， 隣接した発振器の間の位相状態が， 同相同期から逆相同期，もしくは逆相同期から同相同期へと 連続して切り替わっていく，定常状態で観察できる波のような現象を発見し， ``位相反転波''と呼び，解析を行ってきた． 従来解析を行ってきた位相反転波は， 全ての発振器が同相同期になった状態であり， 端が同相同期でしか安定しない状態を基準としている． そのため，位相反転波は同相同期から逆相同期へと切り替える波と， 逆相同期から同相同期へと切り替える波が一対となって存在している． 本研究では基本となる状態が同相同期と逆相同期が交互に存在しており， 端が逆相同期で安定する状態において存在する位相反転波動を発見し，解析を行う． また，回路実験を行い，数値計算と同様の結果が得られるか検証を行う．


In this study, wave propagation phenomena of phase differences observed in van der Pol oscillators coupled by inductors as a ladder are investigated. The phenomena are called "phase waves." We classify the observed phenomena and analyze the difference in detail. We observe that the behavior of the phase waves generated by giving a phase difference of positive value is different from the behavior of those generated by giving a phase difference of negative value. We can also observe the generation of two pairs of phase waves. We clarify the mechanisms of these complicated phenomena. Finally, for the case of nine oscillators, we carry out both computer calculations and circuit experiments. Circuit experimental results agree well with computer calculated results qualitatively.

van der Pol発振器をインダクタで梯子状に結合した回路において， 隣接した発振器間の位相差が伝搬する現象がみられる． 本研究において，この現象を``位相波''と呼び， 詳細な調査を行い，観察された現象の分類，及び解析を行う． 位相波を発生させる時に与える位相差が， 正の時と，負の時で現象が大きく変わる． さらに，一度の位相差の入力で，二組の位相波が発生する現象が観察される． このメカニズムについて明らかにする． 最後に，回路実験を行い， コンピュータシミュレーションの結果と一致するか確認を行う．


Image Processing of Two-Layer CNNs --- Applications and their Stability

Cellular Neural Networks (CNNs) have been developed as a high-speed parallel signal-processing platform. In this paper, a generalized two-layer cellular neural network model is proposed for image processing, in which two templates are introduced between the two layers. We found from the simulations that the two-layer CNNs efficiently behave compared to the single-layer CNNs for the many applications of image processing. For examples, simulation problems such as linearly non-separable task--logic XOR, center point detection and object separation, etc. can be efficiently solved with the two-layer CNNs. The stability problems of the two-layer CNNs with symmetric and/or special coupling templates are also discussed based on the Lyapunov function technique. Its equilibrium points are found from the trajectories in a phase plane, whose results agree with those from simulations.

本論文では，画像処理に適した一般化された二層セルラ·ニューラル·ネットワークのモデルを提案している．計算機シミュレーションにより，様々なアプリケーションに対し，二層セルラ·ニューラル·ネットワークの有効性を確認している．リアプノフ関数を利用した二層セルラ·ニューラル·ネットワークの安定性の議論も行っている．また位相空間における軌道から平衡点を見出す方法についても論じている．


An Efficient Algorithm for Finding Multiple DC Solutions Based on the SPICE-Oriented Newton Homotopy Method

回路シミュレーションにおいて複数個の直流解を求めることは大変重要であり，同時に大変困難なことである．ここでは効率的に複数個の直流解を求めることが出来る，SPICE上でニュートンホモトピー法を適用した大変シンプルなシミュレータを提案する．これらはニュートンホモトピー法と弧長法を基にした解曲線追跡アルゴリズムを適用したものである．このニュートンホモトピー法を基にした解析手法はSPICEの過渡解析上に構築され，面倒な回路方程式やヤコビアン行列の変換を必要としない．最後にこれらの手法を用いていろんなトランジスタを含む回路でそれぞれのホモトピーパス上を探索し全ての解を求めていく例を示す．これによりこの手法が複数の直流解を探索する大変有効であることがわかる．

IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems


Chaotic Wandering and its Analysis in Simple Coupled Chaotic Circuits

In this paper, four coupled chaotic circuits generating four-phase quasi-synchronization of chaos are proposed. By tuning the coupling parameter, chaotic wandering over the phase states characterized by the four-phase synchronization occurs. In order to analyze chaotic wandering, dependent variables corresponding to phases of solutions in subcircuits are introduced. Combining the variables with hysteresis decision of the phase states enables statistical analysis of chaotic wandering.

本研究では，簡単なカオス発生回路を結合した系に見られる4相のカオス準同期とその準同期により特徴付けられる位相状態の遍歴現象が調査されている． 各部分回路の解軌道の位相に対応する従属変数を導出し，それにより位相状態の遍歴現象を統計的に解析している． 詳細な計算機シミュレーションにより，状態間の遷移過程において，中間的な擬似同期状態を経由していることが明らかにされている． この中間状態の存在を考慮するために，ヒステリシス判定を導入し，これにより，回路に発生している，位相状態の不規則なカオス的遍歴現象の統計的解析が可能となることが明らかにされている．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Synchronization and its Analysis in Chaotic Systems Coupled by Transmission Line

In this study, synchronization phenomena in chaotic oscillators coupled by a transmission line are investigated. In particular investigation using real circuits is done for the first time. It is confirmed that the chaotic subsystems synchronize, although signals propagating along the transmission line are affected by the time delay. Further the period-doubling bifurcation with varying the time delay and anti-phase synchronization phenomena are observed in our circuit model. Also the voltage distribution of transmission line is simulated in order to investigate whether the current flowing through the transmission line is constant or not. It is found that the subsystems synchronize although the current through the transmission line keeps on varying.

本研究では，伝送線路で相互結合されたカオス発生回路における同期現象について シミュレーションおよび回路実験により調査する． 伝送線路上を伝播する信号は遅延の影響を受けるにも関わらず，2つのカオス発生 回路が同期することを示す．さらに，伝送線路の遅延時間や特性インピーダンスを 変化させることにより，2つのカオス発生回路が同期したまま周期倍分岐を呈する ことや，2つのカオス発生回路が逆相同期することが観測される． また，伝送線路上を流れている電流の変化を調べるために伝送線路上の電圧分布を 調査し，その結果を報告する．


Analysis of Chaotic Phenomena in Two RC Phase Shift Oscillators Coupled by a Diode

In this paper, a simple chaotic circuit using two RC phase shift oscillators and a diode is proposed and analyzed. By using a simpler model of the original circuit, the mechanism of generating chaos is explained and the exact solutions are derived. The exact expression of the Poincare map and its Jacobian matrix make it possible to confirm the generation of chaos using the Lyapunov exponents and to investigate the related bifurcation phenomena.

本論文では，二つのRC移相発振器とダイオードを用いた簡単なカオス回路の提案と解析を行っている．簡略化された回路モデルを利用し，カオス発生のメカニズムを説明し，厳密解を導出している．さらに，ポアンカレ写像の厳密な表現とそのヤコビ行列により，カオス発生の確認とカオス発生に関連した分岐現象の調査が可能としている．


Steady-State Response of Nonlinear Circuits Containing Parasitic Elements

IC内のバイポーラトランジスタやMOSFETはその構造中に小さな寄生容量を含んでおり，それらは高周波領域におけるshootingアルゴリズムに大きな影響を及ぼし無視できないものとなっている．我々はこの論文で高周波領域における寄生容量を含んだ非線形回路の定常解を求めるための修正ニュートン法および回路分割手法を基にした時間領域のshootingアルゴリズムを提案するとともに，これらを適用したシンプルな回路シミュレータを開発した．なおここではバイパスキャパシタなどの比較的大きなキャパシタについてのみ考慮する．というのも寄生容量は通常，極めて小さく，デバイスモデルの中に含まれてしまって抽出する事が困難であるためである．ここで開発したシミュレータはSPICEの基本的な機能だけを用いており，比較的大きなICに効率よく適用できるものである．


Wave Propagation Phenomena of Phase States in Oscillators Coupled by Inductors as a Ladder

van der Pol発振器をインダクタで梯子状に結合した回路において， 隣接した発振器間の位相状態が，同相同期から逆相同期， もしくは逆相同期から同相同期へと連続して切り替わっていく 興味深い波動現象が発見された． この波動現象は，発振器の結合系でみられる多くの波動現象と違い， 定常状態において観察される現象である． この波動現象の，``伝搬''，``梯子の端での反射''，``波同士の衝突による反射''， 及び``波同士の衝突による消滅''の4つの基本的な性質のメカニズムを， 隣接した発振器間の位相状態と，各発振器の発振周波数を用いて明らかにする． さらに，回路実験を行い，数値シミュレーションの結果と一致するか確認する．


Analysis of Communication Circuits Based on Multidimensional Fourier Transformation

ミキサ，変調器など通信分野における回路の多くは複数個の独立した周波数成分を持った信号源で駆動されている．もしこれらの信号源の周波数が極端に離れている場合，通常の数値積分手法では時間ステップを高い周波数成分のほうに設定しなければならず解析には大変多くの計算時間を要することとなる．ここではこれらの回路を効率よく解析するための周波数領域での緩和法と多次元フーリエ変換を用いた効率的なアルゴリズムを提案する．まずキャパシタやインダクタなどのリアクタンス成分は過渡現象の減衰成分とは無関係なので，回路を非線形抵抗部分回路とリアクタンス部分とに代用電源を用いて分割してから，それぞれの部分について定常応答が同じとなるように代用電源の値を求めていくものである．これらの手法はSPICEのDC,AC,過渡解析により実行されるため非常にシンプルで効率的なシミュレータとなっている．


Performance Comparison of Communication Systems Using Chaos Synchronization

本論文では，カオス同期を利用した代表的なカオス通信システムの通信品質を 調査し，比較する．そのために，減衰·インピーダンスミスマッチ·ノイズを 考慮した新しい通信路モデルを提案する．この通信路モデルを用いて，減衰· ミスマッチ·ノイズの無い理想的な場合とそうでない非理想的な場合について ビット誤り率を評価する．その結果，いくつかのカオス通信システムは良好な 通信品質を有することが示される．


A Method for Analysis of Transmission Line Neworks Using Frequency Response Approximation

周波数応答の近似を用いた伝送線路回路網の一解析手法

伝送線路回路網の離散フーリエ変換に基づく方法では，考慮すべき周波数成分の数は回路網の有効周波数と入力電源が制限される時間に依存する．したがって，解析される回路網の有効周波数が同じ場合でも入力電源が長時間にわたる場合には，多くの周波数成分を必要とし演算効率が悪くなるという欠点をもつ．これは，各周波数での応答を求めるために回路方程式をそのたびごとに求解 しなければならないことが原因である．本論文では，回路方程式の求解を最小限にとどめ，代わりに周波数応答を近似する方法を提案している．近似法としては，3次スプライン関数による方法と離散フーリエ変換·逆変換による方法を用いており，数値計算例を通して，比較的小規模な問題に対しては高速シミュレーション手法として知られているモーメント·マッチング法と比較して演算効率が優れていることが示されている．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers A

電子情報通信学会論文誌(A)


Efficient Curve Fitting Technique for Analysis of Interconnect Networks with Frequency-Dependent Parameters

Analysis of frequency-dependent lossy transmission lines is very important for designing the high-speed VLSI, MCM and PCB. The frequency-dependent parameters are always obtained as tabulated data. In this paper, a new curve fitting technique of the tabulated data for the moment matching technique in the interconnect analysis is presented. This method based on Chebyshev interpolation enhances the efficiency of the moment matching technique.

訳: 導体を流れる電流は，周波数の増大とともに導体表面のみに流れる (表皮効果)．導体間が接近している場合には，接近している側に集中する傾向がある(近接効果)．それゆえ，マイクロ波集積回路など高周波で動作する回路の配線は，周波数依存性を有している．本論文では，伝送線路の高速シミュレーション技法として知られるモーメント·マッチング法を，周波数依存性を有する伝送線路解析へと拡張を行った．その本質は，線路パラメータを複素数 s の多項式によって近似することである．そこで，チェビシェフ多項式による高精度な近似法を提案した．これにより，正確かつ高速なシミュレーションが可能となった．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Circuit Realization of a Coupled Chaotic Circuits Network and Irregular Pattern Switching Phenomenon

カオス回路ネットワークを実回路において実現し，空間パターンに生じる不規則セルフスイッチング現象を物理現象として観察することを試みた．カオスネットワークの構成は，個々のサブカオス回路が1つの抵抗を中心して4個が結合し，平面状に多数結合している．このシステムに発生する現象を識別するためにパターンとしてとらえ，デジタル化し，そのデジタル信号を解析することによって，不規則セルフスイッチングの存在を確認した．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


On the Influence of Transmission Line on Communication System Using Chaos Synchronization

カオス同期を通信に利用するためには，非理想的な通信路がカオス同期および 通信品質にどのような影響を及ぼすかについて調査する必要がある． 本論文では，非理想的な通信路として伝送線路を使用する．Pecora-Carroll の カオス同期の理論に基づいたシステムにおいて，伝送線路の損失およびインピー ダンスミスマッチがカオス同期に与える影響について調査を行う．伝送線路に 周波数依存性がないという仮定の下では，損失による同期はずれは適切なゲイン を持つ増幅器を用いて補正できる事を示す．さらに，カオスマスキング方式を 用いたデジタル通信システムにおけるビット誤り率の評価を行う．


Stability of Characteristic Curves of Nonlinear Resistive Circuits

本論文では，浮遊容量を含む非線形抵抗回路の特性曲線の安定性について論じている．非線形抵抗回路を解析することにより，そのDC動作点を求めることができるが，実際の回路では，すべての非線形抵抗は微小な浮遊容量を含んでいるので，その平衡点は安定にも不安定にもなりうる．解曲線の不安定な領域は，分岐点と非線形抵抗の負性領域の位置により，容易に見出すことができることが示される．

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications


Analysis of Nonuniform Transmission Lines Using Chebyshev Expansion Method and Moment Techniques

高速 VLSI 回路は複雑な構造のため，内部の配線は不均一伝送線路と見なされる．それゆえ，集積回路の開発に，不均一伝送線路の解析は非常に重要となっている．Palusinski らは，この解析にチェビシェフ級数を用いる方法を提案した．この方法では，チェビシェフ級数の係数に関する常微分方程式が大規模となるため，演算効率の点で問題があることが指摘されていた．そこで，本論文では，AWE (Asymptotic Waveform Evaluation)を適用する事によってその改良を行い，従来法に比べ最大1000倍の演算効率を達成した．


Analysis of a Coupled Chaotic System Containing Circuits with Different Oscillation Frequencies

In this study, we show how changing a frequency in one of N chaotic circuits coupled by a resistor effects our system by means of both circuit experiment and computer calculation. In these N chaotic circuits, N-1 circuits are completely identical, and the remaining one has altered the value of the oscillation frequency. It is found that for the case of N = 3 when a value of a coupling resistor is gradually increased, only one circuit with different frequency exhibits bifurcation phenomena including inverse period-doubling bifurcation, and for larger value of coupling resistor, the chaotic circuit with different frequency suddenly stops oscillating and the remaining two chaotic circuits exhibit completely anti-phase synchronization.

本論文では，発振周波数の異なる複数のカオス発生回路を結合した系の設計を行なって おり，回路実験と数値計算を行ない，発生する複雑なカオス同期現象やカオスと周期状態の共存現象についての解析を行なっている．3個のカオス回路を結合し，結合抵抗の値を次第に大きくしていくと，異なる発振周波数をもつ回路だけが逆周期倍分岐を発生し，さらに結合抵抗を大きくしていくと，その回路の発振だけが突然停止し，残った2個のカオス回路が逆相で同期するという興味深い現象が観測されている．


Analysis of Bifurcation Phenomena in Two Chaotic Circuits Coupled by an Inductor

本論文は，2つのカオス発生回路をインダクタ素子で結合したシステムに見られる カオス同相同期と逆相同期について，厳密解を用いた解析手法と回路実験による現象の 確認がなされた．特に，回路に含まれるダイオードを理想的なスイッチとみなすことに より， ダイオードの状態によって回路方程式が縮退することを利用して厳密解を正確に求めて おり， ポアンカレ写像の導出やリアプノフ指数の計算を厳密に行い，これらのシステムで観測 される 様々な現象を詳しく調査することに成功した．


Analysis of Non-Linear Transmission Lines by Frequency Domain Perturbation Method

非線形分布定数回路の解析は，回路方程式が非線形偏微分方程式で記述され，境界条件が線形制約条件で与えられるために，解析が非常に困難となる．本研究では，周波数領域での摂動法を用いて，トラベリングウエーブの解析を行った．すなわち，線路長の任意の位置での応答をフーリエ級数で近似し，その係数決定に摂動法を利用する．ここで，収束速度の改善のため，ホモトピー法と補償抵抗を挿入する方法に関して，提案を行った．本問題は，超高速なデバイスのモデリングに寄与することになる．

International Journal of Circuit Theory and Applications


On Coupled Oscillators Networks for Cellular Neural Networks

N個の発振器を1つの抵抗で結合すると，結合抵抗に流れる電流を最小化しようとシステムが動作するため，N相同期現象が見られる．また，硬い発振器の結 合系においてはN相同期だけでなく，N-1, N-2,..., 2相同期も見ることができ，より多くの位相状態を得ることができる．本研究では3次および5次非線形性を持つ発振器による，2種類の結合発振器ネット ワークを提案する．一つは2次元蜂の巣状の構造を持っており，もう一つは格子状の構造を持っている．軟発振器によるシステムでは，蜂の巣状回路では3相 同期現象に基づく位相パターンが，格子状回路では逆相同期に基づく位相パターンが得られる．また，硬発振器によるシステムではいずれの回路において も，3相および逆相同期に基づく位相パターンが得られ，さらにN相同期に基づかない位相パターンも見られる．提案ネットワークは隣り合う発振器のみが結 合しており，初期状態に応じて多くの異なる位相パターンが見られるため，一種のセルラーニューラルネットワークとして利用できると考えられる．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Synchronization Phenomena in Resistively Coupled Oscillators with Different Frequencies

抵抗で結合された異なる周波数をもつ発振器の結合系について解析を行った．N個の発振器の結合系においてN-1個を同一周波数，N番目の発振器の周波数のみ変化させた．周波数のある範囲において発振停止現象を確認した．また，周波数比が1に近いところにおいてはダブルモード発振現象を確認した．周波数比が1より離れるとN-1個の発振器はN番目の発振器が存在しないかのように振舞うことを確認した．これらを，回路実験，数値計算および平均法を用いて理論的に解析した．


SPICE Oriented Steady-State Analysis of Large Scale Circuits

In this paper, we propose a novel SPICE oriented steady-state analysis of nonlinear circuits based on the circuit partition technique. Namely, a given circuit is partitioned into the linear and nonlinear subnetworks by the application of the substitution theorem. Each subnetwork is solved using SPICE simulator by the different techniques of AC analysis and transient analysis, respectively, whose steady-state reponse is found by an iteration method. The novel points of our algorithm are as follows: Once the linear subnetworks are solved by AC analysis, each subnetwork is replaced by a simple equivalent RL or RC circuit at each frequency component. On the other hand, the reponse of nonlinear subnetworks are solved by transient analysis. If we assume that the sensitivity circuit is approximated at the DC operational point, the variational value will be also calculated from a simple RL ro RC circuit. Thus, our method is very simple and can be also applied to large scale circuits, effciently. To improve the convergency, we introduce a compensation technique which is usefully applied to stiff circuits containing components such as diodes and transistors.

本論文では，回路分割技術に基づく汎用回路シミュレータSPICEに適した新しい非線形回路の定常状態解析手法を提案している．すなわち，与えられた回路を置換理論を適用することにより，線形部分と非線形部分とに分割し，それぞれをSPICEのAC解析と過渡解析を利用して解析する．線形部分回路は各周波数成分毎に簡単なRLまたはRC等価回路で置換することによりAC解析を行い，一方，非線形部分回路に対しては過渡解析を行うことにより，定常状態を求めている．さらに収束特性を向上させるために，ダイオードなどを含むスティフな回路に効果がある補償回路の導入についても言及している．


Analysis of Nonuniform and Nonlinear Transmission Lines via Frequency-Domain Technique

VLSI 内部の配線は，不均一(位置によって異なった)特性を有している．その一方で，高速デバイスでは，非線形性線路の解析が必要となる．本論文では，不均一·非線形伝送線路の解析に周波数領域における方法を提案した．伝送線路の回路方程式である偏微分方程式を周波数領域へ変換し，応答をフーリエ級数で仮定する．この結果得られる常微分方程式を数値積分法によって求解し，回路の応答を得るというものである．本手法は，如何なる不均一特性へも適用可能であり，複雑な形状をもつVLSI 回路の解析に有効となる．


Multimode Chaos in Two Coupled Chaotic Oscillators with Hard Nonlinearities

本論文では，5次の非線形特性を有する負性抵抗を含むカオス発生回路を設計しており，硬いカオス発振が生じることを明らかにしている．また，この回路を2つ結合した系において，従来，知られていなかった，多重モードカオスという現象が発生することを回路実験と計算機シミュレーションにより明らかにしている．さらに，結合の強さを変化させることにより，マルチモード発振のビート周波数をコントロールできることを明らかにしている．


Spatio-Temporal Chaos in Simple Coupled Chaotic Circuits

本論文では，抵抗で結合された簡単なカオス回路に発生する時空カオス現象が解析されている． 4個のカオス回路を結合した場合，計算機シミュレーションと回路実験により，カオスの準同期状態の位相差により特徴付けられる3種類の空間パターンが不規則に切り換わる現象が観測される．これは，大自由度非線形系にしばしば観測される空間パターンのカオス的遍歴現象と類似したものであり，すなわち，本研究の結果は，大規模システムで見られる時空カオス現象が，わずか4個の簡単な回路の結合系で観測されることを示したものであると言える． さらに，6個のカオス回路を結合した場合と二次元ネットワーク状に結合した場合についても計算機シミュレーションを行い，より複雑な時空カオス現象の発生を確認している．

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications


On a Ring of Chaotic Circuits Coupled by Inductors

In this study, a ring of simple chaotic circuits coupled by inductors is investigated. An extremely simple three-dimensional autonomous circuit is considered as a chaotic subcircuit. By carrying out circuit experiments and computer calculations for two, three or four subcircuits case, various synchronization phenomena of chaos are confirmed to be stably generated. For the three subcircuits case, two different synchronization modes coexist, namely in-phase synchronization mode and three-phase synchronization mode. By investigating Poincar map, we can see that two types of synchronizations bifurcate to quasi-synchronized chaos via different bifurcation route, namely in-phase synchronization undergoes period-doubling route while three-phase synchronization undergoes torus breakdown. Further, we investigate the effect of the values of coupling inductors to bifurcation phenomena of two types of synchronizations.

本論文では，インダクタでリング状に結合された簡単なカオス回路に発生する同期現象が調査されている． 2個から4個のカオス回路が結合された場合について，回路実験と計算機シミュレーションを行い，様々なカオス同期状態が安定に発生することが確認されている． 3個のカオス回路が結合された場合には，二種類の同期モード，すなわち同相同期モードと3相同期モードが存在する． ポアンカレ写像を調べることにより，この二種類の同期モードが異なる分岐ルートを通って，周期状態からカオス状態に遷移することが明らかになった．すなわち，同相同期モードでは，周期解は周期倍分岐ルートを経てカオス状態に達し，一方，3相同期モードでは，トーラス崩壊ルートを経てカオス状態に達することが示されている．


Design of the Noise Generator Using Chaotic Circuit

カオス発生回路を用いた雑音発生器

本論文では，カオス発生回路を用いた雑音発生器のアプローチを提案する．提案する回路ではダイオードを理想的なスイッチとみなす簡略化によって，複数の発振周波数が回路に発生することが直観的に把握できる．また，アトラクタから周波数の切り換わりの様子を確認することができる．周波数は回路内の記憶素子に大きく依存し，その数は回路の高次元化によってより多くの周波数が発生する．回路素子の変化および回路の高次元化によってスペクトル特性が容易に制御できるため，雑音発生器としての応用の可能性を示唆していると考えられる．更に，解析結果の妥当性を回路実験によって確認している．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers A

電子情報通信学会論文誌(A)


Synchronization Phenomena in Oscillators Coupled by One Resistor

本論文では，一つの抵抗で星型に結合された多数の発振器の同期現象が調査されている． まず，各発振器に含まれる非線形負性抵抗の電圧電流特性が三次の多項式で近似される場合について，理論的解析と詳細な計算機シミュレーションを行っている．各発振器の非線形性が強い場合には，N個の発振器がN相同期し，そのとき，(N-1)!種類の状態が存在することが明らかにされている． 次に，非線形負性抵抗の電圧電流特性が五次の多項式で近似される硬い発振を伴う場合についても，理論的解析と詳細な計算機シミュレーションを行っている．この場合，各発振器の初期状態を変えることにより，任意の発振器の発振を停止させることが可能であり，複雑な同期状態を発生させることが可能となることが示されている．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Chaotic Phenomena in Nonlinear Circuits with Time-Varying Resistors

本論文では，その特性が時間とともに変化するような抵抗を含む4種類の簡単な非線形回路を解析している．これらの回路はインダクタ，キャパシタ，ダイオードと時変抵抗のわずか4つの素子で構成される極めて簡単な回路であり，時間と共に変化する散逸要素を含むパラメータ励振回路であると言える．本回路に発生するカオス現象を解析するために，回路に含まれるダイオードを理想的なスイッチとみなす縮退手法を用いる．これにより，ポアンカレ写像を一次元写像として厳密に導出することができ，回路に生じるトーラスとカオスなどの非線形現象を説明することに成功している．


Chaotic Phenomena in an LCR Oscillator with Hysteresis Inductor

ヒステリシス飽和特性をもつ非線形インダクタを含む LCR 発振器に発生するカオス

本論文では，ヒステリシス飽和特性をもつ非線形インダクタを含むLCR発振器に発生するカオス現象が解析される．本回路モデルは2階線形微分方程式が各ヒステリシスループの枝によって切り換わる形の極めて簡単な方程式によって記述される．その結果，ポアンカレ写像を1次元写像として厳密に導出することができる．この1次元写像において，カオスが発生するパラメータ領域を簡単な仮定のもとで数値的に求めている．ここでカオスの定義は，写像が唯一絶対連続な不変測度をもち拡大的であることとした．また，ヒステリシスループの存在のカオス発生にかかわる役割を明らかにしている．

電子情報通信学会論文誌(A)


The Effect of Message-Class Dependent Threshold-Type Scheduling on the Delay for the M/M/n Queue

本論文では，異なる種類のメッセージが到着する待ち行列において，メッセージ毎に異なるしきい値処理を行うスケジューリング方法を提案し，その特性を解析している．計算機シミュレーションと理論的解析を行うことにより，本スケジューリングが特定のメッセージの平均遅延時間を削減することができることを明らかにしている．本手法は，異なる要求をもつ複数のメッセージを統一して扱うようなネットワークの制御問題に有効であると考えられる．


Chaotic Phenomena in an Autonomous Circuit with a Nonlinear Negative Inductor

非線形負性インダクタを含む自励振動回路に発生するカオス

本論文では，完全飽和型非線形負性インダクタを含む新しいタイプのConstrained Circuitを提案し，この回路に発生する分岐現象とカオスの解析を行っている．対象とするのはある3次元自励振動回路であり，筆者らが既に提案している理想ダイオード型拘束方程式に似た形の回路方程式によって表される．この方程式は区分的に2次元の方程式によって表されるため，ポアンカレ写像は1次元写像として厳密に導出することができる．そしてこの写像によって，ロジスティックマップカオスの発生する過程を詳しく説明することができる．更に，解析結果の妥当性を回路実験によって確認している．

電子情報通信学会論文誌(A)


Chaos in a Four-Dimensional Autonomous Circuit with Two Diodes

二つのダイオードを含む4次元自励振動回路に発生するカオス

本論文では，二つの微小パラメータを含む拘束方程式によって表されるある4次元自励振動回路を提案し，この回路に発生するカオス現象を厳密に解析している．この回路は，2個のダイオードを含んでおり，ダイオードON抵抗が微小パラメータに対応している．ここでは，ダイオードのON抵抗が0であるような理想的な場合について考える．この場合，回路方程式は区分的に2次元の方程式によって表され，ポアンカレ写像は1次元写像として導出される．この写像の形状はlogistic map的であり，これによって回路実験において観察される周期倍分岐，カオスなどの現象の発生が厳密に説明されている．

電子情報通信学会論文誌(A)


A Secret Key Cryptosystem Using a Chaotic Map

本論文では，カオス写像を利用した新しい暗号方式を提案している．本暗号方式は，カオス写像のもつ初期鋭敏性と軌道不安定性を利用したものであり，カオス写像のパラメータを秘密鍵とし，写像を繰り返すことにより，平文を暗号化する方式である．暗号化に必要な写像の繰り返し回数や，鍵のサイズなどは，暗号文の一様性と独立性を検証して決定している．


Rigorous Analyses of Windows in a Symmetric Circuit

本論文では，対称性を有する簡単なカオス発生回路に発生する二種類の周期窓の解析を行っている． まず，回路に含まれるダイオードの電圧電流特性を理想的なスイッチング特性で近似することにより，ポアンカレ写像を一次元写像として厳密に導出することができることを示している． 次に，このポアンカレ写像を解析することにより，二種類の周期窓の特徴と発生メカニズムを明らかにしている． さらに，簡単な仮定の下で，この二種類の窓が交互に無限個発生することを繰り込み則を利用することにより，厳密に証明している．

IEEE Transactions on Circuits and Systems


Chaos in an Auto Gain Controlled Oscillator Containing Time Delay

DELAY 振幅制御発振器にみられるカオス現象

本論文は，遅延を含むある種の振幅制御型発振器においてカオス的な現象が発生することを示し，これを厳密に解析したものである．この発振器は負性抵抗LC発振器をその振幅を制御するためのフィードバックループからなっている．発振器の振幅は，その振幅があるしきい値を超えている間だけスイッチが負性抵抗から正抵抗に切り換わることにより制御され，このスイッチに遅延が含まれる場合にカオス現象が発生する．解析には写像法を用い，ポアンカレ写像を1次元写像として陽に導出し，カオスが発生することを厳密に示すと共に，回路実験を行い解析結果の妥当性を確認している．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers A

電子情報通信学会論文誌(A)


Development of Human Beings Coexistence Type Quadruped Robot with Environment Recognition Functions

環境認識機能を有する人間共存型脚式ロボットの開発

Bulletin of Faculty of Engineering, The University of Tokushima


CNN Template Learning Using Adaptive Simulated Annealing --- Performance Comparison with a Genetic Algorithm

Bulletin of Faculty of Engineering, The University of Tokushima


A Spectral Method for Transient Analysis of Nonlinear Transmission Line Using Line Partitioning Technique

非線形伝送線路上を伝搬する応答の振る舞いは，線路の非線形特性に大きく依存する．非線形特性の選択により，ソリトン，衝撃波，2次調波の発生など，多くの現象を呈するようになる．これらの現象を発生する伝送線路の特性は強非線形である．本論文では，強非線形である場合の解析手法として，チェビシェフ多項式を用いたガレルキン法を提案した．演算効率の改善を図るために，回路分割の概念を取入れ，伝送線路を幾つかの領域に分割して解析を行う方法を提案した．


Shaerpening of Blurred Images with Multiple Processes by Using Cellular Neural Networks


Synchronization in Two Rings of Coupled Three van der Pol Oscillators


Investigation of Optimal Ratio of Males to Females in Firefly Algorithm


Synchronization State of Chaotic Circuit Containing Time Delay in One Direction


A Novel Optimization Design Approach for Contourlet Directional Filter Banks

This letter proposes a novel design approach for optimal contourlet filter banks based on the parametric 9/7 filter family. The laplacian pyramid decomposition is replaced by optimal 9/7 filter banks with rational coefficients, and directional filter banks are activated using a pkva 12 filter in contourlets. Moreover, based on this optimal 9/7 filter, we present an image denoising approach using a contourlet domain hidden Markov tree model. Finally, experimental results show that our approach in denoising images with texture detail is only 0.20 dB less compared to the method of Po and Do, and the visual quality is as good as for their method. Compared with the method of Po and Do, our approach has lower computational complexity and is more suitable for VLSI hardware implementation.

本研究では，9/7フィルタ群を基にした最適なカンターレットフィルタバンクの新設計手法を提案した．ラプラシアンピラミッド分解は，有利係数で最適な9/7 フィルタバンクに置換される．方向性フィルタバンクは，カンターレットでの pkvaの12フィルタを用いて作動される．さらに，この最適な9/7フィルタを基 に，隠れマルコフモデルをカンターレット領域に利用した画像のノイズ除去手法 を提案した．実験結果より，提案するノイズ除去手法は，PoとDoが提案した手法 と比較し0.20dBの差しか生じず，画像品質においては同等に優れていることを示 した．さらに，PoとDoの手法と比較して，提案手法は計算コストが低くVLSIへの ハードウェア実装が容易であることが言える．


Multi-Layer Perceptron with Glial Network for Solving Two-Spiral Problem

In this study, we propose a multi-layer perceptron with a glial network which is inspired from the features of glias in the brain. All glias in the proposed network generate independent oscillations, and the oscillations propagate through the glial network with attenuation. We apply the proposed network to the two-spiral problem. Computer simulations show that the proposed network gains a better performance than the conventional multi-layer perceptron.

本研究では，脳に存在するグリア細胞の特徴を模したグリアネットワークを結合した多層パーセプトロンを提案した．全てのグリアが独立した振動生成しており，この振動がグリアネットワークを通して減衰しながらグリアとニューロンに伝搬する．本研究では，この提案モデルを二重らせん問題に適応し，提案モデルが従来モデルより優れた学習性能を有することを明らかにした．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Particle Swarm Optimization Using Shared Velocity

This study proposes a new particle swarm optimization (PSO) algorithm, PSO using the shared velocity (PSOV). In the algorithm of PSOV, the average velocity of the swarm (shared velocity) is calculated at every generation. Each particle in PSOV moves in accordance with both its own velocity and the shared velocity. We apply the proposed PSOV to basic numerical experiments. We investigate the behavior of PSOV and confirm its efficiency in comparison with the standard PSO.


Self-Switching Phenomenon of Synchronization in Three Coupled Parametrically Forced Logistic Maps


Solving Ability of Coupled Map Lattice with 2-Opt Algorithm for Traveling Salesman Problems


Neural Gas Containing Two Kinds of Neurons and its Behaviors

In this study, we propose two new neural gas algorithms which contain two types of neurons (called TN-NG) and two types of update functions (called TF-NG). In TN-NG, all neurons learn in accordance with their characters at each update. On the other hand, in TF-NG, all neurons learn in accordance with the winner's character at each update. We confirm that the two proposed algorithms result in more effective learning than the conventional neural gas.


Synchronization Phenomena in van der Pol Oscillators Coupled by a Time-Varying Resistor

In this study, synchronization phenomena observed in van der Pol oscillators coupled by a time-varying resistor are investigated. We realize the time-varying resistor by switching a positive and a negative resistor periodically. By carrying out circuit experiments and computer calculations, interesting synchronization phenomena can be confirmed to be generated in this system. Namely, the synchronization states change according to the switching frequency of the time-varying resistor.

本研究では，時変抵抗で結合された van der Pol 発振器の同期現象について調査を行う．我々は，時変抵抗を正抵抗と負性抵抗が周期的に切り替わる抵抗によって実現した．回路実験およびコンピュータシミュレーションの結果，興味深い同期現象が本システムから生成されることを確認する．すなわち，時変抵抗の切り替わり周波数によって同期状態が変化することを確認する．

International Journal of Bifurcation and Chaos


Spice-Oriented Frequency-Domain Analysis of Nonlinear Electronic Circuits

Distortion analysis of nonlinear circuits is very important for designing analog integrated circuits and communication systems. In this letter, we propose an efficient frequency-domain approach for calculating frequency response curves, which is based on HB (harmonic balance) method combining with ABMs (Analog Behavior Models) of Spice. Firstly, nonlinear devices such as bipolar transistors and MOSFETs are transformed into the HB device modules executing the Fourier transformations. Using these modules, the determining equation of the HB method is formed by the equivalent sine-cosine circuit in the schematic form or netlist. It consists of the coupled resistive circuits, so that it can be efficiently solved by the DC analysis of Spice. In our algorithm, we need not to derive any troublesome circuit equations, and any kinds of the transformations.

非線形回路のディストーション解析はアナログ集積回路や通信システムの設計のために重要である．本研究では，調波平衡解析とSPICEのアナログビヘービアモデルを組み合わせることで，周波数応答曲線を計算する効果的な周波数領域でのアプローチを提案する．まず，バイポーラトランジスタやMOSFETなどの非線形素子をフーリエ変換を実行して，調波平衡モジュールに変換する．これらのモジュールを用いて，調波平衡法の決定方程式をネットリスト上の等価サイン・コサイン回路で表す．それらは結合抵抗回路で構成されるので，SPICEの直流解析により効率よく解析することができる．我々のアルゴリズムでは，回路方程式を導出する必要はなく，また変換なども必要とはしない．


Variable Sequence Length Transmitter for Noncoherent Chaos Shift Keying

In this paper, we propose a new transmitter for the noncoherent chaos shift keying. In this scheme, the new transmitter can use a different chaotic sequence length determined by an initial value. The performance of the communication system using the new transmitter is studied by computer simulation.

本論文ではノンコヒーレントカオス通信システムに特化した新たな送信機を提 案する．具体的には，カオス系列の初期値に応じて最適な送信信号系列長を選 択し，受信機側での復調性能を向上させる．コンピュータシミュレーションに より，送信信号系列長が一定である従来手法と比較し，提案手法を評価する．


Data Extraction by Self-Organizing Map Containing Neurons with Additional States

A self-organizing map (SOM) is an unsupervised neural network introduced by Teuvo Kohonen. SOMs have attracted attention in studies of clustering in recent years. In this study, we propose SOM containing neurons with additional states. The basic algorithm of the proposed SOM is the same as that of the conventional SOM. However each neuron of the proposed SOM has an additional state value. The value decreases according to the update of the weight vectors. Furthermore, as the value decreases, the updated rate of the neurons is reduced. The behavior of the proposed SOM is investigated with an application to clustering input data including a lot of noise. We can see that the proposed SOM successfully extracts the cluster.


Simple Chaotic Circuit Using CMOS Ring Oscillators

集積回路に適したカオス回路を提案する．回路は2つのCMOS環状発振器と一組の双方 向に結合されたダイオードで構成される．簡略化された回路モデルを利用し，カオス 発生のメカニズムは説明され，厳密解が導出される．ポアンカレ写像の厳密な表現と そのヤコビ行列により，カオス発生の確認とカオス発生に関連した分岐現象の調査が可能になる．


Solving Abilities of Chaotic Noise and Iterative Simulated Annealing for TSP

カオスノイズと反復焼きなまし法ノイズのTSPに対する解探索能力

Hopfild型ニューラルネットワークを巡回セールス問題の解探索マシンとして適用した場合，系の運動は多くの場合局所解に陥ってしまう．このマシンに対し，カオスノイズを印加すると，大域的最適解を見いだせる可能性が他の文献によって示されている．本論文では，焼き鈍し技法で用いられる確率型ノイズと，決定論によるカオスノイズと性能を比較している．カオスノイズの何の性質がこれらの問題に有効であるのか，その断片が明らかにされる．

Transactions of the Institute of Systems, Control and Information Engineers

システム制御情報学会論文誌


BER Estimation of a Chaos Communication System Including Modulation-Demodulation Circuits

In this study, a simple chaos communication system including modulation-demodulation circuits is studied. The influence of modulation-demodulation circuits to chaos synchronization is investigated. For the estimation of communication quality, bit error rate (BER) is calculated by computer simulation when a sequential random pulse information signal is transmitted via this proposed system.

本論文は，Pecora-Carrollの同期化の手法を用いたカオスマスキング通信方式を考え， 数値実験 および実際のカオス回路を用いた回路実験等によってその精度と品質を調査したもので ある． カオス発生回路には，良く知られたChua回路と呼ばれるものを用い，シングルスクロー ルアトラクタ とダブルスクロールアトラクタの2つの場合について，カオス同期に与える影響を調査 し， ビットエラーレートや通信品質などを詳しく調査した．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences


Adaptive Simulated Annealing in CNN Template Learning

Template learning has potential application in several areas of Cellular Neural Network research, including texture recognition, pattern detection and so on. In this letter, a recently-developed algorithm called Adaptive Simulated Annealing is investigated for learning CNN templates, as a superior alternative to the Genetic Algorithm.

テンプレート学習はセルラ·ニューラル·ネットワークの研究の分野では多くの応用に利用されると考えられる重要な研究テーマである．本研究では，最近，提案された "Adaptive Simulated Annealing" をセルラ·ニューラル·ネットワークのテンプレート学習に適用し，遺伝的アルゴリズムと比較することにより，その有効性を確認する．


Detecting Lung Cancer Symptoms with Analogic CNN Algorithms Based on a Constrained Diffusion Template

In this article, a new type of diffusion template and an analogic CNN algorithm using this diffusion template for detecting some lung cancer symptoms in X-ray films are proposed. The performance of the diffusion template is investigated and our CNN algorithm is verified to detect some key lung cancer symptoms, successfully.

本研究では，新しいタイプの拡散テンプレートと，その拡散テンプレートを利用したX線画像の肺癌部分検出セルラ·ニューラル·ネットワークのアルゴリズムを提案している．拡散テンプレートの特徴を詳細に調査し，さらに，本手法が肺癌部分を効果的に抽出できることを確認している．


Analysis of Chua's Circuit with Transmission Line

本研究の目的は，the method of characteristics を応用することにより， LC共振器を伝送線路で置き換えたカオス発生回路の解析を行うことである． 伝送線路は集中定数等価回路と無損失線路で置換されるので，Runge-Kutta 法などの数値積分公式を用いて効率よくシミュレーションすることができる． 数値実験により，その回路が複雑かつ興味深いカオスアトラクタを呈する ことを示す．

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications


Feature Extraction of Postage Stamps Using an Iterative Approach of CNN

In this article, a new analogic CNN algorithm to extract features of postage stamps in gray-scale images Is introduced. The Gradient Controlled Diffusion method plays an important role in the approach. In our algorithm, it is used for smoothing and separating Arabic figures drawn with a color which is similar to the background color. We extract Arabic figures in postage stamps by combining Gradient Controlled Diffusion with nearest neighbor linear CNN template and logic operations. Applying the feature extraction algorithm to different test images it has been verified that it is also effective in complex segmentation problems.

本論文では，グレイスケールに変換された郵便切手画像の特徴を抽出するセルラ·ニューラル·ネットワークを用いたアルゴリズムを提案している．本アルゴリズムでは，"Gradient Controlled Diffusion" が重要な役割を果たしている．すなわち，郵便切手に背景と同じような色で書かれた数字部分を分割し平滑化することに用いられる．本手法を，様々な特徴をもつ郵便切手に適用し，その有効性を確認している．


Quasi-Synchronization Phenomena in Chaotic Circuits Coupled by One Resistor

本論文では，カオスを発生する簡単な電子回路を星状に結合した系に生じる，複雑なカオス準同期現象の解析を行なっている．回路実験と数値計算により，従来，知られていなかった複雑な同期状態が発生することやその分岐の特徴を明らかにしている．


Twin Chaos --- Simultaneous Asynchronous Oscillations of Chaos

ツインカオス;カオスの非同期同時発振

本論文では，簡単なカオス発生回路のパラメータ値，特に自然周波数のの異なる2組を直列に結合した2自由度カオス発生回路を提案し，その解析を行っている． 回路実験より，2種類のカオスが非同期に同時発振する現象，ツインカオスの発生が確認される． 更に，カオスと周期解の同時発振，二つのサブサーキットの発振周波数を近づけた場合におけるツインカオスについて検討を行っている．

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers A

電子情報通信学会論文誌(A)


Synchronization Phenomena in RC Oscillators Coupled by One Resistor

本論文では，同じ周波数を持つN個のウィーンブリッジ発振器を1つの抵抗で結合したシステムを提案し，そこに見られる同期現象を調べている．本システム は，我々が過去に報告したLC発振器によるシステムとは異なる構造を持っているため，N相同期現象ではなく，3相または同相同期現象が見られる．本シス テムにおいても，初期状態を変化させることで，非常に多くの異なる安定な位相状態を得ることができる．特に，Nがそれほど大きくない場合，LC発振器に よるシステムよりも多くの位相状態を得ることができる．本システムはインダクタを含んでおらず，また，外乱にも強いと考えられるため，LC発振器による システムと比べVLSIへの実装により適していると考えられる．

IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences