神经网络研究和神经计算机研制

近年来,对神经网络计算能力的研究,发展开拓出神经计算机的新兴工业,在美、日、西欧等高技术国家的科学界、计算机产业界和军政部门,形成一股研制神经计算机的热潮。本文将介绍这股潮流的起因和现状,探讨产生此浪潮的社会和科学背景,估计它对脑科学、认知科学和智能产业发展的影响。     

光学元件和光学神经计算机

现代计算机与神经系统有着千丝万缕的关系:在二次世界大战之际,数学家维纳、冯·诺依曼和一批神经生物学家们共同建立了现代计算机原理。在80年代之前,计算机主要是机械地执行算法指令。近几年来,加州理工学院的科学家们提出了光学神经计算机的设想,并在实验室内建立了实验性的模式识别系统,该系统有朝一日会有效地解决随机问题。光学神经计算机的关键在于要按神经元在大脑中排列的方式来布置光学元件。一、如何用计算机来识别“鸟”一般来说,一个牙牙学语的小孩就能轻而易举地从图册中辨别出一只鸟来,但是用一台功能很强的超级计算机来执行这个任务,却不能得到满意的结果。为什么用计算机来辨别物体会如此困难呢?这个问题     

神经计算机

在历经了前几年的热潮后,神经网络研究开始步入实际应用的阶段.对神经网络的研究及将要问世的神经计算机并不能取代现有的计算机,尽管神经网络具有"学习"经验的独到功能,但它们并不能使现有的机器人演化成如电影"星球大战"中出现的C3PO那样的超智能机器人.现有的神经网络的本领绝超不过一般动物大脑的功能范围.然而研究人员和工业界却     

神经网络计算机的应用

当前,一门新的"神经工程学"正在勃然兴起.许多杰出的科学家和工程师,以及国家科技、军、政部门,均对神经网络寄予厚望.发达国家纷纷投入巨大的人力、财力,用以开展神经网络的基础理论研究,开发神经网络计算机产业.国内一些科研机构和高等院校,也开始行动起来,试图应用神经网络信息处理的原理和方法,来解决一些具体的工程问题,解决智能计算机的设计问题.国家自然科学基金会已经把神经网络的原理和应用研究列为重点课题.神经网络理论,从本质上讲,是从神经生理学和心理物理学研究成果出发,应用数学方法,描述具有大脑风格的信息处理机的本质和能力.它涉及物理学、复杂系统,涉及计算机科学、人工智能、知识工程、机器人学.不言而喻,这是一门新兴的边缘性交叉学科.本刊曾在1989年第7期介绍过神经网络研究和神经计算机研制的概况,引起了读者广泛的兴趣.现再发表"神经网络计算机的应用"、"并行分布处理的理论框架"(下期发表)等两篇文章,以进一步满足读者的需要.     

光学系统计算机辅助设计展望

光学设计过程中大量繁琐冗长的计算工作，曾迫使从事光学设计的人们把宝贵的精力耗费在烦人的简单重复劳动中，电子计算机的问世为解决这一问题带来了福音。本世纪中期，人们用电子计算机代替手工进行光路计算，使平均约10分钟完成一个光线面的速度提高到每分钟10个光线面，尽管那时的计算机还有很多缺陷，它不仅使光路计算速度提高了近百倍，而且使设计者开始摆脱了繁琐的重复劳动，能更好地集中精力考虑象差的校正。在这期间也出现了适于计算机编程使用的光路计算向量公式，一般认为，这是光学设计领域应用电子计算机的第一阶段，它主要是…     

关于神经网络的新进展

神经网络系统计算机的一些新规则系统的显著特点似乎有给人们一种理解大脑的计算性能的新方法的可能。不幸的是许多神经网络在重要方面是不现实的。     

应用相移技术的圆谐展开联合变换相关

把相移技术应用到圆谐展开联合变换相关中,计算机模拟结果表明运用了相移技术后这种相关器的光能效率和鉴别率得到了很大的提高,并且具有很好的旋转不变性,实现了高鉴别率和高光能效率的具有旋转不变性的光学模式识别。进一步研究了输入噪声对相关器性能的影响,相关的抗噪声能力有待提高。     

21世纪将实用化的光计算机

光计算机被人们认为是在未来颇有希望的计算机。但未来的光计算机究竟是什么样子?研究人员对它的设想并不一致。总的说来,可以说光计算机是用光代替电子作媒介进行信息处理和信息传递的计算机,但是在计算机中如何使用光,这里却存在着千差万别的设想。“利用光的系统的优点是它具有高速性和并行性。无论是开关速度,还是传递速度,利用光都比利用电子快很多。另外,利用电子作媒介时必然存在由布线产生的RC(阻容)延迟,而利用光,从原则上说,不存在这种延迟。利用电子作超并行处理时会出现布线拥挤的问题,而利用光则不需要布线,无论并行传递,或是交     

三值光学计算机

三值光学计算机是2017年3月问世的通用型光电混合计算机系统。它用无光态和偏振方向正交的两个偏振光态表示信息,用旋光器和偏振片来改变这三个光态,进而完成三值逻辑运算和MSD(modified signed-digit representations)冗余表达数值的二进制并行加法运算。这种新型计算机具有处理器位数众多、处理器位可以分组独立使用、处理器位的计算功能可重构等优势;还以非易失随机存储器件为基础,构建了与处理器频繁交换大量数据的双空间存储器系统;为便于编制发挥这些特色的应用程序,采用SZG文件为程序员遮蔽三值光学处理器与传统电子处理器的差别,构成了保持传统编程技术的新编程平台。目前,针对快速傅里叶变换、元胞自动机等典型算法,验证了这种新型计算机的加速能力。     

神经计算机

作为第五代计算机的神经计算机,其历史可以上溯到第二次世界大战中,美国数学家提出的神经细胞模型理论。近年来,随着神经电路网络模型、反馈方法之一的逆传递学习法及网膜细胞的大规模集成电路理论的相继出现,已使超级神经计算机的诞生为期不远了。神经计算机突破了现有四代计算机的界限,它具有并行处理、模糊逻辑、智能学习等独特功能。神经计算机的工作原理类似人脑,人脑由100—150亿个神经细胞组成,而每个神经细胞又和数千到数万个神经元和神经键相结合,神经计算机正是利用这种与人脑非常相似的神经网     

生物计算机

一前言研究生物、利用生物学研究成果来帮助开发新的信息处理元件和计算机的方法在80年代中期开始得到重视,同时,生物芯片、生物计算这类术语也流行起来.虽然生物计算机的概念尚不能明确定义,但有一点可以肯定:它决不局限于过去基于某种简单概念而开发的定义清晰的计算机类型,比如超大规模集成电路、第五代并行处理机、模糊计算机、神经网络等。由于人们对生物尤其是人脑的功能着迷,生物的感觉系统和人脑将来可能成为能降低计算机下载荷的图灵机的一种模式。无论是生物还是计算机都是由内装的程序控制的信息机构,假如将生物计算机定义为“具备生物与现有计算机双方特点的计算机”,开发过程中就能明     

计算机家族"添丁进口"

DNA计算机诞生了2001年12月22日出版的英国《自然》杂志报道,以色列“魏兹曼研究所”的科学家已经成功地研制出了世界上第一台DNA计算机,这是一种由DNA分子和酶分子构成的微型“生物计算机”,一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大,其运算速度约为每秒十亿次,且精确度达达99.8％。据《自然》介绍,该计算机是世界上第一种由DNA分子构成全部输入输出部件和软件的可编程独立计算     

原子、分子和光学

原子、分子和光学程敏玖编译最近发表的国家研究会议的报告─—“原子、分子和光学”，引起了自然科学家、工程师和物理学家们的兴趣。功能强大的实验手段与计算机辅助的理论研究方法相结合．至今已在许多科学领域及工业和医药业大量的实际应用方面产生了大批有益的启示。...     

未来“光军”展望

近些年,随着"光脑"——光计算机研究的兴起,"光脑"的实用性逐渐成熟,以"光脑"作为军队自动化指挥系统的神经中枢和各类光学武器的基础,便形成了与传统军队系统截然不同的军队——光军。即在未来战场上将出现一支神力无比的以光学     

光学双稳性和双稳态光学器件

光学双稳性的发现导致了双稳态光学器件的诞生。该器件具有光逻辑功能,在未来的光数字计算机中,有可能成为一种基础逻辑元件。《光学双稳性和双稳态光学器件》一文对咨询技术作了介绍。     

广义本征值并行计算及在晶体能带中的应用

本文提出一个利用“黑匣子”思想并行求解高阶广义矩阵本征问题的分块消去迭代算法,并在国家智能计算机研究开发中心研制的大规模并行计算机曙光1000上成功地解算了非线性光学晶体电子结构计算中的1572阶复共轭对称矩阵偶的广义矩阵本征问题,应用于中国科学院福建物质结构研究所陈创天等人发现的LBO非线性光学晶体电子结构分析,使用能带方法完成了该晶体电子态的自治计算.我们对新算法进行了迭代过程收敛性、误差分析、并行设计、并行效率的分析研究与数值实验.     

光电神经计算机

利用光电的优点开发一种以人脑控制活动为基本原理的计算机,这种计算机将成为未来的信息处理工具。     

偶极增强的金属氧化物超微粒的三阶非线性光学特性

由于全光学信息处理、光计算机和光学位相共轭等实际应用的需要,近年来对发展具有大的三阶非线性光学系数和快速响应的非线性光学材料受到人们的重视。最近,对半导体微晶(例如掺CdS_xSe_(t-x)玻璃)的三阶非线性光学特性进行了广泛的研究,人们也注意到PbS和CdS微粒溶胶同样具有较强的非线性光学特性。由于这类超微粒材料具有相对大的表面积,因此微粒的介电环境以及表面化学特性对其非线性光学特性将有很大的影响。     

脑神经活动光学显微成像技术

大脑包含数亿至数千亿的神经元以及更为复杂的神经突触连接网络,是生物体中最复杂的器官.脑科学是21世纪以来最重要的前沿新兴学科之一,它的兴起标志着人类在认识自我、探索智慧和意识的本质中进入了一个新时代.在活体中对大脑神经活动进行长时间、大视野、高时空分辨率的观测,是解析大脑功能的关键.光学显微成像技术以其时空分辨率高,光学探针的特异性和多样性等优势,成为了脑神经活动研究的重要工具.针对大脑的高度散射、高速神经信号传递、超大神经元规模、精细突触连接结构等特性以及自由活动动物的脑神经活动观测需求,本文将从超深、超快、大视场、超分辨、微型化5个发展方向,概述包括多光子、红外二区、光声、光片、结构光以及自适应光学在内的多种光学显微成像技术在脑神经活动显微观测领域的发展进展及前沿动态,并展望脑神经活动光学显微成像技术的未来发展方向与前景.     

光学、眼睛和大脑

如果光学开始是作为视觉的科学,眼睛就是最早的光学仪器。生理光学的研究者和临床的同事主要关心的是眼睛作为一个感受器的正常和病理功能。近几年所有这一切都发生了振奋人心的变化。光学中已经删去了许多与眼睛没有直接关系的内容,例如X射线天文学、激光及光声光谱学。反之,视觉研究也已远远超出了它所唯一致力于的眼睛光学范围。最振奋人心的是关于视觉通路及对于线性定向、立体视觉的深度、空间频率、运动和色觉过程的专职脑细胞的发现。比较研究揭示了大脑的功能结构及遗传和化学程序规定的细胞发育。这就奠定了以后视觉再因环境因素而改变的基础。由于神经生理学的发展及新近采用的光学概念和新技术的刺激,视觉科学家们已将他们的研究范围大大扩大而超出了生理光学和颜色的传统课题。