Learning algorithm and application of quantum BP neural networks based on universal quantum gates

A quantum BP neural networks model with learning algorithm is proposed. First, based on the universality of single qubit rotation gate and two-qubit controlled-NOT gate, a quantum neuron model is constructed, which is composed of input, phase rotation, aggregation, reversal rotation and output. In this model, the input is described by qubits, and the output is given by the probability of the state in which （1） is observed. The phase rotation and the reversal rotation are performed by the universal quantum gates. Secondly, the quantum BP neural networks model is constructed, in which the output layer and the hide layer are quantum neurons. With the application of the gradient descent algorithm, a learning algorithm of the model is proposed, and the continuity of the model is proved. It is shown that this model and algorithm are superior to the conventional BP networks in three aspects： convergence speed, convergence rate and robustness, by two application examples of pattern recognition and function approximation.     

量子计算及其在信号与信息处理中的应用

介绍了量子计算的发展历史、现状和前景。讨论了量子计算的基本原理。列举了两种典型的量子算法 ,并结合信号与信息处理领域中所遇到的问题 ,指出了量子计算在该领域中的应用前景。最后介绍了目前国内外在量子计算方面的进展情况     

利用量子计算语言进行量子通信仿真

量子通信是利用量子位进行信息传送的一种绝对安全的通信方式。将一种用于量子计算仿真的量子计算语言引入量子通信的研究中,实现了一种典型的量子安全直接通信协议的正确性、安全性仿真验证,并得到各种性能指标。仿真结果与理论分析结果的一致性验证了利用量子计算语言进行量子通信协议仿真的可行性。量子计算语言的引入,为量子通信的研究提供了一种强大、简便、通用的工具。     

协同模式识别方法综述

介绍协同学理论的基本原理及常见的协同模式识别算法 ,有助于模式识别理论的进一步发展。介绍了相关的基本概念 ,重点对协同识别算法中的原型模式的选择及注意参数的设置等关键技术进行了综述。分析了各种常见方法的应用效果并进行了初步的评价 ,展望了协同模式识别算法的发展方向。协同模式识别方法是协同学原理应用于模式识别领域的一种新方法 ,该算法有着很好的发展前景     

Controlling the probability density of quantum systems

A new method to design a quantum controller which directly controls the probability density function(PDF) of quantum systems is proposed.Based on the quantum model from the PDF perspective,two specific control algorithms are proposed with uniform and non-uniform fields,respectively.Then a detailed control algorithm with convergence analysis is given for the small error case.By appropriately estimating the selected Lyapunov function,more accurate control effect is achieved.The proposed scheme provides a constructive method to find appropriate parameters for controller design.     

量子神经网络软测量模型及应用

提出了一种基于量子神经网络的软测量模型,组成该模型的量子神经元对信息的处理分为两阶段。第一阶段为宏观信息收集部分,产生控制量子比特;第二阶段为微观信息处理部分,根据控制量子比特,改变工作量子比特,即神经元的状态,整个过程模拟量子受控非门。以某石化厂乙烯收率为软测量对象,实验结果显示出,提出的量子神经网络软测量模型可以较好地跟踪乙烯收率的变化。     

支持向量机的多分类算法

系统介绍了统计学习理论(statistical learning theory,SLT)与支持向量机(support vector machine,SVM)的基本思想和算法,总结和比较了二分类和多分类两种情况下支持向量机的主要训练算法。与人工神经网络相比,分析了支持向量机算法的优点。归纳了支持向量机在诸如模式识别、函数逼近、时间序列预测、故障预测和识别、信息安全、电力系统以及电力电子领域中的应用。最后对SVM前景作了展望。     

量子K最近邻算法

为减少经典K最近邻算法的时间复杂度,提出了量子K最近邻算法(QKNN)。介绍了QKNN算法的构造步骤,然后为减少量子计数子程序的运行时间,进一步将固定的K值修改为可变的k,形成改进的k可变的量子最近邻算法(QkvNN)。为弥补由于最近邻个数K变化带来的分类错误率上升的影响,在Boosting算法框架下,用三个由QkvNN算法训练的弱分类器,去构造了一个强分类器,从而提高单独运行QkvNN的分类精度。在此算法中,由于利用了量子计算的强大能力,使得经典K最近邻算法的时间复杂度从O(N)减小为O(N)。     

一种基于量子机制的分类属性数据模糊聚类算法

分类属性数据的样本间的分布不平衡、样本的分布与空间距离无关的特点与量子力学中粒子的分布状态由能量决定、粒子分布具有不平衡性的特点相似.基于此,参照量子聚类QC算法确定聚类中心的聚类策略,重写距离量子势能公式,定义相似性度量测度和相异性度量测度的新概念,提出了针对分类属性数据的量子聚类CQC算法,并对算法的聚类有效性进行了研究,通过同其它几个已有的算法的仿真实验比较,证明该算法是有效的、有一定的可扩展性,算法的一些性能优于已有的其它几个算法.     

物流运行指数构造方法及其应用

构造物流运行指数, 以便表征物流运行特征. 应用时差相关分析、K-L信息量分析等方法分析流运行相关表征指标, 从中获取4个物流运行表征指标. 提出基于表征指标的物流运行合成指数和物流运行主成分指数的构造方法. 计算中国物流运行指数并作比较分析, 结果表明物流运行主成分指数能够较好表征物流运行特征.     

基于量子门组单元的神经网络及其应用

以通用量子门组(即相移门和受控非门)作为基本的计算单元,构造出全新的量子神经元模型,并由此组成前馈型结构网络.仿真结果表明,就文中算例而言,该量子神经网络的计算性能优于传统的神经网络.     

量子遗传算法及在模糊控制器参数优化中的应用

提出了一种基于实数编码的量子遗传算法。该方法用量子比特构成染色体,用量子旋转门进行染色体更新,用量子非门进行染色体变异。针对量子旋转门的旋转角方向的选择,提出了一种简易快捷的新方法。基于适应度函数的梯度信息,构造了旋转角大小的计算公式。该方法将每一量子位的两个概率幅,看作上下两个并列的基因,每条染色体包含两条并列的基因链,每条基因链代表一个优化解。在染色体数目相同时,可显著加速优化进程,提高获得全局最优解的概率。模糊控制器参数优化问题的仿真结果表明,该方法在搜索能力方面明显优于普通量子遗传算法。     

混合目标系统求解中的方法集成与变权综合

混合目标系统问题求解是复杂系统信息处理、模式识别、优化、决策、控制等广阔领域中大量存在的命题.针对上述命题,开展了如下研究:探讨了混合目标系统问题求解的方法论问题;研究了方法集成的几个重要问题;提出了混合目标系统问题求解的一般技术线路问题;对于变权综合和变因素综合问题,提出了解决问题的若干原则,并指出了一些当前研究中出现的问题;给出了一种解决方案.模糊控制例子说明了变权综合/变因素综合的应用广泛性.     

Quantum key distribution protocol of mesh network structure based on n+1 EPR pairs

Quantum key distribution (QKD) is used in quantum cryptographic systems to exchange secret key between parties who need to communicate secretly.According to the structure of European Secoqc QKD network,a QKD protocol is proposed.Entanglement swapping between Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) pairs can be used to exchange message bits in two remote places.Based on this idea,n+1 EPR pairs are used as logical quantum channel (for n nodes per routing),while measurements of Bell operator are transmitted by classical channel.Random space quantum channel selection is exploited in our protocol to improve the probability of revealing Eve.Compared with traditional EPR protocol,the proposed protocol exhibits many features,which are minutely described.     

基于区域特征分布式Web用户兴趣迁移模式

提出一种基于区域特征的分布式Web用户兴趣迁移模式挖掘模型DWICP,以及基于该模型的具有区域特征的用户识别方法和局部浏览兴趣迁移模式更新算法/全局浏览兴趣迁移模式更新算法,用于发现具有区域特征的用户浏览兴趣迁移模式.实验表明,该方法能够较好地解决分布式环境下Web访问行为模式研究中的区域分析需求,同时提高了用户浏览兴趣表示的准确性.     

三种新型神经网络树算法之改进与比较分析

VittorioMurino提出了三种将神经网络和树结构结合起来的算法。简单介绍了三种结构算法并对其做了细化改进,使其实现更具体、可行,应用范围更广泛;分别利用两组模拟数据和Iris植物分类数据对三种结构与传统的神经网络做了比较实验,给出了三种结构用于模式识别的算法速度、识别率、泛化能力等性能的对比分析。结果表明,三种各具特色的神经网络树结构均有显著的优越性。     

Membrane-inspired quantum shuffled frog leaping algorithm for spectrum allocation

To solve discrete optimization difficulty of the spectrum allocation problem,a membrane-inspired quantum shuffled frog leaping(MQSFL) algorithm is proposed.The proposed MQSFL algorithm applies the theory of membrane computing and quantum computing to the shuffled frog leaping algorithm,which is an effective discrete optimization algorithm.Then the proposed MQSFL algorithm is used to solve the spectrum allocation problem of cognitive radio systems.By hybridizing the quantum frog colony optimization and membrane computing,the quantum state and observation state of the quantum frogs can be well evolved within the membrane structure.The novel spectrum allocation algorithm can search the global optimal solution within a reasonable computation time.Simulation results for three utility functions of a cognitive radio system are provided to show that the MQSFL spectrum allocation method is superior to some previous spectrum allocation algorithms based on intelligence computing.     

基于量子遗传算法的正规模糊神经网络控制器设计

针对模糊神经网络控制器通常涉及的参数较多,反传播算法难于收敛的问题,提出了一种优化设计正规化模糊神经网络控制器的量子遗传算法。该方法用量子比特构成染色体,用量子旋转门进行染色体更新,用量子非门进行染色体变异,将量子位的概率幅看作两个并列的基因,因此每条染色体包含两条并列的基因链,在染色体数目相同时,可提高获得全局最优解的概率。对控制器参数随机编码建立初始群体,利用量子遗传算法进行参数优化。实验结果表明该方法是有效的。     

带时间窗车辆路径问题的量子蚁群算法

带时间窗的车辆路径问题(VRPTW)是VRP的一种重要扩展类型, 是组合优化中的一个NP难题, 针对蚁群算法在求解VRPTW问题时易陷入局部最优和收敛速度慢的问题, 本文结合量子计算提出一种求解VRPTW的量子蚁群算法(QACA). 通过定义人工蚂蚁的转移概率, 增加量子比特启发式因子, 以及用量子旋转门实现信息素更新, 从而提高算法的全局搜索能力, 有效避免了算法陷入局部最优. 经一系列VRPTW的仿真实验表明, 量子蚁群算法较蚁群算法在求解VRPTW问题上具有更好的性能, 通过与其他算法的比较, 进一步说明量子蚁群算法是可行有效的.     

灰色多指标风险型决策方法研究

针对方案指标评估值为区间灰数的风险决策问题,提出了灰色多指标风险型决策的概念。将灰色系统理论的思想和方法与经典风险决策方法相融合,对风险型决策问题指标权重完全未知的且指标值为区间灰数的情况进行了探讨。利用分析技巧,建立了灰色模糊关系法及双基点法两种决策方法。在灰色模糊关系算法中,利用信息熵确定的指标权重使决策方法更符合客观要求。双基点算法在一定程度上解决了单方面基于理想点或负理想点进行决策时,未能充分利用已知信息所产生的偏差,决策更贴近于实际,应用说明了所提出的两种决策方法的合理性和算法的有效性。