忆阻神经网络图像处理综述

忆阻神经网络能有效改善传统神经网络电路复杂、不易集成以及能耗大等不足。概述了忆阻器与忆阻神经网络,以及目前忆阻神经网络在图像处理方面的应用。基于忆阻特性,实现神经网络突触的动态可变,使忆阻神经网络比传统神经网络在图像处理领域具备更多优势且应用范围更广。同时,展望了忆阻神经网络未来发展前景。     

脉冲神经网络的忆阻器突触联想学习电路分析

忆阻器是具有动态特性的电阻,阻值可依赖于激励电压来变化,具有类似于生物神经突触连接强度的特性,可用来存储突触权值。在此基础上为实现忆阻器突触电路的学习功能,建立了“整合激发”型神经元SPICE仿真电路,修改了原始神经元电路结构,并对电路的脉冲信号产生过程进行了SPICE仿真。结合MOS管及忆阻器的特性重新设计了神经元突触电路结构,使突触电路更符合真实生物神经突触特征。在应用此设计的基础上,实现了2个神经元所构成神经网络之间类似于Hebbian学习的平均激发率学习规则。并且在基于多个神经元的神经网络的基础上     

忆阻器类脑神经突触的研究进展

大脑之所以能够控制人和动物的复杂生命活动,使生物体在多变的自然环境得以生存,得益于大规模神经网络中高效、快速、精准的信息传递。神经突触作为神经元之间信息传递的重要机构,保证了神经网络的高效运转,因此构建具有神经突触功能的电子突触是研究仿生系统和类脑神经网络的必经之路。研究人员尝试各种电子元件对神经突触进行模拟,其中忆阻器由于其独特的器件结构和具有“记忆特性”的电学性能,成为构建类脑神经突触的最佳选择。文章全面概述近年来忆阻器模拟神经突触的研究进展,包括忆阻器模拟神经突触的可塑性、再可塑性、非联想学习、联想学习等功能,总结了忆阻器神经突触在人工神经网络中的应用、存在的问题和挑战,并对忆阻器神经突触的研究进行展望。     

时滞忆阻神经网络在反馈控制下的指数同步

文章研究时滞忆阻神经网络在反馈控制下的指数同步问题.与传统的连续神经网络相比,忆阻神经网络激活函数的不连续性使其达到同步更加困难.该文首先通过微分包含的概念和集值映射理论转化忆阻神经网络,并设计了一个新的反馈控制器;然后通过选取适当的李雅普诺夫函数并使用不等式放缩技巧,得到系统指数同步的充分条件.数值算例验证了理论结果...     

惯性忆阻神经网络预设时间同步控制

基于全新的控制协议,研究了同时具有惯性项和忆阻项的神经网络预设时间同步问题。文中所考虑的网络模型可以广泛应用于生物突触模拟,具有较好的生物神经网络特性。通过构造合适的Lyapunov函数,利用不等式技巧,提出了惯性忆阻神经网络预设时间同步准则。所提出的控制协议可以使系统在任意预先给定的时间内稳定,该时间与系统初值和控制参数等都无关。最后,通过数值仿真验证了所得理论结果的有效性。     

多种连接模型的忆阻神经网络学习

忆阻器以其独特的非易失性、天然的记忆功能以及纳米级尺寸,在人工神经网络、信号处理和模式识别等方面展现了巨大的应用前景。采用了基于STDP学习规则的忆阻神经网络,运用了网络自适应突变以及网络拓扑结构变化的基因算法,其中包括隐藏层神经元个数,连接权重以及神经网络突触模型的变化。比较了基于HP线性忆阻器模型,非线性忆阻器模型以及阈值模型这3种不同忆阻器模型的忆阻神经网络,并提出了学习效果更好的混合型忆阻神经网络。     

一种改进的基于STDP规则的SOM脉冲神经网络

将脉冲神经网络的高效处理能力与自组织映射神经网络相结合,构造了一种基于突触可塑性(STDP)规则的SOM脉冲神经网络模型.该网络将输入和权值用脉冲发放时间编码,符合生物信息处理机制.用STDP规则调整权值,不需要通过学习率控制收敛速度,缩短网络训练时间.使用欧氏距离的平方计算权值和样本之间的相似度,与欧氏距离法相比简化了计算,便于硬件实现.基于MATLAB仿真平台,用该网络对UCI机器学习数据库中Iris数据集进行聚类后精度达到93.33%,比传统的SOM、K-means等聚类方法更具有优越性.     

基于忆阻器的近似计算方法

忆阻器是一种非易失性存储器件,目前主要有两种方法用忆阻器实现通用计算:通过忆阻器交叉开关阵列支持神经网络来逼近任意函数;用忆阻器构造基础的门电路,再进一步实现任意Boole逻辑计算.前者存在误差难以控制的问题,后者相比传统数字电路优势不显著.该文设计了一种针对忆阻器的通用近似计算范式,基于忆阻器的硬件架构通用现场可编程...     

类脑计算的基础元件：从忆阻元到分忆抗元

讨论一种新颖的类脑计算的基础元件:分忆抗元(分数阶忆阻元).忆阻元的概念从经典的整数阶推广到分数阶忆阻元,即分忆抗元.分忆抗元是分数阶忆阻元的一个合成词.分忆抗值是分忆抗元的分数阶阻抗.因此,可以很自然地想到一系列具有挑战性的理论难题:分忆抗元和传统的分抗元以及著名的忆阻元的关系是什么;关于介于忆阻元和电容元或电导元之间的内插特性是什么;以及关于分忆抗元在蔡氏电路周期表中的位置在哪里;任意阶理想的容性分忆抗元和感性分忆抗元的分忆抗值的一般表达式是什么;分忆抗元的度量单位和物理量纲是什么;鉴别分忆抗元的指纹特征是什么;如何通过普通的忆阻和电容与电感以模拟电路形式有效实现任意分数阶忆阻元.基于大量的前期探索性研究成果,对上述一系列理论难题进行了初步探讨.分忆抗元解决了分抗元很难实现记忆端口电荷或磁通量的功能,而且分忆抗元可作为一种基本电路元件应用到混沌系统、神经元电路、神经网络电路等的设计.     

基于忆阻器的鉴相电路设计与分析

分析忆阻器的基本理论,推导忆阻器阻值与电量、时间的函数关系,使用Simulink建立忆阻器模型,并验证该模型在正弦信号激励下,电流和电压具有滞回特性.设计基于忆阻器的鉴相电路,将相位差测量转化成对脉冲宽度的测量,对方法进行理论分析,并通过仿真实验验证了电路的功能.通过仿真、计算,得到忆阻器在边界非线性效应的影响下,非线性误差为9.82%.     

不连续时滞分数阶忆阻神经网络的非线性动力学分析

提出一个具有不连续忆导函数的时滞分数阶忆阻神经网络模型,通过数值仿真研究其复杂非线性动力学行为。首先提出了不连续分数阶忆阻神经网络的数学模型;其次,分别将初值、分数阶及开关阶跃作为分岔参数,通过分岔图、相图、庞加莱截面等数值分析手段验证了其典型的动力学行为。研究表明:不同于传统的倍周期分岔通向混沌的道路,该不连续忆阻神经网络通往混沌的道路为阵发混沌。另外,还揭示了不连续的忆导函数和开关阶跃对分数阶忆阻神经网络动力学行为的内在影响机制。     

有源荷控忆阻器在非线性电路中的应用

根据理论分析,搭建了一种新的二端口有源忆阻器.该有源荷控忆阻器不使用光敏电阻和数字电位器,理论上比较精确,并且容易在实验中实现.仿真和实验证明了这种有源忆阻器和真正的无源忆阻器具有相同的电路特性.此外还将该有源忆阻器加入到蔡氏混沌电路中,在非线性电路中成功实现混沌现象,证明了它可以等效于一个二端口元件接入其它电路工作,为忆阻器的应用打下了基础.     

倍压整流电路的广义忆阻特性

研究旨在证明二倍压整流电路具有广义忆阻特性,为挖掘倍压整流电路的新功能及新应用提供理论依据.首先,根据电路理论求得二倍压整流电路在电压源激励下输入端口伏安关系式以及电路中电容电压的状态方程;其次,由理论分析所得关系式,选取电路元件参数,施加正弦激励电压,由Matlab软件对端口伏安关系进行数值仿真分析;最后,通过Multisim软件进行虚拟实验以及物理实验进行验证.结果表明理论分析符合广义忆阻器数学定义,数值仿真、虚拟实验及硬件实验3者结果基本吻合,验证了输入端口呈现出忆阻器的3个本质特征,从而证实了二倍压整流电路在取适当电路元件参数时具有广义忆阻特性.     

忆阻时滞神经网络的全局指数镇定性

为研究时滞忆阻神经网络的全局指数镇定性,并克服忆阻突触连接权矩阵突然跳变所带来的困难,借助非光滑分析和微分包含理论给出了系统Filippov解的定义.根据Lyapunov稳定性理论,通过设计时滞依赖的反馈控制律,实现了所考虑忆阻网络模型的指数镇定.所设计的反馈控制律,使用于多数已存在的忆阻网络模型的镇定性控制.所设计的镇定性算法简单,容易实现,结论描述了忆阻器件的基本电力学规律.     

忆阻型模糊细胞神经网络在时滞脉冲控制下的全局指数同步

文章研究了忆阻型模糊细胞神经网络的全局指数同步控制问题。首先,通过采用Filippo解和可测选择理论将忆阻模糊细胞神经网络转化成一类参数不确定的神经网络,并给出一个新颖的不等式以解决模糊反馈连接权重的参数不确定问题;然后,通过设计时滞脉冲控制器,并结合李雅普诺夫函数法、脉冲不等式以及给出的新的不等式,得到驱动忆阻模糊细胞神经网络与响应忆阻模糊细胞神经网络在时滞脉冲控制下指数同步的结果;最后,通过数值模拟验证了理论结果的有效性。研究结果表明:采用合适的控制器,忆阻型模糊细胞神经网络的驱动-响应系统是可以达到指数同步的。     

基于忆阻脉冲耦合神经网络的图像去噪

为解决传统脉冲耦合神经网络的参数不固定问题,在图像处理中应用忆阻元件突出的记忆属性,提出了 应用两个忆阻元器件反向并联模拟脉冲神经网络中的神经元间的连接强度,构建新型忆阻脉冲神经网络,实现 神经元间连接强度动态可变化,再将该新型网络用于图像去噪问题。通过Matlab 仿真实验,验证了改进后的 新型网络在图像去噪方面的良好性能,并通过峰值信噪比和图像相似度指标证明了该方法用于图像去噪具有 较好的效果。     

一种忆阻扫描触发器设计

基于惠普公司的忆阻器模型,提出一种可支持断电模式的选择扫描触发器电路.数据可以从主从触发器中被传输存储到忆阻器中,在触发器被断电期间,忆阻器一直保持该数据.当扫描触发器处于唤醒时刻,忆阻器所保持的数据可以被控制回传到主从触发器中.采用惠普公司提供的忆阻器模拟电路仿真模型进行仿真验证,仿真数据及波形表明,该电路可以满足集成电路的低功耗扫描测试需求.     

基于忆阻器的混沌电路设计与硬件实验

通过在经典QI混沌系统中加入三次非线性磁控忆阻器,构造出了一种四维忆阻混沌系统.分析了该系统的基本动力学特性,证明该系统可以产生混沌吸引子.设计了硬件电路,通过改变元件参数观察到不同类型的吸引子和极限环,实验结果与仿真结果相符合.提出的基于忆阻器的混沌电路设计与硬件实验方案不仅可以拓展传统混沌电路的实现方法,还为非线性...     

基于磁控忆阻器的混沌振荡器研究

本文提出了磁控忆阻器的一种等效电路,该电路和理论上的忆阻器具有相同的电路特性.此外,本文还使用该磁控忆阻器和一个负电导代替蔡氏混沌振荡器中的蔡氏二极管,并产生双涡卷混沌吸引子.仿真和实验验证了该方法的可行性.     

一组等价蔡氏忆阻混沌电路的设计

通过改变元件参数, 将不同结构的RC正弦波振荡电路等效为LC并联谐振回路, 用具有非线性特性的忆阻器代替蔡氏电路中的蔡氏二极管, 设计4种等价蔡氏忆阻混沌电路, 并在理论上给出等价条件. 仿真实验结果表明, 实验结果与理论分析和数值计算结果一致, 电路调节方便, 鲁棒性更好.