人工內(nèi)分泌系統(tǒng)新機(jī)制及應(yīng)用研究.pdf

1、自然計(jì)算研究從自然界的信息組織與處理過(guò)程中提取出計(jì)算方法與模型，用于解決傳統(tǒng)計(jì)算方法難以解決的計(jì)算問(wèn)題。自然計(jì)算已經(jīng)成為人工智能研究的一個(gè)重要方向，而從人體中提取計(jì)算方法則是自然計(jì)算領(lǐng)域的重要研究方向。人體內(nèi)的信息控制系統(tǒng)主要包括神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)體現(xiàn)了高度的智能性和自適應(yīng)性，蘊(yùn)含著豐富的有啟發(fā)性的信息處理機(jī)制。
　　 在人體的四個(gè)主要控制系統(tǒng)中，內(nèi)分泌系統(tǒng)對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝等功能起到

2、重要的調(diào)節(jié)作用。內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)緊密聯(lián)系、相互合作，一起維持著機(jī)體的內(nèi)平衡。內(nèi)分泌系統(tǒng)通過(guò)一種稱為激素的物質(zhì)對(duì)機(jī)體進(jìn)行調(diào)節(jié)，激素?cái)U(kuò)散到全身，對(duì)機(jī)體進(jìn)行分布式的調(diào)節(jié)。內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)存在緊密的相互聯(lián)系，它們互相調(diào)節(jié)互相作用。神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng)；內(nèi)分泌系統(tǒng)則通過(guò)激素調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)。內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌的一些激素可以影響人的情感，從高層對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)節(jié)。神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)共同組成一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)系

3、統(tǒng)，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。內(nèi)分泌系統(tǒng)內(nèi)部存在著復(fù)雜的反饋調(diào)節(jié)關(guān)系，以保證其對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)處于可控狀態(tài)。目前，對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機(jī)制的研究還不充分，很多內(nèi)分泌系統(tǒng)的信息作用機(jī)制仍未得到充分理解。由此可見(jiàn)，人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)蘊(yùn)含豐富的信息處理機(jī)制，可以給自然計(jì)算研究帶來(lái)新的啟發(fā)，是自然計(jì)算的重要研究方向。受內(nèi)分泌系統(tǒng)啟發(fā)提出的自然計(jì)算模型稱為人工內(nèi)分泌系統(tǒng)。目前，對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機(jī)制的建模已經(jīng)蓬勃開(kāi)展，但是該領(lǐng)域的研究仍不充分，應(yīng)用研究還不夠廣泛

4、。本文以人工內(nèi)分泌系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，針對(duì)目前人工內(nèi)分泌系統(tǒng)研究的不足之處，努力挖掘出內(nèi)分泌系統(tǒng)蘊(yùn)含的信息處理機(jī)制，為自然計(jì)算研究帶來(lái)新的啟發(fā)。
　　 本文主要從以下四個(gè)方面展開(kāi)工作：
　　 1.通過(guò)研究人體內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)的相互作用機(jī)制，努力挖掘兩者之間的相互調(diào)節(jié)關(guān)系，對(duì)現(xiàn)有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行改進(jìn)。
　　 在對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)過(guò)程中，內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)存在緊密的相互作用關(guān)系，兩者合作共同對(duì)機(jī)體進(jìn)行調(diào)節(jié)。神經(jīng)系

5、統(tǒng)通過(guò)神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng)。內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌的激素可調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，并可從高層影響神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)。兩者的相互作用機(jī)制非常復(fù)雜，蘊(yùn)含豐富的信息處理機(jī)制，并體現(xiàn)出一定的自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。因此，神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用的機(jī)制值得深入研究。本文在對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用的生理機(jī)制進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的利用人工內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工神經(jīng)內(nèi)分泌模型。相比傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該模型可以使人工

6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)適應(yīng)環(huán)境變化。
　　 2.研究人體內(nèi)分泌系統(tǒng)在調(diào)節(jié)機(jī)體維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)中的作用，在其作用機(jī)制的啟發(fā)下，提出協(xié)助保持控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的人工內(nèi)分泌模型。
　　 內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)一起相互合作對(duì)機(jī)體進(jìn)行調(diào)節(jié)，其最重要的功能之一就是維持機(jī)體的內(nèi)平衡。人體的內(nèi)平衡對(duì)機(jī)體的正常工作具有重要意義，是維持人體生命的基本條件之一。內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)一起組成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng)，保持人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。神經(jīng)系統(tǒng)也

7、可以從高層感知外界環(huán)境變化，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng)，維持機(jī)體的內(nèi)平衡。受該機(jī)制啟發(fā)，本文提出了協(xié)助保持系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的人工內(nèi)分泌控制模型。該模型可以協(xié)助保持控制系統(tǒng)的狀態(tài)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)，從而更好地起到控制作用。
　　 3.研究激素在細(xì)胞間擴(kuò)散的機(jī)制，在該機(jī)制的啟發(fā)下，本文提出一種應(yīng)用于多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的模型。
　　 研究?jī)?nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)相互調(diào)節(jié)相互作用的機(jī)制是從宏觀角度對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的信息處理機(jī)制進(jìn)行

8、研究。而從微觀角度研究，內(nèi)分泌系統(tǒng)對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)是通過(guò)激素以分布式的方式進(jìn)行的。激素由內(nèi)分泌腺體分泌，經(jīng)多種傳播方式擴(kuò)散到機(jī)體各處，對(duì)機(jī)體進(jìn)行分布式的調(diào)節(jié)。激素在機(jī)體中的傳播受激素的濃度、種類等多種因素影響。由于激素傳播過(guò)程固有的分布性，研究該過(guò)程中的信息傳遞與控制機(jī)制，可以給多機(jī)器人系統(tǒng)等分布式系統(tǒng)帶來(lái)新的啟發(fā)。基于激素在細(xì)胞間傳遞的生理機(jī)制，本文提出了應(yīng)用于多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的分布式人工內(nèi)分泌模型。相比傳統(tǒng)類似模型，該模型具有計(jì)算量

9、較少、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　 4.在激素傳播與作用機(jī)制的啟發(fā)下，研究應(yīng)用于多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同定位問(wèn)題中的新算法。
　　 激素由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌后，擴(kuò)散到全身，對(duì)機(jī)體進(jìn)行分布式的調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)過(guò)程帶有固有的分布式特性。激素的傳播過(guò)程和作用方式具有很多經(jīng)典分布式系統(tǒng)信息傳播方式不具有的獨(dú)特特點(diǎn)，但內(nèi)分泌系統(tǒng)仍可通過(guò)激素對(duì)機(jī)體進(jìn)行高效的調(diào)節(jié)。激素的這些傳播特性值得深入研究，以給傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中的信息傳播方式帶來(lái)新的啟發(fā)。在激素的生理

10、特性的啟發(fā)下，本文提出了應(yīng)用于多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同定位問(wèn)題的人工內(nèi)分泌模型。相比于傳統(tǒng)協(xié)同定位算法，該模型可以有效提高多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同定位的準(zhǔn)確性。
　　 本文在對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機(jī)制深入研究的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的不同部分進(jìn)行了深入的分析和建模?；趦?nèi)分泌系統(tǒng)不同部分蘊(yùn)含的有啟發(fā)性的信息處理機(jī)制，本文對(duì)傳統(tǒng)自然計(jì)算模型進(jìn)行了改進(jìn)或提出了新的自然計(jì)算模型。本文對(duì)提出的自然計(jì)算模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本文提出的自然計(jì)算模型的有