脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的性能及應(yīng)用研究.pdf

1、膜計算是自然計算的新分支，是計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等眾多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，旨在從細胞的結(jié)構(gòu)和功能，以及從組織和器官等細胞群相互協(xié)作處理信息的方式中，抽象出新的計算模型，也稱為膜系統(tǒng)或P系統(tǒng)。
　　脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)是膜計算中的一種神經(jīng)型P系統(tǒng)，是源于大腦神經(jīng)元之間通過電脈沖進行信息傳遞的生物現(xiàn)象，并吸收脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點而提出的一種新型的分布式、并行計算模型。
　　本文從計算理論、應(yīng)用和軟件仿真研究三個方面分別對幾類脈沖神經(jīng)

2、膜系統(tǒng)的計算能力、小通用性、邏輯與算術(shù)運算實現(xiàn)方法以及模型的形式化驗證等內(nèi)容進行了研究，主要工作如下:
　　研究了同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的小通用性:在使用標準規(guī)則和權(quán)值情況下，作為計算函數(shù)的裝置，需要53個神經(jīng)元可以構(gòu)造一個通用同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng);作為產(chǎn)生數(shù)的裝置，則需要52個神經(jīng)元。研究脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的小通用性問題既具有計算機科學(xué)上的意義，也具有生物學(xué)上的用義:尋找小通用“腦”。
　　研究了突觸上帶權(quán)值和突觸上不帶權(quán)值的兩種同

3、質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)在不使用具有延遲的激發(fā)規(guī)則情況下的計算通用性問題，并證明了這兩種不帶延遲的同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)無論是工作在產(chǎn)生模式下，還是工作在接收模式下都是計算通用的。解決了曾湘祥等人提出的關(guān)于不帶延遲的同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)是否具有計算通用性的公開問題。同時，也構(gòu)造了不使用延遲激發(fā)規(guī)則的突觸上帶權(quán)值和不帶權(quán)值的兩類同質(zhì)延展脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)，并證明了它們的計算通用性。
　　研究了無延遲規(guī)則和突觸權(quán)值情況下的帶反脈沖同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的計

4、算通用性問題，證明了這種膜系統(tǒng)無論是工作在產(chǎn)生模式，還是接收模式下都是計算通用的。研究結(jié)果能同時解決了曾湘祥等人提出的關(guān)于是否存在無延遲規(guī)則的同質(zhì)脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和如何有效移除突觸權(quán)值的兩個公開問題。
　　考慮在脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)這種裝置上處理一些簡單的邏輯與算術(shù)運算問題，構(gòu)建了包括實現(xiàn)二進制補碼轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)有符號整數(shù)的加、減法運算和實現(xiàn)任意兩個自然數(shù)的乘法運算的多族脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)均采用二進制方式，編碼采用合適的脈

5、沖序列。較好地解決了Gutiérrez-Naranjo MA.和Leporati A.提出的關(guān)于如何實現(xiàn)兩個任意自然數(shù)乘法運算的公開問題。當前工作可以作為解決更加復(fù)雜問題的基礎(chǔ)，也有助于設(shè)計基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的生物型“CPU”。
　　使用帶反脈沖的脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)分別構(gòu)建了能實現(xiàn)對稱三值的通用與、或、非邏輯門功能和實現(xiàn)對稱三值的整數(shù)加、減算術(shù)運算功能的多族脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)。目前的工作是基于帶反脈沖的脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的三值型“CPU”設(shè)計