脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的性能及應(yīng)用研究.pdf

1、膜計(jì)算是自然計(jì)算的新分支，是計(jì)算機(jī)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(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，以及從組織和器官等細(xì)胞群相互協(xié)作處理信息的方式中，抽象出新的計(jì)算模型，也稱(chēng)為膜系統(tǒng)或P系統(tǒng)。
　　脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)是膜計(jì)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(guò)電脈沖進(jìn)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(diǎn)而提出的一種新型的分布式、并行計(jì)算模型。
　　本文從計(jì)算理論、應(yīng)用和軟件仿真研究三個(gè)方面分別對(duì)幾類(lèi)脈沖神經(jīng)

2、膜系統(tǒng)的計(jì)算能力、小通用性、邏輯與算術(shù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)方法以及模型的形式化驗(yàn)證等內(nèi)容進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和權(quán)值情況下，作為計(jì)算函數(shù)的裝置，需要53個(gè)神經(jīng)元可以構(gòu)造一個(gè)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(gè)神經(jīng)元。研究脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的小通用性問(wèn)題既具有計(jì)算機(jī)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(jì)算通用性問(wèn)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(wú)論是工作在產(chǎn)生模式下，還是工作在接收模式下都是計(jì)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(jì)算通用性的公開(kāi)問(wèn)題。同時(shí)，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(lèi)同質(zhì)延展脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)，并證明了它們的計(jì)算通用性。
　　研究了無(wú)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(jì)

4、算通用性問(wèn)題，證明了這種膜系統(tǒng)無(wú)論是工作在產(chǎn)生模式，還是接收模式下都是計(jì)算通用的。研究結(jié)果能同時(shí)解決了曾湘祥等人提出的關(guān)于是否存在無(wú)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(gè)公開(kāi)問(wèn)題。
　　考慮在脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)這種裝置上處理一些簡(jiǎn)單的邏輯與算術(shù)運(yùn)算問(wèn)題，構(gòu)建了包括實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)有符號(hào)整數(shù)的加、減法運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)自然數(shù)的乘法運(yùn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)任意自然數(shù)乘法運(yùn)算的公開(kāi)問(wèn)題。當(dāng)前工作可以作為解決更加復(fù)雜問(wèn)題的基礎(chǔ)，也有助于設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)三值的通用與、或、非邏輯門(mén)功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)三值的整數(shù)加、減算術(shù)運(yùn)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(jì)