基于Belousov-Zhabotinsky反應(yīng)的物理智能系統(tǒng)研究.pdf

1、自然界中魚群、鳥群、螢火蟲等展現(xiàn)的自組織現(xiàn)象，促進(jìn)了自組織理論的深入研究。自組織體系中的化學(xué)振蕩反應(yīng)最早由B.P.Belousov和A.M.Zhabotinsky發(fā)現(xiàn)，以他們的名字命名的Belousov-Zhabotinsky反應(yīng)向人們展示了真實的隨時間周期性變化的化學(xué)波圖案。進(jìn)年來隨著對BZ反應(yīng)研究的不斷深入，并逐漸涉及到數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、圖形學(xué)等領(lǐng)域的諸多實際問題，BZ反應(yīng)系統(tǒng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
　　 本文從兩變量的

2、BZ反應(yīng)系統(tǒng)入手，通過仿真描述了其動力學(xué)行為，結(jié)合已有的一些經(jīng)典結(jié)構(gòu)(T型信號處理器、化學(xué)二極管)，設(shè)計并仿真驗證了新的單向傳輸結(jié)構(gòu)和交叉?zhèn)鞑ソY(jié)構(gòu)。通過仿真我們發(fā)現(xiàn)，該BZ反應(yīng)過程中化學(xué)波的傳播過程非常類似于神經(jīng)元中脈沖信號的傳導(dǎo)，而且在不同構(gòu)型下的脈沖傳播過程可以用于模擬神經(jīng)元的相應(yīng)結(jié)構(gòu)(細(xì)胞體、突觸等)，進(jìn)而引導(dǎo)我們通過合理的設(shè)計幾何構(gòu)型來模擬神經(jīng)元。之后通過對脈沖進(jìn)行編碼，再設(shè)計合理的通道結(jié)構(gòu)，我們給出并仿真驗證了化學(xué)二進(jìn)制加法器

3、單元，該單元可以很好的在平面結(jié)構(gòu)中進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)而實現(xiàn)兩位甚至多位二進(jìn)制加法器。加法器的實現(xiàn)表明，完全在幾何構(gòu)型的作用下BZ反應(yīng)系統(tǒng)也可以實現(xiàn)“復(fù)雜”的計算功能，加強(qiáng)了我們對構(gòu)建神經(jīng)元模型的信心。接著我們給出了具體的神經(jīng)元模型，并按合理的連接方式組建成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)元系統(tǒng)以化學(xué)波的形式，從神經(jīng)元的角度完整地闡釋了螢火蟲同步閃光發(fā)生的機(jī)制。
　　 本研究創(chuàng)新包括：⑴通過對BZ反應(yīng)系統(tǒng)的仿真，結(jié)合一些經(jīng)典的通道結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計并仿真

4、驗證了新的單向傳輸結(jié)構(gòu)和交叉?zhèn)鞑ソY(jié)構(gòu)；并基于對不同構(gòu)型下BZ反應(yīng)系統(tǒng)仿真結(jié)果的觀察，我們提出了基于BZ反應(yīng)，通過合理設(shè)計通道的幾何構(gòu)型來模擬神經(jīng)元的新思路。⑵基于T型結(jié)構(gòu)、單向傳輸結(jié)構(gòu)和交叉?zhèn)鞑ソY(jié)構(gòu)，我們第一次給出了化學(xué)加法器的完整結(jié)構(gòu)圖，并通過仿真驗證了其有效性，同時指出該化學(xué)加法器在理論上是實驗可行的。⑶通過幾何構(gòu)型的合理設(shè)計，我們給出了具體的神經(jīng)元模型，并按合適的連接方式組建成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，該智能系統(tǒng)對螢火蟲同步閃光發(fā)生的工作機(jī)制給