Spiking神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)液體狀態(tài)機(jī)的影響研究.pdf

1、近年來(lái)，Spiking神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Spiking Neural Network，簡(jiǎn)稱(chēng)SNN）因其以非常接近生物的神經(jīng)元模型作為信息處理單元，吸引了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注和高度重視。相比于傳統(tǒng)基于模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息交流的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network，簡(jiǎn)稱(chēng)ANN），Spiking神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則利用神經(jīng)元放電時(shí)間編碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的表示和傳遞，可以表現(xiàn)出真實(shí)生物系統(tǒng)豐富的動(dòng)態(tài)特性。
　　液體狀態(tài)機(jī)（Liquid

2、 State Machine，簡(jiǎn)稱(chēng)LSM）是一種基于SNN的神經(jīng)計(jì)算模型，其液體層（隱含層）是一個(gè)由若干神經(jīng)元相互連接組成的遞歸型 SNN?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，液體狀態(tài)機(jī)在計(jì)算速度和計(jì)算精度等方面表現(xiàn)尤為突出，而這得益于 SNN的豐富動(dòng)態(tài)特性，因而深入研究 SNN的動(dòng)態(tài)特性對(duì)液體狀態(tài)機(jī)的計(jì)算能力的影響具有重大意義。本文從網(wǎng)絡(luò)的放電模式和自組織臨界動(dòng)力學(xué)行為兩個(gè)方面來(lái)研究SNN的動(dòng)態(tài)性能對(duì)液體狀態(tài)機(jī)計(jì)算能力的影響。
　　真實(shí)生物神經(jīng)元

3、具有多種放電模式，峰放電和簇放電是兩種最典型的放電模式。峰放電是每次放電只產(chǎn)生一個(gè)單脈沖，而簇放電表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)多個(gè)脈沖連續(xù)產(chǎn)生的過(guò)程。本文通過(guò)比較具有不同放電模式的SNN來(lái)分析放電模式對(duì)液體狀態(tài)機(jī)的影響。通過(guò)構(gòu)建基于MATLAB的仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)脈沖信號(hào)重構(gòu)以及脈沖序列分類(lèi)兩大任務(wù)，仿真結(jié)果表明，與峰放電相比，高頻的簇放電模式能明顯增強(qiáng)液體狀態(tài)機(jī)的計(jì)算能力。
　　自組織臨界動(dòng)力學(xué)行為是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要現(xiàn)象。處于自組織臨界態(tài)的網(wǎng)絡(luò)

4、具有雪崩大小呈冪律分布、熵最大化、魯棒性等特征。本文首先研究了具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的自組織臨界動(dòng)力學(xué)行為，包括未經(jīng)學(xué)習(xí)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)過(guò)非對(duì)稱(chēng)放電時(shí)間依賴(lài)突觸可塑性（Spike Timing Dependent Plasticity，簡(jiǎn)稱(chēng)STDP）學(xué)習(xí)后的網(wǎng)絡(luò)以及經(jīng)過(guò)非對(duì)稱(chēng)STDP和內(nèi)部可塑性（Intrinsic Plasticity，簡(jiǎn)稱(chēng)IP）共同學(xué)習(xí)后的網(wǎng)絡(luò)，并將處于臨界態(tài)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到液體狀態(tài)機(jī)的液體層中。仿真計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處