基于忆阻的脉冲神经网络设计及其在图像分类中的应用

发布时间：2021-05-09 16:38

　　脉冲神经网络被看作是第三代人工神经网络,也是科学家对生物神经网络更深层次的借鉴,具有实时、异步、高效的计算能力和更大的信息容量,有希望帮助人类达到更高的人工智能水平。忆阻器具有阻值非易失、可堆叠、可扩展、兼容CMOS等诸多优点,有望突破现有微电子技术的瓶颈,也为人工神经网络的电路实现提供了新的思路。本文将忆阻与脉冲神经网络相结合,探索了基于忆阻的脉冲神经网络在图像分类中的应用。针对现有忆阻数学模型无法同时准确表示不同实物忆阻特性这一问题,通过改进得到了一种比较通用的阈值型漂移速率自适应模型,给出了面向神经元和突触的忆阻参数。结合提出的忆阻脉冲神经元和类突触忆阻设计了STDP学习电路并扩展为交叉阵列结构,搭建了对应的赢者通吃电路。在尽可能体现电路特性的基础上,将设计的电路抽象为简单的处理模块用于在软件环境中设计忆阻脉冲神经网络,同时,详细地讨论了网络的其他设计细节和整个学习训练过程。将设计的脉冲神经网络用于图片分类任务,包括二分类和多分类,对分类结果进行分析并与已有的脉冲神经网络进行比较。本文的研究成果包括一种改进的阈值型漂移速率自适应忆阻模型、一种基于忆阻的脉冲神经元电路、一种基于忆阻... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
本文所用外文缩写与数学符号
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究内容和论文组织结构
2 忆阻模型研究
    2.1 忆阻模型建模
    2.2 面向脉冲神经元电路的忆阻分析
    2.3 面向突触电路的忆阻模型分析
    2.4 本章小结
3 脉冲神经元电路设计
    3.1 已有的脉冲神经元模型
    3.2 基于忆阻的脉冲神经元模型
    3.3 脉冲神经元SPICE仿真
    3.4 本章小结
4 忆阻STDP电路设计
    4.1 STDP单元电路设计
    4.2 忆阻交叉阵列设计
    4.3 赢者通吃电路设计
    4.4 本章小结
5 忆阻脉冲神经网络在图像分类中的应用
    5.1 忆阻脉冲神经网络的设计
    5.2 忆阻脉冲神经网络中的STDP和竞争学习规则
    5.3 忆阻脉冲神经网络实现图像二分类
    5.4 忆阻脉冲神经网络实现图像多分类
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于忆阻器的脉冲神经网络研究综述[J]. 徐桂芝,姚林静,李子康.  生物医学工程学杂志. 2018(03)
[2]脉冲神经网络:模型、学习算法与应用[J]. 程龙,刘洋.  控制与决策. 2018(05)
[3]双极性脉冲忆阻桥电子突触神经网络及图像处理[J]. 冯广,段书凯,王丽丹.  中国科学:信息科学. 2017(03)
[4]神经形态器件现状与未来[J]. 殷明慧,杨玉超,黄如.  国防科技. 2016(06)
[5]忆阻在神经网络中的应用[J]. 魏江涛,宋卫平,王清华.  机械工程与自动化. 2015(03)
[6]脉冲神经网络的监督学习算法研究综述[J]. 蔺想红,王向文,张宁,马慧芳.  电子学报. 2015(03)
[7]基于STDP规则和忆阻桥突触的神经网络及图像处理[J]. 王丽丹,段美涛,段书凯,胡小方.  中国科学:信息科学. 2014(07)
[8]脉冲神经网络的忆阻器突触联想学习电路分析[J]. 李传东,葛均辉,田园.  重庆大学学报. 2014(07)
[9]多种连接模型的忆阻神经网络学习[J]. 李传东,田园,陈玲,葛均辉.  重庆大学学报. 2014(06)
[10]基于STDP规则的忆阻神经网络在图像存储中的应用[J]. 王丽丹,段美涛,段书凯.  电子科技大学学报. 2013(05)

硕士论文
[1]基于忆阻突触的神经网络及其应用研究[D]. 王双军.东南大学 2017
[2]基于忆阻器的脉冲神经网络在图像边缘提取中的应用[D]. 刘玉东.东北师范大学 2015



本文编号：3177651