基于脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著微電子技術的發(fā)展進入瓶頸，一些非傳統(tǒng)計算模型的探索與研究開始引起人們更多地關注，比如量子計算、生物計算等。膜計算由G. P?aun院士受到細胞處理化學物質的機理啟發(fā)而提出，它屬于生物計算。該模型是一種分布式并行的計算模型，也稱它為P系統(tǒng)。由于它具有較好的計算性能及潛在的應用價值，該方向已成為計算機科學領域快速發(fā)展的新興領域之一。本文研究的是一類基于生物神經(jīng)細胞的特殊P系統(tǒng)，即基于脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)。
　　在計算機科學

2、中，對于新型計算模型的探索，首先要保證它的通用性，即與圖靈機的等價，然后考慮在不降低模型的計算能力的情況下，使模型的結構盡可能簡化，且使用較少的計算資源。本文在基于脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)中引入均質性、反脈沖等生物特征，研究對應系統(tǒng)的計算通用性；構建小通用串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)，研究串行系統(tǒng)的范式，并探討了系統(tǒng)產(chǎn)生語言的能力。主要工作如下：
　　在基于最小脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)中，將計算結果定義為輸出（或輸入）神經(jīng)元輸出（或

3、輸入）前兩個脈沖之間的時間間隔，證明了使用最小串行策略或最小偽串行策略的不帶時延的脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)是通用的數(shù)字產(chǎn)生裝置和接受裝置，得到的結果解決了O.H. Ibarra等人留下的兩個問題：（1）當計算結果不是通過停機計算時的脈沖數(shù)目來定義，而是采用經(jīng)典的用輸出兩個脈沖的時間間隔來定義，使用最小串行策略的脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)是否還是通用的？（2）使用最小偽串行策略的脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)是否是通用的？
　　對小通用計算系統(tǒng)的研究一直是計算機科學中的

4、一個熱點問題，在作為計算函數(shù)的裝置和產(chǎn)生數(shù)集的裝置兩種情形下，通過對模擬的通用注冊機中指令的優(yōu)化，分別構造了一個用于計算函數(shù)的含有137個神經(jīng)元的基于最小脈沖數(shù)目的不帶時延的小通用串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)和一個產(chǎn)生數(shù)集的含有126個神經(jīng)元的基于最小脈沖數(shù)目的不帶時延的小通用串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)，得到的結果表明由少量的神經(jīng)元組成的系統(tǒng)就具有相當強的計算能力。
　　均質性是許多計算裝置都具有的重要特性之一，本文在基于最大脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)

5、P系統(tǒng)中引入均質性和帶權值的突觸，研究這類系統(tǒng)的通用性。證明了作為數(shù)的產(chǎn)生裝置和接受裝置，使用最大串行策略或最大偽串行策略的不帶時延的帶權均質脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)都是通用的；通過移除系統(tǒng)中的大于1的突觸權值，我們還證明了使用突觸權為1的均質脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)在最大偽串行模式下也是通用的。這些結果意味著神經(jīng)系統(tǒng)的結構是關鍵性的。
　　對基于最大脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)的若干范式進行了研究，即構造結構盡可能簡化的系統(tǒng)。通過引入若干“輔助神經(jīng)

6、元”和“延時神經(jīng)元”，證明了不帶時延的使用最大偽串行策略的脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)在產(chǎn)生模式和接受模式下的最大入度和最大出度均不超過2；在僅使用簡單神經(jīng)元（只有一條規(guī)則）的情況下，證明了不帶遺忘規(guī)則的使用最大串行策略的簡單脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)作為數(shù)的產(chǎn)生裝置是通用的；在最大偽串行策略下，不帶遺忘規(guī)則和時延的幾乎簡單脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)作為數(shù)的產(chǎn)生裝置是通用的，不帶遺忘規(guī)則和時延的簡單脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)作為數(shù)的接受裝置也是通用的。這些結果改進了G. P?aun和O

7、.H. Ibarra等人的已有結果。
　　在基于最大脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)中引入反脈沖和抑制突觸，研究了基于最大脈沖數(shù)目的帶反脈沖的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)的計算能力，分別構造了利用激發(fā)規(guī)則產(chǎn)生反脈沖和利用抑制突觸將脈沖轉變?yōu)榉疵}沖的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)，證明了使用最大串行或最大偽串行策略的帶反脈沖的脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)，在產(chǎn)生模式和接受模式下都是通用的。
　　對基于最大脈沖數(shù)目的串行脈沖神經(jīng)P系統(tǒng)的語言產(chǎn)生能力進行了研究，討論了該