基于憶阻橋突觸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路研究及應(yīng)用.pdf

1、1971年，蔡少棠教授通過電路理論的完備性提出了憶阻器的概念，它具有一系列的優(yōu)良特性，如納米級(jí)尺寸、非線性特性、掉電后信息非易失性等。因而在信息存儲(chǔ)、控制電路、非線性電路、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著信息化時(shí)代的不斷發(fā)展，人們迫切需要更加智能化和微型化的信息處理系統(tǒng)，通過模擬大腦神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)造人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提供了可行的解決方案，并且一直是科學(xué)研究的一個(gè)熱門領(lǐng)域。憶阻器的記憶特性類似于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的突觸功能，利用憶阻器有望構(gòu)

2、建更具仿生智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而加速信息化處理的能力。
　　本文針對(duì)憶阻值漂移現(xiàn)象，基于誤差原理分析和實(shí)驗(yàn)論證，證明了利用雙極性脈沖能夠有效減少憶阻值漂移造成的誤差。同時(shí)，設(shè)計(jì)了能夠產(chǎn)生大小相等、極性相反對(duì)稱脈沖的雙極性脈沖電路，并將其應(yīng)用于神經(jīng)突觸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步，通過分析神經(jīng)元和神經(jīng)突觸的原理，討論設(shè)計(jì)了更加靈活的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路實(shí)現(xiàn)。本文主要工作包含了以下內(nèi)容：
　　(1)介紹了憶阻器模擬突觸的原理和可行性，隨后，分析

3、了憶阻串并聯(lián)電路的特性，包括串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。基于憶阻器簡(jiǎn)單組合電路，進(jìn)一步分析了憶阻橋突觸電路的原理特性，包括四個(gè)憶阻器和五個(gè)憶阻器構(gòu)成的橋突觸結(jié)構(gòu)。最后，結(jié)合細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和憶阻橋突觸結(jié)構(gòu)，介紹了憶阻橋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
　　(2)分析了憶阻橋模擬神經(jīng)突觸的原理，并分別討論了線性和非線性惠普憶阻器模型下，突觸模擬過程中產(chǎn)生的憶阻器阻值漂移現(xiàn)象。由于憶阻值漂移現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致一定程度的模擬誤差，推導(dǎo)了憶阻值漂移產(chǎn)生的機(jī)理，提出了

4、用雙極性脈沖的對(duì)稱性減少這種誤差?；诖嗽O(shè)計(jì)了一種產(chǎn)生對(duì)稱脈沖信號(hào)電路，將其用于憶阻器突觸，減少了突觸模擬誤差，并進(jìn)行了數(shù)值分析和仿真比較，驗(yàn)證了所提出方法的有效性。
　　(3)基于雙極性脈沖發(fā)生器的憶阻突觸結(jié)構(gòu)，將其與細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)造優(yōu)化的憶阻突觸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由于減少了憶阻值漂移造成的誤差，它的突觸權(quán)值模擬更為精確。在細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，利用模板算子和圖像像素的二值進(jìn)行卷積能夠?qū)崿F(xiàn)一些圖像處理功能，這種模板算子通常是數(shù)值構(gòu)成的