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1、基于忆阻的神经联想记忆基于忆阻的神经联想记忆分析和综合分析和综合报告人报告人:吴爱龙吴爱龙 1 忆阻的记忆性分析 2 基于连续的忆阻神经网络的联想记忆 3 基于不连续的忆阻神经网络的联想记忆 4 基于广义的忆阻神经网络族的联想记忆我们当前的工作 研究背景1.人工智能技术对数据处理能力的更高要求机器视觉2.信息存储领域对电子存储器的重大需求 计算机存储（例如2012年平板电脑全球1.189亿台）消费电子（例如国内手机超10亿用户）网络存储（2010年销售额为260亿美元）嵌入式存储（例如eMMC 2014年将达4.8亿块）军用电子人的大脑既是一个高性能的处理器也是一个大容量的存储器科学研究者们开
2、始思考人脑是如何处理和记忆信息的从神经生物解剖学的角度研究从数学建模和物理学的角度研究心理学家MeCulloch和数学家Pitts的MP神经网络模型;神经心理学家Hebb提出的Hebb规则；Rosenblatt的模型为感知器模型Widrow的自适应的线性神经网络模型；Kohonen的自组织映射模型；Fukushima的认知机模型；Grossberg的关于感知器的共振适应理论；Anderson的盒中脑模型；递归神经网络模型（Hopfield神经网络模型；细胞神经网络模型；C-G神经网络模型）等。在神经网络的电路实现过程，通常是用电阻来实现神经处理单元之间的连接。但是电阻的阻值是不变的，没有很好的
3、反应突触的强度是可变的这一特性。记忆模式通常表现为神经网络状态空间中的吸引子：渐近稳定的平衡点或极限环人工神经系统常用来设计联想记忆，而吸引子的个数代表了网络的记忆容量。Grassi提出的基于伪逆矩阵的设计方法；刘德荣教授的基于奇异值分解的方法和基于感知器的方法；Szolgay的基于Hebbian学习规则的方法；Park基于线性矩阵不等式的方法；曾志刚教授提出的高容量（吸引子个数为2n）的联想记忆设计方法等。联想记忆设计对于不同记忆任务，需要用不同的电路实现如何处理对于不同记忆任务，只需要用一个电路来实现？数据处理数据处理存储应用存储应用构建基于忆阻的神经网络构建基于忆阻的神经网络模型模型将忆
4、阻将忆阻作为作为“电子神经元电子神经元突触突触”进行逻辑运算进行逻辑运算解决瓶解决瓶颈难题颈难题容量有限容量有限容错性低容错性低参数庞大参数庞大结构复杂结构复杂开发开发基于忆阻的自联想记忆和异联想记忆基于忆阻的自联想记忆和异联想记忆发展发展用基于忆阻神经网络的联想记忆实现信息储存用基于忆阻神经网络的联想记忆实现信息储存研究架构基于不连续忆阻神经网络的联想记忆分析与综合忆阻的记忆性分析基于连续忆阻神经网络的联想记忆分析与综合基于广义忆阻神经网络族的联想记忆分析与综合123研究了不连续忆阻递归神经网络模型，并得到每个网络有多个吸引子的条件4用积分常数分析了单个忆阻，多个忆阻串并联的记忆性质，得出了
5、忆阻存在阈值电压考虑历史和未来信息对人的决策的影响，讨论了广义神经网络吸引子簇的存在性探讨了忆阻神经网络模型，用一个人工神经网络电路实现了多个记忆任务4相关工作的创新点 忆阻的记忆性分析19711971年年,美国加州美国加州大大学伯克利分校的学伯克利分校的L.O.ChuaL.O.Chua教授教授在他的论文在他的论文MemristorMemristorthe missing circuit elementthe missing circuit element中中预测预测了了第四种第四种电路元件忆阻器的存在电路元件忆阻器的存在。L.O.Chua,“Memristorthe missing circ
6、uit element,”IEEE Trans.Circuit Theory,vol.18,no.5,pp.507-519,1971.美国惠普公司制造出忆阻的实物模型美国惠普公司制造出忆阻的实物模型在在20082008年年5 5月发表的月发表的自然自然（NatureNature）杂志上，美国惠普公司）杂志上，美国惠普公司实验室的斯坦实验室的斯坦 威廉斯和同事在进行极小型电路实验时终于制造威廉斯和同事在进行极小型电路实验时终于制造出出忆阻的实物模型忆阻的实物模型D.B.Strukov,G.S.Snider,D.R.Stewart,and R.S.Williams,“The missing mem
7、ristor found,”Nature,vol.453,pp.80-83,2008.惠普固体忆阻器模型Wang F.Y.推导了忆阻两端电压和电流的关系式;Drakakis E.M.用伯努利动力学方程也得出了忆阻两端电压和电流的关系式。Frank指出忆阻的记忆性归因于积分常数，但没有做出分析。从上面的表达式中可以看出，积分常数是初始值的二次函数。因而可以用积分常数来分析忆阻的记忆性。我们用伏安法和积分常数分析忆阻的记忆性。用得出的忆阻两端电流和电压的关系式做仿真，得出忆阻存在一个阈值电压即当输入电压大于阈值电压时忆阻的阻值发生改变；反之则不变。多个忆阻同向串联等效为一个忆阻；多个忆阻同向并联等
8、效为一个忆阻；两个忆阻反向串联，忆阻的记忆性受到抑制；两个忆阻反向并联，忆阻的记忆性得到增强；多个忆阻串联或者并联，我们得到一个积分常数向量，向量中的每一个分量记住了串并联 中每一个忆阻的初始值。忆阻递归神经网络电路图连续的忆阻神经网络模型 忆阻神经网络的系数与忆阻阻值之间的关系式网络中的连接由忆阻和脉冲生成器构成连续的忆阻神经网络可以是一个单稳定的神经网络序列；连续的忆阻神经网络也可以是一个多稳定的神经网络序列；连续的忆阻神经网络可以在单稳定和多稳定的网络之间切换；在周期的外部输入下，网络的系数是有界的周期函数给出基于忆阻神经网络的联想记忆设计，用一个人工神经网络电路实现了多个记忆任务。主要
9、的一些初步成果不连续的忆阻神经网络反馈函数：在神经网络的状态空间上为不连续的分段常数函数。反馈函数的图形不连续的忆阻神经网络是一个神经网络序列；根据反馈函数的特点对状态空间做划分，是一个比较有效的处理手段；给出了基于不连续忆阻神经网络的联想记忆设计程序。主要的一些初步成果Matlab仿真得出例子中的网络有49个吸引子在传统神经网络中加入了模糊逻辑和广义型的常数变量广义神经网络族的联想记忆1.考虑历史和未来信息对于人的决策的影响，引入了广义的分段常数变量，更好地模拟人脑的记忆功能。2.考虑了在神经网络的实现可能出现的参数偏差，假定网络的参数在一个区间内变化。3.在模型中引入模糊逻辑使得网络适合表达基于规则的知识。广义神经网络族的一些特点考虑了外界对网络簇中的每一个网络的参数的扰动，用数值迭代的方法讨论网络的存在和唯一性；用单调拟合逼近的方法给出网络鲁棒渐近行为，从而得出了网络存在吸引子。主要的一些初步成果谢谢大家谢谢大家