本發(fā)明涉及人工智能領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

神經(jīng)計(jì)算是自然計(jì)算的重要分支之一，旨在將人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)中存儲信息和智能處理信息的方式抽象為可執(zhí)行計(jì)算的模型。脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)是一類脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，是受人腦所蘊(yùn)含的計(jì)算智能啟發(fā)得到的高性能神經(jīng)計(jì)算模型。

現(xiàn)有技術(shù)的主要特點(diǎn)在于使用的神經(jīng)計(jì)算單元的種類太多，從而造成神經(jīng)電路的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，計(jì)算效率低，計(jì)算準(zhǔn)確率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門設(shè)計(jì)方法，利用神經(jīng)元的級聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和并行處理，最終實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯計(jì)算的功能，具有分布式并行的計(jì)算特性，可以為神經(jīng)電路的實(shí)現(xiàn)提供可行的計(jì)算模型。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門設(shè)計(jì)方法，基于脈沖累加信息編碼方式，使用統(tǒng)一的神經(jīng)計(jì)算單元，統(tǒng)一神經(jīng)計(jì)算單元的激發(fā)表達(dá)式為a^*/a→a，其中字母a表示脈沖，脈沖的累加表示為字母a的多重集，a^*表示為任意數(shù)目的累加脈沖；a→a的含義為：“→”左邊的脈沖a表示消耗的脈沖數(shù)為1，“→”右邊的脈沖a表示傳遞給臨近神經(jīng)計(jì)算單元的脈沖數(shù)為1；a^*/a→a的含義為：神經(jīng)計(jì)算單元中無論積累多少個脈沖，神經(jīng)計(jì)算單元都將激發(fā)，每次消耗1個脈沖，向外發(fā)送1個脈沖，直至所包含的脈沖數(shù)目變?yōu)?；

邏輯異或門中，第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁接收第一輸入信號，第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂接收第二輸入信號；第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第五神經(jīng)計(jì)算單元3發(fā)送脈沖；第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第六神經(jīng)計(jì)算單元4發(fā)送脈沖；第三神經(jīng)計(jì)算單元1使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第五神經(jīng)計(jì)算單元3發(fā)送二次，每次一個脈沖；第四神經(jīng)計(jì)算單元2使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第六神經(jīng)計(jì)算單元4發(fā)送三次，每次一個脈沖；所述第五神經(jīng)計(jì)算單元3使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第七神經(jīng)計(jì)算單元out發(fā)送脈沖；所述第六神經(jīng)計(jì)算單元4使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第七神經(jīng)計(jì)算單元out發(fā)送脈沖；

第一信息過濾單元ast₁分別與第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂、第四神經(jīng)計(jì)算單元2到第六神經(jīng)計(jì)算單元4的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較；

第二信息過濾單元ast₂分別與第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁、第三神經(jīng)計(jì)算單元1到第五神經(jīng)計(jì)算單元3的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較；

第三信息過濾單元ast₃分別與第五神經(jīng)計(jì)算單元3、第六神經(jīng)計(jì)算單元4到第七神經(jīng)計(jì)算單元out的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較；

情況1：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目大于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將被信息過濾單元進(jìn)行過濾移除，此時脈沖無法通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元；

情況2：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目小于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將順利通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元；

本發(fā)明的有益效果是：

(1)將構(gòu)造邏輯異或門使用的神經(jīng)計(jì)算單元種類降至最少的1種，這有助于利用統(tǒng)一的神經(jīng)計(jì)算單元實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電路；

(2)利用神經(jīng)元的級聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和并行處理，最終實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯計(jì)算的功能，具有分布式并行的計(jì)算特性，可以為神經(jīng)電路的實(shí)現(xiàn)提供可行的計(jì)算模型。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的神經(jīng)計(jì)算單元的示意圖；

圖2為本發(fā)明的信息過濾單元的示意圖；

圖3為本發(fā)明的邏輯異或門的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提出了一種基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門設(shè)計(jì)方法，基于脈沖累加信息編碼方式，使用統(tǒng)一神經(jīng)計(jì)算單元(也稱為勻質(zhì)神經(jīng)計(jì)算單元)，輔以1類信息過濾單元，通過神經(jīng)計(jì)算單元和信息過濾單元的級聯(lián)實(shí)現(xiàn)了邏輯異或門的計(jì)算過程。

如圖1所示，統(tǒng)一神經(jīng)計(jì)算單元的激發(fā)表達(dá)式表示為a^*/a→a，其中以字母a表示脈沖，脈沖的累加表示為字母a的多重集(如k個脈沖的累加表示為a^k)。上述激發(fā)表達(dá)式中，a^*表示為任意數(shù)目的累加脈沖；a→a的含義為：“→”左邊的脈沖a表示消耗的脈沖數(shù)為1，“→”右邊的脈沖a表示傳遞給臨近神經(jīng)元的脈沖數(shù)為1；a^*/a→a的含義為：神經(jīng)計(jì)算單元中無論積累多少個脈沖，神經(jīng)元都將激發(fā)，每次消耗1個脈沖，向外發(fā)送1個脈沖，直至所包含的脈沖數(shù)目變?yōu)?。

如圖2所示，信息過濾單元與多條突觸連接，突觸是連接神經(jīng)計(jì)算單元和脈沖傳遞的通道。某一時刻，該神經(jīng)過濾單元連接的突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較：

情況1：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目大于等于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將被信息過濾單元進(jìn)行過濾移除，此時脈沖無法通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元；

情況2：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目小于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將順利通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元。

本發(fā)明采取脈沖累加的方式對信息進(jìn)行編碼。若讀取數(shù)字為1，則神經(jīng)計(jì)算單元輸入2個脈沖a²；若讀取數(shù)字為0，則神經(jīng)計(jì)算單元輸入1個脈沖a。基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)構(gòu)建的邏輯異或門的計(jì)算結(jié)果編碼為脈沖形式：若計(jì)算結(jié)果為1，則系統(tǒng)終值計(jì)算時發(fā)送出2個脈沖；若計(jì)算結(jié)果為0，則系統(tǒng)終值計(jì)算時發(fā)送出1個脈沖。

本發(fā)明基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門如圖3所示，第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁接收第一輸入信號，第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂接收第二輸入信號；第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第五神經(jīng)計(jì)算單元3發(fā)送脈沖；第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第六神經(jīng)計(jì)算單元4發(fā)送脈沖；第三神經(jīng)計(jì)算單元1使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第五神經(jīng)計(jì)算單元3發(fā)送二次，每次一個脈沖；第四神經(jīng)計(jì)算單元2使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第六神經(jīng)計(jì)算單元4發(fā)送三次，每次一個脈沖；所述第五神經(jīng)計(jì)算單元3使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第七神經(jīng)計(jì)算單元out發(fā)送脈沖；所述第六神經(jīng)計(jì)算單元4使用a^*/a→a激發(fā)方式，通過突觸向第七神經(jīng)計(jì)算單元out發(fā)送脈沖。

第一信息過濾單元ast₁分別與第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂、第四神經(jīng)計(jì)算單元2到第六神經(jīng)計(jì)算單元4的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較。

第二信息過濾單元ast₂分別與第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁、第三神經(jīng)計(jì)算單元1到第五神經(jīng)計(jì)算單元3的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較。

第三信息過濾單元ast₃分別與第五神經(jīng)計(jì)算單元3、第六神經(jīng)計(jì)算單元4到第七神經(jīng)計(jì)算單元out的二條突觸連接，將突觸上正在傳遞的脈沖數(shù)目與其預(yù)設(shè)的閾值t＝2進(jìn)行比較。

情況1：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目大于等于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將被信息過濾單元進(jìn)行過濾移除，此時脈沖無法通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元；

情況2：如果正在傳遞的脈沖數(shù)目小于信息過濾單元的閾值t＝2，那么這些脈沖將順利通過突觸到達(dá)目標(biāo)神經(jīng)計(jì)算單元。

下面給出本發(fā)明邏輯異或門計(jì)算過程的一個具體實(shí)施例，以輸入為x₁＝0和x₂＝0為例：

以輸入為x₁＝0和x₂＝0為例，則第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁和第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂分別收到1個脈沖。第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁和第三神經(jīng)計(jì)算單元1分別使用a^*/a→a激發(fā)，向第五神經(jīng)計(jì)算單元3發(fā)送2個脈沖。第二信息過濾單元ast₂分別與第一神經(jīng)計(jì)算單元in₁、第三神經(jīng)計(jì)算單元1到第六神經(jīng)計(jì)算單元4的二條突觸連接上。由于第二信息過濾單元ast₂的閾值為2，而且這兩條突觸上傳遞的脈沖數(shù)為2恰好等于第三信息過濾單元ast₃的閾值，因此這2個脈沖將被過濾掉，無法到達(dá)第五神經(jīng)計(jì)算單元3。第三神經(jīng)計(jì)算單元1剩余1個脈沖(收到2個脈沖，消耗1個脈沖)。第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂和第四神經(jīng)計(jì)算單元2分別使用a^*/a→a激發(fā)，向第六神經(jīng)計(jì)算單元4發(fā)送2個脈沖。第一信息過濾單元ast₁分別與第二神經(jīng)計(jì)算單元in₂、第四神經(jīng)計(jì)算單元2到第六神經(jīng)計(jì)算單元4的二條突觸連接上。由于第二信息過濾單元ast₂的閾值為2，而且其所連接的突觸上傳遞脈沖數(shù)為2恰好等于第三信息過濾單元ast₃的閾值，因此這2個脈沖將被過濾掉，無法到達(dá)第六神經(jīng)計(jì)算單元4。第四神經(jīng)計(jì)算單元1剩余2個脈沖(包含3個脈沖，消耗1個脈沖)。第三神經(jīng)計(jì)算單元1剩余1個脈沖，將通過使用a^*/a→a再次激發(fā)，發(fā)送1個脈沖至第五神經(jīng)元。第四神經(jīng)計(jì)算單元2剩余2個脈沖，將通過使用a^*/a→a再次激發(fā)(消耗1個脈沖，剩余1個脈沖)，發(fā)送1個脈沖至第六神經(jīng)元4。第五神經(jīng)計(jì)算單元3和第六神經(jīng)計(jì)算單元4，分別向第七神經(jīng)計(jì)算單元out發(fā)送1個脈沖。第三信息過濾單元ast₃分別與第五神經(jīng)計(jì)算單元3、第六神經(jīng)計(jì)算單元4到第七神經(jīng)計(jì)算單元out的二條突觸連接。由于第三信息過濾單元ast₃的閾值為2，而且這兩條突觸傳遞的脈沖數(shù)為2恰好等于第三信息過濾單元ast₃的閾值，因此這2個脈沖將被過濾掉，無法到達(dá)第七神經(jīng)計(jì)算單元out。第四神經(jīng)計(jì)算單元剩余1個脈沖，它將通過使用a^*/a→a第三次激發(fā)，發(fā)送1個脈沖至第六神經(jīng)計(jì)算單元4。通過接收這個脈沖，第六神經(jīng)計(jì)算單元4也將再次激發(fā)，發(fā)送1個脈沖至第七神經(jīng)計(jì)算單元out。第七神經(jīng)計(jì)算單元out通過使用a^*/a→a激發(fā)方式，向環(huán)境發(fā)送1個脈沖，表示系統(tǒng)輸入為x₁＝0和x₂＝0，計(jì)算結(jié)果為0。

類似的，當(dāng)輸入為x₁＝0，x₂＝1和x₁＝1，x₂＝0時，計(jì)算結(jié)果為1；x₁＝1，x₂＝1時，計(jì)算結(jié)果為0。

本發(fā)明基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)和勻質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的邏輯異或門設(shè)計(jì)方法，將構(gòu)造邏輯異或門使用的神經(jīng)計(jì)算單元種類降至最少的1種，這有助于利用統(tǒng)一的神經(jīng)計(jì)算單元實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電路；利用神經(jīng)元的級聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和并行處理，最終實(shí)現(xiàn)執(zhí)行邏輯計(jì)算的功能，具有分布式并行的計(jì)算特性，可以為神經(jīng)電路的實(shí)現(xiàn)提供可行的計(jì)算模型。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。