脉冲神经网络拓扑结构的模型构建与仿真分析

摘要

在信息化的大背景下，环境中充斥着各种各样的电磁场，电子系统在这样的环境中长期运行，会引起部件故障导致系统的工作性能下降。虽然人们采取了诸如接地、屏蔽、滤波等传统手段尽量降低电磁对电子系统的干扰，如何从根本上提高电子系统的可靠性是一个棘手的问题。面对复杂电磁环境，生物体在神经系统的调控下表现出的自组织、自修复、自适应的特性成为人们关注的焦点。本文围绕所构建的具有STDP机制的脉冲前馈神经网络对什么样的干扰有抗扰作用，抗扰能力有多大的问题展开研究。主要工作如下：
　　（1）单个神经元的抗扰研究。通过对多突触前输入单个突触后输出连接模型中的突触后神经元添加噪声和减少突触前神经元的输入两种干扰，观察干扰对单个神经元信息编码的影响。研究结果表明，单个神经元对加噪声的刺激电流和突触前输入数量减少具有一定程度的频率抗扰能力。
　　（2）脉冲神经元网络的抗扰研究。构建多层前馈神经元网络，进行网络输入层引入噪声和损伤输入层节点两种方式的仿真实验，探究网络的抗扰能力。结果表明，基于STDP机制的前馈脉冲神经网络对输入层刺激电流的噪声具有抗扰能力，对一定程度的节点损伤具有频率抗扰作用。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 脉冲神经网络的研究现状

1.2.2 突触可塑性的研究现状

1.3 研究内容和创新点

第二章 多突触前单突触后神经元网络模型的仿真

2.1 生物神经元

2.1.1 神经元脉冲的产生机制

2.1.2 神经元的信息编码

2.2 脉冲神经元模型的选择

2.3 网络中的Izhikevich神经元

2.3.1 Izhikevich神经元模型的放电模式

2.3.2 接收突触前输入的Izhikevich神经元模型

2.4 STDP机制对突触权重分布的影响

2.5 干扰对突触后神经元信息编码的影响

2.5.1 噪声对突触后神经元信息编码的影响

2.5.2 突触前输入数量对突触后神经元信息编码的影响

2.6 本章小结

第三章 脉冲神经网络的构建与仿真分析

3.1 神经元网络的拓扑结构

3.2 脉冲神经网络模型的构建

3.3 脉冲神经网络的抗扰仿真分析

3.3.1 输入层电流受干扰仿真分析

3.3.2 输入层节点受损伤仿真分析

第四章 总结与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢