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电子神经网络及其参数设置方法技术

技术编号:20045963 阅读:10 留言:0更新日期:2019-01-09 04:29
一种电子神经网络和电子神经网络的参数设置方法。该电子神经网络包括:突触阵列、树突阵列和海马电路;树突阵列分别与突触阵列和海马电路连接,突触阵列被配置为接收并处理输入信号组,以生成突触输出信号组;树突阵列被配置为接收并处理突触输出信号组,以生成树突输出信号组;海马电路被配置为对树突输出信号组进行求和,以得到输出信号,并根据输出信号生成神经元的动作电位。

【技术实现步骤摘要】
电子神经网络及其参数设置方法
本公开的实施例涉及一种电子神经网络和电子神经网络的参数设置方法。
技术介绍
人类的大脑发育成熟以后,人类的大脑中的神经元的数目基本不变,各种新掌握的记忆以及信息处理能力主要是依靠长出新的突触和树突连接而产生。神经系统的病变是由于一些神经元失能而无法发放电脉冲信号或者发放的电脉冲信号过强,进而不能刺激或破坏相应的突触和树突之间的连接网络造成的。当前,随着人工智能的兴起,各种用于模拟大脑行为的电路和电子元器件相应而生,比如,忆阻器可以被用于模拟生物突触的兴奋性连接和抑制性连接过程;积分电容和一些晶体管组成的电路可以被用于模拟神经元的动作电位发放功能等。
技术实现思路
本公开至少一实施例提供一种电子神经网络,包括:突触阵列、树突阵列和海马电路;所述树突阵列分别与所述突触阵列和所述海马电路连接,所述突触阵列被配置为接收并处理输入信号组,以生成突触输出信号组;所述树突阵列被配置为接收并处理所述突触输出信号组,以生成树突输出信号组;所述海马电路被配置为对所述树突输出信号组进行求和,以得到输出信号,并根据所述输出信号生成神经元的动作电位。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,所述突触阵列包括多个电子突触,所述树突阵列包括多个电子树突,每个所述电子突触包括非挥发性忆阻器或多值存储器,每个所述电子树突包括半挥发性忆阻器。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,所述突触阵列还包括多个驱动电路,所述多个驱动电路和所述多个电子突触连接,所述多个电子突触中的第i个电子突触与所述多个驱动电路中的第j个驱动电路对应连接,其中,i和j均为正整数,且i大于0且小于等于所述多个电子突触的总数量,j大于0且小于等于所述多个驱动电路的总数量,所述第i个电子突触被配置为根据所述输入信号组中的一个输入信号生成并输出中间突触输出信号,所述第j个驱动电路被配置为接收偏置电压和所述中间突触输出信号,并根据所述中间突触输出信号和所述偏置电压得到所述突触输出信号组中的一个突触输出信号。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,每个所述驱动电路与至少一个电子突触连接,以接收所述至少一个电子突触输出的中间突触输出信号。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,每个所述电子突触还包括开关元件,所述第i个电子突触的开关元件连接在所述第i个电子突触的非挥发性忆阻器或多值存储器和所述第j个驱动电路之间,且被配置为控制所述第i个电子突触的非挥发性忆阻器或多值存储器和所述第j个驱动电路之间的连接导通或断开。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,所述多个电子突触并联连接。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,所述海马电路包括动态挥发性忆阻器;或者所述海马电路包括振荡子电路;或者所述海马电路包括积分子电路和比较子电路。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络中,所述积分子电路被配置为对所述树突输出信号组进行求和,以得到所述输出信号;所述比较子电路被配置为将所述输出信号与动作电压发放阈值进行比较,在所述输出信号大于所述动作电压发放阈值时,生成并输出所述动作电位,在所述输出信号小于所述动作电压发放阈值时,无动作电位输出。本公开至少一实施例还提供一种电子神经网络的参数设置方法,包括:获取与待修复神经元对应的正常神经元的参数;根据所述正常神经元的参数设置根据上述任一项所述的电子神经网络;通过所述电子神经网络的损失函数计算所述电子神经网络的网络参数的损失值;根据所述电子神经网络的网络参数的损失值调整所述电子神经网络的网络参数,在所述电子神经网络的损失函数不满足预定条件时,重复执行上述参数调整过程,在所述电子神经网络的损失函数满足预定条件时,获得设置好的所述电子神经网络。例如,在本公开一实施例提供的电子神经网络的参数设置方法中,根据所述正常神经元的参数调整所述电子神经网络包括:获取与所述正常神经元的参数对应的调整输入信号组;利用所述电子神经网络对所述调整输入信号组进行处理,以得到调整输出信号;通过所述电子神经网络的损失函数计算所述电子神经网络的网络参数的损失值包括:获取与所述调整输入信号组对应的目标输出信号;根据所述调整输出信号和所述目标输出信号,通过所述电子神经网络的损失函数计算所述电子神经网络的网络参数的损失值。附图说明为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例,而非对本公开的限制。图1示出了本公开一实施例提供的一种电子神经网络的示意性框图;图2示出了本公开一实施例提供的一种电子神经网络的示意性结构图;图3为本公开一实施例提供的一种驱动电路的结构示意图;图4(a)和图4(b)为本公开一实施例提供的一种半挥发性忆阻器的电流-电压特性曲线图;图5为本公开一实施例提供的一种动态挥发性忆阻器的电流-电压特性曲线图;图6为本公开一实施例提供的一种电子神经网络的时序示意图;图7为本公开一实施例提供的一种电子神经网络的参数设置方法的流程图。具体实施方式为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明,本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。人的大脑主要依靠神经元和在神经元之间进行信息传递的突触来实现信息的传递和处理。神经元是大脑神经系统处理信息的基本单元,其可以用于接收、整合、过滤、存储和传递信息等,从而使人的各种机能活动有规律的进行,以适应内、外环境的变化。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位,用于执行神经元之间的信息传递的功能。目前,在类脑计算体系中,构建类脑计算体系需要大量的类神经元和类突触的电子器件,这些电子器件可以实现模拟神经元和突触的功能。人工电子神经网络是一种模拟大脑神经元通过突触相互联接的计算系统,可以进行信息处理,广泛应用于图像识别、数据分析、神经疾病治疗等领域。本公开的实施例提供一种电子神经网络和电子神经网络的参数设置方法,其可以模拟实现神经元的功能,从而能够替代生物神经网络中失能的神经元单元发放动作电位或抑制失能的神经元单元发放过强的动作电位,以刺激和修复生物突触和树突之间的连接网络。下面对本公开的实施例进行详细说明,但是本公开并不限于这些具体的实施例。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子神经网络,包括:突触阵列、树突阵列和海马电路;其中,所述树突阵列分别与所述突触阵列和所述海马电路连接,所述突触阵列被配置为接收并处理输入信号组,以生成突触输出信号组;所述树突阵列被配置为接收并处理所述突触输出信号组,以生成树突输出信号组;所述海马电路被配置为对所述树突输出信号组进行求和,以得到输出信号,并根据所述输出信号生成神经元的动作电位。

【技术特征摘要】
1.一种电子神经网络,包括:突触阵列、树突阵列和海马电路;其中,所述树突阵列分别与所述突触阵列和所述海马电路连接,所述突触阵列被配置为接收并处理输入信号组,以生成突触输出信号组;所述树突阵列被配置为接收并处理所述突触输出信号组,以生成树突输出信号组;所述海马电路被配置为对所述树突输出信号组进行求和,以得到输出信号,并根据所述输出信号生成神经元的动作电位。2.根据权利要求1所述的电子神经网络,其中,所述突触阵列包括多个电子突触,所述树突阵列包括多个电子树突,每个所述电子突触包括非挥发性忆阻器或多值存储器,每个所述电子树突包括半挥发性忆阻器。3.根据权利要求2所述的电子神经网络,其中,所述突触阵列还包括多个驱动电路,所述多个驱动电路和所述多个电子突触连接,所述多个电子突触中的第i个电子突触与所述多个驱动电路中的第j个驱动电路对应连接,其中,i和j均为正整数,且i大于0且小于等于所述多个电子突触的总数量,j大于0且小于等于所述多个驱动电路的总数量,所述第i个电子突触被配置为根据所述输入信号组中的一个输入信号生成并输出中间突触输出信号,所述第j个驱动电路被配置为接收偏置电压和所述中间突触输出信号,并根据所述中间突触输出信号和所述偏置电压得到所述突触输出信号组中的一个突触输出信号。4.根据权利要求3所述的电子神经网络,其中,每个所述驱动电路与至少一个电子突触连接,以接收所述至少一个电子突触输出的中间突触输出信号。5.根据权利要求3所述的电子神经网络,其中,每个所述电子突触还包括开关元件,所述第i个电子突触的开关元件连接在所述第i个电子突触的非挥发性忆阻器或多值存储器和所述第j个驱动电路之间,且被配置为控制所述第i个电子突触的非挥发性忆阻器或多值存储器和...

【专利技术属性】
技术研发人员:李辛毅吴华强钱鹤高滨
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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