一种基于忆阻器的情景记忆电路及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于忆阻器的情景记忆电路及其操作方法，电路包括编码电路和检索电路；编码电路可以根据事件本身及其相关特征对事件进行编码并存储于电路中，通过擦除信号对已存信息进行擦除，并将产生的记忆痕迹信号作为下级电路的输入信号；检索电路能够将记忆痕迹信号和检索信号相互匹配进而产生相应的情景记忆行为；本发明专利技术可以根据施加的相关脉冲操作，模拟生物的情景记忆行为。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于人工神经网络领域，更具体地，涉及一种基于忆阻器的情景记忆电路及其操作方法。
技术介绍
情景记忆是一种区别于语义记忆的陈述性记忆，其特点在于能够将存储在大脑内部的记忆痕迹和从外界感知来的刺激信号(检索线索)相互匹配，进而产生情景信号，并通过情景信号来控制生物体的回忆和识别的生理行为。情景记忆是一种高级的认知行为，其构成了生物体对于事件及其发生时间、地点的联系，这对于生命体进行基本的生命活动有重要意义。情景记忆的生物学基础是联合学习，在其模型中，一般将情景记忆分为两个过程，即编码过程(encoding)和检索过程(echpory)，其中编码过程将事件及其相应特征整合并保存于生物大脑内，检索过程将记忆痕迹和外界刺激信号匹配，产生情景信号。情景记忆体现了针对个体的智能记忆和识别行为，对于解决大数据时代下信息爆炸现状，提高计算机的存储容量和信息分析检索能力，以及开发研究智能机器人，实现机器人多层次识别具有指导意义。目前，在人工神经网络对于情景记忆的研究处在起步阶段，通常是通过模拟仿真的方法提供一些情景记忆的概念模型和相应的操作方法，很难实现具体的情景记忆电路来模拟相应的情景记忆功能。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可以用于模拟生物情景记忆编码过程和检索过程的基于忆阻器的情景记忆电路。本专利技术提供了一种基于忆阻器的情景记忆电路，包括：依次连接的编码电路和检索电路；所述编码电路包括第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一忆阻器M1的一端作为所述编码电路的第一输入端，所述第一忆阻器M1的另一端通过依次串联连接的所述第一电阻R1和所述第五电阻R5接地，所述第一忆阻器M1的另一端作为所述编码电路的第二输入端；所述第二忆阻器M2的一端作为所述编码电路的第三输入端，所述第二忆阻器M2的另一端作为所述编码电路的第四输入端，所述第二忆阻器M2的另一端还连接至所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第三忆阻器M3的一端作为所述编码电路的第五输入端，所述第三忆阻器M3的另一端作为所述编码电路的第六输入端，所述第三忆阻器M3的另一端还连接至所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第四电阻R4的一端作为所述编码电路的第七输入端，所述第四电阻R4的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端作为所述编码电路的输出端；所述检索电路包括依次串联连接的忆阻器M和定值电阻R，所述定值电阻R和所述忆阻器M的非串联端作为所述检索电路的第一输入端，所述忆阻器M的串联端作为所述检索电路的第二输入端，所述忆阻器M的串联端还作为所述检索电路的输出端；所述定值电阻R的另一端接地。更进一步地，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2和所述第三忆阻器M3相同，且所述第一电阻R1的阻值、第二电阻R2的阻值、第三电阻R3的阻值和第五电阻R5的阻值等于所述第一忆阻器的低阻阻值，所述第四电阻R4的阻值等于所述第五电阻R5的阻值的一半；所述定值电阻的阻值等于所述第一忆阻器的低阻阻值。更进一步地，所述编码电路的第一输入端和第二输入端分别用于接收第一编码信号的事件刺激信号和环境刺激信号；所述编码电路第三输入端和第四输入端分别用于接收第二编码信号的事件刺激信号和环境刺激信号；所述编码电路第五输入端和第六输入端分别用于接收第三编码信号的事件刺激信号和环境刺激信号；所述编码电路第七输入端用于接收第四编码信号；所述编码电路的输出端用于输出情景记忆的记忆痕迹信号，并作为所述检索电路的输入信号；其中所述第一编码信号、所述第二编码信号和所述第三编码信号分别作为情景记忆内容的事件、时间和地点三个元素信号，所述第四编码信号作为情景记忆的其他记忆内容，用于容纳更多记忆内容的扩充。更进一步地，所述第一忆阻器包括依次电连接的第一电极层、功能材料层和第二电极层。更进一步地，所述功能材料层为氧化物功能材料层TiOx、TaOx、WOx、CuOx、AlOx、NiOx、HfOx、ZrOx、SiOx、NbOx、VOx或GeOx。更进一步地，所述功能材料层为硫系化合物功能材料层GeSe、Ag2Se、Ag2S、Cu2S、GeSx、Ge2Sb2Te5、GeTe或AgInSbTe。更进一步地，所述功能材料层为钙钛矿结构功能材料层SrTiO3、BaTiO3、BiFeO3、CaMnO3、PrMnO3或La0.7Sr0.3MnO3。本专利技术还提供了一种基于上述的情景记忆电路的操作方法，所述操作方法包括编码步骤、擦除步骤和读取步骤；所述编码步骤包括：通过同时在所述编码电路的第一输入端至第六输入端分别输入第一编码信息的事件信号、第二编码信息的事件信号、第三编码信息的事件信号、第一编码信息的环境信号、第二编码信息的环境信号和第三编码信息的环境信号来实现编码操作；所述擦除步骤包括通过同时在所述编码电路的第二输入端、第四输入端和第六输入端分别输入第一编码信息的擦除信号、第二编码信息的擦除信号和第三编码信息的擦除信
号来实现擦除操作；所述读取步骤包括通过依次在所述编码电路的第一输入端、第三输入端、第五输入端和第七输入端施加读取信号，来读取相应的编码信息和扩展信息，形成一列时序脉冲。更进一步地，同时在所述检索电路的第一输入端输入记忆痕迹信号，在第二输入端输入检索信号，将两个信号进行匹配后由输出端输出情景记忆信号。本专利技术提供了情景记忆电路以及相应的操作方法来模拟生物体的情景记忆生理行为。情景记忆电路可以根据联合学习的原则来存储情景记忆的记忆痕迹，并利用外界的检索信息实现记忆痕迹的回忆。附图说明图1是本专利技术提供的基于忆阻器的情景记忆电路的编码电路；图2是本专利技术提供的基于忆阻器的情景记忆电路的检索电路；图3是本专利技术提供的基于忆阻器的情景记忆电路中使用的忆阻器的器件原型及其电阻电压特性曲线；其中图3(a)是忆阻器的器件原型；图3(b)是忆阻器的电阻电压特性曲线；图4是本专利技术提供的情景记忆编码过程的编码-读取方法；其中图4(a)是第一、二、三编码信息编码及相应读取方法；图4(b)是第一、二编码信息编码及相应的读取方法；图4(c)是第一编码信息编码及相应的读取方法；图4(d)是没有信息编码过程的相应的读取方法；图5是本专利技术提供的情景记忆编码过程的擦除-读取方法；其中图5(a)是第三编码信息擦除及相应的读取方法；图5(b)是第二、三编码信息擦除及相应的读取方法；图5(c)是第一、二、三编码信息擦除及相应的读取方法；图6是本专利技术提供的情景记忆检索操作方法中匹配精度对于情景记忆的影响，其中图6(a)是在记忆痕迹不变下，无编码元素匹配下的情景记忆检索操作；图6(b)是在记忆痕迹不变下，第一编码元素匹配下的情景
记忆检索操作；图6(c)是在记忆痕迹不变下，第一、二编码元素匹配下的情景记忆检索操作；图6(d)是在记忆痕迹不变下，第一、二、三编码元素匹配下的情景记忆检索操作；图7是本专利技术提供的情景记忆检索操作方法中检索信号强度对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于忆阻器的情景记忆电路，其特征在于，包括：依次连接的编码电路和检索电路；所述编码电路包括第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一忆阻器M1的一端作为所述编码电路的第一输入端(101)，所述第一忆阻器M1的另一端通过依次串联连接的所述第一电阻R1和所述第五电阻R5接地，所述第一忆阻器M1的另一端作为所述编码电路的第二输入端(102)；所述第二忆阻器M2的一端作为所述编码电路的第三输入端(103)，所述第二忆阻器M2的另一端作为所述编码电路的第四输入端(104)，所述第二忆阻器M2的另一端还连接至所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第三忆阻器M3的一端作为所述编码电路的第五输入端(105)，所述第三忆阻器M3的另一端作为所述编码电路的第六输入端(106)，所述第三忆阻器M3的另一端还连接至所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第四电阻R4的一端作为所述编码电路的第七输入端(107)，所述第四电阻R4的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端作为所述编码电路的输出端(108)；所述检索电路包括依次串联连接的忆阻器M和定值电阻R，所述定值电阻R和所述忆阻器M的非串联端作为所述检索电路的第一输入端(201)，所述忆阻器M的串联端作为所述检索电路的第二输入端(202)，所述忆阻器M的串联端还作为所述检索电路的输出端(203)；所述定值电阻R的另一端接地。...

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的情景记忆电路，其特征在于，包括：依次连接的编码电路和检索电路；所述编码电路包括第一忆阻器M1、第二忆阻器M2、第三忆阻器M3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一忆阻器M1的一端作为所述编码电路的第一输入端(101)，所述第一忆阻器M1的另一端通过依次串联连接的所述第一电阻R1和所述第五电阻R5接地，所述第一忆阻器M1的另一端作为所述编码电路的第二输入端(102)；所述第二忆阻器M2的一端作为所述编码电路的第三输入端(103)，所述第二忆阻器M2的另一端作为所述编码电路的第四输入端(104)，所述第二忆阻器M2的另一端还连接至所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第三忆阻器M3的一端作为所述编码电路的第五输入端(105)，所述第三忆阻器M3的另一端作为所述编码电路的第六输入端(106)，所述第三忆阻器M3的另一端还连接至所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第四电阻R4的一端作为所述编码电路的第七输入端(107)，所述第四电阻R4的另一端连接至所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端；所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的串联连接端作为所述编码电路的输出端(108)；所述检索电路包括依次串联连接的忆阻器M和定值电阻R，所述定值电阻R和所述忆阻器M的非串联端作为所述检索电路的第一输入端(201)，所述忆阻器M的串联端作为所述检索电路的第二输入端(202)，所述忆阻器M的串联端还作为所述检索电路的输出端(203)；所述定值电阻R的另一端接地。2.如权利要求1所述的情景记忆电路，其特征在于，所述第一忆阻器M1、所述第二忆阻器M2和所述第三忆阻器M3相同，且所述第一电阻R1的阻值、第二电阻R2的阻值、第三电阻R3的阻值和第五电阻R5的阻值等于所述第一忆阻器的低阻阻值，所述第四电阻R4的阻值等于所述第五电阻R5的阻值的一半；所述定值电阻的阻值等于所述第一忆阻器的低阻阻值。3.如权利要求1或2所述的情景记忆电路，其特征在于，所述编码电路的第一输入端(101)和第二输入端(102)分别用于接收第一编码信号的事件刺激信号和环境刺激信号；所述编码电路第三输入端(103)和第四输入端(104)分别用于接收第二编码信号的事件刺激信号和环境刺激信号；所述编码电路第五输...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，许磊，李祎，段念，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42