【摘 要】
:
人工智能和脑科学的研究正处于快速发展阶段,从脑科学研究的新视角探讨脑启发的人工智能是目前科学研究的一个重要方向。类脑计算是高度模仿人脑信息处理机制的新型运算范式,可以有效提高类脑智能系统的性能。脉冲神经网络中神经信息采用精确定时的编码方式,使其更有利于从模型计算角度理解大脑信息处理机制。随着研究者们对脉冲神经网络研究的逐渐深入,网络规模逐渐增大使得网络模型的计算量成倍增长,导致大规模深度脉冲神经网
论文部分内容阅读
人工智能和脑科学的研究正处于快速发展阶段,从脑科学研究的新视角探讨脑启发的人工智能是目前科学研究的一个重要方向。类脑计算是高度模仿人脑信息处理机制的新型运算范式,可以有效提高类脑智能系统的性能。脉冲神经网络中神经信息采用精确定时的编码方式,使其更有利于从模型计算角度理解大脑信息处理机制。随着研究者们对脉冲神经网络研究的逐渐深入,网络规模逐渐增大使得网络模型的计算量成倍增长,导致大规模深度脉冲神经网络在缺乏硬件加速支持的冯·诺依曼结构计算机软件上仿真效率过低,难以对庞大的网络模型进行高效的模拟。因此,在充分结合现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高并行特性后,本文提出了一种多路时分复用结构(Multichannel TimeMultiplexed Architecture,MTMA)来实现高效的深度脉冲神经网络硬件架构,并基于神经形态芯片建立了威斯康星州乳腺癌诊断数据分类模型,本文的主要研究内容如下:(1)通过对脉冲响应神经元模型的分析,设计并实现了基于坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)的脉冲响应神经元FPGA数字电路。首先,对整个系统的硬件实现中用到的加/减运算、累加运算和乘法运算进行了快速准确的硬件映射。其次,通过改进CORDIC实现了脉冲响应神经元模型中的指数函数,改进CORDIC不仅保证了数据计算的准确性,还很大程度上节约了硬件资源。最后,在已经实现的运算器模块基础上实现了脉冲响应神经元模型的FPGA数字电路。(2)考虑大规模脉冲神经形态硬件实现的低能耗需求和芯片面积的限制,设计了多个神经计算单元的多路并行时分复用结构。首先,针对深度前馈脉冲神经网络结构,结合串行计算与并行计算的优缺点,提出了多神经计算单元并行的MTMA,并设计了基于MTMA的深度脉冲神经网络硬件整体结构。其次,对基于MTMA的深度脉冲神经网络硬件结构的整体工作流程进行了数字化设计,在此基础上成功实现了4种多路时分复用深度脉冲神经网络的FPGA数字电路。最后,对4种深度脉冲神经网络硬件系统进行了硬件资源和运行时间的对比,经过对比分析,8路时分复用深度脉冲神经网络硬件系统在硬件资源和运行时间上表现出优秀的性能。(3)将数据集的样本特征编码为脉冲序列,提出了基于8路时分复用结构的神经形态芯片模式分类模型,并测试了该分类模型在威斯康星州乳腺癌诊断数据集上的分类性能。首先,应用基于反馈对齐机制的深度脉冲神经网络监督学习算法训练网络,得到突触权值。其次,将训练好的突触权值固化在8路时分复用结构的神经形态芯片上。最后,使用8路时分复用结构的神经形态芯片模式分类模型对威斯康星州乳腺癌诊断数据进行了分类实验,得到训练集的分类准确率为84.58%,测试集的分类准确率为83.63%。基于神经形态芯片的分类模型与软件系统仿真的分类结果一致,说明多路时分复用深度脉冲神经网络硬件系统具有准确的计算能力。本研究提出了多路时分复用深度脉冲神经网络硬件实现方法,并在FPGA上进行了数字实现。通过相关性能比较与分类准确度的实验,充分验证了所提出的多路时分复用方法可以为神经形态硬件系统的研究提供思路。
其他文献
班本课程是一种产生于班级、塑造班级特色的课程。从目前来看,很多班级都在开设属于自己的班本课程。班本课程的开设似乎成为一种潮流。这就需要探析潮流背后的真相,找寻班本课程的真正价值所在。为此,理应从班本课程对于学校课程体系发展、班集体建设、学生发展、班主任专业成长这四个角度来探讨班本课程的独特价值。
以患者为中心的药物研发理念愈发受到国内外研究者的重视,患者报告结局(patient-reported outcome, PRO)已逐渐成为临床试验的终点观察指标之一。PRO提供直接来自患者的健康信息,在医生的临床决策中起到重要作用。但肿瘤临床试验中PRO评估方法的运用和数据解释还有待改进。核心PRO指标的选用对PRO评估标准的一致性至关重要。2021年美国FDA发布的《肿瘤临床试验运用核心患者报告
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一项新兴的信息采集与传输技术。传感器节点用来感知、采集、处理网络分布比较危险、环境区域比较复杂的监测对象信息,如果无法确定节点位置,收集到的各种监测信息将毫无意义,因此,节点定位技术成为当前WSNs迫切需要解决的问题。基于测距的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSS
针对高速公路信息人工发布所导致的反应延迟缺陷,通过合理运用高速公路微波车检器、气象检测器等信息采集设备,经过加工处理,与可变情报板产生联动,进行智能主动控制信息发布。对多个微波车检器和多个气象站多个遥测、遥信数据采用多线程分时处理,设计一个通用通信外挂模块,将采集到的数据信息保存在一个实时数据库里供共享,克服了目前信息采集独占模式的缺限。根据微波车检实时数据库,研究设计了车道占有率检测算法流程,并
复杂网络的关键节点识别研究一直是网络科学研究的焦点问题,它对于理解节点的功能和网络的性质具有重要意义。注意力流网络作为一种新兴的复杂网络,识别网络中的关键节点能帮助了解它的网络社区结构特征,提高网络的安全性。由于注意力流网络结构复杂,如何加深对网络结构的认识,哪些节点能更大程度上影响网络结构。本文针对这一问题,首先对注意力流网络中社区结构进行了探索,然后根据注意力流网络的社区结构进行网络关键节点识
车路协同是依托车路通信,保证交通安全,提高通行效率的新兴技术手段,其技术发展已成为我国乃至全世界范围内交通运输行业和工信行业科技发展的共同热点。为促进车路协同在高速公路领域应用推广,面向高速公路运行安全、效率、服务水平提升需求,提出基于车路协同的高速公交通运行能力提升整体技术思路及系统架构,以有效发挥车路协同技术优势,实现高速公路运行品质跨越式发展。
德国新表现主义画家基弗的绘画创作中,韵味绵延:节奏优美、肌理生动的补色关系在画面中跌宕起伏。风景画家丹尼尔的写生小景中,趣味十足:虚实交融和疏密皆宜的鲜灰关系在物象中挥洒自如。南方山水画派陈和西的花底作品中,诗意盎然:动静跌宕和自然和谐的冷暖关系在创作中形神俱备。以图为例进行具体解析,并汲取相应的色彩形式语言,来解决笔者画面中遇到的困难,最后力图传出达独特的个人精神。笔者《港口》、《江南》、《市场
宋代山水画在中国画发展史上具有重要意义。笔者在学习期间对宋代山水画作品进行了大量临摹和分析,过程中笔者注意到点景建筑在宋代山水画文化特性和审美意蕴中的重要作用和价值,故从点景建筑这一要素为出发点,以宋代为研究背景展开分析和讨论。本文通过对宋代山水画中点景建筑的渊源与构成类型进行梳理和归纳,检视历史纵向和同比横向下的点景建筑的发展、变化与集成,以便更精准地更合理地选择点景建筑类型进行后续讨论。从点景
文徵明作为吴门书派的领军人物,其书法诸体皆善,世人多称赞其小楷,但其亦擅隶书。文氏流传的隶书作品不多,但却是明代隶书的典型代表。自清代以来,对于明代隶书书史地位的评价普遍不高,近年来,学者的目光再次聚焦于明代吴门的文徵明隶书,明确了以文徵明为代表的吴门隶书在明代隶书中的重要地位,以及对清代和当代隶书的反思与启发。本文试从文徵明小字隶书入手,经过对文献记载的搜集和梳理,认为文氏小字隶书深受以赵孟頫为