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STDP依赖的脉冲时间构建仿真:基于STDP的脉冲神经网络模拟

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简介:
本研究探讨了通过尖峰时间依赖可塑性(STDP)机制来建立和优化脉冲神经网络中连接权重的方法,进行了详尽的仿真分析。 尖峰时序相关构造是一种算法,它依据Hebbian尖峰时序相关可塑性(STDP)下的适应机制,在初始神经元群体的基础上“生长”出尖峰网络。这种机制模仿了生物神经网络的自适应过程,根据突触前和突触后神经元产生的脉冲时间差调整突触强度。当一个突触前神经元在另一个突触后神经元产生脉冲之前不久发出脉冲时,不对称Hebbian STDP会导致兴奋性突触效能增强。 该构造算法将STDP与模拟神经元作为更大神经系统中特定子群存在的假设结合在一起。若最近活跃的输入神经元集合缺乏具有相同连接特性的关联模拟神经元,则假定存在外部神经元,并且这些外部神经元会发出脉冲信号。在Hebbian STDP的作用下,这将导致与该外部神经元之间的联系加强,并形成与近期活动频繁的输入神经元的功能性联结。 随后,这个假设中的外部神经元会被加入到模拟的神经网络中,它连接着一组活跃的输入神经元。这种方法已被开发用于随机二维神经元场的应用场景下尖峰时序相的研究。

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  • STDP仿STDP
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    本研究探讨了通过尖峰时间依赖可塑性(STDP)机制来建立和优化脉冲神经网络中连接权重的方法,进行了详尽的仿真分析。 尖峰时序相关构造是一种算法,它依据Hebbian尖峰时序相关可塑性(STDP)下的适应机制,在初始神经元群体的基础上“生长”出尖峰网络。这种机制模仿了生物神经网络的自适应过程,根据突触前和突触后神经元产生的脉冲时间差调整突触强度。当一个突触前神经元在另一个突触后神经元产生脉冲之前不久发出脉冲时,不对称Hebbian STDP会导致兴奋性突触效能增强。 该构造算法将STDP与模拟神经元作为更大神经系统中特定子群存在的假设结合在一起。若最近活跃的输入神经元集合缺乏具有相同连接特性的关联模拟神经元,则假定存在外部神经元,并且这些外部神经元会发出脉冲信号。在Hebbian STDP的作用下,这将导致与该外部神经元之间的联系加强,并形成与近期活动频繁的输入神经元的功能性联结。 随后,这个假设中的外部神经元会被加入到模拟的神经网络中,它连接着一组活跃的输入神经元。这种方法已被开发用于随机二维神经元场的应用场景下尖峰时序相的研究。
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    神经脉冲网络模型是一种模拟生物神经系统中信息处理机制的人工智能计算架构,特别专注于研究和模仿大脑中的脉冲(或称尖峰)通信方式。这种模型对于理解与设计高效能、低功耗的机器学习系统具有重要意义。 SNN图像识别使用pyNN编写的代码用于训练单层前馈尖峰网络,并具有全连接特性,以此来建立任意输入与目标输出尖峰模式之间的关联。或者,也可以将输入模式与由其他(教师)神经元提供的目标输出尖峰模式相关联。更多细节请参考Gardner和Grüning在2016年的研究《用于精确时间编码的SNN中的监督学习》。
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    脉冲神经网络模型是一种模仿生物神经元运作机制的人工神经网络模型,采用脉冲形式进行信息传递和处理,在低功耗、实时数据处理方面具有显著优势。 脉冲神经网络(Spiking Neural Networks, SNNs)是一种模拟生物神经系统行为的计算模型,在理解和模仿大脑工作机制方面具有重要意义。与传统的基于数值权重更新的神经网络(如深度学习中的多层感知器)不同,SNN更注重通过脉冲进行的信息传递。 在SNN中,神经元不会像传统神经网络那样连续处理信息,而是在接收到足够的输入刺激时产生一次或多次脉冲。这种脉冲的发生时间和频率可以编码不同的信息,使得SNN更加接近生物神经系统异步、事件驱动的特性。其设计灵感来源于大脑中的突触和轴突等结构及其相互作用。 《仿生脉冲神经网络》可能涵盖了如何构建这些网络,包括不同类型的神经元模型(如Leaky Integrate-and-Fire, Spike Response Model)以及各种突触模型(如延迟突触、可塑性突触)。这些模型试图模仿生物神经元的电生理特性,例如电压门控离子通道和突触后电流。 《背景知识》可能包括有关大脑皮层结构及神经编码理论等基础内容。了解这些有助于理解SNN的生物学依据,并解释为何这种计算模型对人工智能领域具有吸引力。此外,《背景知识》还讨论了SNN在处理时间序列数据以及异步信息方面的优势,及其在视觉、听觉感知任务上的潜在应用。 《概述》可能是一个关于脉冲神经网络的基本介绍,涵盖了其基本概念、历史发展及其他类型神经网络的区别,并探讨当前研究热点。此外,《概述》也可能涉及训练方法,例如基于反向传播算法的适应性或采用生物启发的学习规则(如STDP)来实现权重更新等技术细节。 SNN是一个跨学科的研究领域,融合了神经科学、计算机科学和工程学等多个领域的知识和技术。通过深入研究与开发SNN,我们有望获得更高效且灵活的人工智能系统,并进一步揭开大脑运作机制的神秘面纱。
  • 耦合(PCNN)输出编程
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    本研究探讨了脉冲耦合神经网络(PCNN)在图像处理领域的应用,重点分析并设计了优化其输出脉冲的方法,以提升图像分割和特征提取的效果。 程序的目的是绘制脉冲耦合神经网络输出脉冲的二维图像,以演示PCNN的工作过程。
  • SNN.py
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    SNN脉冲神经网络.py 是一个Python脚本文件,用于实现和模拟基于生物神经元模型的脉冲神经网络。该代码可用于研究、教育及开发类脑计算应用。 SNN脉冲神经网络值得大家关注和研究。
  • LIF型与spiking neuron(元)__neuron_元_LIF元matlab
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    本资源介绍和探讨了LIF(Leaky Integrate-and-Fire)神经元模型及其在脉冲神经网络中的应用,并提供了基于MATLAB的实现方法,适用于学习和研究。 LIF脉冲神经元的Matlab实现代码。
  • 雷达仿
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    脉冲雷达模拟仿真技术是指通过计算机软件或硬件系统对脉冲雷达系统的性能进行建模和测试的技术。这项技术能够帮助工程师在实际制造之前预测雷达的行为,并优化其设计,从而提高研发效率并降低成本。 仿真脉冲多普勒雷达的信号处理:设定脉冲宽度为学生学号末两位数(单位μs),重复周期200μs,载频10GHz,输入噪声采用高斯白噪声。目标模拟分为单目标和双目标两种情况,其中回波信噪比可变范围从-35dB到10dB;速度变化区间为0至1000m/s;幅度在1至100之间变动;距离则可以在0至10,000米范围内调整。相干积累总时宽不超过10ms。 对于单目标情况,需给出回波视频表达式以及脉冲压缩和快速傅立叶变换(FFT)后的结果,并通过仿真图形展示处理效果。同时需要分析各级信号处理的增益与时间宽度及带宽的关系;并探讨在脉压过程中出现的多普勒敏感现象及其对性能的影响,包括绘制主旁瓣比随多普勒变化曲线。 对于双目标情况,则要模拟大目标旁瓣掩盖小目标的现象,并展示不同距离和速度下的分辨能力。在整个仿真中加入白噪声时应使用randn函数;并且整个回波信号应在一次生成后添加时间延迟及多普勒效应信息,最后通过数据分析计算输出信噪比。
  • 物件检测.zip
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    本项目探索了利用脉冲神经网络(SNN)进行物件检测的技术,旨在提高物体识别的速度和准确性。通过模拟生物大脑的工作原理,该研究为下一代智能视觉系统的发展提供了新思路。 研究的意义在于探索脉冲神经网络在目标检测上的应用。目前主流的脉冲神经网络训练算法包括直接BP训练、STDP无监督训练以及将已训练好的人工神经网络转化为脉冲神经网络的方法,尽管有多种训练方法可供选择,但SNN仍然缺乏一套成熟的训练方案。例如,在较大较深的网络中进行训练时会遇到诸如脉冲信号编码问题和高昂计算成本等问题。
  • The Brian Simulator在SNN开源仿指南
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    《The Brian Simulator》是一份专注于使用SNN(尖峰神经网络)技术进行开源模拟和仿真的详细指导手册。它为研究者提供了先进的工具,以深入探索大脑功能的复杂性,并促进该领域的创新和发展。 官网指南的翻译版本包括我已完成翻译的ipynb文件、源文件、pdf文件、markdown文件以及整理后导出的Word文件。原网页地址是https://brian2.readthedocs.io/en/stable/resources/tutorials/1-intro-to-brian-neurons.html,而我的翻译版已发布在博客中。
  • DoublePulsesTest.zip_DoublePulsesTest_SPICE_双_SLIPE8A_双仿
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    本资源为汽车电子元件SLIPE8A的双脉冲测试SPICE仿真模型,包含详细的电路设计和仿真结果,适用于深入研究汽车电子开关行为。 基于LTspice的双脉冲实验仿真