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《人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論與應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論與應用第七章神經(jīng)網(wǎng)絡基礎知識神經(jīng)網(wǎng)絡基礎知識7.1生物神經(jīng)元及人工神經(jīng)元的組成7.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡的模型7.2.1人工神經(jīng)元的模型7.2.2常用的激活轉移函數(shù)7.2.3MP模型神經(jīng)元2.1生物神經(jīng)元及人工神經(jīng)元的組成神經(jīng)元也稱神經(jīng)細胞，它是生物神經(jīng)系統(tǒng)的最基本單元，它和人體中其他細胞的關鍵區(qū)別在于具有產(chǎn)生、處理和傳遞信號的功能。每個神經(jīng)元都包括三個主要部分：細胞體、樹突和軸突，見圖2.1（a）。(a)簡單神經(jīng)元網(wǎng)絡圖(b)簡化后的網(wǎng)絡示意圖(1)細胞體；(2)樹突；(3)軸突；(4)突觸圖7.1簡單神經(jīng)元網(wǎng)絡及其簡化結構圖神經(jīng)元結構與功能細胞體由細胞
2、核、細胞質和細胞膜等組成，其直徑大約為0.5--100μm，大小不等。細胞體是神經(jīng)元的主體，用于處理由樹突接受的其它神經(jīng)元傳來的信號；軸突是由細胞體向外延伸出的所有纖維中最長的一條分枝，用來向外傳遞神經(jīng)元產(chǎn)生的輸出電信號。每個神經(jīng)元都有一條軸突，其最大長度可達1m以上。在軸突的末端形成了許多很細的分枝，這些分支叫神經(jīng)末梢。每一條神經(jīng)末梢可以與其它神經(jīng)元形成功能性接觸，該接觸部位稱為突觸。所謂功能性接觸，是指非永久性的接觸，這正是神經(jīng)元之間傳遞信息的奧秘之處。神經(jīng)元結構與功能樹突是指由細胞體向外延伸的除軸突以外的其它所有分支。樹突的長度一般較短，但數(shù)量很多，它是神經(jīng)
3、元的輸入端，用于接受從其它神經(jīng)元的突觸傳來的信號。神經(jīng)元中的細胞體相當于一個初等處理器，它對來自其它各個神經(jīng)元的信號進行總體求和，并產(chǎn)生一個神經(jīng)輸出信號。細胞膜內(nèi)外的電位之差被稱為膜電位。在無信號輸入時的膜電位稱為靜止膜電位。當一個神經(jīng)元的所有輸入總效應達到某個閾值電位時，該細胞變?yōu)榛钚约毎?。生物神?jīng)元的功能與特征(1)時空整合功能神經(jīng)元對不同時間通過同一突觸傳入的神經(jīng)沖動，具有時間整合功能。對于同一時間通過不同突觸傳入的神經(jīng)沖動，具有空間整合功能。兩種功能相互結合，使生物神經(jīng)元對由突觸傳入的神經(jīng)沖動具有時空整合的功能。(2)興奮與抑制狀態(tài)神經(jīng)元具有興奮和抑制兩種
4、常規(guī)的工作狀態(tài)。當傳入沖動的時空整合結果使細胞膜電位升高，超過動作電位的閾值時，細胞進入興奮狀態(tài)，產(chǎn)生神經(jīng)沖動。相反，當傳入沖動的時空整合結果使細胞膜電位低于動作電位的閾值時，細胞進入抑制狀態(tài)，無神經(jīng)沖動輸出。生物神經(jīng)元的功能與特征(3)脈沖與電位轉換突觸界面具有脈沖/電位信號轉化功能。沿神經(jīng)纖維傳遞的信號為離散的電脈沖信號，而細胞膜電位的變化為連續(xù)的電位信號。這種在突觸接口處進行的“數(shù)/模”轉換，是通過神經(jīng)介質以量子化學方式實現(xiàn)的如下過程：電脈沖----神經(jīng)化學物質----膜電位(4)神經(jīng)纖維傳導速率神經(jīng)沖動沿神經(jīng)纖維傳導的速度在1---150m/s之間。其速度
5、差異與纖維的粗細、髓鞘的有無有關。一般來說，有髓鞘的纖維，其傳導速度在100m/s以上，無髓鞘的纖維，其傳導速度可低至每秒數(shù)米。(5)突觸延時和不應期突觸對相鄰兩次神經(jīng)沖動的響應需要有一定的時間間隔，在這個時間間隔內(nèi)不響應激勵，也不傳遞神經(jīng)沖動，這個時間間隔稱為不應期。人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結構與特征神經(jīng)生理學的研究結果表明，人腦的神經(jīng)系統(tǒng)是一個由大量生物神經(jīng)元并行互連所形成的一個網(wǎng)絡系統(tǒng)。每個人的大腦大約有1011---1012個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元大約有103---104個突觸，即與其它103---104個神經(jīng)元相連。(1)記憶和存儲功能人腦神經(jīng)系統(tǒng)的記憶和處理功能是有
6、機的結合在一起的。神經(jīng)元既有存儲功能，又有處理功能，它在進行回憶時不僅不需要先找到存儲地址再調(diào)出所存內(nèi)容，而且還可以由一部分內(nèi)容恢復全部內(nèi)容。尤其是當一部分神經(jīng)元受到損壞（例如腦部受傷等）時，它只會丟失損壞最嚴重部分的那些信息，而不會丟失全部存儲信息。(2)高度并行性（為什么計算機無法模擬更多的神經(jīng)元，如果有100個神經(jīng)元，兩兩互連，則會出現(xiàn)100＊99/2=5000個N元一次方程。如何計算如此復雜的方程組？）提供了非常巨大的存儲容量和并行度。例如，人可以非常迅速地識別出一幅十分復雜的圖像。人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結構與特征(3)分布式功能人們通過對腦損壞病人所做的神經(jīng)心理
7、學研究，沒有發(fā)現(xiàn)大腦中的哪一部分可以決定其余所有各部分的活動，也沒有發(fā)現(xiàn)在大腦中存在有用于驅動和管理整個智能處理過程的任何中央控制部分。人類大腦的各個部分是協(xié)同工作、相互影響的，并沒有哪一部分神經(jīng)元能對智能活動的整個過程負有特別重要的責任。可見，在大腦中，不僅知識的存儲是分散的，而且其控制和決策也是分散的。因此，大腦是一種分布式系統(tǒng)。(4)容錯功能容錯性是指根據(jù)不完全的、有錯誤的信息仍能做出正確、完整結論的能力。大腦的容錯性是非常強的。例如，我們往往能夠僅由某個人的一雙眼睛、一個背影、一個動作或一句話的音調(diào)，就能辨認出來這個人是誰。人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結構與特征(5)聯(lián)
8、想功能人腦
