人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應用(已修改)
2025-06-07 02:14 本頁面
【正文】 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應用 第七章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)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(luò)的模型 7 .2 .1 人工神經(jīng)元的模型 7 .2 .2 常用的激活轉(zhuǎn)移函數(shù) 7 .2 .3 MP模型神經(jīng)元 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(guān)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 （ a） 。 (a) 簡單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)圖 (b) 簡化后的網(wǎng)絡(luò)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(luò)及其簡化結(jié)構(gòu)圖 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與功能 ? 細胞體由細胞核、細胞質(zhì)和細胞膜等組成，其直徑大約為 ，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(jié)構(gòu)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)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? 生物神經(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(jié)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常規(guī)的工作狀態(tài)。當傳入沖動的時空整合結(jié)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(jié)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(zhuǎn)換 ? 突觸界面具有脈沖 /電位信號轉(zhuǎn)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) /?！鞭D(zhuǎn)換，是通過神經(jīng)介質(zhì)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(zhì) 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 1150m/s之間。其速度差異與纖維的粗細、髓鞘的有無有關(guān)。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(jié)構(gòu)與特征 ? 神經(jīng)生理學的研究結(jié)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(luò)系統(tǒng)。每個人的大腦大約有 10111012個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元大約有 103104個突觸，即與其它 103104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機的結(jié)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(jié)構(gòu)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(qū)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?？梢姡诖竽X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(jié)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、
外語相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1