1.一种面向多脉冲神经网络监督学习的精确突触调整方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:利用LIF神经元对膜电压与突触电流进行仿真计算在LIF神经元电路中,当电流I不断增大时,电容C两极的电压会冲破阈值Vth,此时会激发一个脉冲信号传递给下一层神经元;电路总电流的公式为:将时间设为一个常数T,并且令T=RC,上述式子变形为:当电压在t=tf时达到阈值Vth,产生一个脉冲激励;在此之后,电压会被迅速重置为初始值,并开始新一轮的累计;重设电压的表达式为:此时,神经元膜电压的动态方程如下所示:
Vm是膜电压,E是复位电压,Ins是环境噪声电流,Isyn是突出输入电流,Rm是膜电阻;当Vm超过阈值Vth,该神经元就会放出脉冲,同时电压回归E;
步骤2:基于W-H规则进行突触权值调整
SNN神经元产生的脉冲有序数列S={tf:f=1,…F},表示为:f
δ(x)表示Dirac delta函数,若x=0时,δ(x)=1,否则δ(x)=0;t是第f个脉冲产生的时间;SNN学习算法针对原始信号给出的多个输入脉冲序列Si(t)及预先设定的多个目标脉冲序列Sd(t),学习得到合适的SNN突触权值矩阵w,使神经元实际输出脉冲序列So(t)与Sd(t)尽可能接近;
基于W-H规则的权值误差计算如下:
突触后神经元在时间T内所获取的输入电流Isyn:其中,wi代表时间T内第i个输入神经元的权重, 则是不加权重的第i个输入神经元的突触后电流大小:H(x)是Heaviside函数,当x<0时其值为0,当x=0时其值为0.5,当x>0时其值为1;
是PSP的归一化表达式:
权值误差的微分原始定义为:
由此推导出△wi与突触后电流 的关系;定义输入脉冲序列Si(t),实际输出脉冲序列So(t)和期望输出脉冲序列Sd(t)的表达式:其中,F1,F2,F3表示脉冲序列的最大个数;利用微积分定理得到△wi与实际输出脉冲序列So(t)、期望输出脉冲序列Sd(t)及突触后电流 的关系如下:将式子展开得到△wi的最终形式:
步骤3:利用SRM神经元实现膜电压阈值动态计算利用SRM神经元模型实现膜电压阈值动态调整,SRM神经元模型的仿真公式为:其中,wi表示突触权值, 是突触后电势,Viext是外部刺激电压; 表示PSP达到阈值后产生不应期并重置为初始值的过程;将输出神经元在目标脉冲输出时间td的电压表示为 并且希望此函数值等于或高于阈值电压Vth;但在一开始的训练过程中,神经元电位在实际脉冲输出时间to时的电压 才会大于等于阈值电压;因此将当前阈值电压的计算公式设为:令 为前一次迭代后的阈值电压,则当前阈值电压的改变量为:∑ηi(to-td)和Vext都是常数,对 关于wi求导可得:则△vth(to)化简成: