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多注意力残差脉冲神经网络的接地网故障诊断 被引量:2
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作者 闫孝姮 丁一凡 +1 位作者 陈伟华 张雪 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第3期77-91,共15页
针对目前接地网故障诊断方法效果单一与非智能化的问题,提出了一种多注意力残差脉冲神经网络(MAR-SNN)的接地网故障诊断方法。首先,创建用于训练的接地网数据集,通过对电阻抗成像技术(EIT)网格大小的重新剖分,提高成像速度,并利用局部... 针对目前接地网故障诊断方法效果单一与非智能化的问题,提出了一种多注意力残差脉冲神经网络(MAR-SNN)的接地网故障诊断方法。首先,创建用于训练的接地网数据集,通过对电阻抗成像技术(EIT)网格大小的重新剖分,提高成像速度,并利用局部自适应对比度增强方法,增强不同故障等级间的图像特征;其次,利用所提出的多注意力脉冲残差块,构建MAR-SNN模型,实现对接地网故障等级的识别任务,该残差模块通过在两次脉冲神经元后进行身份映射,同时引入多注意力机制,并采用参数-泄露-积分-触发脉冲神经元与批归一化层,分别提升模型识别准确率;最后,利用EIT与训练好的MAR-SNN模型,建立对接地网故障的智能诊断模型。模型对比分析结果表明,MAR-SNN在接地网智能故障诊断中的效果优于现有先进模型,在测试集中准确率可达96.31%,其中在轻、中腐蚀程度下的准确率可达100%、97.20%;同时实验结果证明,所提方法可以完成对接地网故障检测与等级识别的综合诊断任务,实现对接地网的智能故障诊断,验证了该方法的有效性与可行性。 展开更多
关键词 接地网智能故障诊断 多注意力残差 脉冲神经网络 电阻抗成像技术 对比度增强
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AR-SNN:脉冲神经网络鲁棒性研究
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作者 张坤 王贺慈 +3 位作者 马金龙 马贵蕾 满梦华 张永强 《河北科技大学学报》 北大核心 2025年第5期508-520,共13页
针对脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)受多种因素影响导致模型鲁棒性下降的问题,提出一种自适应鲁棒脉冲神经网络(adaptive robust spiking neural network,AR-SNN)模型,其包括脉冲-门控线性单元(spiking-gated linear unit,S-... 针对脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)受多种因素影响导致模型鲁棒性下降的问题,提出一种自适应鲁棒脉冲神经网络(adaptive robust spiking neural network,AR-SNN)模型,其包括脉冲-门控线性单元(spiking-gated linear unit,S-GLU)、自适应-前K损失(adaptive-topK loss,A-TopK Loss)、脉冲-多层感知机(spiking-multilayer perceptron,S-MLP)3个模块。首先,引入门控机制作为预处理层,通过对门控线性单元(gated linear unit,GLU)进行改进,减少线性层数量,构建S-GLU模块;其次,提出A-TopK Loss,根据累积损失的比例计算总损失中前90%损失所对应的样本的平均损失作为最终损失;再次,采用自监督学习策略,以多层感知机(multilayer perceptron,MLP)为解码层,构建S-MLP去噪网络,重建原始数据;最后,在SHD语音数据集上进行实验。结果表明:S-GLU模块增加了模型对关键信息的关注,并减少了错误分类的发生;A-TopK Loss使模型自动聚焦于损失较大的样本,提升了其在复杂数据上的学习能力;S-MLP增强了网络的特征提取能力,在噪声测试中显示出对输入扰动具有一定鲁棒性。AR-SNN模型的性能优于原始模型及其他SNN模型,能够有效提升SNN的鲁棒性。 展开更多
关键词 计算机神经网络 脉冲神经网络 鲁棒性 门控机制 损失函数 多层感知机
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基于小世界脉冲神经网络的飞行器强化学习姿态控制
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作者 于海涛 曾凡毅 +1 位作者 朱致华 刘晓东 《航天控制》 2025年第5期1-9,共9页
针对飞行器在不同本体参数偏差与环境干扰下的姿态精确稳定控制难题,提出一种融合小世界脉冲神经网络(SW-SNN)的强化学习姿态控制方法。构建了具有小世界拓扑特性的脉冲神经网络作为控制器核心,并基于近端策略优化算法设计了增强型Actor... 针对飞行器在不同本体参数偏差与环境干扰下的姿态精确稳定控制难题,提出一种融合小世界脉冲神经网络(SW-SNN)的强化学习姿态控制方法。构建了具有小世界拓扑特性的脉冲神经网络作为控制器核心,并基于近端策略优化算法设计了增强型Actor-Critic框架;通过时空反向传播算法更新SW-SNN参数,实现了策略的在线优化与离线评估的协同机制;进一步设计Lyapunov稳定性奖励机制,动态优化系统能量函数以增强渐近稳定性,并引入姿态角跟踪误差速度平滑性及连续惩罚项,建立稳定性约束与控制精度的联合优化框架。仿真结果表明,控制系统展现出快速动态响应,高控制性能以及强鲁棒性。在阶跃响应条件下,控制系统调节时间缩短至0.32 s,稳态误差低于0.001°;即便在气动力矩系数偏差为50%且惯性参数偏差为25%的极端条件下,控制系统依然保持稳定;设计的Lyapunov稳定性奖励机制使系统吸引域范围得到有效扩展,确保了控制系统在更大操作范围内的鲁棒稳定性能。 展开更多
关键词 飞行器姿态控制 脉冲神经网络 强化学习 LYAPUNOV稳定性
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基于脉冲神经网络的铁路接触线异物检测研究
4
作者 张永强 刘健章 李向南 《软件工程》 2025年第3期51-56,共6页
为避免铁路接触线异物影响火车的正常行驶,文章提出一种基于脉冲神经网络的模型对接触线异物进行检测。首先,基于正常和异常的接触线图像编码得到的深度特征之间存在差距,实现对接触线异物的有效检测;其次,通过倒残差结构搭建脉冲序列... 为避免铁路接触线异物影响火车的正常行驶,文章提出一种基于脉冲神经网络的模型对接触线异物进行检测。首先,基于正常和异常的接触线图像编码得到的深度特征之间存在差距,实现对接触线异物的有效检测;其次,通过倒残差结构搭建脉冲序列生成模块;最后,基于脉冲神经网络的编码器提取特征信息。实验结果表明,在接触线异物检测数据集上,该模型的准确率和F 1分数分别为99.70%和99.70%。同时,在CIFAR-10(Canadian Institute for Advanced Research-10)和CIFAR-100(Canadian Institute for Advanced Research-100)数据集上的对比实验中,模型的准确率分别达到91.16%和79.54%。综上所述,该模型具有较强的分类检测能力,能够更准确地检测出异常接触线图像。 展开更多
关键词 异物检测 铁路接触线 脉冲神经网络 倒残差结构 自注意力机制
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基于现场可编程门阵列的高能效轻量化残差脉冲神经网络处理器实现 被引量:1
5
作者 侯悦 项水英 +6 位作者 邹涛 黄志权 石尚轩 郭星星 张雅慧 郑凌 郝跃 《物理学报》 北大核心 2025年第14期333-342,共10页
随着脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)在硬件部署优化方面的发展,基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的SNN处理器因其高效性与灵活性成为研究热点.然而,现有方法依赖多时间步训练和可重配置计算架构,... 随着脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)在硬件部署优化方面的发展,基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的SNN处理器因其高效性与灵活性成为研究热点.然而,现有方法依赖多时间步训练和可重配置计算架构,增大了计算与存储压力,降低了部署效率.本文设计并实现了一种高能效、轻量化的残差SNN硬件加速器,采用算法与硬件协同设计策略,以优化SNN推理过程中的能效表现.在算法上,采用单时间步训练方法,并引入分组卷积和批归一化(batch normalization,BN)层融合技术,有效压缩网络规模至0.69M.此外,采用量化感知训练(quantization-aware training,QAT),将网络参数精度限制为8 bit.在硬件设计上,本文通过层内资源复用提高FPGA资源利用率,采用全流水层间架构提升计算吞吐率,并利用块随机存取存储器(block random access memory,BRAM)存储网络参数和计算结果,以提高存储效率.实验表明,该处理器在CIFAR-10数据集上分类准确率达到87.11%,单张图片推理时间为3.98 ms,能效为183.5 frames/(s·W),较主流图形处理单元(graphics processing unit,GPU)平台能效提升至2倍以上,与其他SNN处理器相比,推理速度至少提升了4倍,能效至少提升了5倍. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 现场可编程门阵列 高能效 轻量化
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基于脉冲神经网络优化的动态图链路预测 被引量:1
6
作者 闫钦与 卜凡亮 王一帆 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第4期1522-1528,共7页
动态图链路预测通过图上的历史交互预测未来节点间链路的形成或消失。为减少基于循环神经网络建模网络动态的方法在细粒度时间的动态图上具有较高能耗的问题,提出一种基于脉冲神经网络优化的动态图链路预测模型,通过融合脉冲神经网络的... 动态图链路预测通过图上的历史交互预测未来节点间链路的形成或消失。为减少基于循环神经网络建模网络动态的方法在细粒度时间的动态图上具有较高能耗的问题,提出一种基于脉冲神经网络优化的动态图链路预测模型,通过融合脉冲神经网络的节点记忆更新模块,脉冲化节点记忆的更新过程,训练图神经网络学习动态图的演化动态并实现链路预测。在3个公开经典数据集上的结果表明,模型在运行速度上得到提升,并保留了准确性,在动态图链路预测任务中具有较好的性能表现。 展开更多
关键词 动态图 链路预测 神经网络 脉冲神经网络
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神经形态计算:从脉冲神经网络到边缘部署 被引量:2
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作者 俞诗航 易梦军 +2 位作者 吴洲 申富饶 赵健 《软件学报》 北大核心 2025年第4期1758-1795,共38页
受生物神经系统启发,神经形态计算的概念于20世纪80年代被提出,旨在模拟生物大脑的结构和功能,实现更高效、更具生物合理性的计算方式.作为神经形态计算的代表模型,脉冲神经网络(SNN)因其脉冲稀疏性,事件驱动性、生物可解释性以及硬件... 受生物神经系统启发,神经形态计算的概念于20世纪80年代被提出,旨在模拟生物大脑的结构和功能,实现更高效、更具生物合理性的计算方式.作为神经形态计算的代表模型,脉冲神经网络(SNN)因其脉冲稀疏性,事件驱动性、生物可解释性以及硬件契合性等优势,在资源严格受限的边缘智能任务中得到了广泛应用.针对脉冲神经网络的边缘部署情况进行梳理和汇总,首先从脉冲神经网络模型自身的原理出发,论述脉冲神经网络的高能效计算方式以及巨大的边缘部署潜力.然后介绍当下常见的脉冲神经网络硬件实现工具链,并重点对脉冲神经网络在各类神经形态硬件平台的部署情况做详细的整理与分析.最后,考虑到硬件故障行为已发展为当下研究中不可避免的问题,对脉冲神经网络边缘部署时的故障与容错研究进行概述.从软件模型原理到硬件平台实现,全面系统地介绍神经形态计算的最新进展,分析脉冲神经网络边缘部署时遇到的困难与挑战,并针对这些挑战给出未来可能的解决方向. 展开更多
关键词 神经网络 脉冲神经网络 神经形态计算 边缘智能
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基于类脑脉冲神经网络的边缘联邦持续学习方法
8
作者 王冬芝 刘琰 +1 位作者 郭斌 於志文 《计算机科学》 北大核心 2025年第3期326-337,共12页
移动边缘计算因具有通信成本低、服务响应快等优势,已经成为适应智能物联网应用需求的重要计算模式。在实际应用场景中,一方面,单一设备能够获取到的数据通常有限;另一方面,边缘计算环境通常是动态多变的。针对以上问题,主要对边缘联邦... 移动边缘计算因具有通信成本低、服务响应快等优势,已经成为适应智能物联网应用需求的重要计算模式。在实际应用场景中,一方面,单一设备能够获取到的数据通常有限;另一方面,边缘计算环境通常是动态多变的。针对以上问题,主要对边缘联邦持续学习展开研究,将脉冲神经网络(SNN)创新性地引入到边缘联邦持续学习框架中,在降低设备计算和通信资源消耗的同时,解决本地设备在动态边缘环境中所面临的灾难性遗忘问题。利用SNN解决边缘联邦持续学习问题主要面临两个方面的挑战:首先,传统脉冲神经网络没有考虑持续增加的输入数据,难以在较长的时间跨度内存储和更新知识,导致无法实现有效的持续学习;其次,不同设备学习到的SNN模型存在差异,通过传统联邦聚合获得的全局模型无法在每个边缘设备上取得较好的性能。因此,提出了一种新的脉冲神经网络增强的边缘联邦持续学习(SNN-Enhanced Edge-FCL)方法。针对挑战一,提出了面向边缘设备的类脑持续学习算法,在单个设备上采用类脑脉冲神经网络进行本地训练,同时采用基于羊群效应的样本选择策略保存历史任务的代表样本;针对挑战二,提出了多设备协同的全局自适应聚合算法,基于SNN工作原理设计脉冲数据质量指标,并利用数据驱动的动态加权聚合方法,在全局模型聚合时对不同设备模型赋予相应权重以提升全局模型的泛化性。实验结果表明,相比基于传统神经网络的边缘联邦持续学习方法,SNN-Enhanced Edge-FCL方法在边缘设备上消耗的通信资源和计算资源减少了92%,且边缘设备在测试集上5个连续任务中的准确率都在87%以上。 展开更多
关键词 移动边缘计算 资源受限 灾难性遗忘 联邦学习 持续学习 类脑脉冲神经网络
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大规模脉冲神经网络动态加载仿真方法
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作者 沈嘉玮 才大业 +2 位作者 杨国青 吕攀 李红 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第2期541-550,共10页
针对大规模脉冲神经网络仿真时存在GPU内存需求高的问题,提出一种针对大规模脉冲神经网络的动态加载仿真方法。通过子网络粒度的数据移动,利用主机内存作为更大的内存池,减少GPU显存对于模型仿真规模的限制,实现在单GPU的计算机进行大... 针对大规模脉冲神经网络仿真时存在GPU内存需求高的问题,提出一种针对大规模脉冲神经网络的动态加载仿真方法。通过子网络粒度的数据移动,利用主机内存作为更大的内存池,减少GPU显存对于模型仿真规模的限制,实现在单GPU的计算机进行大规模脉冲神经网络仿真,并使用流水线加速技术减少数据移动对仿真速度的影响。最终实现了在单机GPU的实验环境下仿真百万级别神经元规模的仿真,解决了在脉冲神经网络仿真过程中内存不足的问题。 展开更多
关键词 类脑计算 脉冲神经网络 神经 突触 仿真
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脉冲神经网络基准测试及类脑训练框架性能评估
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作者 胡汪鑫 成英超 +2 位作者 何玉林 黄哲学 蔡占川 《应用科学学报》 北大核心 2025年第1期169-182,共14页
随着脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)研究需求的不断增长,开源类脑训练框架也迅速发展。然而,目前缺乏针对这些框架的系统性选择指南。为了解决该问题,提出了一种基于图像分类任务的SNN基准测试方法。本文为两种SNN训练方法,... 随着脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)研究需求的不断增长,开源类脑训练框架也迅速发展。然而,目前缺乏针对这些框架的系统性选择指南。为了解决该问题,提出了一种基于图像分类任务的SNN基准测试方法。本文为两种SNN训练方法,即直接替代梯度反向传播训练方法以及从人工神经网络(artificial neural network,ANN)到SNN的转换训练方法分别设计了卷积神经网络和全连接深度神经网络模型,并使用MNIST、FashionMNIST和CIFAR-10基准图像数据集,以训练时间和分类准确率为评估指标,比较了不同类脑训练框架的性能差异。研究结果表明,在SNN直接训练中,类脑训练框架SpikingJelly在训练时间和分类准确率方面均表现优异;而在ANN到SNN的转换训练中,Lava框架实现了最高的分类准确率。 展开更多
关键词 深度学习 脉冲神经网络 类脑训练框架 基准测试 图像分类
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基于近似计算的脉冲神经网络加速器设计
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作者 许炜康 孙岩 张建民 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第10期1737-1744,共8页
脉冲神经网络(SNN)实现了对生物神经更为接近的模拟,其高能效的特性极为适用于边缘和终端计算场景。然而,在对功耗高度敏感的应用中,进一步降低功耗依旧是一个至关重要的任务。近似计算通过引入一定的误差来简化设计,为容错应用的高能... 脉冲神经网络(SNN)实现了对生物神经更为接近的模拟,其高能效的特性极为适用于边缘和终端计算场景。然而,在对功耗高度敏感的应用中,进一步降低功耗依旧是一个至关重要的任务。近似计算通过引入一定的误差来简化设计,为容错应用的高能效硬件设计带来了新的契机。对将近似计算应用于SNN加速器的方法进行了探索,首先,针对SNN的应用特点展开分析与实验,总结出SNN加速器中大量加法器输入数据的分布特性。基于此特性,提出一种针对应用敏感的近似运算部件误差评估指标AARE。依据AARE指标以及提出的最优近似加法器选择策略,能够针对特定应用选择更为合适的近似运算部件。在此基础上,利用开源的EDA工具和PDK实现了一种基于近似计算的SNN硬件加速器AxSpike,并使用snnTorch开发了相应的模拟器。实验结果表明,AxSpike加速器能够实现37.32%的功耗节约以及31.26%的面积节省,精度仅下降3.47个百分点,极大提高了SNN硬件加速器的能效比。 展开更多
关键词 近似计算 脉冲神经网络 硬件加速器 高能效 低功耗
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基于小脑脉冲神经网络的柔性机械臂运动控制
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作者 张透明 韩芳 王青云 《力学学报》 北大核心 2025年第4期997-1007,共11页
柔性机械臂由于自身材料的柔软特性,极容易受到环境中的不确定性干扰,从而发生意外形变,影响控制精度.针对该情况,借鉴人体中小脑对运动的调控和对环境的适应性,搭建了小脑脉冲神经网络模型,用于对柔性机械臂在环境干扰下的运动行为进... 柔性机械臂由于自身材料的柔软特性,极容易受到环境中的不确定性干扰,从而发生意外形变,影响控制精度.针对该情况,借鉴人体中小脑对运动的调控和对环境的适应性,搭建了小脑脉冲神经网络模型,用于对柔性机械臂在环境干扰下的运动行为进行纠正控制.首先,基于分段常曲率方法建立了一个多自由度柔性机械臂模型,它具有移动关节和旋转关节,可以实现伸缩和弯曲的运动行为;并采用顺序二次规划算法近似计算得到机械臂的逆运动学模型,从而求解与期望轨迹对应的期望关节参数.然后,借鉴小脑皮层的神经系统结构与自适应功能,对颗粒层与浦肯野细胞层之间的突触可塑性进行建模,完整构建了小脑脉冲神经网络模型.最后,研究了环境干扰下柔性机械臂完成圆形轨迹和“8”字形轨迹的运动效果,发现与不使用小脑模型的直接开环控制运动结果相比,柔性机械臂末端执行器在小脑脉冲神经网络控制下的轨迹误差分别降低了95%和96%,验证了小脑脉冲神经网络模型对于控制柔性机械臂对抗不确定性干扰的有效性.相较于传统的控制方法,该方法更具有生物可解释性,为柔性机械臂在不确定性扰动下的控制提供了一种类脑智能方法. 展开更多
关键词 小脑 柔性机械臂 脉冲神经网络 适应性
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基于自适应替代梯度和阈值脉冲池化的脉冲神经网络
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作者 吕兆麟 梁正友 +1 位作者 孙宇 浦斌 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第6期1326-1332,共7页
脉冲神经网络(SNN)与传统人工神经网络(ANN)相比具有更好的生物可解释性和更低的能耗,并被认为是扩展神经网络应用领域的一种极有前景的解决方案.但由于不能直接使用梯度下降算法来训练SNN,因此SNN在模型性能上仍与ANN存有一定的差距,... 脉冲神经网络(SNN)与传统人工神经网络(ANN)相比具有更好的生物可解释性和更低的能耗,并被认为是扩展神经网络应用领域的一种极有前景的解决方案.但由于不能直接使用梯度下降算法来训练SNN,因此SNN在模型性能上仍与ANN存有一定的差距,这限制了SNN的实际应用.为此提出一种新型自适应替代梯度方法(ASG)以更好地将梯度下降算法应用在SNN的训练上;还提出一种阈值脉冲池化结构(TSPooling)以提升模型表达能力,从而使训练后的SNN模型在保持低能耗特性的同时拥有更好的推理性能.使用所提出的方法训练改进ResNet-18网络模型,在CIFAR-100数据集和CIFAR10-DVS数据集上进行实验,识别结果较基准网络模型有明显提升,改进的模型在CIFAR-100数据集上的准确率达到了76.41%,优于其他6个主流模型,验证了其有效性. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 神经形态计算 替代梯度 脉冲编码
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基于速率编码的极低延迟深度脉冲神经网络研究
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作者 熊志民 陈云华 +1 位作者 冯忍 陈平华 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第3期531-540,共10页
脉冲神经网络(SNN)具有强大的时空信息表征、异步事件处理能力,但由于脉冲发放过程不具有连续可微性,其训练是一个难题.人工神经网络(ANN)转SNN的方法,能够获得较高推理精度的深度SNN,但却存在SNN网络延迟和功耗过高的问题.为了降低网... 脉冲神经网络(SNN)具有强大的时空信息表征、异步事件处理能力,但由于脉冲发放过程不具有连续可微性,其训练是一个难题.人工神经网络(ANN)转SNN的方法,能够获得较高推理精度的深度SNN,但却存在SNN网络延迟和功耗过高的问题.为了降低网络延迟和功耗,本文从脉冲信息传递的异步特性入手,分析了极低延迟下SNN精度损失的主要原因,提出残余膜电位误差(RMPE)的概念,并对其进行分析与推导,建立残余膜电位与初始膜电位和权重之间的关系模型.基于所建立的残余膜电位模型,提出一种初始膜电位和权重的分层校准算法,减少残余膜电位误差,从而解决脉冲输入序列均匀分布假设与真实分布不一致的问题.提出一种ANN-SNN的双阶段转化框架,在第1阶段,采用带有可训练分层阈值的量化截断激活函数对ANN进行二次训练,以实现量化误差与截断误差的最优化;在第2阶段,对SNN进行微调训练,以进一步缩小残余膜电位误差,使得在极低延迟下的ANN-SNN转化也能获得较高的精度.实验结果表明,本文方法在推理延迟和功耗方面都优于现有的方法. 展开更多
关键词 脉冲神经网络 ANN-SNN转化 速率编码
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一种可重构脉冲神经网络硬件计算系统设计
15
作者 顾高名 汪一帆 +4 位作者 王超 梁嘉铠 岳克强 李文钧 郑兴 《人工智能》 2025年第4期19-29,52,共12页
随着脉冲神经网络(SNN)在人工智能领域中被广泛应用,SNN硬件加速器的性能需求也在日益增加。对于通用硬件推理工具CPU,其受限于冯·诺依曼架构,面对大量重复运算时,需要反复从存储区将数据搬运至计算区,耗费大量时间。而大多数SNN... 随着脉冲神经网络(SNN)在人工智能领域中被广泛应用,SNN硬件加速器的性能需求也在日益增加。对于通用硬件推理工具CPU,其受限于冯·诺依曼架构,面对大量重复运算时,需要反复从存储区将数据搬运至计算区,耗费大量时间。而大多数SNN专用硬件加速器仅实现了定制化计算,适配特定的神经元模型、神经网络模型,当模型变换时,需要频繁地重新设计专用的硬件加速器。为了解决这个问题,本文提出了一种可重构脉冲神经网络硬件计算系统设计,通过分析神经元膜电位更新的共性,采取后序表达式的方法描述神经元模型,采用片上网络(NOC)作为系统的主体通信方式,并针对脉冲神经网络的推理作了路由规则的优化。实验结果表明,本系统可以实现对不同神经元模型、不同神经网络模型的模型推理计算。本系统吞吐量达到了205.98 GOPS,能效比约为1.3 GOPS/W。在与CPU和GPU的对比中,本文所设计的可重构脉冲神经网络硬件加速平台,在帧率和能耗比上更有优势,而准确率依旧保持相对不错的水平。此外,本平台还和其他平台进行了对比,本文在支持可重构的同时,在帧率和能效比上有明显的优势。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 硬件加速器 FPGA 片上网络
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基于突触可塑性延迟和时间注意力的脉冲神经网络及其语音识别应用
16
作者 张航铭 白千一 +2 位作者 邓智超 Alexander Sboev 于强 《计算机学报》 北大核心 2025年第8期1870-1884,共15页
脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)是一种受大脑启发的计算模型,在处理具有时间和空间维度的数据时具有巨大潜力。研究表明,突触可塑性延迟能够提高SNNs在语音识别等时序任务的性能。然而,时序数据通常具有稀疏性和不均匀性,... 脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)是一种受大脑启发的计算模型,在处理具有时间和空间维度的数据时具有巨大潜力。研究表明,突触可塑性延迟能够提高SNNs在语音识别等时序任务的性能。然而,时序数据通常具有稀疏性和不均匀性,导致不同时间步中的信息分布存在显著差异。同时,信号中噪声的动态变化进一步加剧了这一问题,使得现有的可塑性延迟方法难以有效捕获关键时间信息,从而限制了模型性能的提升。在这项工作中,我们为可塑性延迟引入了时间注意力机制,通过动态评估各时间步的重要性,进而优化SNNs的性能。具体而言,我们使用扩展卷积来学习延迟和权重。随后,我们在时间维度上利用时间注意力机制动态量化不同时间步的重要性,从而增强模型对关键时间信息的捕获能力。实验结果表明,所提方法在Spiking Heidelberg Digits、Spiking Speech Command和Google Speech Commands数据集上分别取得了96.21%、80.87%和95.60%的精度,相较于传统的可塑性延迟方法有了显著的改进。这一结果验证了我们的方法在处理语音识别任务时的高效性,并为SNNs在处理复杂时序数据中的进一步应用奠定了坚实基础。 展开更多
关键词 类脑计算 脉冲神经网络 突触可塑性延迟 时间注意力 神经形态计算
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基于脉冲神经网络的藏文手写字母识别
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作者 霍明熠 李雨泽 +4 位作者 于永斌 王向向 道吉扎西 仁青东主 尼玛扎西 《中央民族大学学报(自然科学版)》 2025年第2期70-79,共10页
光学字符识别optical character recognition(OCR)在藏文文献数字化和保护方面发挥着关键作用。本文在脉冲神经网络SNN(spiking neural network)和卷积神经网络CNN(convolutional neural network)的基础上提出了一种脉冲卷积神经网络spi... 光学字符识别optical character recognition(OCR)在藏文文献数字化和保护方面发挥着关键作用。本文在脉冲神经网络SNN(spiking neural network)和卷积神经网络CNN(convolutional neural network)的基础上提出了一种脉冲卷积神经网络spiking convolutional neural network(SCNN)模型。利用基于开源数据集构建的新数据集来训练模型并评估该模型的鲁棒性和能效。CNN网络在OCR领域展现了巨大的潜力,SNN网络的集成为传统CNN网络带来了鲁棒性,同时在训练过程中节省了可观的算力。实验结果表明,与传统CNN模型相比,SCNN模型不仅能有效地抵御各种攻击,保持识别精度,而且节省了训练过程中所需的算力。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 卷积神经网络 藏语字母识别
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深度脉冲神经网络的优化方法:综述 被引量:1
18
作者 梅子豪 《数据通信》 2025年第1期49-53,共5页
脉冲神经网络(SNNs,Spiking Neural Networks)被称为第三代神经网络,因其低能耗和事件驱动的特性而备受关注。在面对大规模数据处理时,人工神经网络(ANNs,Artificial Neural Networks)在计算效率和能源消耗方面仍存在不足。为应对这一挑... 脉冲神经网络(SNNs,Spiking Neural Networks)被称为第三代神经网络,因其低能耗和事件驱动的特性而备受关注。在面对大规模数据处理时,人工神经网络(ANNs,Artificial Neural Networks)在计算效率和能源消耗方面仍存在不足。为应对这一挑战,SNNs被提出,其设计灵感来源于生物神经系统。不同于ANNs通过连续的实数值传递信息,SNNs采用离散脉冲的形式,部署在类脑神经形态的硬件上时,能够实现更高的计算效率和更低的能源消耗。本文总结了深度脉冲神经网络所面临的瓶颈,并从多个方面介绍了针对这些问题的优化策略。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 深度学习 人工智能 神经形态计算
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基于深度复数脉冲神经网络的特定辐射源识别
19
作者 张乃煜 张雅彬 查浩然 《信息对抗技术》 2025年第1期52-60,共9页
特定辐射源识别在民用频谱管理中起着重要作用。传统的深度神经网络方法在辐射源识别方面面临诸多挑战,包括训练时间长、能耗高以及计算稀疏性低。针对这些问题,设计了一种基于深度复数脉冲神经网络模型,该模型集成了脉冲神经层,并利用... 特定辐射源识别在民用频谱管理中起着重要作用。传统的深度神经网络方法在辐射源识别方面面临诸多挑战,包括训练时间长、能耗高以及计算稀疏性低。针对这些问题,设计了一种基于深度复数脉冲神经网络模型,该模型集成了脉冲神经层,并利用复数数据的固有特性增强信号表达能力,显著优化了计算效率并降低了硬件资源需求。测试结果表明,该模型的识别准确率达到了96%,单条数据的平均推理时间为0.19 ms,在模型参数规模、推理速度和推理数据能量消耗上均优于传统神经网络模型。 展开更多
关键词 特定辐射源识别 脉冲神经网络 复数神经网络 Wi-Fi信号
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面向视觉目标检测的脉冲神经网络综述:从生物机制到前沿应用
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作者 仵赛飞 张渊 +2 位作者 谢迪 俞海 朱江 《功能材料与器件学报》 2025年第5期364-378,共15页
脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)作为第三代神经网络模型,凭借其生物启发的脉冲动力学机制、事件驱动的异步计算特性以及低功耗优势,在目标检测领域展现出广阔的应用前景。系统综述面向视觉目标检测的SNN方法,涵盖其生物机制... 脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)作为第三代神经网络模型,凭借其生物启发的脉冲动力学机制、事件驱动的异步计算特性以及低功耗优势,在目标检测领域展现出广阔的应用前景。系统综述面向视觉目标检测的SNN方法,涵盖其生物机制基础、神经元模型、神经编码策略、数据集分类及主流算法方案。在神经元模型方面,分析积分-发放(integrate-andfire,IF)、泄漏积分-发放(leaky integrate-and-fire,LIF)、Izhikevich和Hodgkin-Huxley等模型在生物合理性与计算效率之间的权衡;在编码机制上,对泊松编码、强度-延迟编码等输入编码方法以及速率、时间、群体解码策略进行阐述;在数据集层面,系统总结静态、神经形态转换、神经形态捕获和模拟生成等4类数据集的特点与局限性。在SNN算法方面,详细分析基于人工神经网络(artificial neural network,ANN)-to-SNN转换的方法与基于代理梯度的直接训练.方法,并对比其在精度、能效、延迟和硬件适配性等方面的表现。对SNN在训练-硬件协同优化、新架构设计、多模态扩展及工具链生态等方向的发展趋势进行展望,为低功耗、高能效脉冲视觉系统的研究与应用提供参考。 展开更多
关键词 脉冲神经网络 目标检测 ANN-to-SNN转换 代理梯度训练 低功耗
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