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高能效低延迟的BNN硬件加速器设计
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作者 周培培 杜高明 +1 位作者 李桢旻 王晓蕾 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第12期1655-1661,共7页
针对二值化神经网络(binary neural network,BNN)硬件设计过程中大量0值引发计算量增加以及BNN中同一权值数据与同一特征图数据多次重复运算导致计算周期和计算功耗增加的问题,文章分别提出全0值跳过方法和预计算结果缓存方法,有效减少... 针对二值化神经网络(binary neural network,BNN)硬件设计过程中大量0值引发计算量增加以及BNN中同一权值数据与同一特征图数据多次重复运算导致计算周期和计算功耗增加的问题,文章分别提出全0值跳过方法和预计算结果缓存方法,有效减少网络的计算量、计算周期和计算功耗;并基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)设计一款BNN硬件加速器,即手写数字识别系统。实验结果表明,使用所提出的全0值跳过方法和预计算结果缓存方法后,在100 MHz的频率下,设计的加速器平均能效可达1.81 TOPs/W,相较于其他BNN加速器,提升了1.27~4.34倍。 展开更多
关键词 二值化神经网络(bnn) 权值共享 重复运算 现场可编程门阵列(FPGA) 硬件加速器
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基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法
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作者 陈波 张辉 +2 位作者 江一鸣 钟杭 王耀南 《自动化学报》 北大核心 2025年第4期890-902,共13页
针对多机器人系统在战场、灾难现场等复杂未知环境下的区域搜索问题,提出一种基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法.首先将仿生神经网络(Bio-inspired neural network,BNN)和不同分辨率下的区域栅格地图结合,构建分层仿生神... 针对多机器人系统在战场、灾难现场等复杂未知环境下的区域搜索问题,提出一种基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法.首先将仿生神经网络(Bio-inspired neural network,BNN)和不同分辨率下的区域栅格地图结合,构建分层仿生神经网络信息模型,其中包括区域搜索神经网络信息模型(Area search neural network information model,AS-BNN)和区域覆盖神经网络信息模型(Area coverage neural network information model,AC-BNN).机器人在任务区域内实时探测到的环境信息将转换为AS-BNN和AC-BNN中神经元的动态活性值.其次,在分层仿生神经网络信息模型基础上引入分布式模型预测控制(Distributed model predictive control,DMPC)框架,并设计多机器人分层协同决策机制.当机器人处于正常搜索状态时,基于AS-BNN进行搜索路径滚动优化决策;当机器人陷入局部最优状态时,则启用ACBNN引导机器人快速找到新的未搜索区域.最后,在复杂未知环境下进行多机器人区域搜索仿真实验,并与该领域内的3种算法进行比较.仿真结果验证了所提算法能够在复杂未知环境下引导多机器人系统高效地完成区域搜索任务. 展开更多
关键词 未知环境 多机器人系统 区域搜索 仿生神经网络 分布式模型预测控制
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非线性可分Boolean函数分解及神经网络实现 被引量:1
3
作者 贺勤斌 刘曾荣 《科学技术与工程》 2010年第11期2646-2649,2654,共5页
对于2n个顶点用"0"或"1"标记的n维超方体,利用n输入Boolean函数f的输出vi(i=0,1,…,2n-1)与偏移量σi的关系,用一组平行的超平面实现分隔n维超方体顶点。从而,实现非线性可分Boolean函数的分解及二进神经网络隐层... 对于2n个顶点用"0"或"1"标记的n维超方体,利用n输入Boolean函数f的输出vi(i=0,1,…,2n-1)与偏移量σi的关系,用一组平行的超平面实现分隔n维超方体顶点。从而,实现非线性可分Boolean函数的分解及二进神经网络隐层神经元的实现。同时,给出几个例子说明分解方法以及其有效性。 展开更多
关键词 boolean函数 二进神经网络 神经元
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基于SAT问题实例特性的端到端SAT求解模型
4
作者 龙峥嵘 李金龙 梁永濠 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第11期3376-3381,共6页
当前基于神经网络的端到端SAT求解模型在各类SAT问题求解上展现了巨大潜力。然而SAT问题难以容忍误差存在,神经网络模型无法保证不产生预测误差。为利用SAT问题实例特性来减少模型预测误差,提出了错误偏好变量嵌入架构(architecture of ... 当前基于神经网络的端到端SAT求解模型在各类SAT问题求解上展现了巨大潜力。然而SAT问题难以容忍误差存在,神经网络模型无法保证不产生预测误差。为利用SAT问题实例特性来减少模型预测误差,提出了错误偏好变量嵌入架构(architecture of embedding error-preference variables, AEEV)。该架构包含错误偏好变量嵌入调整算法和动态部分标签训练模式。首先,为利用参与越多未满足子句的变量越可能被错误分类这一特性,提出了错误偏好变量嵌入调整算法,在消息传递过程中根据变量参与的未满足子句个数来调整其嵌入。此外,提出了动态部分标签监督训练模式,该模式利用了SAT问题实例的变量赋值之间存在复杂依赖关系这一特性,避免为全部变量提供标签,仅为错误偏好变量提供一组来自真实解的标签,保持其他变量标签为预测值不变,以在训练过程管理一个更小的搜索空间。最后,在3-SAT、k-SAT、k-Coloring、3-Clique、SHA-1原像攻击以及收集的SAT竞赛数据集上进行了实验验证。结果表明,相较于目前较先进的基于神经网络的端到端求解模型QuerySAT,AEEV在包含600个变量的k-SAT数据集上准确率提升了45.81%。 展开更多
关键词 布尔可满足性问题 消息传递网络 机器学习
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IR-GCN:二值图卷积神经网络推理加速器
5
作者 于启航 文渊博 杜子东 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第10期1024-1035,共12页
针对图卷积神经网络(GCN)中数据规模庞大、不适合边缘端低功耗处理器高效推理计算的问题,本文提出一种将新型二值数据量化算法(IR-Net)应用于GCN模型推理计算的方法,并设计了对应的硬件加速器IR-GCN。同时,针对计算过程中工作负载分布... 针对图卷积神经网络(GCN)中数据规模庞大、不适合边缘端低功耗处理器高效推理计算的问题,本文提出一种将新型二值数据量化算法(IR-Net)应用于GCN模型推理计算的方法,并设计了对应的硬件加速器IR-GCN。同时,针对计算过程中工作负载分布不均衡的问题,实现了一种负载均衡模块设计,显著提高了计算效率。实验结果表明,在较小精度损失范围内,IR-GCN加速器可以同时降低计算延迟以及访存开销。与现有性能最优的研究相比,IR-GCN加速器平均具有2.4倍的计算加速比、7.9倍的功耗降低、13.7倍的芯片面积减少以及21.0倍的访存量降低。 展开更多
关键词 图卷积神经网络(GCN) 二值神经网络(bnn) 硬件加速器
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Bi-SCNN:二值随机混合神经网络加速器
6
作者 于启航 文渊博 杜子东 《高技术通讯》 北大核心 2024年第12期1243-1255,共13页
二值神经网络(BNN)具有硬件友好的特性,但为了保证计算精度,在输入层仍需要使用浮点或定点计算,增加了硬件开销。针对该问题,本文将另一种同样具有硬件友好特性的随机计算方法应用于BNN,实现了BNN输入层的高效计算,并设计了二值随机混... 二值神经网络(BNN)具有硬件友好的特性,但为了保证计算精度,在输入层仍需要使用浮点或定点计算,增加了硬件开销。针对该问题,本文将另一种同样具有硬件友好特性的随机计算方法应用于BNN,实现了BNN输入层的高效计算,并设计了二值随机混合计算架构Bi-SCNN。首先,在BNN输入层使用高精度的随机运算单元,实现了与定点计算近似的精度;其次,通过在处理单元(PE)内和PE间2个层次对随机数生成器进行复用,并优化运算单元,有效降低了硬件开销;最后,根据输入数据的特性对权值配置方式进行优化,进而降低了整体计算延迟。相比于现有性能最优的BNN加速器,Bi-SCNN在保证计算精度的前提下,实现了2.4倍的吞吐量、12.6倍的能效比和2.2倍的面积效率提升,分别达到2.2 TOPS、7.3 TOPS·W^(-1)和1.8 TOPS·mm^(-2)。 展开更多
关键词 二值神经网络(bnn) 随机计算(SC) 神经网络加速器
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数字逻辑的稳健神经网络实现 被引量:6
7
作者 吕伟锋 王柏祥 章专 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 2003年第6期642-645,共4页
多层二进前向神经网络或布尔神经网络作为典型的人工神经网络模型,研究和应用的十分广泛.这里在分析数字逻辑基本运算和神经元关系后,提出了一种改进的利用三层前向感知器神经网络实现任意数字逻辑函数的新算法.该算法由稳健的感知器构... 多层二进前向神经网络或布尔神经网络作为典型的人工神经网络模型,研究和应用的十分广泛.这里在分析数字逻辑基本运算和神经元关系后,提出了一种改进的利用三层前向感知器神经网络实现任意数字逻辑函数的新算法.该算法由稳健的感知器构造神经网络,并引入汉明距离化简、卡诺图化简和最小项抑制来降低网络的复杂性,由此算法构造的神经网络不但具有稳健性能,而且消除了对数字输入变量所作的变换,使其更加简单、规范,容错能力更强.可广泛应用于对数字电路设计、编码密码的研究. 展开更多
关键词 数字逻辑 稳健神经网络 布尔函数 感知器 数字电路
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二进神经网络中的汉明球突及其线性可分性 被引量:5
8
作者 杨娟 陆阳 +1 位作者 黄镇谨 王强 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期737-745,共9页
对于二进神经网络,剖析其神经元的逻辑意义对网络的规则提取是十分重要的,而目前每个神经元所表达的线性结构的逻辑意义仍没有完全解决,一部分线性函数的结构及其逻辑意义尚不明确.本文在寻找线性可分结构的过程中,提出了汉明球突的概念... 对于二进神经网络,剖析其神经元的逻辑意义对网络的规则提取是十分重要的,而目前每个神经元所表达的线性结构的逻辑意义仍没有完全解决,一部分线性函数的结构及其逻辑意义尚不明确.本文在寻找线性可分结构的过程中,提出了汉明球突的概念,给出其是否线性可分的判定方法,并得到二进神经元与线性可分的汉明球突等价的充要条件,从而建立了判别线性可分的汉明球突的一般方法,并通过实例验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 二进神经网络 线性可分函数 汉明球突 线性分类
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布尔神经网络的一种高效率学习算法 被引量:5
9
作者 马晓敏 杨义先 +1 位作者 章照止 吴伟陵 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第12期13-18,共6页
把二进神经网络学习算法推广至一般情形,利用汉明球及立方体的空间覆盖生成隐层神经元并对空间集合的相交、汉明球与低维空间的笛卡尔积在神经网络中的表现形式进行了深入探讨,得出几个旨在提高学习效率和减少布尔函数实现复杂性的有... 把二进神经网络学习算法推广至一般情形,利用汉明球及立方体的空间覆盖生成隐层神经元并对空间集合的相交、汉明球与低维空间的笛卡尔积在神经网络中的表现形式进行了深入探讨,得出几个旨在提高学习效率和减少布尔函数实现复杂性的有用结论,并融合形成完整的学习算法。 展开更多
关键词 布尔函数 神经网络 学习算法
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二进神经网络学习算法研究 被引量:5
10
作者 马晓敏 杨义先 章照止 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第9期931-935,共5页
把二进神经网络对布尔函数映射的学习归结为神经元对学习样本集合的表达.通过对神经元表达能力的分析研究,引入加权距离汉明球的概念,既提高了学习效率也简化了布尔函数实现结构,同时把汉明球及立方体集合覆盖思想等统一在加权汉明... 把二进神经网络对布尔函数映射的学习归结为神经元对学习样本集合的表达.通过对神经元表达能力的分析研究,引入加权距离汉明球的概念,既提高了学习效率也简化了布尔函数实现结构,同时把汉明球及立方体集合覆盖思想等统一在加权汉明距离球覆盖的框架下.另外,还得到旨在提高输出层神经元表达能力的新结果.最后举例说明了此学习策略的可行性与特点.经学习得到的二进神经网络的权系数及阈值皆为整数。 展开更多
关键词 神经网络 学习算法 汉明空间 布尔函数
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二进神经网络非线性移位寄存器的综合 被引量:3
11
作者 马晓敏 杨义先 章照止 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期70-73,共4页
本文利用二进神经网络及其学习算法特点和对布尔函数的映射能力,设计了一个精巧的非线性移位寄存器的综合算法,同时得到序列非线性复杂度的移位寄存器的反馈布尔函数.此综合算法简单可靠,所需存储运算量小.
关键词 非线性 移位寄存器 神经网络 布尔函数
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基于感知机的故障树最小割集算法 被引量:4
12
作者 苑春苗 陈宝智 李畅 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 2006年第5期141-144,共4页
在人工神经元网络原理的基础上,提出了一种计算复杂系统最小割集的方法。该方法根据逻辑“与”和“或”门具有线性可分割的特点,选用了基于M-P模型算法的感知机网络作为计算模型,理论推导出故障树中的逻辑关系与感知机模型中神经网络基... 在人工神经元网络原理的基础上,提出了一种计算复杂系统最小割集的方法。该方法根据逻辑“与”和“或”门具有线性可分割的特点,选用了基于M-P模型算法的感知机网络作为计算模型,理论推导出故障树中的逻辑关系与感知机模型中神经网络基本单元之间的转换规则,利用该规则可将所建故障树转化成便于编程求解的由神经网络基本单元组成的神经网络树。实例计算结果表明,感知机网络模型适合表达故障树中的逻辑关系,神经网络树所反映的基本事件与顶事件之间的映射关系便于编程求解,并可快速准确地获得复杂系统故障树的最小割集。 展开更多
关键词 布尔代数 算法 故障树 神经网络 感知机 最小割集合
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Boole函数的线性可分性(Ⅰ)——n-维超立方体的基本理论 被引量:4
13
作者 许进 保铮 《电子与信息学报》 EI CSCD 1996年第S1期6-13,共8页
Boole函数的线性可分性是前向人工神经网络理论中的一个比较困难的问题之一。目前仅对变量数n≤7的某些问题给予讨论。当n≥8时,尚无判别Boole函数线性可分的一般准则,更无线性可分Boole函数的计数公式。基于此,本文详细地研究了与Bool... Boole函数的线性可分性是前向人工神经网络理论中的一个比较困难的问题之一。目前仅对变量数n≤7的某些问题给予讨论。当n≥8时,尚无判别Boole函数线性可分的一般准则,更无线性可分Boole函数的计数公式。基于此,本文详细地研究了与Boole函数线性可分性有关的n-维超立方体的基本理论,包括n-维超立方体的基本性质、超立方体中的平行线、子超立方体的计数等,并给出了构造n-维超立方体图的一种新方法。 展开更多
关键词 前向人工神经网络 线性可分性 Boole函数 n-维超立方体
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Boole函数的线性可分性(Ⅱ)——判别Boole函数线性可分的若干准则 被引量:3
14
作者 许进 保铮 《电子与信息学报》 EI CSCD 1996年第S1期14-20,共7页
Boole函数线性可分性问题是前向人工神经网络的一个非常重要而困难的问題之一,目前只就函数的维数n≤7的情况进行过讨论,当n≥8时,还没有一个判别Boole函数是否是线性可分的一般方法。本文应用图论的方法,给出了判别Boole函数线性可分... Boole函数线性可分性问题是前向人工神经网络的一个非常重要而困难的问題之一,目前只就函数的维数n≤7的情况进行过讨论,当n≥8时,还没有一个判别Boole函数是否是线性可分的一般方法。本文应用图论的方法,给出了判别Boole函数线性可分的若干简捷方法,即给出了Boole函数线性可分的若干充分条件和必要条件,从而解决了前向人工神经网络中的一个基本问题。 展开更多
关键词 Boole函效 线性可分性 前向神经网络 图论
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一个新的二进前向多层网学习算法及布尔函数优化实现 被引量:1
15
作者 马晓敏 杨义先 章照止 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第12期110-112,共3页
本文首先给出二进前向多层网几何学习算法[1,2]的一个改进策略,提高了原算法的学习效率.然后提出一个新的神经网络启发式遗传几何学习算法(简称HGGL算法).H~算法采用面向知识的交叉算子和变异算子对几何超平面进行优化的划分,... 本文首先给出二进前向多层网几何学习算法[1,2]的一个改进策略,提高了原算法的学习效率.然后提出一个新的神经网络启发式遗传几何学习算法(简称HGGL算法).H~算法采用面向知识的交叉算子和变异算子对几何超平面进行优化的划分,同时确定隐层神经元的个数及连接权系数和阈值对任意布尔函数。 展开更多
关键词 遗传算法 神经网络 学习算法 布尔函数
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基于布尔神经网络的瓷砖表面缺陷检测 被引量:1
16
作者 赵海洋 薛钧义 冯心海 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2001年第2期25-29,共5页
本文在二进布尔神经网络基础上,推广得出连续特征值的布尔神经网络,扩大了布尔神经网络的应用范围。由于内部运算的布尔特性,与传统的神经网络相比,学习与分类的速度大为提高,并且各节点具有较为明确的物理意义,具有潜在的工程实用价值... 本文在二进布尔神经网络基础上,推广得出连续特征值的布尔神经网络,扩大了布尔神经网络的应用范围。由于内部运算的布尔特性,与传统的神经网络相比,学习与分类的速度大为提高,并且各节点具有较为明确的物理意义,具有潜在的工程实用价值。该方法成功用于瓷砖表面缺陷检测,结果令人满意。 展开更多
关键词 布尔神经网络 模式分类 资砖 表面缺陷 检测
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基于不确定性的多元时间序列分类算法研究 被引量:1
17
作者 张旭 张亮 +1 位作者 金博 张红哲 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期790-804,共15页
多元时间序列(Multivariate time series,MTS)分类是许多领域中的重要问题,准确的分类结果可以有效地帮助决策.当前的MTS分类算法在个体的表征学习阶段难以自动建模多元变量之间复杂的交互关系,并且无法评估分类结果的可信度,这会导致... 多元时间序列(Multivariate time series,MTS)分类是许多领域中的重要问题,准确的分类结果可以有效地帮助决策.当前的MTS分类算法在个体的表征学习阶段难以自动建模多元变量之间复杂的交互关系,并且无法评估分类结果的可信度,这会导致模型性能受限,以及缺乏具备统计意义的可靠性解释.本文提出了一种基于不确定性的多元时间序列分类算法,变分贝叶斯共享图神经网络,即VBSGNN(Variational Bayes shared graph neural network).首先通过图神经网络(Graph neural network,GNN)提取多元变量之间的交互特征,然后利用贝叶斯神经网络(Bayesian neural network,BNN)为预测过程引入了不确定性.最后在10个公开MTS数据集上进行了算法实验,并与当前提出的7类算法进行了比较,结果表明VBSGNN可有效学习多元变量之间的交互关系,提升了分类效果,并使得模型具备一定的可靠性评估能力. 展开更多
关键词 多元时间序列预测 图神经网络 不确定性 随机变分推断 贝叶斯神经网络
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模糊神经网络在城市轨道交通行车组织管理中的应用 被引量:4
18
作者 王静 《电子测量技术》 北大核心 2021年第5期118-122,共5页
研究一种可有效促进城市轨道交通行车组织管理效能的模糊神经网络算法。利用超限学习机模块对站点客流量进行初步卷积,使用卷积神经网络将考察线路内的各站点客流量数据进行汇总,同时构建其他线路的参照数据,使用二值化模块形成放行信... 研究一种可有效促进城市轨道交通行车组织管理效能的模糊神经网络算法。利用超限学习机模块对站点客流量进行初步卷积,使用卷积神经网络将考察线路内的各站点客流量数据进行汇总,同时构建其他线路的参照数据,使用二值化模块形成放行信号灯建议数据。应用该系统后,客流峰值车辆满载率显著下降,客流估值车辆满载率显著提升,客流估值发车间隙显著增加但并未影响到旅客的站内滞留时间。表明该算法可以有效提升城市轨道交通的运行效率和经济效益。 展开更多
关键词 模糊神经网络 城市轨道交通 行车组织 超限学习机 二值化神经网络
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一种基于层次化R-GCN的会话情绪识别方法 被引量:1
19
作者 赖河蒗 李玲俐 +1 位作者 胡婉玲 颜学明 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期85-92,共8页
会话情绪识别包括说话者自身情绪影响以及说话者之间情绪影响这2个重要因素,为了充分考虑上述影响因素以提高会话情绪识别效果,提出一种基于层次化关系图卷积神经网络(HRGCN)的识别方法。使用一个基础神经网络对会话序列的特征数据进行... 会话情绪识别包括说话者自身情绪影响以及说话者之间情绪影响这2个重要因素,为了充分考虑上述影响因素以提高会话情绪识别效果,提出一种基于层次化关系图卷积神经网络(HRGCN)的识别方法。使用一个基础神经网络对会话序列的特征数据进行优化,按照不同的说话者划分出2个不同的会话子序列,采用2个局部关系图卷积神经网络(R-GCN)分别对2个子序列进行局部建模,按照会话发生的时间顺序重新整合局部建模后的2个子序列,并利用全局R-GCN对其进行全局建模。通过对输入的多模态特征数据的分层次建模,使得会话序列捕获到更多的上下文信息。在IEMOCAP数据集上的实验结果表明,与当前流行的循环神经网络LSTM、GRU等相比,HRGCN方法的会话情绪识别性能较高,准确率与F1值分别达到84.48%与84.40%。 展开更多
关键词 基础神经网络 关系图卷积神经网络 会话 情绪识别 人工智能
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Boole函数的稳健线性可分及其计数 被引量:1
20
作者 张军英 许进 保铮 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 1999年第1期72-78,共7页
Boole函数的线性可分和线性不可分问题,一直是前向人工神经网络的一个比较困难的问题,目前仅对变量数n<7的线性可分问题给予过讨论。本文基于简化问题讨论和优化问题的解的思想,提出了稳健分类复杂度的概念,并对Boole... Boole函数的线性可分和线性不可分问题,一直是前向人工神经网络的一个比较困难的问题,目前仅对变量数n<7的线性可分问题给予过讨论。本文基于简化问题讨论和优化问题的解的思想,提出了稳健分类复杂度的概念,并对Boole函数稳健分类复杂度为1的稳健线性可分问题,提出了对这类Boole函数进行计数的方法。 展开更多
关键词 神经计算电路 布尔函数 稳定性 人工神经网络
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