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人工神经网络的研究属于哪个学派

发布时间:2022-03-31 00:23:18

Ⅰ 人工智能和神经网络有什么联系与区别

联系:都是模仿人类行为的数学模型以及算法。神经网络的研究能促进或者加快人工智能的发展。

区别如下:

一、指代不同

1、人工智能:是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

2、神经网络:是一种模仿动物神经网络行为特征,进行分布式并行信息处理的算法数学模型。


二、方法不同

1、人工智能:企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

2、神经网络:依靠系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,从而达到处理信息的目的。

三、目的不同

1、人工智能:主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

2、神经网络:具有初步的自适应与自组织能力。在学习或训练过程中改变突触权重值,以适应周围环境的要求。同一网络因学习方式及内容不同可具有不同的功能。

Ⅱ 人工神经网络是哪个流派的基础

“纯意念控制”人工神经康复机器人系统2014年6月14日在天津大学和天津市人民医院共同举办的发表会上,由双方共同研制的人工神经康复机器人“神工一号”正式亮相。
中文名
“纯意念控制”人工神经康复机器人系统
发布时间
2014年6月14日
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产品特色发展历史
功能配置
“纯意念控制”人工神经康复机器人系统在复合想象动作信息解析与处理、异步脑——机接口训练与识别、皮层——肌肉活动同步耦合优化、中风后抑郁脑电非线性特征提取与筛查等关键技术上取得了重大突破。
“纯意念控制”人工神经康复机器人系统包括无创脑电传感模块、想象动作特征检测模块、运动意图识别模块、指令编码接口模块、刺激信息调理模块、刺激电流输出模块6部分。
产品特色
“纯意念控制”人工神经康复机器人系统最新研究成果将让不少中风、瘫痪人士燃起重新独立生活的希望。现已拥有包括23项授权国家发明专利、1项软件着作权在内的自主知识产权集群,是全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统。[1]
脑控机械外骨骼是利用被动机械牵引,非肌肉主动收缩激活。而“神工一号”则利用神经肌肉电刺激,模拟神经冲动的电刺激引起肌肉产生主动收缩,带动骨骼和关节产生自主动作,与人体自主运动原理一致。
体验者需要把装有电极的脑电探测器戴在头部,并在患病肢体的肌肉上安装电极,借助“神工一号”的连接,就可以用“意念”来“控制”自己本来无法行动的肢体了。[2]
发展历史
“纯意念控制”人工神经康复机器人系统技术历时10年,是国家“863计划“、“十二五”国家科技支撑计划和国家优秀青年科学基金重点支持项目。
人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。
最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
中文名
人工神经网络
外文名
artificial neural network
别称
ANN
应用学科
人工智能
适用领域范围
模式分类
精品荐读
“蠢萌”的神经网络
作者:牛油果进化论
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基本特征发展历史网络模型学习类型分析方法特点优点研究方向发展趋势应用分析
神经元
如图所示
a1~an为输入向量的各个分量
w1~wn为神经元各个突触的权值
b为偏置
f为传递函数,通常为非线性函数。以下默认为hardlim()
t为神经元输出
数学表示 t=f(WA'+b)
W为权向量
A为输入向量,A'为A向量的转置
b为偏置
f为传递函数
可见,一个神经元的功能是求得输入向量与权向量的内积后,经一个非线性传递函数得到一个标量结果。
单个神经元的作用:把一个n维向量空间用一个超平面分割成两部分(称之为判断边界),给定一个输入向量,神经元可以判断出这个向量位于超平面的哪一边。
该超平面的方程: Wp+b=0
W权向量
b偏置
p超平面上的向量
基本特征
人工神经网络是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统。它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的,试图通过模拟大脑神经网络处理、记忆信息的方式进行信息处理。人工神经网络具有四个基本特征:
(1)非线性 非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态,这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能,可以提高容错性和存储容量。
人工神经网络
(2)非局限性 一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征,而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。
(3)非常定性 人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。神经网络不但处理的信息可以有各种变化,而且在处理信息的同时,非线性动力系统本身也在不断变化。经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。
(4)非凸性 一个系统的演化方向,在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。例如能量函数,它的极值相应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值,故系统具有多个较稳定的平衡态,这将导致系统演化的多样性。
人工神经网络中,神经元处理单元可表示不同的对象,例如特征、字母、概念,或者一些有意义的抽象模式。网络中处理单元的类型分为三类:输入单元、输出单元和隐单元。输入单元接受外部世界的信号与数据;输出单元实现系统处理结果的输出;隐单元是处在输入和输出单元之间,不能由系统外部观察的单元。神经元间的连接权值反映了单元间的连接强度,信息的表示和处理体现在网络处理单元的连接关系中。人工神经网络是一种非程序化、适应性、大脑风格的信息处理 ,其本质是通过网络的变换和动力学行为得到一种并行分布式的信息处理功能,并在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理功能。它是涉及神经科学、思维科学、人工智能、计算机科学等多个领域的交叉学科。
人工神经网络
人工神经网络是并行分布式系统,采用了与传统人工智能和信息处理技术完全不同的机理,克服了传统的基于逻辑符号的人工智能在处理直觉、非结构化信息方面的缺陷,具有自适应、自组织和实时学习的特点。[1]
发展历史
1943年,心理学家W.S.McCulloch和数理逻辑学家W.Pitts建立了神经网络和数学模型,称为MP模型。他们通过MP模型提出了神经元的形式化数学描述和网络结构方法,证明了单个神经元能执行逻辑功能,从而开创了人工神经网络研究的时代。1949年,心理学家提出了突触联系强度可变的设想。60年代,人工神经网络得到了进一步发展,更完善的神经网络模型被提出,其中包括感知器和自适应线性元件等。M.Minsky等仔细分析了以感知器为代表的神经网络系统的功能及局限后,于1969年出版了《Perceptron》一书,指出感知器不能解决高阶谓词问题。他们的论点极大地影响了神经网络的研究,加之当时串行计算机和人工智能所取得的成就,掩盖了发展新型计算机和人工智能新途径的必要性和迫切性,使人工神经网络的研究处于低潮。在此期间,一些人工神经网络的研究者仍然致力于这一研究,提出了适应谐振理论(ART网)、自组织映射、认知机网络,同时进行了神经网络数学理论的研究。以上研究为神经网络的研究和发展奠定了基础。1982年,美国加州工学院物理学家J.J.Hopfield提出了Hopfield神经网格模型,引入了“计算能量”概念,给出了网络稳定性判断。 1984年,他又提出了连续时间Hopfield神经网络模型,为神经计算机的研究做了开拓性的工作,开创了神经网络用于联想记忆和优化计算的新途径,有力地推动了神经网络的研究,1985年,又有学者提出了波耳兹曼模型,在学习中采用统计热力学模拟退火技术,保证整个系统趋于全局稳定点。1986年进行认知微观结构地研究,提出了并行分布处理的理论。1986年,Rumelhart, Hinton, Williams发展了BP算法。Rumelhart和McClelland出版了《Parallel distribution processing: explorations in the microstructures of cognition》。迄今,BP算法已被用于解决大量实际问题。1988年,Linsker对感知机网络提出了新的自组织理论,并在Shanon信息论的基础上形成了最大互信息理论,从而点燃了基于NN的信息应用理论的光芒。1988年,Broomhead和Lowe用径向基函数(Radial basis function, RBF)提出分层网络的设计方法,从而将NN的设计与数值分析和线性适应滤波相挂钩。90年代初,Vapnik等提出了支持向量机(Support vector machines, SVM)和VC(Vapnik-Chervonenkis)维数的概念。人工神经网络的研究受到了各个发达国家的重视,美国国会通过决议将1990年1月5日开始的十年定为“脑的十年”,国际研究组织号召它的成员国将“脑的十年”变为全球行为。在日本的“真实世界计算(RWC)”项目中,人工智能的研究成了一个重要的组成部分。
人工神经网络
网络模型
人工神经网络模型主要考虑网络连接的拓扑结构、神经元的特征、学习规则等。目前,已有近40种神经网络模型,其中有反传网络、感知器、自组织映射、Hopfield网络、波耳兹曼机、适应谐振理论等。根据连接的拓扑结构,神经网络模型可以分为:[1]
人工神经网络
前向网络
网络中各个神经元接受前一级的输入,并输出到下一级,网络中没有反馈,可以用一个有向无环路图表示。这种网络实现信号从输入空间到输出空间的变换,它的信息处理能力来自于简单非线性函数的多次复合。网络结构简单,易于实现。反传网络是一种典型的前向网络。[2]
反馈网络
网络内神经元间有反馈,可以用一个无向的完备图表示。这种神经网络的信息处理是状态的变换,可以用动力学系统理论处理。系统的稳定性与联想记忆功能有密切关系。Hopfield网络、波耳兹曼机均属于这种类型。
学习类型
学习是神经网络研究的一个重要内容,它的适应性是通过学习实现的。根据环境的变化,对权值进行调整,改善系统的行为。由Hebb提出的Hebb学习规则为神经网络的学习算法奠定了基础。Hebb规则认为学习过程最终发生在神经元之间的突触部位,突触的联系强度随着突触前后神经元的活动而变化。在此基础上,人们提出了各种学习规则和算法,以适应不同网络模型的需要。有效的学习算法,使得神经网络能够通过连接权值的调整,构造客观世界的内在表示,形成具有特色的信息处理方法,信息存储和处理体现在网络的连接中。
人工神经网络
分类
根据学习环境不同,神经网络的学习方式可分为监督学习和非监督学习。在监督学习中,将训练样本的数据加到网络输入端,同时将相应的期望输出与网络输出相比较,得到误差信号,以此控制权值连接强度的调整,经多次训练后收敛到一个确定的权值。当样本情况发生变化时,经学习可以修改权值以适应新的环境。使用监督学习的神经网络模型有反传网络、感知器等。非监督学习时,事先不给定标准样本,直接将网络置于环境之中,学习阶段与工作阶段成为一体。此时,学习规律的变化服从连接权值的演变方程。非监督学习最简单的例子是Hebb学习规则。竞争学习规则是一个更复杂的非监督学习的例子,它是根据已建立的聚类进行权值调整。自组织映射、适应谐振理论网络等都是与竞争学习有关的典型模型。
分析方法
研究神经网络的非线性动力学性质,主要采用动力学系统理论、非线性规划理论和统计理论,来分析神经网络的演化过程和吸引子的性质,探索神经网络的协同行为和集体计算功能,了解神经信息处理机制。为了探讨神经网络在整体性和模糊性方面处理信息的可能,混沌理论的概念和方法将会发挥作用。混沌是一个相当难以精确定义的数学概念。一般而言,“混沌”是指由确定性方程描述的动力学系统中表现出的非确定性行为,或称之为确定的随机性。“确定性”是因为它由内在的原因而不是外来的噪声或干扰所产生,而“随机性”是指其不规则的、不能预测的行为,只可能用统计的方法描述。

Ⅲ 人工神经网络涉及什么专业

人工神经网络不是一个专业,而是数学领域的一个研究方向。一般应用数学专业里有授课,但也不完全确定,看学校不同而不同。
此外,部分涉及到的工程类专业也有授课。

Ⅳ 人工神经网络是哪一年由谁提出来的

人工神经网络是1943年,心理学家W.S.McCulloch和数理逻辑学家W.Pitts提出来。

他们通过MP模型提出了神经元的形式化数学描述和网络结构方法,证明了单个神经元能执行逻辑功能,从而开创了人工神经网络研究的时代。

1949年,心理学家提出了突触联系强度可变的设想。60年代,人工神经网络得到了进一步发展,更完善的神经网络模型被提出,其中包括感知器和自适应线性元件等。M.Minsky等仔细分析了以感知器为代表的神经网络系统的功能及局限后,于1969年出版了《Perceptron》一书,指出感知器不能解决高阶谓词问题。

(4)人工神经网络的研究属于哪个学派扩展阅读

人工神经网络的特点和优越性,主要表现在三个方面:

第一,具有自学习功能。例如实现图像识别时,只在先把许多不同的图像样板和对应的应识别的结果输入人工神经网络,网络就会通过自学习功能,慢慢学会识别类似的图像。自学习功能对于预测有特别重要的意义。

预期未来的人工神经网络计算机将为人类提供经济预测、市场预测、效益预测,其应用前途是很远大的。

第二,具有联想存储功能。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。

第三,具有高速寻找优化解的能力。寻找一个复杂问题的优化解,往往需要很大的计算量,利用一个针对某问题而设计的反馈型人工神经网络,发挥计算机的高速运算能力,可能很快找到优化解。

Ⅳ 人工神经网络属于什么科目

智能机械化

Ⅵ 什么是人工神经网络 人工神经网络的介绍

人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。

Ⅶ 人工智能有哪几个主要学派

目前人工智能的主要学派有下面三家:
(1)符号主义(symbolicism),又称为逻辑主义(logicism)、心理学派(psychologism)或计算机学派(computerism),其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。
(2)连接主义(connectionism),又称为仿生学派(bionicsism)或生理学派(physiologism),其主要原理为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。
(3)行为主义(actionism),又称为进化主义(evolutionism)或控制论学派(cyberneticsism),其原理为控制论及感知-动作型控制系统。
他们对人工智能发展历史具有不同的看法。
1、符号主义认为人工智能源于数理逻辑。数理逻辑从19世纪末起得以迅速发展,到20世纪30年代开始用于描述智能行为。计算机出现后,又再计算机上实现了逻辑演绎系统。其有代表性的成果为启发式程序LT逻辑理论家,证明了38条数学定理,表了可以应用计算机研究人的思维多成,模拟人类智能活动。正是这些符号主义者,早在1956年首先采用“人工智能”这个术语。后来又发展了启发式算法->专家系统->知识工程理论与技术,并在20世纪80年代取得很大发展。符号主义曾长期一枝独秀,为人工智能的发展作出重要贡献,尤其是专家系统的成功开发与应用,为人工智能走向工程应用和实现理论联系实际具有特别重要的意义。在人工智能的其他学派出现之后,符号主义仍然是人工智能的主流派别。这个学派的代表任务有纽厄尔(Newell)、西蒙(Simon)和尼尔逊(Nilsson)等。
2、连接主义认为人工智能源于仿生学,特别是对人脑模型的研究。它的代表性成果是1943年由生理学家麦卡洛克(McCulloch)和数理逻辑学家皮茨(Pitts)创立的脑模型,即MP模型,开创了用电子装置模仿人脑结构和功能的新途径。它从神经元开始进而研究神经网络模型和脑模型,开辟了人工智能的又一发展道路。20世纪60~70年代,连接主义,尤其是对以感知机(perceptron)为代表的脑模型的研究出现过热潮,由于受到当时的理论模型、生物原型和技术条件的限制,脑模型研究在20世纪70年代后期至80年代初期落入低潮。直到Hopfield教授在1982年和1984年发表两篇重要论文,提出用硬件模拟神经网络以后,连接主义才又重新抬头。1986年,鲁梅尔哈特(Rumelhart)等人提出多层网络中的反向传播算法(BP)算法。此后,连接主义势头大振,从模型到算法,从理论分析到工程实现,伟神经网络计算机走向市场打下基础。现在,对人工神经网络(ANN)的研究热情仍然较高,但研究成果没有像预想的那样好。
3、行为主义认为人工智能源于控制论。控制论思想早在20世纪40~50年代就成为时代思潮的重要部分,影响了早期的人工智能工作者。维纳(Wiener)和麦克洛克(McCulloch)等人提出的控制论和自组织系统以及钱学森等人提出的工程控制论和生物控制论,影响了许多领域。控制论把神经系统的工作原理与信息理论、控制理论、逻辑以及计算机联系起来。早期的研究工作重点是模拟人在控制过程中的智能行为和作用,如对自寻优、自适应、自镇定、自组织和自学习等控制论系统的研究,并进行“控制论动物”的研制。到20世纪60~70年代,上述这些控制论系统的研究取得一定进展,播下智能控制和智能机器人的种子,并在20世纪80年代诞生了智能控制和智能机器人系统。行为主义是20世纪末才以人工智能新学派的面孔出现的,引起许多人的兴趣。这一学派的代表作者首推布鲁克斯(Brooks)的六足行走机器人,它被看作是新一代的“控制论动物”,是一个基于感知-动作模式模拟昆虫行为的控制系统

Ⅷ 人工神经网络的主要研究成果

1 人工神经网络产生的背景
自古以来,关于人类智能本源的奥秘,一直吸引着无数哲学家和自然科学家的研究热情。生物学家、神经学家经过长期不懈的努力,通过对人脑的观察和认识,认为人脑的智能活动离不开脑的物质基础,包括它的实体结构和其中所发生的各种生物、化学、电学作用,并因此建立了神经元网络理论和神经系统结构理论,而神经元理论又是此后神经传导理论和大脑功能学说的基础。在这些理论基础之上,科学家们认为,可以从仿制人脑神经系统的结构和功能出发,研究人类智能活动和认识现象。另一方面,19世纪之前,无论是以欧氏几何和微积分为代表的经典数学,还是以牛顿力学为代表的经典物理学,从总体上说,这些经典科学都是线性科学。然而,客观世界是如此的纷繁复杂,非线性情况随处可见,人脑神经系统更是如此。复杂性和非线性是连接在一起的,因此,对非线性科学的研究也是我们认识复杂系统的关键。为了更好地认识客观世界,我们必须对非线性科学进行研究。人工神经网络作为一种非线性的、与大脑智能相似的网络模型,就这样应运而生了。所以,人工神经网络的创立不是偶然的,而是20世纪初科学技术充分发展的产物。
2 人工神经网络的发展
人工神经网络的研究始于40年代初。半个世纪以来,经历了兴起、高潮与萧条、高潮及稳步发展的远为曲折的道路。
1943年,心理学家W.S.Mcculloch和数理逻辑学家W.Pitts 提出了M—P模型,这是第一个用数理语言描述脑的信息处理过程的模型, 虽然神经元的功能比较弱,但它为以后的研究工作提供了依据。1949年,心理学家D.O.Hebb提出突触联系可变的假设,根据这一假设提出的学习规律为神经网络的学习算法奠定了基础。 1957 年, 计算机科学家Rosenblatt提出了着名的感知机模型,它的模型包含了现代计算机的一些原理,是第一个完整的人工神经网络,第一次把神经网络研究付诸工程实现。由于可应用于模式识别,联想记忆等方面,当时有上百家实验室投入此项研究,美国军方甚至认为神经网络工程应当比“原子弹工程”更重要而给予巨额资助,并在声纳信号识别等领域取得一定成绩。1960年,B.Windrow和E.Hoff提出了自适应线性单元, 它可用于自适应滤波、预测和模式识别。至此,人工神经网络的研究工作进入了第一个高潮。
1969年,美国着名人工智能学者M.Minsky和S.Papert编写了影响很大的Perceptron一书,从理论上证明单层感知机的能力有限,诸如不能解决异或问题,而且他们推测多层网络的感知机能力也不过如此,他们的分析恰似一瓢冷水,很多学者感到前途渺茫而纷纷改行,原先参与研究的实验室纷纷退出,在这之后近10年,神经网络研究进入了一个缓慢发展的萧条期。这期间,芬兰学者T.Kohonen 提出了自组织映射理论,反映了大脑神经细胞的自组织特性、记忆方式以及神经细胞兴奋刺激的规律;美国学者S.A.Grossberg的自适应共振理论(ART );日本学者K.Fukushima提出了认知机模型;ShunIchimari则致力于神经网络有关数学理论的研究等,这些研究成果对以后的神经网络的发展产生了重要影响。
美国生物物理学家J.J.Hopfield于1982年、1984年在美国科学院院刊发表的两篇文章,有力地推动了神经网络的研究,引起了研究神经网络的又一次热潮。 1982 年, 他提出了一个新的神经网络模型——hopfield网络模型。他在这种网络模型的研究中,首次引入了网络能量函数的概念,并给出了网络稳定性的判定依据。1984年,他又提出了网络模型实现的电子电路,为神经网络的工程实现指明了方向,他的研究成果开拓了神经网络用于联想记忆的优化计算的新途径,并为神经计算机研究奠定了基础。1984年Hinton等人将模拟退火算法引入到神经网络中,提出了Boltzmann机网络模型,BM 网络算法为神经网络优化计算提供了一个有效的方法。1986年,D.E.Rumelhart和J.LMcclelland提出了误差反向传播算法,成为至今为止影响很大的一种网络学习方法。1987年美国神经计算机专家R.Hecht—Nielsen提出了对向传播神经网络,该网络具有分类灵活,算法简练的优点,可用于模式分类、函数逼近、统计分析和数据压缩等领域。1988年L.Ochua 等人提出了细胞神经网络模型,它在视觉初级加工上得到了广泛应用。
为适应人工神经网络的发展,1987年成立了国际神经网络学会,并决定定期召开国际神经网络学术会议。1988年1月Neural Network 创刊。1990年3月IEEE Transaction on Neural Network问世。 我国于1990年12月在北京召开了首届神经网络学术大会,并决定以后每年召开一次。1991 年在南京成立了中国神经网络学会。 IEEE 与INNS 联合召开的IJCNN92已在北京召开。 这些为神经网络的研究和发展起了推波助澜的作用,人工神经网络步入了稳步发展的时期。
90年代初,诺贝尔奖获得者Edelman提出了Darwinism模型,建立了神经网络系统理论。同年,Aihara等在前人推导和实验的基础上,给出了一个混沌神经元模型,该模型已成为一种经典的混沌神经网络模型,该模型可用于联想记忆。 Wunsch 在90OSA 年会上提出了一种AnnualMeeting,用光电执行ART,学习过程有自适应滤波和推理功能,具有快速和稳定的学习特点。1991年,Hertz探讨了神经计算理论, 对神经网络的计算复杂性分析具有重要意义;Inoue 等提出用耦合的混沌振荡子作为某个神经元,构造混沌神经网络模型,为它的广泛应用前景指明了道路。1992年,Holland用模拟生物进化的方式提出了遗传算法, 用来求解复杂优化问题。1993年方建安等采用遗传算法学习,研究神经网络控制器获得了一些结果。1994年Angeline等在前人进化策略理论的基础上,提出一种进化算法来建立反馈神经网络,成功地应用到模式识别,自动控制等方面;廖晓昕对细胞神经网络建立了新的数学理论和方法,得到了一系列结果。HayashlY根据动物大脑中出现的振荡现象,提出了振荡神经网络。1995年Mitra把人工神经网络与模糊逻辑理论、 生物细胞学说以及概率论相结合提出了模糊神经网络,使得神经网络的研究取得了突破性进展。Jenkins等人研究光学神经网络, 建立了光学二维并行互连与电子学混合的光学神经网络,它能避免网络陷入局部最小值,并最后可达到或接近最理想的解;SoleRV等提出流体神经网络,用来研究昆虫社会,机器人集体免疫系统,启发人们用混沌理论分析社会大系统。1996年,ShuaiJW’等模拟人脑的自发展行为, 在讨论混沌神经网络的基础上提出了自发展神经网络。1997、1998年董聪等创立和完善了广义遗传算法,解决了多层前向网络的最简拓朴构造问题和全局最优逼近问题。
随着理论工作的发展,神经网络的应用研究也取得了突破性进展,涉及面非常广泛,就应用的技术领域而言有计算机视觉,语言的识别、理解与合成,优化计算,智能控制及复杂系统分析,模式识别,神经计算机研制,知识推理专家系统与人工智能。涉及的学科有神经生理学、认识科学、数理科学、心理学、信息科学、计算机科学、微电子学、光学、动力学、生物电子学等。美国、日本等国在神经网络计算机软硬件实现的开发方面也取得了显着的成绩,并逐步形成产品。在美国,神经计算机产业已获得军方的强有力支持,国防部高级研究计划局认为“神经网络是解决机器智能的唯一希望”,仅一项8 年神经计算机计划就投资4亿美元。在欧洲共同体的ESPRIT计划中, 就有一项特别项目:“神经网络在欧洲工业中的应用”,单是生产神经网络专用芯片这一项就投资2200万美元。据美国资料声称,日本在神经网络研究上的投资大约是美国的4倍。我国也不甘落后,自从1990 年批准了南开大学的光学神经计算机等3项课题以来, 国家自然科学基金与国防预研基金也都为神经网络的研究提供资助。另外,许多国际着名公司也纷纷卷入对神经网络的研究,如Intel、IBM、Siemens、HNC。神经计算机产品开始走向商用阶段,被国防、企业和科研部门选用。在举世瞩目的海湾战争中,美国空军采用了神经网络来进行决策与控制。在这种刺激和需求下,人工神经网络定会取得新的突破,迎来又一个高潮。自1958年第一个神经网络诞生以来,其理论与应用成果不胜枚举。人工神经网络是一个快速发展着的一门新兴学科,新的模型、新的理论、新的应用成果正在层出不穷地涌现出来。
3 人工神经网络的发展前景
针对神经网络存在的问题和社会需求,今后发展的主要方向可分为理论研究和应用研究两个方面。
(1)利用神经生理与认识科学研究大脑思维及智能的机理、 计算理论,带着问题研究理论。
人工神经网络提供了一种揭示智能和了解人脑工作方式的合理途径,但是由于人类起初对神经系统了解非常有限,对于自身脑结构及其活动机理的认识还十分肤浅,并且带有某种“先验”。例如, Boltzmann机引入随机扰动来避免局部极小,有其卓越之处,然而缺乏必要的脑生理学基础,毫无疑问,人工神经网络的完善与发展要结合神经科学的研究。而且,神经科学,心理学和认识科学等方面提出的一些重大问题,是向神经网络理论研究提出的新挑战,这些问题的解决有助于完善和发展神经网络理论。因此利用神经生理和认识科学研究大脑思维及智能的机理,如有新的突破,将会改变智能和机器关系的认识。
利用神经科学基础理论的研究成果,用数理方法探索智能水平更高的人工神经网络模型,深入研究网络的算法和性能,如神经计算、进化计算、稳定性、收敛性、计算复杂性、容错性、鲁棒性等,开发新的网络数理理论。由于神经网络的非线性,因此非线性问题的研究是神经网络理论发展的一个最大动力。特别是人们发现,脑中存在着混沌现象以来,用混沌动力学启发神经网络的研究或用神经网络产生混沌成为摆在人们面前的一个新课题,因为从生理本质角度出发是研究神经网络的根本手段。
(2)神经网络软件模拟, 硬件实现的研究以及神经网络在各个科学技术领域应用的研究。
由于人工神经网络可以用传统计算机模拟,也可以用集成电路芯片组成神经计算机,甚至还可以用光学的、生物芯片的方式实现,因此研制纯软件模拟,虚拟模拟和全硬件实现的电子神经网络计算机潜力巨大。如何使神经网络计算机与传统的计算机和人工智能技术相结合也是前沿课题;如何使神经网络计算机的功能向智能化发展,研制与人脑功能相似的智能计算机,如光学神经计算机,分子神经计算机,将具有十分诱人的前景。
4 哲理
(1)人工神经网络打开了认识论的新领域
认识与脑的问题,长期以来一直受到人们的关注,因为它不仅是有关人的心理、意识的心理学问题,也是有关人的思维活动机制的脑科学与思维科学问题,而且直接关系到对物质与意识的哲学基本问题的回答。人工神经网络的发展使我们能够更进一步地既唯物又辩证地理解认识与脑的关系,打开认识论的新领域。人脑是一个复杂的并行系统,它具有“认知、意识、情感”等高级脑功能,用人工进行模拟,有利于加深对思维及智能的认识,已对认知和智力的本质的研究产生了极大的推动作用。在研究大脑的整体功能和复杂性方面,人工神经网络给人们带来了新的启迪。由于人脑中存在混沌现象,混沌可用来理解脑中某些不规则的活动,从而混沌动力学模型能用作人对外部世界建模的工具,可用来描述人脑的信息处理过程。混沌和智能是有关的,神经网络中引入混沌学思想有助于提示人类形象思维等方面的奥秘。人工神经网络之所以再度兴起,关键在于它反映了事物的非线性,抓住了客观世界的本质,而且它在一定程度上正面回答了智能系统如何从环境中自主学习这一最关键的问题,从认知的角度讲,所谓学习,就是对未知现象或规律的发现和归纳。由于神经网络具有高度的并行性,高度的非线性全局作用,良好的容错性与联想记忆功能以及十分强的自适应、自学习功能,而使得它成为揭示智能和了解人脑工作方式的合理途径。但是,由于认知问题的复杂性,目前,我们对于脑神经网的运行和神经细胞的内部处理机制,如信息在人脑是如何传输、存贮、加工的?记忆、联想、判断是如何形成的?大脑是否存在一个操作系统?还没有太多的认识,因此要制造人工神经网络来模仿人脑各方面的功能,还有待于人们对大脑信息处理机理认识的深化。
(2)人工神经网络发展的推动力来源于实践、 理论和问题的相互作用
随着人们社会实践范围的不断扩大,社会实践层次的不断深入,人们所接触到的自然现象也越来越丰富多彩、纷繁复杂,这就促使人们用不同的原因加以解释不同种类的自然现象,当不同种类的自然现象可以用同样的原因加以解释,这样就出现了不同学科的相互交叉、综合,人工神经网络就这样产生了。在开始阶段,由于这些理论化的网络模型比较简单,还存在许多问题,而且这些模型几乎没有得到实践的检验,因而神经网络的发展比较缓慢。随着理论研究的深入,问题逐渐地解决特别是工程上得到实现以后,如声纳识别成功,才迎来了神经网络的第一个发展高潮。可Minisky认为感知器不能解决异或问题, 多层感知器也不过如此,神经网络的研究进入了低谷,这主要是因为非线性问题没得到解决。随着理论的不断丰富,实践的不断深入, 现在已证明Minisky的悲观论调是错误的。今天,高度发达的科学技术逐渐揭示了非线性问题是客观世界的本质。问题、理论、实践的相互作用又迎来了人工神经网络的第二次高潮。目前人工神经网络的问题是智能水平不高,还有其它理论和实现方面的问题,这就迫使人们不断地进行理论研究,不断实践,促使神经网络不断向前发展。总之,先前的原因遇到了解释不同的新现象,促使人们提出更加普遍和精确的原因来解释。理论是基础,实践是动力,但单纯的理论和实践的作用还不能推动人工神经网络的发展,还必须有问题提出,才能吸引科学家进入研究的特定范围,引导科学家从事相关研究,从而逼近科学发现,而后实践又提出新问题,新问题又引发新的思考,促使科学家不断思考,不断完善理论。人工神经网络的发展无不体现着问题、理论和实践的辩证统一关系。
(3 )人工神经网络发展的另一推动力来源于相关学科的贡献及不同学科专家的竞争与协同
人工神经网络本身就是一门边缘学科,它的发展有更广阔的科学背景,亦即是众多科研成果的综合产物,控制论创始人Wiener在其巨着《控制论》中就进行了人脑神经元的研究;计算机科学家Turing就提出过B网络的设想;Prigogine提出非平衡系统的自组织理论,获得诺贝尔奖;Haken研究大量元件联合行动而产生宏观效果, 非线性系统“混沌”态的提出及其研究等,都是研究如何通过元件间的相互作用建立复杂系统,类似于生物系统的自组织行为。脑科学与神经科学的进展迅速反映到人工神经网络的研究中,例如生物神经网络理论,视觉中发现的侧抑制原理,感受野概念等,为神经网络的发展起了重要的推动作用。从已提出的上百种人工神经网络模型中,涉及学科之多,令人目不暇接,其应用领域之广,令人叹为观止。不同学科专家为了在这一领域取得领先水平,存在着不同程度的竞争,所有这些有力地推动了人工神经网络的发展。人脑是一个功能十分强大、结构异常复杂的信息系统,随着信息论、控制论、生命科学,计算机科学的发展,人们越来越惊异于大脑的奇妙,至少到目前为止,人类大脑信号处理机制对人类自身来说,仍是一个黑盒子,要揭示人脑的奥秘需要神经学家、心理学家、计算机科学家、微电子学家、数学家等专家的共同努力,对人类智能行为不断深入研究,为人工神经网络发展提供丰富的理论源泉。另外,还要有哲学家的参与,通过哲学思想和自然科学多种学科的深层结合,逐步孕育出探索人类思维本质和规律的新方法,使思维科学从朦胧走向理性。而且,不同领域专家的竞争与协调同有利于问题清晰化和寻求最好的解决途径。纵观神经网络的发展历史,没有相关学科的贡献,不同学科专家的竞争与协同,神经网络就不会有今天。当然,人工神经网络在各个学科领域应用的研究反过来又推动其它学科的发展,推动自身的完善和发展。

Ⅸ 神经网络研究属于什么学派

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