人工神经网络模型讲解

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1、第二章神经网络理论基础生物神经元生物神经网络信息处理特征神经元理论模型人工神经网络模型神经网络基本特性神经网络模拟神经网络学习机理神经网络信息处理能力神经网络的稳定性和收敛性1脑神经系统神经元的结构脑神经元的功能2.1生物神经网络2人工神经网络的研究实质，就是ANN向BNN学习的问题；生物神经系统就是指人的脑神经系统；脑是生物的神经中枢，表现在：脑是遗传基因深化的结果；脑是后天生命体与环境相互作用的结果；脑是生命体在适应环境过程中的经验、学习和训练的结果；脑是生物漫长历史进化的结果；2.1.1脑神经系统3脑神

2、经系统工作的两个表现形式物理平面、认知平面物理平面脑是一个由物质构成的一个有序结构；是由大量神经元（脑神经细胞）相互连接构成的，即脑的信息处理基本单元是神经元；脑的活动具有物质的物理化学变化以及运动的数学规律；如：温度、压力、电位等可以在一个可触及的物质世界里，记录神经元对电刺激的反应，记录和分析脑电信号等。4认知平面脑表现在较低的结构组织（如分子、细胞等）水平上观测不到的现象和性质；例如：思维、意识、记忆、联想等；更为奥秘的情感、灵感和创造等；表现为一个宏观的、与认知行为相联系的集体特征；属于信息活动的范畴

3、。5概括脑是物理平面和认知平面的统一体；人工神经网络的研究目的通过揭示物理平面与认知平面的映射，了解两者相互联系和作用的机理；构造向生物神经网络学习的人工神经网络，具有类似人脑的智能思维和行为的机器。6神经元是脑神经系统的基本组成单元；人脑内的神经元大约有（数十亿至数千亿）个，神经元之间广泛连接，构成来脑神经系统智能信息处理的基础。严格说，没有任意两个神经元在现状上是完全相同的，但绝大多数的神经元具有共同的结构特征和功能；脑神经元可以分为三个部分：细胞体轴突树突2.1.2脑神经元的结构78细胞体（CellBo

4、dy）又称胞体（Soma）包含神经元的核核合成细胞生命所想要的物质细胞核（Cellmucleus）细胞质（Cellcytoplasm）细胞膜（Cellmembrane）9轴突（Axon）又称轴索由胞体发出的一根粗细较均匀、表面光滑的突起，长度一般为几个微米；是神经元许多突起中最长的（唯一一根）；功能是传出从细胞体输出的神经信息（又称神经冲动impulse），相当于细胞的输出线路；其末端有许多神经末梢（又称轴突末梢），它把神经信息分发给其它神经元；相对于神经元的信号输出端口；两种结构形式髓鞘纤维（粗）无髓鞘纤维

5、（细）10树突（Dendrite）又称枝晶、突起由细胞向外伸出的许多短的突起；像树枝一样四处分散开来，在胞体附件比较粗，离开胞体后不远就很快变细；功能是收集其它神经元传送来的神经信息；相当于神经元的输入端口；11突触（Synapse）又称神经键；一个神经元的轴突（输出端口）与另一个神经元的树突（输入端口）相互连接，实现神经元之间信息的传递，该接口部分称为突触；突触由两种类型兴奋性抑制型每个神经元有个突触；每一个神经元可以与个神经元相互连接；轴突与树突通过突触一一连接，组成一个复杂的神经网络系统。12突触（续）

6、突触可以分为三个部分（1）突触前部分第一个神经元的轴突的神经末梢部分（2）突触间隙轴突与树突并不是直接连通的，而是有15～25nm的宽度，因此，从电学上讲，轴突与树突是断开的；轴突与树突之间的间隙，称为突触间隙；（3）突触后部分第二个神经元的树突前端部分13突触（续）当脉冲信息到达突触前部分后，会产生某种化学物质，从而突触后部分细胞膜的离子通透性发生了变化，因此在突触后产生了正或负的电位。这种电位称作突触后电位（PostSynapsePotential,简称PSP）。突触前部分通过化学接触，将信息传递到突触后

7、部分，产生电位变化，从而实现神经元的信息传递。14膜电位（MembranePotential）细胞静止时体内相对于体外有一个电位差，称为膜电位，大约60mv，膜外为正，膜内为负；突触后正或负的电位的产生，分别对应于负的静止电位的绝对值的减少或者增加。产生正电位称为去极化，产生负电位称为过极化。能产生正电位的突触称为兴奋型突触，此时有神经脉冲输出；产生负电位的突触称为抑制型突触，此时没有神经脉冲输出；15结构可塑性由于突触的信息传递特性时可变的，随着神经冲动传递方式的变化，传递作用可增强或者减弱；当轴突有信号输

8、出时，此时，可以认为轴突和树突已经连接起来；当轴突没有信号输出时，轴突与树突可以认为是不相连的；因此，细胞之间的连接是柔软的，也即，细胞的结构是可塑的。16神经元是脑神经系统信息处理的基本单位；具有以下功能空间整合功能时间整合功能兴奋与拟制状态脉冲与电位转换突触延时和不应期学习、遗忘和疲劳2.1.3脑神经元的功能17空间整合功能来自不同神经元的输入信号，作用于神经元的不同突触；所形成的突触后电位，将