[发明专利]基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法及装置

权利要求书

1.一种基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，构建顶点及顶点间路径权值的加权图；

S2，构建忆阻器脉冲耦合神经网络，包括突触权重阵列、电流转电压器件、神经元电路和数字控制电路，忆阻器脉冲耦合神经网络采用交叉忆阻器阵列，代表忆阻器脉冲耦合神经网络的突触，每一列上连接的神经元电路，代表忆阻器脉冲耦合神经网络的一个神经元，神经元电路包括一组基于阈值转变的忆阻器，神经网络包括一组神经元，神经元包括感受域、调制域和脉冲生成器，感受域包括连接部分和输入部分，连接部分设有一组与相邻的神经元连接的突触，输入部分接收神经网络的外部输入，调制域将连接部分和输入部分的输出进行调节，形成神经元的内部活动，脉冲生成器在内部活动达到设定的阈值时，激活神经元；向起始顶点对应的神经元电路输入电压脉冲信号，输入电压脉冲信号的幅值固定，将路径权值映射为忆阻器的电阻，起始顶点对应的神经元电路被激活，经过起始顶点对应的神经元电路的电压和电导相乘后，形成电流，通过电流转电压器件，将每行电流转化为电压，数字控制电路控制连接并输出电压脉冲信号，电压脉冲信号输入到突触权重阵列中与起始顶点相邻的神经元电路中，以此类推，直到所有神经元电路被激活；

当内部活动达到所设定的阈值，神经元将被激活，的计算方法如公式（4）所示：

（4）

其中，表示神经元i在时刻的输出，表示神经元i在时刻的阈值，表示电压值，是一个超参数，能够调节，表示衰减因子，e表示指数函数，表示阈值的衰减系数；

S3，将加权图映射到忆阻器脉冲耦合神经网络，加权图中的顶点映射为忆阻器脉冲耦合神经网络上的神经元，路径权值映射为忆阻器脉冲耦合神经网络上的突触；

S4，通过忆阻器脉冲耦合神经网络，获取起始顶点到其他顶点的最短路径，向起始顶点对应的神经元输入脉冲信号，将其激活后，信号传输给相邻顶点对应的神经元，神经元的突触对应的路径权值不同，使得相邻顶点对应的神经元具有不同的激活时间，突触对应的路径权值最小的顶点，其对应的神经元将先被激活，通过神经元的激活时间及该神经元被激活时其对应顶点的前驱顶点，得到从起始顶点到其他顶点的最短路径。

2.根据权利要求1所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于所述突触集成在一晶体管一阻变器件1T1R的结构中。

3.根据权利要求1所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于设定终止顶点，通过所述S4，获取从起始顶点到终止顶点的最短路径。

4.根据权利要求1所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于所述S2中，将当前神经元与其他神经元的连接权值作为突触权值，再将突触权值以及与其对应的其他神经元上一时刻的输出，作为连接部分的输入，连接部分将突触权值以及与其对应的其他神经元上一时刻的输出相乘，并将所有相乘结果累加后输出。

5.根据权利要求1所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于所述S2中的调制域，将连接部分和输入部分的输出相加，形成神经元的内部活动。

6.根据权利要求1所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法，其特征在于所述S2中的阈值，是阈值衰减因子和当前神经元上一时刻的阈值的乘积，与电压值和当前神经元上一时刻输出的乘积之和，当内部活动大于阈值时，神经元被激活，否则不激活。

7.一种基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取装置，其特征在于，包括一个或多个处理器，用于实现权利要求1-6中任一项所述的基于忆阻器脉冲耦合神经网络的最短路径获取方法。