实现马尔科夫随机场概率编码的方法及神经电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及神经电路技术领域，特别涉及一种通过神经电路实现马尔科夫随机场 概率编码的方法及神经电路。
【背景技术】
[0002] 马尔科夫随机场在生理学和心理学实验上有着极其重要的作用。模拟马尔科夫随 机场的推理过程一方面有利人们理解大脑如何实现推理，另一方面，能够模仿人脑的功能 从而实现现有模型不能解决的问题。
[0003] 目前，相关技术中涉及了马尔科夫随机场模型的神经电路，例如通过循环神经电 路实现隐马尔科夫模型的后验概率推理问题，通过霍普菲尔德网络实现二值马尔科夫随机 场的置信度传播算法等。但在相关技术中，不能对应模拟神经元的发放过程，因此很难做出 实现马尔科夫随机场模型的神经电路。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 目的在于提出一种通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的方法，能够通过神经电路 实现马尔科夫随机场模型。
[0005] 本发明的第二个目的在于提出一种实现马尔科夫随机场概率编码的神经电路。
[0006] 根据本发明第一方面实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的方 法，所述神经电路包括依次串联的T个神经电路子模块，其中，T为正整数，所述方法包括以 下步骤：提供第一输入、第二输入和第t个神经电路子模块的输入，其中，t〈T，其中，第1个 神经电路子模块的输入为初始输入；根据所述第一输入、第二输入和第t个神经电路子模 块的输入得到所述第t个神经电路子模块的输出；将所述第t个神经电路子模块的输出作 为第t+i个神经电路子模块的输入，并根据所述第一输入、第二输入和第t+i个神经电路子 模块的输入得到第t+ι个神经电路子模块的输出；将第T个神经电路子模块的输出作为所 述神经电路的输出，并根据所述神经电路的输出计算神经元发放率编码的概率值。
[0007] 根据本发明实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的方法，通过将 多个神经电路子模块串联，为神经电路中的第一个神经电路子模块提供初始输入，并将神 经电路子模块的输出作为下一个子模块的输入，并最终得到神经电路的输出，从而可根据 神经电路的输出计算出神经元发放率编码的概率值。由此，可将神经元发放率与马尔科夫 随机场的概率联系起来，从而可通过本发明实施例的神经电路实现马尔科夫随机场概率编 码，即能够通过神经电路实现马尔科夫随机场模型。
[0008] 另外，根据本发明上述实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的方 法还可以具有如下附加的技术特征：
[0009] 根据本发明的一个实施例，在发放第i个神经元时，所述初始输入为CCll!,所述第 一输入为S=Qki，所述第二输入为θ = G1，其中，i彡N，k彡N，N为神经元的总数，且N>>1。
[0010] 进一步地，所述第t+1个神经电路子模块的输出为：
其 中，tanh为双曲正切函数。
[0011] 进一步地，所述神经电路的输出与二值马尔科夫随机场的概率之差相等，即：
其中，P'(Xi= I)+P'(Xi= -1) = 1，所述计算神经元发放率编 码的概率值具体包括：计算PTi Ui= 1)和P Ti Ui= -1)的值。
[0012] 根据本发明第二方面实施例的实现马尔科夫随机场概率编码的神经电路，包括： 第一输入端，用于为所述神经电路提供第一输入；第二输入端，用于为所述神经电路提供第 二输入；初始输入端，用于为所述神经电路提供初始输入；依次串联的T个神经电路子模 块，每个所述神经电路子模块包括输入端、乘法器、加法器、双曲正切函数和输出端，所述神 经电路子模块用于根据所述第一输入、第二输入和第t个神经电路子模块的输入得到所述 第t个神经电路子模块的输出，并将所述第t个神经电路子模块的输出作为第t+Ι个神经 电路子模块的输入，并根据所述第一输入、第二输入和第t+ι个神经电路子模块的输入得 到第t+ι个神经电路子模块的输出，其中，T为正整数，t〈T，其中，第1个神经电路子模块的 输入为初始输入；输出端，用于将第T个神经电路子模块的输出作为所述神经电路的输出； 计算模块，用于根据所述神经电路的输出计算神经元发放率编码的概率值。
[0013] 根据本发明实施例的实现马尔科夫随机场概率编码的神经电路，通过将多个神经 电路子模块串联，为神经电路中的第一个神经电路子模块提供初始输入，并将神经电路子 模块的输出作为下一个子模块的输入，并最终得到神经电路的输出，从而可根据神经电路 的输出计算出神经元发放率编码的概率值。由此，可将神经元发放率与马尔科夫随机场的 概率联系起来，从而可通过本发明实施例的神经电路实现马尔科夫随机场概率编码，即能 够通过神经电路实现马尔科夫随机场模型。
[0014] 另外，根据本发明上述实施例的实现马尔科夫随机场概率编码的神经电路还可以 具有如下附加的技术特征：
[0015] 根据本发明的一个实施例，在发放第i个神经元时，所述初始输入为Cdli1，所述第 一输入为§=Θη，所述第二输入为0 = 0i，其中，i彡N，k彡N，N为神经元的总数，且N>>1。
[0016] 进一步地，所述第t+1个神经电路子模块的输出为
其中， tanh为双曲正切函数。
[0017] 进一步地，所述神经电路的输出与二值马尔科夫随机场的概率之差相等，即：
，其中，PTi Ui = I)+P Ti Ui =-I) = 1，所述计算模块具体用于：根 据所述神经电路的输出计算PTi Ui= 1)和P Ti Ui=-1)的值。
【附图说明】
[0018] 图1为根据本发明一个实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的 方法的流程图；
[0019] 图2为根据本发明一个实施例的神经电路子模块的示意图；
[0020] 图3为根据本发明一个实施例的神经电路的示意图；
[0021] 图4为根据本发明一个实施例的实现马尔科夫随机场概率编码的神经电路的结 构框图。
【具体实施方式】
[0022] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023] 图1为根据本发明一个实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的 方法的流程图。
[0024] 其中，本发明实施例的神经电路包括依次串联的T个神经电路子模块，其中，T为 正整数。
[0025] 如图1所示，本发明实施例的通过神经电路实现马尔科夫随机场概率编码的方 法，包括以下步骤：
[0026] S101，提供第一输入、第二输入和第t个神经电路子模块的输入，其中，t〈T，其中， 第1个神经电路子模块的输入为初始输入。
[0027] 图2为根据本发明一个实施例的神经电路子模块的示意图，图3为根据本发明一 个实施例的神经电路的示意图。如图2所示，每个神经电路子模块包括输入端、乘法器、加 法器、双曲正切函数和输出端。如图3所示，T个神经电路子模块依次串联，因此，第t个神 经电路子模块的输入可由第t-Ι个神经电路子模块提供，即第t-Ι个神经电路子模块的输 出为第t个神经电路子模块的输入。在本发明的一个实施例中，可设定初始输入作为第1 个神经电路子模块的输入，由此，每个神经电路子模块皆具有对应的输入。
[0028] 在本发明的一个实施例中，如图3所示，神经电路中的每个神经电路子模块除具 有对应的输入外，还可由外接的端口为每个神经电路子模块提供相同的第一输入和第二输 入。其中，在发放第i个神经元时，初始输入可为Cdii1，第一输入可为§=ekl，第二输入可为θ =91，其中，1$11^<1~为神经元的总数，且0>1。在本发明的一个实施例中，01<1可 表示第k个神经元和第i个神经元的连接强度，Θ ki可远小于1。
[0029] 在本发明的一个实施例中，初始输入Celli1吋为随机值，无需专门设置。
[0030] S102,根据第一输入、第二输入和第t个神经电路子模块的输入得到第t个神经电 路子模块的输出。
[0031] 具体地，参照图3,将第一输入和初始输入通过乘法器进行运算后，将运算结果和 第二输入一起输入加法器，然后将加法器的输出结果进行双曲正切运算，即可得到第1个 神经电路子模块的输出。然后将第1个神经电路子模块的输出作为第2个神经电路子