為了解決諸如圖像識別、混沌時(shí)間序列預(yù)測、分類等復(fù)雜任務(wù),研究人員努力尋找比傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)效率更高、計(jì)算能力更強(qiáng)的新方法。儲備池計(jì)算（Reservoir computing,RC）是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新穎計(jì)算方法,其計(jì)算方式完全不同于傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī),在處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出高效率和高精度的特點(diǎn)。RC起源于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),但是消除了遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中訓(xùn)練困難的缺陷,因而更易于在實(shí)踐中應(yīng)用。RC在處理任務(wù)過程中,需要利用非線性特征映射將輸入信號從低維空間映射到高維空間,其可基于兩種不同方式實(shí)現(xiàn):一是基于大量的非線性節(jié)點(diǎn);二是基于單個(gè)非線性節(jié)點(diǎn)加外部反饋環(huán),由沿延遲反饋環(huán)的等間隔輸出作為虛擬節(jié)點(diǎn)。基于后者的RC簡稱延時(shí)型RC,其結(jié)構(gòu)非常簡單,可極大程度減低RC系統(tǒng)的實(shí)施難度。2011年,首次報(bào)道了基于一個(gè)混沌電路加延遲反饋環(huán)的延時(shí)RC系統(tǒng),該系統(tǒng)以0.1 KSa/s的數(shù)據(jù)處理速率進(jìn)行10階非線性自回歸移動(dòng)平均（NARMA10）測試時(shí),預(yù)測誤差低至2.3%。在處理隨時(shí)間變化的信息時(shí),高速、高準(zhǔn)確率是RC追求的永恒目標(biāo)。相對于電路的延時(shí)RC,光電或全光延時(shí)RC更具優(yōu)勢。特別地,由于半導(dǎo)體激光器（Sem... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

單個(gè)非線性節(jié)點(diǎn)加延時(shí)反饋環(huán)構(gòu)成儲備池的電路RC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖[30]

圖 1-6 單個(gè)非線性節(jié)點(diǎn)加延時(shí)反饋環(huán)構(gòu)成儲備池的電路 RC 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖[30]圖 1-6 即為 L. Appeltant 等人提出的單個(gè)非線性節(jié)點(diǎn)加延時(shí)反饋環(huán)構(gòu)成儲備池的C 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。其非線性器件選用了 Mackey-Glass 振蕩器[52]，這種器件的已經(jīng)被廣泛研究并易于在電路中實(shí)現(xiàn)[53]。并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)引入了輸入項(xiàng)，可為：[ ( ) ( )]( ) ( )1 [ ( ) ( )]pX t J tX t X tX t J t (1-1，X 表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變量， X 表示其相對于無量綱的時(shí)間 t 的導(dǎo)數(shù)，τ 是反饋環(huán)時(shí)間。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 T（在開環(huán)情況下決定變量 X 的衰減率）歸一化為 1。參 γ 分別代表反饋強(qiáng)度和輸入縮放因子。η的大小很大程度上決定了系統(tǒng)在沒有輸況下是運(yùn)行于穩(wěn)態(tài)還是振蕩狀態(tài)。這個(gè)系統(tǒng)在電路中實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其參數(shù)性[54]，通過調(diào)整指數(shù) p 可以使系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)姆蔷�性。這里選取了 γ=0.5，p=。L. Appeltant 等人使用這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)成功驗(yàn)證了單個(gè)數(shù)字語音識別及 NARMA-，其結(jié)果如下圖所示：

圖 1-9 光電反饋 RC 系統(tǒng)示意圖[56]由下面的延時(shí)微分方程來描述：20 X ( s ) X ( s ) sin ( X ( s 1) u(s) )時(shí)間 τD歸一化為 1，相應(yīng)的 s=t/τD為歸一化時(shí)間， =TR/τD是振蕩ρ 為輸入信號相對于反饋信號 X(t)的強(qiáng)度，μ 為反饋強(qiáng)度調(diào)節(jié)因個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)都可以精確地調(diào)節(jié)，反饋增益 β 可以通過激光只需通過施加到 MZM 直流電極的電壓即可調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)，為相應(yīng)開環(huán)結(jié)構(gòu)（將反饋線斷開）時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。 等人提出的這個(gè)光電反饋 RC 系統(tǒng)使用 τD=20.87 us 的反饋環(huán)，則相鄰兩個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)的間隔 θ = τD/N=52.18 ns，其測得的系統(tǒng)響得注意的是，虛擬節(jié)點(diǎn)間隔 θ 約為 0.2TR，這個(gè)設(shè)置保證了在每都能處于瞬態(tài)響應(yīng)。在任務(wù)測試中，應(yīng)用 TI46 數(shù)字語音識別任估。輸入 475 個(gè)隨機(jī)選擇的訓(xùn)練樣本，將系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)作為儲于訓(xùn)練讀出權(quán)重。使用了嶺回歸計(jì)算方法得出 Wout，并用其他未

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3609188