学位论文简介
现有的基于忆阻的神经网络设计大多没有提出完整的电路实现，部分训练需要计算机的辅助计算，而软硬件结合的计算方式无法提供实时的权值更新。而且，目前基于忆阻的神经网络只能处理单一的图像识别任务，无法实现多任务学习。另外，通过模拟大脑的生物功能，基于忆阻的神经网络还可以实现联想记忆等复杂的类脑功能。但现有的基于忆阻的联想记忆网络重点研究联想记忆功能的实现，而没有考虑情感等因素对联想记忆的影响。因此，本文针对以上问题，取得了以下主要研究成果：
(1) 提出了基于加权和同步抖动算法的忆阻神经网络全电路设计，并用于人脸识别。该电路设计使得所有训练和权值调整都在电路中实现，无需计算机的辅助计算。仿真实验验证了该忆阻神经网络的实用性和有效性。
(2) 提出了基于忆阻的受限玻尔兹曼机神经网络全电路设计，并用于车牌识别。该电路设计将训练过程从软件转移到片上实现，提高了运算速度。此外，通过与相关的工作进行比较，验证了所提出的忆阻神经网络电路的优越性。
(3) 受大脑情感学习机制的启发，提出了情感学习网络模型及其忆阻电路实现，并用于多任务图像识别。与传统神经网络相比，所提出的情感学习网络同时考虑了感官输入信息和情境信息，具备情境学习能力，实现了对多个任务进行并行训练。仿真结果验证了基于忆阻的情感学习网络电路的适应性和灵活性。
(4) 提出了基于情绪效应的忆阻联想记忆网络模型及其忆阻电路实现。所提出的忆阻联想记忆网络电路实现了复杂的类脑功能，包括学习、遗忘、可变学习率和遗忘率、时间间隔、情绪一致性效应和情绪依赖性效应，更符合人类的真实联想记忆过程。
主要学术成果
Cong Xu, Chunhua Wang, Jinguang Jiang, Jingru Sun, Hairong Lin. Memristive circuit implementation of context-dependent emotional learning network and its application in multitask. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 2022, 41(9): 3052-3065. (第一作者, CCF A类期刊)
徐聪, 王春华, 孙晶茹. 基于忆阻器的RBM及其在车牌图像处理中的应用. 中国科学: 信息科学. 2022, DOI: 10.1360/SSI-2022-0027. (第一作者, CCF A类中文期刊)
Cong Xu, Chunhua Wang, Yichuang Sun, Qinghui Hong, Quanli Deng, Haowen Chen. Memristor-based neural network circuit with weighted sum simultaneous perturbation training and its applications. Neurocomputing. 2021,462: 581-590. (第一作者, SCI二区)
Cong Xu, Jingru Sun, Chunhua Wang. An image encryption algorithm based on random walk and hyperchaotic systems. International Journal of Bifurcation and Chaos. 2020, 30(4): 2050060. (第一作者, SCI二区)
Cong Xu, Meiling Liao, Chunhua Wang, Jingru Sun, Hairong Lin. Memristive competitive Hopfield neural network for image segmentation application. Cognitive Neurodynamics. Accepted. (第一作者, SCI二区)
Cong Xu, Jingru Sun, Chunhua Wang. A novel image encryption algorithm based on bit-plane matrix rotation and hyper chaotic systems. Multimedia Tools and Applications. 2020, 79: 5573-5593. (第一作者, SCI 四区)
Chunhua Wang, Cong Xu, Jingru Sun, Quanli Deng. Memristor-based associative memory neural network circuit with emotion effect. Neural Computing and Applications. Under Review. (第二作者, 导师第一作者, SCI 二区)
