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，并应用于人脸识别。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。仿真实验验证了所提出的忆阻神经网络电路的实用性和有效性。
(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，并应用于车牌识别。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，并应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，实现了多个任务的并行训练。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)
Chunhua Wang, Cong Xu, Jingru Sun, Quanli Deng. Memristor-based associative memory neural network circuit with emotion effect. Neural Computing and Applications. 2022, Minor revision. (第二作者, 导师第一作者, SCI 二区)
Cong Xu, Meiling Liao, Chunhua Wang, Jingru Sun, Hairong Lin. Memristive competitive Hopfield neural network for image segmentation application. Cognitive Neurodynamics. 2022, DOI: 10.1007/s11571-022-09891-2. (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, 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)
