(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111663000.6 (22)申请日 2021.12.31 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114004343 A (43)申请公布日 2022.02.01 (73)专利权人 之江实验室 地址 311100 浙江省杭州市余杭区中泰街 道之江实验室南湖总部 (72)发明人 高丽丽　时拓　张程高　顾子熙　 王志斌　李一琪　 (74)专利代理 机构 杭州浙科专利事务所(普通 合伙) 33213 专利代理师 孙孟辉　杨小凡 (51)Int.Cl. G06N 3/04(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) (56)对比文件 CN 102457419 A,2012.0 5.16CN 110600498 A,2019.12.20 CN 111882064 A,2020.1 1.03 CN 113469334 A,2021.10.01 CN 113675334 A,2021.1 1.19 CN 105224986 A,2016.01.0 6 CN 110622081 A,2019.12.27 CN 108170 640 A,2018.0 6.15 CN 109791409 A,2019.0 5.21 CN 112599664 A,2021.04.02 CN 104809498 A,2015.07.2 9 CN 108921290 A,2018.1 1.30 CN 110619908 A,2019.12.27 CN 112470161 A,2021.0 3.09 CN 103324979 A,2013.09.25 李传东等. 《多种连接模型的忆阻神经网络 学习》 . 《重庆大 学学报》 .2014,第37 卷(第6期), 第10-16,24页. 审查员 赵会玲 (54)发明名称 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 (57)摘要 本发明公开了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， 首先将加权图的 边和顶点直接映射到基于忆阻器的脉冲耦合神 经网络上的突触和神经元， 通过记录神经元的激 活时间和给定神经元的连通性， 以高度并行的脉 冲传播， 获得从起始神经元到所有其他神经元的 最短路径。 本发 明提出的基于忆阻器的脉冲耦合 神经网络， 充分利用了忆阻器物理特性的高度并 行性， 以较低的时间复杂 度和空间复杂 度实现了 最短路径的获取。 并且在八顶点加权图中获得 100%的路径最优性， 能耗低至 0.33μJ。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114004343 B 2022.10.14 CN 114004343 B 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。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114004343 B 25.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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114004343 B 3