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人工智能精品资源:(Ebook - Mathematics) Development Of Neural Network Theory For Artificial Life-Thesis, M

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标签: 人工智能

人工智能精品资源:(Ebook - Mathematics) Development Of Neural Network Theory For Artificial Life-Thesis, Matlab And Java Code

文档内容节选

T H E C O O P E R U N I O N A L B E R T N E R K E N S C H O O L O F E N G I N E E R I N G A N E X P L O R A T I O N A N D D E V E L O P M E N T O F C U R R E N T A R T I F I C I A L N E U R A L N E T W O R K T H E O R Y A N D A P P L I C A T I O N S W I T H E M P H A S I S O N A R T I F I C I A L L I F E b y D a v i d J C a v u t o A t h e s i s s u b m i t t e d i n p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s ......

T H E C O O P E R U N I O N A L B E R T N E R K E N S C H O O L O F E N G I N E E R I N G A N E X P L O R A T I O N A N D D E V E L O P M E N T O F C U R R E N T A R T I F I C I A L N E U R A L N E T W O R K T H E O R Y A N D A P P L I C A T I O N S W I T H E M P H A S I S O N A R T I F I C I A L L I F E b y D a v i d J . C a v u t o A t h e s i s s u b m i t t e d i n p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M a s t e r o f E n g i n e e r i n g M a y 6 , 1 9 9 7 T H E C O O P E R U N I O N F O R T H E A D V A N C E M E N T O F S C I E N C E A N D A R T T H E C O O P E R U N I O N F O R T H E A D V A N C E M E N T O F S C I E N C E A N D A R T A L B E R T N E R K E N S C H O O L O F E N G I N E E R I N G T h i s t h e s i s w a s p r e p a r e d u n d e r t h e d i r e c t i o n o f t h e C a n d i d a t e ’ s T h e s i s A d v i s o r a n d h a s r e c e i v e d a p p r o v a l . I t w a s s u b m i t t e d t o t h e D e a n o f t h e S c h o o l o f E n g i n e e r i n g a n d t h e f u l l F a c u l t y , a n d w a s a p p r o v e d a s p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f M a s t e r o f E n g i n e e r i n g . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ D e a n , S c h o o l o f E n g i n e e r i n g - D a t e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ P r o f . S i m o n B e n - A v i - D a t e C a n d i d a t e ’ s T h e s i s A d v i s o r i A c k n o w l e d g m e n t s I w o u l d l i k e t o t a k e t h i s o p p o r t u n i t y t o t h a n k , f i r s t a n d f o r e m o s t , m y t h e s i s a d v i s o r , D r . S i m o n B e n - A v i . H i s a d v i c e , b o t h a s a p r o f e s s o r a n d a s a f r i e n d , w e r e a n d a l w a y s w i l l b e i n v a l u a b l e . M o r e o v e r , I w o u l d l i k e t o t h a n k t h e e n t i r e E E d e p a r t m e n t f a c u l t y a n d s t a f f f o r a l l t h e s u p p o r t a n d e n c o u r a g e m e n t ( a n d t o l e r a t i o n ) t h e y h a v e s h o w n m e t h r o u g h o u t t h e y e a r s . I a m d e e p l y i n d e b t e d t o m y f r i e n d a n d B i g B r o t h e r Y a s h o d h a n C h a n d r a h a s R i s b u d ( Y a s h ! ) . W i t h o u t t h e o c c a s i o n a l s m a c k i n t h e h e a d h e n e e d e d t o g i v e m e , I m i g h t n o t h a v e m a d e i t t h r o u g h a t a l l . T h a n k s f o r p u t t i n g u p w i t h m e . K a p p a P h i – Z e t a P s i . M y b r o t h e r s s u p p o r t e d m e i n t h e h a r d t i m e s a n d c h e e r e d m e i n t h e g o o d t i m e s . C a n a n y o n e a s k f o r m o r e ? S p e c i a l t h a n k s t o T h e L e i b , S e a m o u s , a n d o f c o u r s e , m y M u f f i n . M y u t m o s t a p p r e c i a t i o n a n d t h a n k s t o m y p a r e n t s , G e o r g e a n d D o r i s C a v u t o . W h a t c a n I s a y ? T h a n k s f o r e v e r y t h i n g . ( E s p e c i a l l y a l l t h a t m o n e y ! ) A n d f i n a l l y , a b i g o l d T H A N K S ! t o P e t e r C o o p e r f o r g i v i n g m e a p l a c e t o w o r k , l e a r n , a n d g r o w f o r t h e l a s t s i x y e a r s . A n y w h e r e e l s e w o u l d h a v e b e e n j u s t a s c h o o l . T h e C o o p e r U n i o n h a s b e e n m y h o m e . – D J C D i s c l a i m e r : t h i s t h e s i s i s e n t i r e l y a p r o d u c t o f m y i m a g i n a t i o n . A n y r e s e m b l a n c e t o a c t u a l w o r k i s p u r e l y c o i n c i d e n t a l . i i 1 . A b s t r a c t T h e p u r p o s e o f t h i s s t u d y i s t o e x p l o r e t h e p o s s i b i l i t i e s o f f e r e d b y c u r r e n t A r t i f i c i a l N e u r a l N e t ( A N N ) s t r u c t u r e s a n d t o p o l o g i e s a n d d e t e r m i n e t h e i r s t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s . T h e b i o l o g i c a l i n s p i r a t i o n b e h i n d A N N s t r u c t u r e i s r e v i e w e d , a n d c o m p a r e d a n d c o n t r a s t e d w i t h e x i s t i n g m o d e l s . T r a d i t i o n a l e x p e r i m e n t s a r e p e r f o r m e d w i t h t h e s e e x i s t i n g s t r u c t u r e s t o v e r i f y t h e o r y a n d i n v e s t i g a t e m o r e p o s s i b i l i t i e s . T h i s s t u d y i s c o n d u c t e d t o t h e e n d o f e x a m i n i n g t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g A N N s t o c r e a t e “ a r t i f i c i a l l i f e , ” w h i c h i s d e f i n e d h e r e a s a s t r u c t u r e o r a l g o r i t h m w h i c h d i s p l a y s c h a r a c t e r i s t i c s t y p i c a l l y o n l y a t t r i b u t e d t o b i o l o g i c a l o r g a n i s m s , u s u a l l y n o n r e p e a t i n g , n o n r a n d o m p r o c e s s e s . A l t h o u g h s o m e A N N t o p o l o g y i s s h o w n t o b e h i g h l y s i m i l a r t o t h a t o f b i o l o g i c a l s y s t e m s , e x i s t i n g A N N a l g o r i t h m s a r e d e t e r m i n e d b e i n s u f f i c i e n t t o g e n e r a t e t h e d e s i r e d t y p e o f b e h a v i o r . A n e w A N N s t r u c t u r e , t e r m e d a “ T e m p e r o n ” , i s d e s i g n e d , w h i c h e n c o m p a s s e s m o r e p r o p e r t i e s i n c o m m o n w i t h b i o l o g i c a l n e u r o n s t h a n d i d i t s p r e d e c e s s o r s . A v i r t u a l e n v i r o n m e n t b a s e d o n t u r t l e g r a p h i c s i s u s e d a s a t e s t b e d f o r a n e u r a l n e t b u i l t w i t h t h e n e w t y p e o f n e u r o n . E x p e r i m e n t s p e r f o r m e d w i t h t h e T e m p e r o n s e e m t o c o n f i r m i t s a b i l i t y t o l e a r n i n a n u n a s s i s t e d f a s h i o n . i i i T a b l e o f C o n t e n t s 1 . A B S T R A C T i i 2 . B A C K G R O U N D 1 2 . 1 B I O L O G I C A L N A T U R E O F N E U R A L C E L L S 1 2 . 1 . 1 P H Y S I C A L S T R U C T U R E O F B I O L O G I C A L N E U R O N 1 2 . 1 . 1 . 1 B o d y , A x o n , D e n d r i t e s , S y n a p s e 1 2 . 1 . 1 . 2 N e u r o t r a n s m i t t e r 3 2 . 1 . 1 . 3 S o d i u m / P o t a s s i u m P u m p 4 2 . 1 . 1 . 4 I o n i z e d p u l s e 6 2 . 1 . 1 . 5 A l l - o r - N o t h i n g C a u s a t i o n 8 2 . 1 . 2 M A T H E M A T I C A L R E P R E S E N T A T I O N O F N E R V E C E L L P R O C E S S E S 1 0 2 . 1 . 2 . 1 M a t h e m a t i c a l c o r r e l a t i o n t o t h e p h y s i c a l i n t e r c o n n e c t i o n s 1 0 2 . 1 . 2 . 2 L i n e a r c o m b i n a t i o n o f i n p u t s 1 1 2 . 1 . 2 . 3 T h r e s h o l d i n g r e s u l t i n g i n b i n a r y o r n e a r - b i n a r y o u t p u t s 1 2 2 . 2 A R T I F I C I A L N E U R A L N E T S A N D T H E I R A P P L I C A T I O N S 1 4 2 . 2 . 1 G E N E R A L T H E O R Y 1 4 2 . 2 . 1 . 1 P u r p o s e 1 4 2 . 2 . 1 . 2 S t r u c t u r e 1 4 2 . 2 . 1 . 3 W e i g h t U p d a t i n g 1 5 2 . 2 . 2 P E R C E P T R O N S - C L A S S I F I C A T I O N 1 5 2 . 2 . 2 . 1 S i n g l e L a y e r 1 5 2 . 2 . 2 . 2 M L P - F e e d f o r w a r d 1 8 2 . 2 . 3 H O P F I E L D N E T - P A T T E R N R E C O G N I T I O N 2 1 2 . 2 . 4 G E N E R A L I Z A T I O N S 2 2 2 . 3 O U R F R I E N D A P L Y S I A 2 4 2 . 3 . 1 G E N E R A L O B S E R V A T I O N S 2 4 2 . 3 . 2 S U M M A R Y O F R E L E V A N T E X P E R I M E N T S 2 5 2 . 3 . 2 . 1 H a b i t u a t i o n 2 5 2 . 3 . 2 . 2 S e n s i t i z a t i o n 2 6 2 . 3 . 3 R E L E V A N C E A N D R E L A T I O N T O N E U R A L N E T S 2 6
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